Novo pensar 9 quimicia fisica by Editora FTD

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química • física

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ciências

NO VO PEN SAR

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química • física

ISBN 978-85-96-00976-8

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DEMÉTRIO GOWDAK EDUARDO MARTINS

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Demétrio Ossowski Gowdak Licenciado em História Natural pela Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras da Pontifícia Universidade Católica do Paraná. Professor de Ciências e Biologia em escolas das redes particular e pública de ensino. Coordenador da área de Patologia Clínica em escola da rede particular de ensino.

Eduardo Lavieri Martins Bacharel e licenciado em Ciências Biológicas pelo Instituto de Biociências da Universidade de São Paulo. Professor e Coordenador no Ensino Fundamental e Superior e em cursinhos pré-vestibulares. Biólogo da Superintendência de Controle de Endemias (Sucen).

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Copyright © Eduardo Lavieri Martins, Demétrio Ossowski Gowdak, 2017 Diretor editorial Lauri Cericato Gerente editorial Silvana Rossi Júlio Editor Roberto Henrique Lopes da Silva Editores assistentes João Paulo Bortoluci, Júlia Bolanho da Rosa Andrade Assessoria Sandra Del Carlo, Helder Santos, Gustavo Kaneto, Laura de Paula, Juliana Bardi, Rebeca Verônica Ribeiro Viana, Renata Rosenthal, Valéria Rosa Martins Assistente editorial Bruna Flores Bazzoli Gerente de produção editorial Mariana Milani Fotografia da capa: Cristais de Coordenador de produção editorial Marcelo Henrique Ferreira Fontes ametista. Gerente de arte Ricardo Borges Coordenadora de arte Daniela Máximo Projeto gráfico Fabiano dos Santos Mariano Capa Sergio de Cândido Foto de capa Corbin17/Alamy/Latinstock Supervisora de arte Isabel Cristina Corandin Marques Diagramação SG Amarante Editorial Tratamento de imagens Ana Isabela Pithan Maraschin, Eziquiel Racheti, Guilherme H. Nahes Alonso Coordenadora de ilustrações e cartografia Marcia Berne Ilustrações e cartografia Alexandre Bueno, Alex Argozino, Allmaps, Arthur Kenji, Cecília Iwashita, Dawidson França, Fábio Marra, Ilustra Cartoon, Luis Moura, Paulo César Pereira, Paulo Nilson, Studio Caparroz, Walter Caldeira Ilustrações que acompanham o projeto: designed by Freepik Coordenadora de preparação e revisão Lilian Semenichin Supervisora de preparação e revisão Izabel Cristina Rodrigues Preparação Ana Lúcia Horn, Edna Viana, Fernanda Rodrigues, Iraci Miyuki Kishi, Lucila Segóvia Revisão Carolina Manley, Célia Regina Camargo, Kátia Cardoso, Lilian Vismari Supervisora de iconografia e licenciamento de textos Elaine Bueno Iconografia Etoile Shaw, Izilda Canosa, Odete Ernestina Pereira, Rosely Ladeira Licenciamento de textos André Mota, Mayara Ribeiro Supervisora de arquivos de segurança Silvia Regina E. Almeida Diretor de operações e produção gráfica Reginaldo Soares Damasceno Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) (Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil) Gowdak, Demétrio Ossowski Ciências novo pensar – química, física, 9 / Demétrio Ossowski Gowdak, Eduardo Lavieri Martins. – 1. ed. – São Paulo : FTD, 2017. ISBN: 978-85-96-00976-8 (aluno) ISBN: 978-85-96-00977-5 (professor) 1. Física (Ensino fundamental) 2. Química (Ensino fundamental) I. Martins, Eduardo Lavieri. II. Título. 17-02377 CDD-372.19 Índices para catálogo sistemático: 1. Ensino integrado : Livros-texto : Ensino fundamental 372.19 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Envidamos nossos melhores esforços para localizar e indicar adequadamente os créditos dos textos e imagens presentes nesta obra didática. No entanto, colocamo-nos à disposição para avaliação de eventuais irregularidades ou omissões de crédito e consequente correção nas próximas edições. As imagens e os textos constantes nesta obra que, eventualmente, reproduzam algum tipo de material de publicidade ou propaganda, ou a ele façam alusão, são aplicados para fins didáticos e não representam recomendação ou incentivo ao consumo. Reprodução proibida: Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Todos os direitos reservados à EDITORA FTD.

Rua Rui Barbosa, 156 – Bela Vista – São Paulo – SP CEP 01326-010 – Tel. 0800 772 2300 Caixa Postal 65149 – CEP da Caixa Postal 01390-970 www.ftd.com.br central.relacionamento@ftd.com.br

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Impresso no Parque Gráfico da Editora FTD Avenida Antonio Bardella, 300 Guarulhos-SP – CEP 07220-020 Tel. (11) 3545-8600 e Fax (11) 2412-5375

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NASA

INTRODUÇÃO Neste ano, vamos percorrer os caminhos da Química e da Física. Vamos aprofundar nossas informações sobre Ciências e conhecer alguns dos seus estudiosos, que, nos séculos passados, sem tantos recursos tecnológicos, conseguiram deixar marcos de conhecimento e de pensamentos. Serão abordados, também neste volume, temas como Tecnologia e Ecologia, com assuntos fundamentais para a compreensão e a participação crítica no mundo atual.

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Conheça seu livro Cadu Rolim/Fotoarena/ Folhapress

Marcos Amend/Pulsar

JSC/NASA

O conteúdo deste livro está dividido em grandes blocos, chamados unidades. Cada uma delas agrupa capítulos sobre determinado tema de Ciências. Nas aberturas das unidades, esses temas são apresentados com imagens e questões instigantes, que vão fazer você se animar a aprofundar seus estudos.

Os relâmpagos iluminam as paisagens. Florianópolis (SC), 2014.

Conceitos meteorológicos e físicos são necessários para explicar e compreender fenômenos como a formação de um arco-íris. Na fotografia, vemos arco-íris em Novo Airão (AM), 2013.

UNIDADE 2

Momento do lançamento do ônibus espacial Atlantis em sua última missão. Flórida, Estados Unidos da América, 2011. (Foto de fundo.)

NOÇÕES BÁSICAS DE FÍSICA A Física é a ciência que estuda a natureza da energia e da matéria, criando modelos para interpretá-la. Os fenômenos estudados pela Física manifestam-se de diversas formas. Alguns são muito comuns em nosso cotidiano, como os que envolvem abrir uma porta, trocar o pneu de um carro, praticar esportes. Outros são bem mais complexos, como o lançamento de naves espaciais e a construção de telescópios. 1. A Física está bem mais presente em nosso cotidiano do que muitas pessoas imaginam. Nas imagens desta abertura de unidade, você pode observar

Flavio Bacellar/Olhar Imagem

fenômenos visuais, como o relâmpago e o arco-íris, além de uma construção

Os conceitos de Física são usados por engenheiros na construção de diversas obras. Na fotografia, vemos a ponte estaiada localizada na Marginal Tietê, em São Paulo (SP), 2013.

da engenharia e o momento de lançamento de uma nave espacial. • Na sala de aula, enquanto lê essas informações, ocorrem a seu redor situações que remetem à Física? Quais são elas? 2. Você sabe quais são as principais áreas de estudo da Física? Pesquise e relacione as imagens de abertura a cada uma dessas áreas.

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Comprometimento do meio ambiente

CAPÍTULO

o ser humano há tempo vem causando mais alterações no ambiente que todos os demais

O ambiente agredido

seres vivos. o ser humano moderno surgiu há mais de 100 000 anos na África e de lá expandiu-se pelo mundo. de início, vagando pelos campos e pelas florestas atrás de alimento e abrigo. duas grandes revoluções, entretanto, marcaram as alterações mais significativas pelas quais passou a humanidade: a Revolução Neolítica e a Revolução industrial. a Revolução Neolítica ocorreu há mais de  10 mil anos e deu início à civilização. Entre as

técnicas descobertas e desenvolvidas no final do período Neolítico, destacam-se a domesticação de animais, o cultivo de plantas e o uso do fogo.

Essas técnicas resolveram o problema da escassez de alimento, permitindo o aumento da população humana. Surgiram, então, as cidades, as profissões, a escrita, o comércio e a metalurgia, por exemplo.

Leia as tirinhas a seguir. © Mauricio de Sousa Produções Ltda.

Com o aumento da população, a humanidade precisou de mais espaço para a construção de cidades, o cultivo de plantas e a criação de animais. desse modo, as florestas e os campos cederam lugar às populações humanas. durante o século XiX, aconteceu a Revolução industrial, que acelerou todo o processo de desenvolvimento. a industrialização trouxe progresso e tornou a vida humana mais fácil e confortável; entretanto, ao mesmo tempo, contribuiu para acelerar as alterações no ambiente. atualmente, resíduos industriais e domésticos acumulam-se no ar, na água e no solo, comprometendo todos os ecossistemas. as consequências dessa forma de tratar a natureza estão se tornando dramáticas e insustentáveis.

