Copyright © Adelaide Maria Vieira Viveiros Todos os direitos reservados. Proibida a reprodução total ou parcial, de qualquer forma e por qualquer meio mecânico ou eletrônico, inclusive através de fotocópias e de gravações, sem a expressa permissão do autor. Todo o conteúdo desta obra é de inteira responsabilidade do autor. Editor Responsável: Thiago da Cruz Schoba Coordenador Editorial: João Lucas da Cruz Schoba Capa: Editora Schoba / Francis Manolio Diagramação: Editora Schoba / Michelle Kato Revisão: Milze Maria Sacramento Carvalho Ilustrações: Mônica Andrade Maia Brito
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) (Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil) Viveiros, Adelaide Maria Vieira Química no contexto / Adelaide Maria Vieira Viveiros. -- Salto, SP : Editora Schoba, 2011. Bibliografia ISBN 978-85-8013-048-5 1. Química (Ensino médio) I. Título. 11-04235 CDD-540.7 Índices para catálogo sistemático: 1. Química : Ensino médio 540.7
Editora Schoba Ltda Rua Melvin Jones, 223 - Vila Roma - Salto - São Paulo CEP 13321-441 Fone/Fax: (11) 4029.0326 E-mail: atendimento@editoraschoba.com.br www.editoraschoba.com.br
Sonhos se realizam, sonhos se desvanecem, mas... “É preciso ter sonhos sempre Quem traz na pele essa marca Possui a estranha mania de ter fé na vida” (Milton Nascimento)
Dedico esse livro a Reiko Isuyama (em mem贸ria), grande amiga, minha mestra em qu铆mica no contexto e Mariana e Daniel, meus filhos, meus amigos.
Agradeço...
Às pessoas citadas a seguir, não somente pela contribuição responsável e valiosa de cada um em sua área de competência, mas principalmente, pelo carinho dedicado ao trabalho e pelo apoio pessoal em muitos dos momentos difíceis. A citação dos nomes está em ordem alfabética, pois a importância da contribuição de cada um é imensurável. Adriano Costa Sá, autor do logotipo “Química no Contexto”. Carlos Daniel Silva da Silva, pela revisão técnica e pedagógica. Denise dos Santos Sá, pela revisão técnica. Editora Schoba, pela confiança depositada e pelo excelente trabalho realizado. Josanaide Sant’Ana Ribeiro Teixeira, pela revisão técnica com ênfase na Química Orgânica. José Petronílio Lopes Cedraz, pela revisão técnica. Marcelo Álison Souza dos Santos, pela revisão técnica. Márcio de Jesus Silva, pela montagem das estruturas dos compostos orgânicos. Martins Dias de Cerqueira, pela revisão técnica com ênfase na bioquímica. Milze Maria Sacramento Carvalho, pela revisão de redação. Miguel Fascio dos Santos Filho, pela revisão técnica. Mônica Andrade Maia Brito, autora de todos os desenhos. Tadeu Antônio de Campos Costa, pela montagem das estruturas dos compostos orgânicos. Zênis Novais da Rocha, pela revisão técnica com ênfase na eletroquímica. Quero ainda expressar um agradecimento especial a José Petronílio Lopes Cedraz, meu amigo e responsável por eu ter escrito esse livro.
Prefácio
Conhecendo Química no Contexto... Livro didático destinado ao estudo de Química no ensino médio. É também adequado para estudos em disciplinas de prática de ensino dos cursos de graduação em Química e em cursos de formação de professores para o ensino de Ciências no nível fundamental. Além disso, pode ser usado em cursos de formação continuada de professores de Química. Química no Contexto, porém, não é apenas um livro, é também uma proposta que visa a mudança do ensino de uma Química meramente informativa para uma Química formativa. A abordagem contextualizada permite que o aluno associe o conteúdo estudado com a sua vida, uma vez que os contextos aqui escolhidos, ÁGUA, AR ATMOSFÉRICO, SOLO, COMBUSTÍVEIS E ALIMENTOS, fazem parte da vida de qualquer cidadão. Isso foi planejado justamente para que as pessoas compreendam a utilidade do estudo de Química. Os conteúdos foram distribuídos por esses cinco contextos e inseridos de modo que o aluno aprenda a usar Química para entender melhor o contexto e a usar o contexto para compreender a Química. Química no Contexto é também um investimento no desenvolvimento autônomo e significativo do trabalho docente. É um reconhecimento de que o professor pode arriscar e inovar, conhecer e propor novas 13
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Química no Contexto
trajetórias para a melhoria do seu trabalho. Enfim, além da contribuição profissional, Química no Contexto envolve aspectos pessoais, uma vez que, para a autora, Química no Contexto é um sonho realizado! Como está estruturado? Química no Contexto é constituído de cinco unidades, sendo uma no Volume 1, duas no Volume 2 e duas no Volume 3. Cada unidade aborda um ou dois dos temas escolhidos e consta do seguinte:
1. Texto sobre o tema: Esse texto é dividido em partes e relata sobre o contexto – ÁGUA, AR ATMOSFÉRICO, SOLO, COMBUSTÍVEIS ou ALIMENTOS –. Ele está escrito de tal forma que, ao lê-lo, já se começa a fazer a conexão entre o contexto e os conteúdos de Química que são estudados nessa unidade. A relação desses conteúdos e os objetivos do contexto também são apresentados, para uma melhor orientação do leitor.