Ziraldo

•

Dr. A. Leger/ISM/Phototake/Glow Images

A Medicina Nuclear é a área da Medicina onde são utilizados os radioisótopos, tanto em diagnósticos como em terapias. Radioisótopos administrados a pacientes passam a emitir suas radiações do lugar (no caso, órgão) onde têm preferência em ficar. Um exemplo prático bem conhecido é o uso do iodo-131 (i-131), que emite partícula beta, radiação gama e tem meia-vida de oito dias. O elemento iodo, radioativo ou não, é absorvido pelo organismo humano preferencialmente pela glândula tireoide, onde se concentra. O funcionamento da tireoide influi muito no comportamento das pessoas e depende de como o iodo é por ela absorvido. O fato de ser radioativo não tem qualquer influência no comportamento de um elemento químico em relação aos demais elementos. Para diagnóstico de tireoide, o paciente ingere uma solução de iodo-131, que vai ser absorvido pela glândula. “Passando” um detector Mapeamento da tireoide utilizando pela frente do pescoço do paciente, pode-se observar se o iodo foi muito o radioisótopo iodo-131. As áreas mais ou pouco absorvido em relação ao normal (padrão) e como se distribui brilhantes indicam maior concentração na glândula. do iodo-131. O detector é associado a um mecanismo que permite obter um “desenho” ou mapeamento, em preto e branco ou colorido, da tireoide. Um diagnóstico, no caso um radiodiagnóstico, é feito por comparação com um mapa padrão de uma tireoide normal. A mesma técnica é usada para mapeamento de fígado e de pulmão.

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Fabio Colombini

ZiRaLdo. Menino Maluquinho. 2002-2015. disponível em: <http://www.omeninomaluquinho. com.br/paginatirinha/paginaanterior.asp?da=24122006>. acesso em: mar. 2017.

› Você já viveu uma situação semelhante às mostradas acima em algum lugar? › Entrou em vigor, no ano de 2012, uma lei que proíbe a utilização de sacolinhas plásticas nos supermercados. Qual é a sua opinião a esse respeito? › Qual é, em sua opinião, a melhor forma de conscientização da população e dos governantes para as questões relacionadas à preservação do meio ambiente e dos recursos naturais do planeta? › Elabore uma paródia, utilizando como base uma música de que você goste, falando sobre esse tema. Depois cante para seus colegas.

Poluição do ar e da água provocada pela ação humana. (A) Chaminé de indústria expelindo poluição em Pereira Barreto (SP), 2014; (B) Lagoa poluída por atividades humanas no Rio de Janeiro (RJ), 2013.

Amelie-Benoist/BSIP/Keystone

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ISM/SPL/Latinstock

teia ConheCimento do Os benefíciOs da energia nuclear e das radiações

Medicina nuclear

Tirinhas ilustrando situações em decorrência da poluição.

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Infelizmente são pouco divulgados os grandes benefícios da energia nuclear. A cada dia, novas técnicas nucleares são desenvolvidas nos diversos campos da atividade humana, possibilitando a execução de tarefas impossíveis de serem realizadas pelos meios convencionais. A Medicina, a indústria, particularmente a farmacêutica, e a agricultura são as áreas mais beneficiadas. Os isótopos radioativos ou radioisótopos, devido à propriedade de emitirem radiações, têm vários usos. As radiações podem até atravessar a matéria ou serem absorvidas por ela, o que possibilita múltiplas aplicações. Mesmo em quantidades cuja massa não pode ser determinada pelos métodos químicos, a radiação por eles emitida pode ser detectada. Pela absorção da energia das radiações (em forma de calor), células ou pequenos organismos podem ser destruídos. Essa propriedade, que normalmente é altamente inconveniente para os seres vivos, pode ser usada em seu benefício, quando empregada para destruir células ou microrganismos nocivos. A propriedade de penetração das radiações possibilita identificar a presença de um radioisótopo em determinado local. [...]

Animação sobre a poluição da água e a degradação do ar e do solo. Disponível em: <http://ftd.li/dvar8x>. Acesso em: mar. 2017.

Ricardo Moraes/Reuters/Latinstock

No começo de cada capítulo, você vai se deparar com imagens e atividades que o ajudarão a resgatar o que já sabe. Além disso, esta seção também vai despertar o seu interesse pelo que está por vir.

À esquerda, imagem de parte do corpo humano gerada pelo serviço de Medicina Nuclear; à direita, aparelho PET-scan, um dos mais modernos equipamentos utilizados em imagens médicas de última geração. Na fotografia de mapeamento do corpo humano, as áreas amareladas indicam os locais em que houve maior absorção do radioisótopo. Esse exame é utilizado para a detecção de doenças como disfunções da tireoide, cânceres, doenças neurológicas e cardiovasculares, entre outras.

Os radioisótopos na Medicina Os radiofármacos usados em Medicina no Brasil são, em grande parte, produzidos pelo Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares – IPEN, da CNEN [Comissão Nacional de Energia Nuclear], em São Paulo. O tecnécio-99 (Tc-99m) é utilizado para obtenção de mapeamentos (cintilografia) de diversos órgãos: • cintilografia renal, cerebral, hepatobiliar (fígado), pulmonar e óssea; • diagnóstico do infarto agudo do miocárdio e em estudos circulatórios; • cintilografia de placenta. Outro radioisótopo, o samário-153 (Sm-153), é aplicado (injetado) em pacientes com metástase óssea, como paliativo para a dor. Esses produtos são distribuídos semanalmente pelo IPEN para os usuários. [...] CARdOSO, Eliezer de Moura. aplicações da energia nuclear. Rio de Janeiro: Comissão Nacional de Energia Nuclear. (Apostila educativa). disponível em: <http://www.cnen.gov.br/images/cnen/documentos/educativo/aplicacoes-da-energia-nuclear.pdf>. Acesso em: mar. 2017.

aTiVidades 1

Relacione a propriedade da radioatividade de penetração na matéria com uma situação na qual a radioatividade pode ser benéfica para o corpo humano.

2 Sobre os tumores, responda às questões a seguir. a) Como são formados os tumores cancerígenos? Qual o processo biológico diretamente relacionado à formação dos tumores? b) De forma geral, os tumores podem ser benignos ou malignos. Quando maligno, as células tumorais podem se espalhar pelo corpo e produzir tumores em outros órgãos, processo conhecido como metástase. Como as células se espalham por diversas partes do corpo? 3 Explique, de forma sucinta, como são feitos os exames utilizando radioisótopos como o tecnécio-99 (Tc-99m) e o iodo-131 (I-131).

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Estudar Ciências ou qualquer outra disciplina é muito importante para você entender o ambiente, as pessoas e você mesmo. Nesta seção do livro, você será estimulado a enxergar a relação entre os diferentes temas que você aprende. Assim, você conseguirá atuar no mundo de forma mais crítica.

2/14/17 11:13 AM

Observe as representações. substância simples Os elementos das imagens estão fora de escala de tamanho entre si.

REVER E APLICAR

1. O plutônio-239 tem meia-vida de 2,4 104 anos. Partindo-se de 1 kg de plutônio-239, depois de 2,4 104 anos, quanto ainda restará desse radioisótopo?

2. São necessários cinco anos para que o cobalto-60 perca metade de sua radioatividade. Qual é a

porcentagem de sua atividade original que permanecerá ao fim de 20 anos?

Por que todas as bolinhas das imagens referentes à alotropia do carbono da página 50 foram representadas em cinza? Essas representações imitam exatamente a realidade?

Se o gás oxigênio (O2) é incolor e o gás ozônio (O3) é azulado, não seria interessante que os representássemos com suas cores reais? Por quê?

Os átomos do elemento químico enxofre (S) unem-se e formam moléculas de uma substância de aspecto amarelado também chamada enxofre (S8). Na fase sólida, podemos

3. Ao se estudar a desintegração radioativa de um elemento, obteve-se o gráfico a seguir.

As cores não Desintegração radioativa correspondem aos tons reais.

Editoria de Arte

Qual é a meia-vida desse elemento?

Massa do elemento 40 (gramas)

As moléculas apresentam um único tipo de elemento químico ( ).

20 10 0 4

As cores não correspondem aos tons reais.

Tempo (horas)

Representação gráfica da desintegração radioativa de um elemento.

Fábio Marra

DE SA

substância composta

As moléculas apresentam mais de um tipo de elemento químico ( e

encontrar dois tipos de cristais de enxofre, que têm praticamente as mesmas propriedades químicas, porém apresentam formatos diferentes por causa da organização das moléculas (S8) em cada um deles. Responda às questões no caderno. a) Há alotropia nesse caso? Justifique sua resposta. b) O enxofre S8 é um elemento químico, uma

Enxofre rômbico.

Enxofre monoclínico.

Ilustrações produzidas com base em: SOCIEDADE BRASILEIRA DE QUÍMICA. Química nova interativa. Disponível em: <http://qnint.sbq. org.br/novo>. Acesso em: mar. 2017.

substância simples ou uma substância composta? Justifique sua resposta. c) Quantos átomos do elemento enxofre (S) há em uma única molécula de enxofre (S8)?

energia elétrica e para fins pacíficos (Medicina, agricultransportes); o outro, contrário a qualquer tipo de utilização dessa forma de energia. Os grupos poderão pesquisar sobre o assunto em jornais, revistas, livros e na internet para o aprofundamento da

Usinas de Angra dos Reis, Rio de Janeiro (RJ), 2011.

Arthur Kenji

discussão.

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Os trabalhos em grupo são essenciais para desenvolvermos habilidades como cooperação, divisão de tarefas e convivência com ideias diferentes. Aproveite 52 bastante essas oportunidades!

Representação de substâncias simples e composta.

Por que o diamante é mais duro do que a grafita? Podemos considerar o ozônio sempre benéfico para a vida na Terra? Explique sua resposta.

Os ozonizadores são aparelhos utilizados na purificação da água. Seu funcionamento se baseia na produção do gás ozônio pelo oxigênio por meio de uma descarga elétrica. Como a água comum possui oxigênio dissolvido, podemos transformá-lo parcialmente em ozônio, bastando para isso “dar uma descarga de alta tensão”. O ozônio que se forma dissolvido na água pode então manifestar suas propriedades bactericidas bem conhecidas dos médicos. • Existem algumas discussões quanto às vantagens do uso de um ozonizador. Pesquise sobre esse assunto e explique o porquê da discussão. Qual é a sua opinião?

Ozonizador de água.

Sempre que estiver estudando algo, Química nova interativa. Ilustração produzida com base em: SOCIEDADE BRASILEIRA DE QUÍMICA. <http://qnint.sbq.org.br/novo>. Acesso em: mar. 2017. dêDisponível especialem: atenção às atividades e exercícios. Entre outros aspectos, eles ajudam você a avaliar o que aprendeu e também ajudam a treinar a resolução • II. AÇÃO Como identificar uma substância? Como podemos diferenciar as substâncias? DO CALOR SOBRE A ÁGUA de problemas e situações.

I. DILATAÇÃO TÉRMICA

ATIVIDADES EXPERIMENTAIS

tura, indústria, Arqueologia,

4 5

Fernando Favoretto

no Brasil para a produção de

Marco A. Alves/ Eletronuclear

à utilização de energia nuclear

dois grupos: um deles, favorável

TRABALHO EM GRUPO

UTILIZAÇÃO DE ENERGIA NUCLEAR NO BRASIL A classe deve ser dividida em

Objetivo

Verificar o comportamento de um sólido quando aquecido.

Material • pedaço de arame (1 m aproximadamente); • duas estacas de madeira;

Verificar a ação do calor sobre a água.

Atenção: Os experimentos com vela devem ser realizados com cuidado para evitar queimaduras. Faça-os sempre com a supervisão de um adulto.

Material • tubo de ensaio de vidro refratário; • suporte para o tubo de ensaio;

As substâncias e suas fórmulas químicas EntEndEndo a radioatividadE Atividades práticas nos ajudam de várias • uma massa qualquer; • vela acesa.

• rolha perfurada com tubinho de vidro adaptado;

• bico de Bunsen ou lamparina a álcool;

Procedimento

• caneta de ponta macia;

A. Estique o pedaço de arame entre as duas estacas de madeira, apoiadas numa mesa.

• água colorida.

B. Pendure no arame uma massa qualquer.

As substâncias podem ser representadas fórmulas químicas. Radioatividade é o nome dado ao processo natural ou artificial no qual o núcleo de alguns átoformas. Para por começar, fica mais fácil entender

C. Meça a distância entre a massa e a mesa (posição A). Anote o valor da medida.

Procedimento

D. Com a vela acesa, aqueça o arame em todo o seu comprimento.

A. Encha completamente o tubo de ensaio com a água colorida, arrolhe-o e marque com a caneta o

Material usado no experimento.

nível da água no tubinho que atravessa a rolha (se necessário, acrescente algumas gotas de água

E. Levante hipóteses.

conceitos mais complicados ou abstratos. Além da substância. mos emite partículas. Esse processo é chamado de decaimentoAradioativo desintegração fórmulaou química é umanuclear. representação simplificada da molécula constituinte no tubinho com um conta-gotas).

• Em sua opinião, o que acontecerá com o arame? Justifique sua resposta.

B. Coloque o tubo de ensaio no suporte e acenda o bico de Bunsen ou a lamparina.

F. Após aquecer o arame, meça novamente a distância da massa à mesa. Anote e confira se houve

Arrolhar: colocar rolha, tampar com rolha.

disso, você mesmo pode realizar experimentos A radioatividade foi descoberta no século XIX por Henri Becquerel, que trabalhava com Exemplos: C. Observe o que acontece e anote outra vez o nível da água no tubinho.

diferença entre as duas medidas.

• O que aconteceu com o nível da água quando o tubo de ensaio foi aquecido?

As cores não correspondem aos tons reais.

para buscar respostas para as suas perguntas!

Atenção: Cuidado ao utilizar o fogo.

minérios de urânio e percebeu que eles eram capazes de emitir luz mesmo quando estavam no base de experimento

escuro. Logo depois, o casal Pierre e Marie Curie comprovou a existência de outras substâncias Arthur Kenji

Os elementos das imagens estão fora de escala de tamanho entre si.

com atividade radioativa.

As cores não correspondem aos tons reais.

Representando substâncias

posição A

Ilustrações: Luis Moura

Atualmente, acredita-se que a origem da radioatividade é uma instabilidade interna no estaca de madeira

Substância Fórmula núcleo do átomo, que, ao se converter em outro átomo, alcança maior estabilidade. Montagem utilizada no experimento sobre dilatação térmica de um sólido (arame).

uma massa qualquer que, por si, não muda a posição horizontal do arame

Significado

Montagem do aparato para o experimento.

A maioria dos elementos encontrados na natureza tem seus núcleos estáveis, isto é, não

QUESTÕES E CONCLUSÕES

1. O que foi preciso para o arame mudar de posição?

1. Como se explica a alteração no nível da água?

radioativos. A estabilidade do núcleo atômico é determinada pelo número de massa, ou seja, 2. Depois de afastar a vela, o que acontece com o arame?

216

2. Por que os corpos se dilatam pelo calor?

Água

H2O

217 pela quantidade de prótons e de nêutrons. A estabilidade só é rompida nos átomos com nú-

mero de massa muito grande. Assim, a partir do polônio, cujo número atômico é 84, todos os

Em uma molécula de água, há dois átomos de hidrogênio (H) e um átomo de oxigênio (O). Os elementos da imagem estão fora de escala de molécula glicose, tamanhode entre si.

As cores não correspondem tons átomos reais. háaosseis

Em uma de carbono (C), 12 átomos de hidrogênio (H) e seis átomos de oxigênio (O). Na natureza existem também, em proporções mínimas, átomos instáveis de elementos

elementos têm núcleos instáveis.

Glicose

C6H12O6

mais leves que o polônio. Todos esses átomos de núcleos instáveis são isótopos radioativos

Ozônio

Editora Zahar

ou radioisótopos.

Ilustrações e esquemas muitas Em uma molécula de ozônio, há três átomos de oxigênio (O). vezes apresentam cores e tamanhos diferentes da realidade, pois assim eles ficam mais simples e claros, facilitando a visualização e o aprendizado de No link a seguir, você encontrará alguns elementos químicos queindicam fazem parte do nosso certos conteúdos. Estes selos dia a dia, desde a sua obtenção até sua utilização. Disponível em: <http://ftd.li/3wc9gf>. quando isso acontece.

Curie e a radioatividade em 90 minutos Autor: Paul Strathern Editora: Jorge Zahar Editor • Ano: 2000 Marie Curie, ganhadora de dois prêmios Nobel, foi uma das maiores Acesso em: mar. 2017. cientistas do século XX. Seu trabalho permitiu progressos na Física Nuclear e na Medicina. Ironicamente, Curie morreu de leucemia em 1934 em consequência de anos de exposição à radioatividade.

desintegração Bons livros são uma radioativa ótima forma • Animação sobre

No meio de tanta informação de Ao aprender algo. Procure, nas podem liberar disponível naforma internet, como saber o se desintegrarem, os núcleos radiação na de partículas alfa (a), bibliotecas da escola e da sua que é bom ou ruim? Estas indicações, partículas beta (b) e partículas gama (g). cidade, os livros indicados no que aparecem ao longo do livro, foram A desintegração alfa compreende a emissão de partículas alfa, positivamente carregadas, decorrer deste volume, e assim cuidadosamente selecionadas para cada uma constituída pormais! 2 prótons e 2 nêutrons, expelidos núcleo átomo. aprenda ainda ajudardo você em do seus estudos.

energia nuclear e os impactos ambientais cau sados por ela, Os átomos de urânio, tório, polônio e rádio  emitem radiação do tipo alfa. desde a mine ração dos ma teriais até os A desintegração beta consiste na liberação de partículas beta, cada uma constituída por resíduos que 1 elétron, portanto, negativamente carregadas. s o b ra m p e l a sua utilização Os átomos de tório, césio e estrôncio apresentam desintegração beta. como fonte de energia. Dis CS-CIE9-F2-2036-PIN-V1-001-011-LA-M17.indd 5 A radiação gama compreende a emissão de ondas eletromagnéticas da mesma natureza

Tudo isso que você viu faz parte do livro com o qual você vai estudar Ciências este ano. Bom trabalho!