Ao longo da descrição do tema, algumas palavras são escritas em itálico, com um número como sobrescrito à esquerda. Logo em seguida, aparece uma caixa de texto intitulada Informação, na qual é dado o significado dessa palavra, apenas para que o leitor possa continuar a leitura do texto com o entendimento químico adequado. Para algumas dessas palavras, o significado químico é mais aprofundado ao se estudar o conteúdo específico adequado. Ao final de cada parte do texto, tem-se uma seção denominada Agora tente responder, a qual consta de perguntas sobre o que foi escrito com relação ao tema. O objetivo desta seção é estimular o leitor a repensar no que leu, pois ele pode responder a todas essas perguntas apenas com o que está escrito no texto. 2. Apoios: Denomina-se de Apoio, cada capítulo no qual um dado conteúdo de Química, que foi inserido no texto ou que será útil para entender o tema, é trabalhado num nível de detalhamento adequado para o ensino médio. No início de cada apoio são apresentados: (I) itens detal-
Água: o líquido mais importante
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hando o que vai ser estudado, isto é, os conteúdos de química; (II) itens descrevendo para que estudar esse conteúdo, ou seja, os objetivos. No final de cada apoio, são apresentados, numa seção denominada O que estudamos, itens mostrando a relação do que foi estudado com os objetivos propostos.
Em cada apoio, são apresentados exercícios resolvidos e propostos. Os exercícios resolvidos aparecem, inseridos no texto e após um dado item, numa seção denominada Entendendo Melhor. A resolução é detalhada e discutida. Os exercícios propostos aparecem em dois momentos: (i) inseridos no texto numa seção denominada Faça, você sabe; (ii) no fim do apoio, numa seção denominada Faça Mais, você sabe. Aqueles inseridos no texto são, em geral, muito semelhantes aos apresentados no Entendendo Melhor e vêm logo em seguida desses; para alguns daqueles que vêm no fim do texto, são dadas orientações para a resolução. Todos os exercícios propostos estão resolvidos no Livro do Professor.
Além do Texto sobre o tema e dos Apoios, QUÍMICA NO CONTEXTO apresenta as seções denominadas Experimentando para aprender mais e Aprendendo Mais. Em Experimentando para aprender mais, encontram-se experimentos que podem ser feitos como demonstrações, em sala de aula, e que foram propostos com o objetivo de contribuir para melhorar a compreensão do conteúdo de Química que está sendo estudado. No Livro do Professor, encontram-se informações mais detalhadas sobre como realizar os experimentos e como trabalhar os conteúdos de Química neles inseridos. A seção Aprendendo Mais foi escrita com dois objetivos: (I) Apresentar aspectos químicos sobre alguns temas, apenas para ampliar o conhecimento do leitor do ponto de vista social e ambiental; (II) Apresentar, separadamente, alguns conteúdos de Química que não se encaixavam em nenhum apoio ou que, se tratados no apoio adequado, poderia torná-lo longo e cansativo.
Sumário
I. TEXTO Parte 1: Por que a água é importante?...................................................................17 Objetivos: Identificar os diversos usos da água. Conhecer as principais fontes de água na natureza. Parte 2: H2O: propriedades surpreendentes!.....................................................21 Objetivo: Reconhecer que os usos da água, como os de qualquer substância, são decorrentes da sua composição química. Parte 3: A molécula H2O e algumas propriedades da água...........................27 Objetivo: Relacionar propriedades da água, tais como: densidade, pressão de vapor, calor específico, com a sua composição química. Parte 4: Água como solvente......................................................................................33 Objetivo: Entender a importância das misturas aquosas. Parte 5: De onde vem a água?....................................................................................37 Objetivos: Conhecer algumas formas de tratar a água. Reconhecer que o tratamento da água está relacionado à origem da mesma. Parte 6: Água: é preciso mantê-la limpa!..............................................................43 Objetivos: Identificar as principais origens de poluição da água. Reconhecer a necessidade de usar a água prudentemente e de mantê-la limpa. Entender como o uso adequado da Química ajuda a manter a água
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limpa. Experimentando, para aprender mais (I)................................................................. 49 II. CONTEÚDOS DE QUÍMICA Apoio 01: Matéria: Modelo químico.......................................................................53 Apoio 02: Medidas em Química: a quantidade de matéria...........................77 Apoio 03: Energia: movimento e interação das espécies químicas..........87 Apoio 04: Sólida, Líquida, Gasosa: três fases da matéria...............................99 Apoio 05: Propriedades da matéria: transformações físicas e químicas......................................................................... 109 Apoio 06: Tratamento da água: separando os constituintes da matéria...................................................................................... 121 Experimentando, para aprender mais (II).............................................................131
Apoio 07: Atómos: constituintes elementares da matéria......................... 135 Apoio 08: Tabela Periódica: organizando os elementos!............................ 163 Apoio 09: Ligação Química: compartilhamento de elétrons..................... 179 Apoio 10: Forças Intermoleculares: interações físicas na matéria.................................................................................... 201 Apoio 11: Líquidos: a matéria desorganizada?............................................... 225 Apoio 12: Soluções e Coloides: estados dispersos da matéria!............... 243 Experimentando, para aprender mais (III)............................................................271 III. BIBLIOGRAFIA Referências Bibliográficas......................................................................................... 277
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Parte 1
Por que a água é importante?