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SUMÁRIO UNIDADE 1 MATÉRIA, ENERGIA E NOÇÕES BÁSICAS DE QUÍMICA....12 CAPÍTULO

CAPÍTULO

MATÉRIA...........................................................................................................14 Introdução ao estudo da matéria......................................................................................................... 15 Propriedades da matéria...................................................................................................................... 15 Propriedades gerais...................................................................................................................... 15 Propriedades específicas............................................................................................................... 18 Atividade experimental: Densidade de líquidos e de sólidos.................................................................. 21 Teia do conhecimento: Você sabia que o grafite e o diamante são feitos do mesmo material?............................................................................................................. 22 Substância e mistura.................................................................................................................... 23 Fenômenos químicos e físicos....................................................................................................... 23 Rever e aplicar..................................................................................................................................... 24

ENERGIA...........................................................................................................26 Introdução ao estudo da energia.......................................................................................................... 27 Formas de energia............................................................................................................................... 27 Energia mecânica......................................................................................................................... 27 Energia elétrica............................................................................................................................. 29 Energia térmica............................................................................................................................ 29 Energia luminosa e sonora............................................................................................................ 29 Conservação de energia....................................................................................................................... 29 Transformação de energia.................................................................................................................... 30 Usina hidrelétrica.......................................................................................................................... 30 Usina termelétrica........................................................................................................................ 31 Usina nuclear (termonuclear)........................................................................................................ 32 Energia da biomassa............................................................................................................................ 33 Teia do conhecimento: A energia eólica no Brasil................................................................................. 34 Teia do conhecimento: Dicas de economia de energia.......................................................................... 36 Rever e aplicar..................................................................................................................................... 38

UNIDADES DE MEDIDA................................................................................39 Noção de grandeza física..................................................................................................................... 40 Sistema de unidades de medida........................................................................................................... 40 Múltiplos e submúltiplos............................................................................................................... 41 Teia do conhecimento: A história por trás do Sistema Internacional de Unidades (SI)............................ 42 Rever e aplicar..................................................................................................................................... 43

SUBSTÂNCIAS QUÍMICAS E MISTURAS.............................................. 44 Conceitos de moléculas e substâncias químicas.................................................................................... 45 Substâncias e o número de elementos químicos........................................................................... 45 As substâncias e suas fórmulas químicas....................................................................................... 46 Teia do conhecimento: Alguns grandes nomes da Química................................................................... 47 Rever e aplicar..................................................................................................................................... 48 Alotropia............................................................................................................................................. 50 Alotropia do carbono................................................................................................................... 50 Alotropia do oxigênio................................................................................................................... 51 Teia do conhecimento: Ação de relâmpagos modifica química da atmosfera........................................ 51 Rever e aplicar..................................................................................................................................... 53 Mistura................................................................................................................................................ 54 Substância e mistura.................................................................................................................... 54 Atividade experimental: Diferença entre as misturas............................................................................. 55 Sistema, fase de um sistema e classificação.................................................................................. 56

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Rever e aplicar..................................................................................................................................... 57 Separação dos componentes das misturas............................................................................................ 58 Separação dos componentes de misturas heterogêneas................................................................ 58 Separação dos componentes de misturas homogêneas................................................................. 62 Rever e aplicar..................................................................................................................................... 63 CAPÍTULO

CAPÍTULO

A ESTRUTURA DO ÁTOMO.........................................................................64 Estrutura do átomo.............................................................................................................................. 65 Partículas fundamentais do átomo................................................................................................ 66 Tamanho do átomo...................................................................................................................... 66 A eletrosfera: níveis e subníveis de energia................................................................................... 66 Teia do conhecimento: O átomo: história e modelos............................................................................ 68 Rever e aplicar..................................................................................................................................... 70 Elemento químico, átomo e íon........................................................................................................... 71 Símbolos dos elementos químicos................................................................................................ 72 Átomo e íon................................................................................................................................. 74 Teia do conhecimento: Excesso de sódio faz mal, mas falta do mineral também traz prejuízos............................................................................................................. 75 Rever e aplicar..................................................................................................................................... 76 Classificação dos elementos químicos.................................................................................................. 78 As classes de elementos químicos................................................................................................. 80 Rever e aplicar..................................................................................................................................... 83

LIGAÇÕES QUÍMICAS...................................................................................84 Estabilidade dos gases nobres.............................................................................................................. 85 Ligação iônica...................................................................................................................................... 85 Representação das ligações iônicas............................................................................................... 87 Rever e aplicar..................................................................................................................................... 88 Ligação covalente e ligação metálica.................................................................................................... 90 Rever e aplicar..................................................................................................................................... 92

REAÇÕES QUÍMICAS....................................................................................95

CAPÍTULO

FUNÇÕES QUÍMICAS..................................................................................108

CAPÍTULO

Introdução........................................................................................................................................... 96 Identificando uma reação química........................................................................................................ 96 Atividade experimental: Ocorrência de reações químicas...................................................................... 97 Componentes de uma reação química.......................................................................................... 97 Interpretando uma equação química............................................................................................ 98 Rever e aplicar................................................................................................................................... 100 Velocidade das reações químicas........................................................................................................ 102 Atividade experimental: Velocidade de uma reação química............................................................... 102 Enzimas: catalisadores dos seres vivos......................................................................................... 103 Leis das reações químicas................................................................................................................... 104 Lei de Lavoisier........................................................................................................................... 104 Lei de Proust.............................................................................................................................. 104 Atividade experimental: Energia nas reações químicas........................................................................ 105 Rever e aplicar................................................................................................................................... 106

Introdução......................................................................................................................................... 109 Ácidos............................................................................................................................................... 109 Propriedades.............................................................................................................................. 109 A fórmula e o nome dos ácidos.................................................................................................. 111 A importância dos ácidos para o ser humano............................................................................. 112 Teia do conhecimento: A acidificação do estômago............................................................................ 112 Bases................................................................................................................................................. 114 Propriedades.............................................................................................................................. 114

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A fórmula e o nome das bases .................................................................................................. 115 A importância das bases para o ser humano............................................................................... 115 Atividade experimental: Ácido ou base?............................................................................................. 116 Rever e aplicar................................................................................................................................... 117 Sais.................................................................................................................................................... 118 Propriedades.............................................................................................................................. 119 A fórmula e o nome dos sais...................................................................................................... 119 A importância dos sais................................................................................................................ 120 Óxidos............................................................................................................................................... 121 Propriedades.............................................................................................................................. 121 Teia do conhecimento: Chuva ácida.................................................................................................... 122 A fórmula e o nome dos óxidos.................................................................................................. 124 A importância dos óxidos........................................................................................................... 124 Algumas funções orgânicas................................................................................................................ 124 Rever e aplicar................................................................................................................................... 127 CAPÍTULO

RADIOATIVIDADE......................................................................................... 129 Entendendo a radioatividade.............................................................................................................. 130 Desintegração radioativa............................................................................................................ 130 Teia do conhecimento: Efeitos da radioatividade nos seres humanos.................................................. 131 Transformação dos elementos químicos...................................................................................... 133 Efeitos da radioatividade sobre os organismos.................................................................................... 133 Contaminação e irradiação......................................................................................................... 134 Fissão e fusão nuclear........................................................................................................................ 135 Teia do conhecimento: Os benefícios da energia nuclear e das radiações............................................ 136 Rever e aplicar................................................................................................................................... 138 Trabalho em grupo: Utilização de energia nuclear no Brasil................................................................ 139

UNIDADE 2 NOÇÕES BÁSICAS DE FÍSICA....................................................140 CAPÍTULO

10 CAPÍTULO

MOVIMENTO..................................................................................................142 Movimento, repouso e referencial...................................................................................................... 143 Movimento uniforme e movimento uniformemente variado............................................................... 144 Movimento uniforme................................................................................................................. 144 Movimento uniformemente variado........................................................................................... 146 Teia do conhecimento: Velocidade no futebol.................................................................................... 147 Teia do conhecimento: Lua e maçãs: o que é gravidade?.................................................................... 151 Convertendo unidades............................................................................................................... 153 Rever e aplicar................................................................................................................................... 153

FORÇA.............................................................................................................. 157 Forças ao nosso redor........................................................................................................................ 158 Conceito de força....................................................................................................................... 158 Elementos de uma força............................................................................................................. 158 Força: uma grandeza vetorial...................................................................................................... 159 Medida da força......................................................................................................................... 160 Forças combinadas............................................................................................................................. 161 Representando graficamente as forças com vetores.................................................................... 164 Rever e aplicar................................................................................................................................... 164 Atividade experimental: Força de deformação.................................................................................... 166 Leis de Newton.................................................................................................................................. 167 Primeira lei de Newton: lei da inércia.......................................................................................... 167 Atividade experimental: A inércia dos corpos..................................................................................... 168 Segunda lei de Newton: princípio fundamental da dinâmica....................................................... 169

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Terceira lei de Newton: lei da ação e reação................................................................................ 170 Força de atrito................................................................................................................................... 170 Rever e aplicar................................................................................................................................... 171 Peso e gravidade................................................................................................................................ 172 Em diferentes corpos celestes, seu peso muda, mas sua massa não!........................................... 173 Na Terra, o peso também varia................................................................................................... 174 Rever e aplicar................................................................................................................................... 174 CAPÍTULO

12 CAPÍTULO

13 CAPÍTULO

CAPÍTULO

PRESSÃO........................................................................................................ 176 Pressão dos sólidos............................................................................................................................ 177 Pressão dos líquidos........................................................................................................................... 178 Calculando a pressão de um líquido........................................................................................... 178 Pressão dos gases.............................................................................................................................. 179 A pressão de um gás pode variar................................................................................................ 179 Pressão atmosférica.................................................................................................................... 181 Teia do conhecimento: Atividade submarina....................................................................................... 181 Atividade experimental: Como tirar a água de um grande aquário?................................................... 183 Rever e aplicar................................................................................................................................... 183

TRABALHO E POTÊNCIA...........................................................................185 Conceito físico de trabalho................................................................................................................ 186 Calculando o trabalho................................................................................................................ 186 Teia do conhecimento: Afinal, quem foi Joule?................................................................................... 187 Potência............................................................................................................................................. 189 Calculando a potência................................................................................................................ 189 Um pouco mais sobre unidades de medida................................................................................. 190 Teia do conhecimento: Por que a potência dos motores é medida em cavalos?.................................. 191 Rever e aplicar................................................................................................................................... 192

MÁQUINAS SIMPLES..................................................................................194 Alavancas.......................................................................................................................................... 195 Atividade experimental: Utilidade da alavanca.................................................................................... 196 Classificação das alavancas................................................................................................................ 198 Interfixa...................................................................................................................................... 198 Inter-resistente........................................................................................................................... 198 Interpotente............................................................................................................................... 198 Atividade experimental: Alavancas..................................................................................................... 200 Roldanas............................................................................................................................................ 201 Roldanas fixas e móveis.............................................................................................................. 201 Outras máquinas simples................................................................................................................... 203 Plano inclinado........................................................................................................................... 203 Parafuso..................................................................................................................................... 203 Teia do conhecimento: As rampas para cadeirantes pelo Brasil........................................................... 204 Rever e aplicar................................................................................................................................... 205

TRANSFERÊNCIA DE ENERGIA ENTRE SISTEMAS: CALOR.......207 Conceitos de calor e temperatura...................................................................................................... 208 Equilíbrio térmico....................................................................................................................... 208 Medida da temperatura.............................................................................................................. 208 Escalas termométricas................................................................................................................ 209 Relações entre as escalas termométricas..................................................................................... 210 Teia do conhecimento: Alcançada temperatura abaixo do zero absoluto............................................ 211 Transferência de calor........................................................................................................................ 213 Condução térmica...................................................................................................................... 213 Convecção térmica..................................................................................................................... 213

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Atividade experimental: Condução térmica........................................................................................ 214 Irradiação térmica....................................................................................................................... 214 Dilatação térmica............................................................................................................................... 215 Atividades experimentais: I. Dilatação térmica.................................................................................................................... 216 II. Ação do calor sobre a água.................................................................................................... 217 Calorimetria....................................................................................................................................... 218 Unidades de quantidade de calor............................................................................................... 218 Calor específico.......................................................................................................................... 218 Calculando a quantidade de calor.............................................................................................. 219 Teia do conhecimento: Controlando a temperatura corpórea – ectotermia e endotermia.................... 220 Rever e aplicar................................................................................................................................... 222 CAPÍTULO

CAPÍTULO

ONDAS, SOM E LUZ....................................................................................224 No meio de ondas, som e luz............................................................................................................. 225 Ondas................................................................................................................................................ 225 Classificação das ondas quanto à natureza................................................................................. 226 Componentes e grandezas de uma onda.................................................................................... 226 Espectro eletromagnético........................................................................................................... 227 Rever e aplicar................................................................................................................................... 229 Som................................................................................................................................................... 230 Atividade experimental: Observando as vibrações sonoras.................................................................. 230 Meios em que o som se propaga e velocidade de propagação.................................................... 231 Reflexão do som......................................................................................................................... 231 Teia do conhecimento: Uma festa do barulho..................................................................................... 232 Som e eco – aplicações práticas.................................................................................................. 234 Qualidades fisiológicas do som................................................................................................... 234 Rever e aplicar................................................................................................................................... 236 Luz.................................................................................................................................................... 237 Entendendo a luz....................................................................................................................... 237 Propagação da luz...................................................................................................................... 238 Velocidade da luz....................................................................................................................... 240 Reflexão da luz........................................................................................................................... 241 Espelhos, reflexões e imagens..................................................................................................... 242 Espelho plano............................................................................................................................. 242 Espelho côncavo......................................................................................................................... 243 Espelho convexo......................................................................................................................... 244 Atividade experimental: Periscópio..................................................................................................... 245 Rever e aplicar................................................................................................................................... 246 Refração da luz.......................................................................................................................... 248 Prismas e lentes.......................................................................................................................... 248 Rever e aplicar................................................................................................................................... 250

ELETRICIDADE.............................................................................................252 Eletrização......................................................................................................................................... 253 Condutores e isolantes............................................................................................................... 253 Em que consiste a eletrização?................................................................................................... 254 Eletrização por atrito.................................................................................................................. 254 Eletrização por contato............................................................................................................... 256 Eletrização por indução.............................................................................................................. 256 Poder das pontas........................................................................................................................ 257 O raio......................................................................................................................................... 257 Teia do conhecimento: Incidência de raios cresce 11% em média nas cidades com mais de 200 mil habitantes...................................................................................... 258 Corrente elétrica................................................................................................................................ 260 Geradores de energia elétrica............................................................................................................. 260 Circuito elétrico................................................................................................................................. 261

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Tipos de circuitos elétricos.......................................................................................................... 261 Diferença de potencial....................................................................................................................... 262 Associação de pilhas................................................................................................................... 263 Resistores........................................................................................................................................... 264 Efeito Joule................................................................................................................................ 264 Teia do conhecimento: Se liga! Entenda como funcionam as lâmpadas incandescentes e fluorescentes....................................................................................... 266 Atividade experimental: Iluminando uma residência........................................................................... 268 Rever e aplicar................................................................................................................................... 270 O consumo de energia elétrica........................................................................................................... 271 Cálculo do consumo de energia elétrica..................................................................................... 272 Leitura e controle do consumo de energia elétrica...................................................................... 273 Rever e aplicar................................................................................................................................... 274 CAPÍTULO

MAGNETISMO................................................................................................275 Ímã natural e ímã artificial ................................................................................................................. 276 Fenômenos magnéticos..................................................................................................................... 276 Campo magnético da Terra........................................................................................................ 277 Substâncias magnéticas..................................................................................................................... 278 Campo magnético............................................................................................................................. 279 Atividade experimental: Construção de uma bússola.......................................................................... 280 Utilidade dos ímãs.............................................................................................................................. 281 Eletroímã.................................................................................................................................... 281 Teia do conhecimento: O GPS dos pombos........................................................................................ 282 Rever e aplicar................................................................................................................................... 283

UNIDADE 3 ECOLOGIA............................................................................................... 284 CAPÍTULO

19 CAPÍTULO

O AMBIENTE AGREDIDO...........................................................................286 Comprometimento do meio ambiente............................................................................................... 287 Planeta alterado................................................................................................................................. 288 Desmatamentos......................................................................................................................... 288 Buraco na camada de ozônio..................................................................................................... 288 Efeito estufa............................................................................................................................... 289 Chuva ácida............................................................................................................................... 290 Contaminação radioativa............................................................................................................ 291 Rever e aplicar................................................................................................................................... 292

POLUIÇÃO E SAÚDE...................................................................................293 Poluentes e seus efeitos biológicos..................................................................................................... 294 Poluentes da atmosfera.............................................................................................................. 294 Poluentes da água...................................................................................................................... 296 Poluentes do solo....................................................................................................................... 298 Rever e aplicar................................................................................................................................... 299 Medidas antipoluentes....................................................................................................................... 300 Controle da poluição do ar......................................................................................................... 300 Controle da poluição das águas.................................................................................................. 300 Controle da poluição do solo...................................................................................................... 301 Controle do uso de agrotóxicos e da emissão radioativa............................................................. 302 O futuro do planeta........................................................................................................................... 302 Rever e aplicar................................................................................................................................... 303 Bibliografia........................................................................................................................................ 304

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Ilustra Cartoon

André Dib/Pulsar

Johnny De Franco/Futura Press

Fábrica de sacolas plásticas, em Jandira (SP), 2012.