Todos os seres que vivem sobre a Terra dependem de um líquido chamado água. Esse líquido incolor, sem cheiro e sem sabor é indispensável à vida. Ele é usado para beber, no preparo de alimentos, na higiene, entre outras utilidades. Em geral, raramente nos preocupamos em saber de onde a água vem, o que ela contém, quão pura ela é ou deve ser, por quanto tempo continuará o seu fornecimento, a não ser quando ocorrem problemas no seu fornecimento, causados pela seca ou por alguma contaminação. Só então essas questões tornam-se relevantes. Água é a 1substância mais abundante na crosta terrestre. Além de estar presente nos oceanos e mares (97,5%), rios, lagos, ela também está presente em todos os seres vivos. Informação Substância é qualquer matéria formada por um determinado constituinte. 1
As fontes de água potável podem ser superficiais (rios, lagos, pântanos) ou subterrâneas. Da totalidade de chuva que cai na superfície da Terra, uma parcela (≈ 30%) escoa diretamente para os rios, mares, lagos, ou seja, compõe a água superficial do planeta. A maior parte, porém, infiltra-se no solo, preenchendo os espaços vazios existentes entre 19
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Química no Contexto
os grãos de argila, de areia ou de rochas mais consolidadas, constituindo depósitos de água subterrânea. A FIGURA 1 mostra algumas fontes de água na natureza e o ciclo natural da água.
Figura 1 – Ciclo natural da água
As pessoas normalmente não dimensionam o consumo diário de água e também não sabem muito bem sobre os seus diferentes usos. A Tabela 1 mostra dados do consumo diário médio de água por pessoa. Tabela 1 – Consumo médio de água por pessoa/dia Uso Doméstico
Consumo (l)
Descarga banheiro
120
Banho
90
Lavagem de roupas
42
Lavagem de pratos
24
Beber e cozinhar
8 Fonte: SCHWARTZ, A. T. et al. Chemistry in Context, p 125
Água: o líquido mais importante
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Contudo, o consumo diário de água por pessoa é muito maior que aquele gasto apenas no uso doméstico. O maior consumo é atribuído ao que se chama de uso indireto: é a água usada para produzir, processar e transportar alimentos e produtos industrializados. A Tabela 2 apresenta o volume estimado de água usado para produzir alguns materiais conhecidos. Tabela 2 – Quantidade estimada de água para obter alguns produtos comuns Produto
Volume de água (ℓ)
1 kg de alumínio
1.280
1 kg de aço
260
1 kg de papel
160
1 ℓ de cerveja
16,7
1 ℓ de gasolina
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Muitos dos produtos citados na Tabela 2 não contêm água. O uso industrial da água está diretamente ligado à fabricação do produto acabado ou aos sistemas de resfriamento ou aquecimento no processo. A água usada para resfriamento é reciclada para o ambiente ou para o próprio processo. Entretanto, quando participa de 2reações químicas, ela se transforma em outra(s) substância(s). Informação Reação química é um processo através do qual a(s) partícula(s) formadora(s) de uma ou mais substância(s) é(são) modificada(s). 2
Além dos usos doméstico e industrial, a água é indispensável na agricultura. Ela é necessária na irrigação e é um nutriente fundamental às plantas, que a usam na fotossíntese. Nas atividades domésticas a água usada retorna logo aos reservatórios: rios, lagos, oceanos etc. Depois de receber o tratamento adequado nas estações específicas para este fim, a água volta então a ser reutilizada normalmente. Todavia, quando ela é transformada em outra(s) substância(s), o seu retorno é bem mais demorado.
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Química no Contexto
? Agora tente responder 1. Analise a Figura 1 e (a) descreva o ciclo da água na natureza; (b) defina evaporação; (c) diga qual é a origem da água subterrânea.
2. Analise a Tabela 1 e cite outros usos domésticos da água. Sugira o que cada pessoa pode fazer para evitar o desperdício de água. 3. Com base nos dados apresentados na TABELA 2, discuta a importância de gastar água na obtenção dos produtos citados. 4. O que é substância?
5. Quando uma substância é condensada ela se transforma em outra substância? Justifique sua resposta com base na análise da FIGURA 1. 6. No texto, o que você entende ao ler “a água é transformada”?