Representação de família realizando atividades do dia a dia.

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Representação de família reunida preparando alimentos.

Ilustra Cartoon

Nascer do Sol no Mirante da Serrinha – Parque Nacional do Catimbau, Buíque (PE), 2014. (Foto de fundo.)

UNIDADE 1

MATÉRIA, ENERGIA E NOÇÕES BÁSICAS DE QUÍMICA A Química está presente em tudo o que está ao nosso redor, desde o ar que estamos respirando agora, até a água que tomamos e utilizamos, as comidas que comemos, os objetos, como computador, lápis, borracha, papel, produtos de limpeza, que usamos no dia a dia. Todos os objetos presentes na cozinha tiveram Química em sua produção, e os alimentos que estão sendo preparados também. Os plásticos, até apresentarem o formato dos objetos que conhecemos, passam por diversas transformações, e isso também faz parte da Química. 1. Você já viu no rótulo de algum produto a frase “Produto sem química”? Você acha que essa frase é verdadeira? Explique. 2. É possível afirmar que Química é uma ciência que se faz apenas no laboratório? Por quê?

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CAPÍTULO

Matéria

Edilson Dantas/Folhapress

Gado em pastagens em General Carneiro, PR, 2014. Buda Mendes/Getty Images

Queimada em Zé Doca, MA, 2014.

Mauricio Simonetti/Pulsar

Mario Tama/Getty Images

› Pensando no seu dia a dia, procure se lembrar de situações em que você utilizou a palavra energia ou ouviu falar dela. Elabore uma lista em seu caderno com essas situações. Faça o mesmo com a palavra matéria. › Observe as imagens a seguir e, para cada uma, elabore uma lista dos elementos que você classificaria como matéria ou como energia.

Atleta praticando windsurfe na Baía de Guanabara, RJ, 2014.

Relâmpago em São Paulo, SP, 2015.

› Com todos esses elementos, crie uma definição de matéria e uma definição de energia. Compartilhe as definições com os colegas de classe.

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INTRODUÇÃO AO ESTUDO DA MATÉRIA Tudo o que existe no Universo conhecido se manifesta como matéria ou como energia, aspectos diferentes de uma mesma realidade. Quando falam em matéria, os cientistas se referem a tudo o que tem massa e ocupa espaço. Água, madeira, papel, borracha, pedra e ar são exemplos de matéria. Geralmente se imagina

Palê Zuppani/Pulsar

a matéria como algo sólido, mas ela também pode se apresentar como um líquido ou um gás.

B 4 mm a 8 mm

Yoko Inoue/Workbook Stock/Getty Images

Dorling Kindersley/Getty Images

A: Bexigas de aniversário. B: Inseto conhecido popularmente por joaninha. C: Mochila contendo fichário, cadernos, lápis, fone de ouvido, camiseta.

PROPRIEDADES DA MATÉRIA O que define a matéria são as suas propriedades, e cada tipo de matéria é usado em razão dessas propriedades. Assim, a madeira é usada para a fabricação de móveis porque, além de ser resistente, pode ser serrada e lixada. Como queima facilmente, é utilizada, ainda, como lenha em fornos. Na matéria distinguimos propriedades gerais e específicas.

Propriedades gerais As propriedades gerais são comuns a todo tipo de matéria e não permitem diferenciar uma matéria da outra. Elas independem da substância de que a matéria é constituída. São propriedades gerais da matéria: massa, volume, impenetrabilidade, elasticidade, compressibilidade e divisibilidade.

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Corpo: é o mesmo que qualquer objeto, em Física.

Massa: pode-se definir massa como a quantidade de matéria de um corpo. Assim, um ovo de galinha tem maior massa que um ovo de beija-flor, e 1 litro de água tem massa maior que 1 litro de ar.

miligrama (mg)

1 mg  0,001 g

grama (g)

1 g  1 000 mg

quilograma (kg)

1 kg  1 000 g

tonelada (t)

1 t  1 000 kg

Fernando Favoretto

Principais unidades de medida de massa

Volume: propriedade que a matéria tem de ocupar lugar no espaço. Observe nas fotos a seguir que o espaço deixado pela retirada de uma das caixas cor-

A balança é utilizada para medir a massa de um corpo. Fotos: Sérgio Dotta Jr/The Next

responde à medida do seu volume.

A matéria ocupa espaço. Observe que em A a caixa ocupa certo volume no interior do carro. Em B, o volume da caixa foi transferido para a pilha de caixas, fora do carro.

As cores não correspondem aos tons reais.

Símbolo

litro mililitro centímetro cúbico

L mL cm3

Relação entre as unidades de volume 1 L = 1 000 mL = 1 000 cm3 1 mL = 1 cm3

Repare que corpos com o mesmo volume podem ter massas diferentes, bem como corpos com volumes diferentes podem ter a mesma massa. Ilustrações: Alex Argozino

Os elementos das imagens estão fora de escala de tamanho entre si.

Unidade

A B

A → bola de chumbo de 100 cm3

A → bloco de madeira de 100 cm3

B → bola de plástico de 100 cm3 1

B → bloco de ferro de 30 cm3

Em 1, duas bolas com mesmo volume e massas diferentes; em 2, dois blocos com volumes diferentes e massas iguais.

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Quando comparamos 1 litro de ar com 1 litro de água, notamos que, nesse caso, ambos ocupam o mesmo volume: 1 litro (1 L). Contudo, há muito mais matéria (massa) em 1 litro de água do que em 1 litro de ar. Impenetrabilidade: propriedade da matéria em que dois corpos não podem ocupar, ao mesmo tempo, o mesmo lugar no

água

espaço. Veja a figura ao lado.

chama move-se

Como se pode observar, a água colocada no recipiente ocupou o espaço que antes era do ar, empurrando-o para fora. Elasticidade: propriedade que a matéria tem de retomar seu

volume inicial, uma vez cessada a força que causa, por exemplo, a compressão. Uma esponja de banho (1), após ser comprimida (2), volta ao estado normal (3) em razão da sua elasticidade. Veja a ima-

Representação da propriedade da impenetrabilidade.

gem abaixo. 1

Representação da elasticidade da matéria.

esponja

Compressibilidade: propriedade que a matéria possui de reduzir seu volume quando sujeita a certas pressões. O exemplo da esponja prova que, além de elástica, ela também é compressível.

• Dependendo do tipo de matéria, a compressão pode ser maior ou menor. Considere as matérias ar e água. Qual das duas você acha que é mais compressível?

Divisibilidade: a matéria pode ser dividida em porções cada vez menores. Considere uma gota de água. Essa amostra de matéria pode ser dividida em porções cada vez menores até chegar a um ponto-limite em que teríamos a menor porção de água, conservando as propriedades dessa substância: a molécula de água. Por sua vez, a molécula de água pode ainda ser dividida em seus três átomos: dois átomos de hidrogênio (H) e um

Ilustrações: Alex Argozino

átomo de oxigênio (O).

As cores não correspondem aos tons reais.

divisão

Os elementos das imagens estão fora de escala de tamanho entre si.

água gota

átomos molécula

Representação da divisibilidade da matéria.

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Implícito: é o mesmo que estar envolvido, mas sem clareza.

Propriedades específicas As propriedades específicas são próprias para cada tipo de matéria e permitem diferenciar uma matéria da outra. Elas estão correlacionadas ao tipo de substância que compõe a matéria. Podemos classificá-las em propriedades organolépticas, físicas e químicas.

•

Neste site é possível realizar uma revisão dos estados da matéria e conhecer as propriedades do estado de plasma. São apresentadas características desse estado, seus usos e sua presença marcante na natureza. Disponível em: <http:// ftd.li/a3wjgw>. Acesso em: mar. 2017.

As propriedades organolépticas podem ser percebidas pelos órgãos dos sentidos. Exemplos: cor, brilho, odor e sabor.

Propriedades físicas As propriedades físicas mais importantes são ponto de fusão, ponto de ebulição, densidade absoluta, propriedade magnética, maleabilidade, ductilidade, dureza, tenacidade, calor específico, condutividade elétrica e térmica, dentre outras. Ponto de fusão: temperatura em que a substância passa da fase sólida para a fase líquida, sempre em relação a determinada pressão atmosférica. Ponto de ebulição: temperatura em que a substância passa da fase líquida para a fase gasosa, sempre em relação a determinada pressão atmosférica. As substâncias e os elementos químicos têm pontos de fusão e de ebulição específicos.

Temperaturas de fusão e de ebulição de algumas substâncias (pressão atmosférica ao nível do mar) Substância

Ponto de fusão

Ponto de ebulição

Água

0 °C

100 °C

Álcool etílico

117 °C

78 °C

Mercúrio

39 °C

357 °C

Ferro

1 535 °C

2 750 °C

Chumbo

327 °C

1 751 °C

Fonte dos dados: LEITURAS DE FÍSICA (GREF). Física térmica. Disponível em: <http://www.if.usp.br/ gref/termo/termo3.pdf>. Acesso em: mar. 2017.

Densidade absoluta: relação entre a massa e o volume de um corpo em determinadas condições de temperatura e pressão. A massa, por exemplo, pode ser medida em grama (g) e o volume, em centímetro cúbico (cm3), como mostra o esquema abaixo.

Densidade de algumas substâncias

m (g) m densidade  massa do corpo ou D  absoluta volume do corpo V (cm3) V

Substância

Densidade em g/cm3

Água na fase sólida (gelo)

0,92

Alumínio

2,70

Chumbo

11,40

Isopor

0,01

em dada unidade de volume. É impreciso afirmar que o “chumbo

Mercúrio

13,60

pesa mais que o alumínio”, porque o volume não foi definido. Porém,

Papel comum

0,90

A densidade absoluta é medida em g/cm3. Por exemplo, a densidade absoluta da água destilada (água que não possui nenhuma substância dissolvida), a 4 °C, é 1 g/cm3; a do mercúrio é 13,6 g/cm3; a do ouro, 19,3 g/cm3. A densidade absoluta expressa a quantidade de matéria contida

afirmar que o chumbo tem densidade maior que o alumínio é correto, Fonte dos dados: LEITURAS DE FÍSICA (GREF). Mecânica. Disponível em: <http://www.if.usp.br/gref/mec/mec2.pdf>. Acesso em: mar. 2017.

porque está implícito um volume unitário constante. Isso significa que, em qualquer volume de chumbo, há mais matéria do que no mesmo volume de alumínio. Ao lado, você tem alguns valores de densidade.

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Observe o esquema a seguir. Os elementos das imagens estão fora de escala de tamanho entre si.

azeite de oliva (d  0,92 g/cm3)

As cores não correspondem aos tons reais.

água (d  1 g/cm3)

Esquema de recipiente contendo água, azeite de oliva e um prego de ferro.

prego de ferro (d  7,9 g/cm3)

Em 1 cm3 de ferro há 7,9 g de matéria; em 1 cm3 de água há 1 g de matéria; e em 1 cm3 de azeite há 0,92 g de matéria. Portanto, o ferro concentra maior quantidade de matéria (massa) em um volume de 1 cm3 (maior densidade), e o azeite concentra menor quantidade de matéria em um volume de 1 cm3 (menor densidade). Nesse caso, o ferro afunda na água por ser mais denso, e o azeite flutua por ser 400 cm3

400 cm3

350 cm3

300 cm3

250 cm3

200 cm3

Ao pesarmos os dois líquidos, encontramos os valores de 300 g

150 cm3

para a água e 276 g para o azeite. Calcule a densidade de cada um.

100 cm3

Qual desses líquidos é o mais denso, a água ou o azeite?

50 cm3

Cálculo de densidade Vejamos como se calcula a densidade de substâncias ou materiais diferentes. Temos água e azeite de oliva, cada um colocado em uma proveta (instrumento utilizado para medir volume).

Resolução: 1 Água massa  300 g

densidade → D 

volume  300 cm

massa volume

Ilustrações: Alex Argozino

menos denso.

Duas provetas contendo o mesmo volume de líquidos diferentes.

então: D

300 g 300 cm3

Dágua = 1 g/cm3

2 Azeite massa  276 g

volume  300 cm3 então: D 

276 g 300 cm3

Dazeite = 0,92 g/cm3

Resposta: A água é mais densa que o azeite de oliva.

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Fotos: Sérgio Dotta Jr/The Next

Propriedade magnética: propriedade que a substância tem de atrair pedaços de ferro e níquel. Um exemplo de substância magnética natural é a magnetita. A magnetita é um ímã natural. Mas outras substâncias podem adquirir propriedades magnéticas, como os ímãs artificiais, constituídos de ferro, aos quais se acrescentam proporções determinadas de alumínio, níquel e cobalto. Maleabilidade: propriedade que permite à matéria ser transformada em lâminas. Toda matéria capaz de ser

Magnetita.

transformada em lâminas é considerada maleável. É o

Ímã artificial.

caso da maioria dos metais.

Ductilidade: propriedade que a maioria dos metais possui de ser dúctil, ou seja, de ser

idea for life/Shutterstock.com

transformada em fios. bergamont/Shutterstock.com

Magnetita: minério de ferro com propriedade magnética.

O metais são materiais de grande maleabilidade por serem facilmente transformados em lâminas ou placas, inclusive com detalhes artísticos.

A ductilidade também é propriedade dos metais por eles se transformarem em fios.

Dureza: resistência que a superfície de determinada substância oferece ao ser riscada por outro material. O diamante é a substância natural que apresenta maior grau de dureza, pois é capaz de riscar a si e a todas as outras substâncias, não sendo riscado por nenhuma outra. A dureza não pode ser medida em unidades como se faz para medir a massa, por exemplo. No entanto, o mineralogista alemão Friedrich Mohs criou uma escala por meio da qual se testam diferentes substâncias. Cada mineral-padrão da escala pode riscar os minerais que o

11 Talco Talco

22 Gipsita Gipsita

33 Calcita Calcita

44 Fluorita Fluorita

5 5 Apatita Apatita

66 7 7 Feldspato Quartzo Feldspato Quartzo (ortoclásio) (ortoclásio)

88 Topázio Topázio

99 10 10 Coríndon Diamante Coríndon Diamante (rubis e e (rubis safiras) safiras)

Editoria de Arte

antecedem e pode ser riscado por ele mesmo ou pelos que o sucedem.

Representação da escala de dureza de Mohs.

Tenacidade: resistência que o material oferece ao choque mecânico, isto é, ao impacto. Afirmamos que um material é tenaz quando ele resiste a forte impacto sem se quebrar.

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DENSIDADE DE LÍQUIDOS E DE SÓLIDOS Comparar a densidade de dois líquidos. Determinar experimentalmente a densidade de líquidos e de um corpo sólido.

Material • duas provetas graduadas, idênticas e com capacidade de 500 mL; • 600 mL de água;

DOTTA2

ATIVIDADE EXPERIMENTAL

Objetivos

• 500 mL de óleo; • uma balança; • uma pedra que caiba na proveta.

Parte 1 Procedimento

Material utilizado no experimento.

A. Meça separadamente as massas das duas provetas vazias, utilizando a balança, e anote esses valores em seu caderno. B. Coloque 300 mL de água em uma das provetas e 300 mL de óleo na outra. C. Utilizando a balança, meça as massas das duas provetas que contêm água e óleo. Anote esses dois valores de massa em seu caderno. D. Do valor obtido de cada massa, subtraia o valor da massa da proveta e também anote no caderno esses novos valores.

QUESTÕES E CONCLUSÕES 1. Por que é preciso medir a massa das duas provetas vazias? 2. Em sua opinião, qual desses líquidos é o mais denso, a água ou o óleo? 3. Calcule as densidades da água e do óleo, em g/cm3. Lembre-se de que 1 mL = 1 cm3. 4. A sua previsão estava correta a respeito das densidades dos líquidos?

Parte 2 Procedimento A. Coloque 250 mL de água na proveta. B. Mergulhe a pedra na proveta e anote a nova graduação correspondente ao nível da água. C. Meça a massa da pedra na balança e anote.

QUESTÕES E CONCLUSÕES 1. O que é preciso conhecer de um corpo sólido para calcular a sua densidade? 2. A que corresponde o volume de água deslocado na proveta depois de mergulhada a pedra? 3. Quais são as informações necessárias para determinar a densidade da pedra? 4. Determine a densidade da pedra, em g/cm3.

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TEIA CONHECIMENTO DO VOCÊ SABIA QUE O GRAFITE E O DIAMANTE SÃO FEITOS DO MESMO MATERIAL?

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Apesar de serem materiais distintos, grafite e diamante são feitos de carbono, elemento também comum na constituição dos seres vivos. Na fotografia, amostra de grafite.

Quem diria que aquele lápis ou lapiseira que você usa na escola poderia ser um “parente” de uma pedra preciosa. Pois é isso mesmo! O grafite – ou grafita, nomenclatura mais usada pelos cientistas – e o diamante são minerais formados a partir do mesmo elemento químico. O carbono puro – elemento químico que também está presente em todos os seres vivos – é a base da formação do grafite e do diamante. Na natureza, o carbono tem seus átomos agrupados e quando expostos a fatores ambientais diferentes, como temperatura e pressão, podem ser cristalizados, ou seja, formam minerais. Porém, para a formação do grafite e do diamante no solo existem diferenças fundamentais. Na constituição do grafite é preciso ter condições de pressão e temperatura bem menores do que na do diamante, que precisa de muita compressão e calor para ser formado. Estas diferenças fazem com que o diamante e o grafite, embora formados unicamente do mesmíssimo material, sejam minerais distintos, com diferentes características. E a diferença está na estrutura. O diamante é um mineral resultante de uma ligação muito forte entre os átomos de carbono. Essa característica na constituição faz dele um mineral muito duro e, assim, com grande capacidade de riscar. Porém, ao contrário do que muitos pensam, ele não é indestrutível e pode, sim, desaparecer, se for exposto a altíssimas temperaturas, ou espatifar, se levar uma grande martelada, por exemplo. Mas o diamante tem utilidades que vão muito além da composição de joias belas e caras: ele é usado, por exemplo, na indústria, em matéria-prima de brocas de perfuração e em ferramentas de corte. O grafite, por sua vez, é o resultado de uma rede frouxa de átomos de carbono e, por isso, é mais maleável. Misturado com argila, pode ser usado nos lápis e nas lapiseiras, em tintas, em lubrificantes, entre outros produtos. [...] E do grafite submetido a altas temperaturas podem-se produzir diamantes artificiais. [...]. CHODUR, Nelson Luiz. Você sabia que o grafite e o diamante são feitos do mesmo material? Ciência Hoje das Crianças, n. 192, p. 20, jul. 2008. Disponível em: <http://chc.cienciahoje.uol.com.br/multimidia/revistas/reduzidas/192/ files/assets/seo/page5.html>. Acesso em: mar. 2017.

ATIVIDADES 1 Como se explica o fato de o diamante e o grafite serem formados pelo mesmo elemento, o carbono, e serem materiais completamente diferentes? 2 Na indústria, os diamantes são muito utilizados para perfurar e cortar diversos materiais. Relacione esse uso dos diamantes na indústria à propriedade da matéria que permite essa função.

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Propriedades químicas As propriedades químicas são as responsáveis pelos tipos de Frank May/dpa/Corbis/Latinstock

transformação que cada substância é capaz de sofrer. Os processos que transformam substâncias em outras são denominados reações ou transformações químicas. Assim, o ferro, ao combinar-se com o gás oxigênio em presença de ar úmido, transforma-se em ferrugem.

Substância e mistura Analisada sob o aspecto da qualidade, a matéria é denominada

A formação da ferrugem é uma transformação química.

Uma substância possui uma composição característica determinada e um conjunto definido de propriedades. A sacarose, o cloreto de sódio, a água destilada e o gás oxigênio são exemplos de substâncias. Uma substância pode ser formada por um único elemento químico, como o cobre, ou composta de dois ou mais

Sérgio Dotta Jr/The next

substância.

elementos numa proporção definida, como é o caso da sacarose (42,11% da massa é de carbono, 6,48%, de hidrogênio e 51,41%, de oxigênio) e do cloreto de sódio (39,34% de sua massa é de sódio e 60,66%, de cloro). Duas ou mais substâncias agrupadas constituem uma mistura, cuja composição e propriedades são variáveis. O leite, a madeira, a água salgada, o ar, o granito e o chocolate são exemplos de misturas.

Fenômenos químicos e físicos Embora nem sempre seja perceptível, a matéria, ao nosso redor, está em contínua transformação. Algumas transformações alteram a natureza da matéria; outras, apenas a sua aparência. Considera-se fenômeno qualquer transformação da matéria. Os fenômenos podem ser químicos ou físicos. São fenômenos químicos todas as transformações da matéria com alteração de sua composição. Exemplos: a combustão do papel, a fotossíntese, a formação da ferrugem, a respiração celular, entre outros. São fenômenos físicos

A queima do papel, como de qualquer outro objeto, é um fenômeno químico. Sacarose: açúcar da cana e da beterraba. Cloreto de sódio: sal de cozinha. Reflexão: retorno da luz ou do som ao meio inicial, depois de incidir sobre uma superfície de separação entre dois meios materiais. Interagir: agir junto.

todas as transformações da matéria sem alteração de sua composição. Exemplos: a fusão do gelo, a ebulição da água, o acender de uma Photodisc/Getty Images

lâmpada, a queda de um corpo, a reflexão da luz, a atração de um prego por um ímã, entre outros. A Química é a ciência que estuda os fenômenos químicos. Podemos afirmar que é a ciência da transformação, a ciência que estuda as diferentes substâncias e o modo como elas interagem. A Química está presente à nossa volta o tempo todo, bem como nos laboratórios científicos e na indústria. Na agricultura serve para aumentar o rendimento das colheitas e controlar as pragas.

A fusão do gelo é um fenômeno físico.

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Digital Vision/Getty Images

Produtos químicos deixam limpa e potável a água que chega às nossas casas. Medicamentos, tinturas sintéticas, plásticos e tecidos são produzidos por processos químicos a partir de matérias-primas da natureza. A Física é a ciência que estuda os fenômenos que ocorrem em todo o Universo e que procura criar modelos para representar e estudar esses fenômenos. Com a Química, ela é a responsável pelos grandes avanços tecnológicos, como as conquistas espaciais e a criação de aparelhos elétricos, A Física está presente no desenvolvimento tecnológico.

eletrônicos e de som.

•

Simulador com as mudanças de estado físico da matéria. Disponível em: <http://ftd.li/krc8uy>. Acesso em: mar. 2017.

REVER E APLICAR 1

Reveja a abertura deste capítulo, na página 14, e relembre o que foi discutido. Agora, considerando a definição de matéria que você elaborou e tudo o que aprendeu neste capítulo, como você redefiniria matéria?

Nesse caso, 1 mL apresenta cinco divisões. Cada divisão corresponde a 0,2 mL. Porém, nem todas as provetas são iguais. Os elementos das imagens estão fora de escala de tamanho entre si. As cores não correspondem aos tons reais.

Agora, responda às atividades a seguir no caderno.

Ilustrações: Arthur Kenji

2 Observe como um líquido é medido em uma proveta graduada.

olho mal colocado

olho bem colocado olho mal colocado

Representação de proveta contendo aproximadamente 8 mL de líquido.

a) Qual é a unidade utilizada para graduar a proveta na primeira ilustração desta página? Pesquise qual é a medida mais comum para medir volume de líquidos.

cm3

b) Qual é o volume do líquido contido em cada um dos recipientes esquematizados ao lado?

2 50

Representação de duas provetas com unidades de volume diferentes, uma em cm3 e a outra em mL. V ?

V ?

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c) Temos outro recipiente graduado, chamado béquer, que mede volume. A princípio, tínhamos um béquer com água até o volume indicado em 1. Ao colocarmos uma pedra no béquer, o volume indicado passou a ser o que está representado em 2. Qual é o volume da pedra em cm3 e em mL? Ilustrações: Arthur Kenji

100

Um béquer em duas situações: (1) apenas com água e (2) com água e uma pedra.

d) Qual propriedade da matéria explica a água ter subido de nível em 2? e) Se a pedra tem massa de 200 g, qual é a densidade da pedra em g/cm3? f) Por que a pedra afunda na água? g) Se jogarmos um pedaço de cortiça (densidade de 0,32 g/cm3) no interior do recipiente, ele afundará ou flutuará? Justifique sua resposta. B

3 Há 1 litro de água no recipiente A e 1 litro de óleo no recipiente B.

Os elementos das imagens estão fora de escala de tamanho entre si.

Comparando a água com o óleo:

As cores não correspondem aos tons reais.

a) qual recipiente contém maior volume? Justifique sua resposta. b) qual contém mais massa? Justifique sua resposta. c) qual dos conteúdos tem maior densidade? Justifique sua resposta.

Representação de balança de pratos desequilibrada contendo duas garrafas.

4 O isopor é um material que não se dissolve na água, e sua densidade é de 0,03 g/cm3. Já o chumbo, que também não se dissolve na água, tem densidade de 11,3 g/cm3. A água, como já vimos, tem densidade de 1 g/cm3. Duas esferas pequenas, uma de isopor e outra de chumbo, têm massas diferentes, mas ocupam o mesmo volume: 2 cm3. a) Calcule a massa de cada uma das esferas. b) Qual das esferas não afunda na água? Justifique sua resposta.

Studiomode/Alamy/Latinstock

Tastyart Ltd Rob White/Getty Images

DE SA

• O que tem maior densidade: um tablete grande de manteiga ou um tablete pequeno da mesma manteiga? Justifique sua resposta.

Dois tabletes de manteiga com tamanhos diferentes.

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