ciencias da natureza by Gabrielle Oliveira

Índice Ciências da Natureza e suas Tecnologias Competência de área 1 – Compreender as ciências naturais e as tecnologias a elas associadas como construções humanas, percebendo seus papéis nos processos de produção e no desenvolvimento econômico e social da humanidade. Habilidade 1 – Reconhecer características ou propriedades de fenômenos ondulatórios ou oscilatórios,relacionando-os a seus usos em diferentes contextos................................5 Habilidade 2 – (Física) Associar a solução de problemas de comunicação, transporte, saúde ou outro, com o correspondente desenvolvimento científico e tecnológico. ...........13 Habilidade 2 – (Química) Associar a solução de problemas de comunicação, transporte, saúde ou outro, com o correspondente desenvolvimento científico e tecnológico. ...........19 Habilidade 3 – (Física) Confrontar interpretações científicas com interpretações baseadas no senso comum, ao longo do tempo ou em diferentes culturas. .......................................22 Habilidade 3 – (Química) Confrontar interpretações científicas com interpretações baseadas no senso comum, ao longo do tempo ou em diferentes culturas. .......................................24 Habilidade 4 – (Química) Avaliar propostas de intervenção no ambiente, considerando a qualidade da vida humana ou medidas de conservação, recuperação ou utilização sustentável da biodiversidade. .........28 Habilidade 4 – (Biologia) Avaliar propostas de intervenção no ambiente, considerando a qualidade da vida humana ou medidas de conservação, recuperação ou utilização sustentável da biodiversidade. .........37

Competência de área 2 – Identificar

a presença e aplicar as tecnologias associadas às ciências naturais em diferentes contextos.

Habilidade 5 – Dimensionar circuitos ou dispositivos elétricos de uso cotidiano. ........................................................42 Habilidade 6 – Relacionar informações para compreender manuais de instalação ou utilização de aparelhos, ou sistemas tecnológicos de uso comum. ................................................46 Habilidade 7 – (Física) Selecionar testes de controle, parâmetros ou critérios para a comparação de materiais e produtos, tendo em vista a defesa do consumidor, a saúde do trabalhador ou a qualidade de vida....49 Habilidade 7 – (Química) Selecionar testes de controle, parâmetros ou critérios para a comparação de materiais e produtos, tendo em vista a defesa do consumidor, a saúde do trabalhador ou a qualidade de vida....56

Competência de área 3 – Associar

intervenções que resultam em degradação ou conservação ambiental a processos produtivos e sociais e a instrumentos ou ações científico-tecnológicos.

Habilidade 8 – (Física) Identificar etapas em processos de obtenção, transformação, utilização ou reciclagem de recursos naturais, energéticos ou matérias-primas, considerando processos biológicos, químicos ou físicos neles envolvidos............................................64 Habilidade 8 – (Química) Identificar etapas em processos de obtenção, transformação, utilização ou reciclagem de recursos naturais, energéticos ou matérias-primas, considerando processos biológicos, químicos ou físicos neles envolvidos............................................74 Habilidade 9 – (Química) Compreender a importância dos ciclos biogeoquímicos ou do fluxo energia para a vida, ou da ação de agentes ou fenômenos que podem causar alterações nesses processos........................93 Habilidade 9 – (Biologia) Compreender a importância dos ciclos biogeoquímicos ou do fluxo energia para a vida, ou da ação de agentes ou fenômenos que podem causar alterações nesses processos......................102 Habilidade 10 – (Física) Analisar perturbações ambientais, identificando fontes, transporte e(ou) destino dos poluentes ou prevendo efeitos em sistemas naturais, produtivos ou sociais. ..............................106 Habilidade 10 – (Química) Analisar perturbações ambientais, identificando fontes, transporte e(ou) destino dos poluentes ou prevendo efeitos em sistemas naturais, produtivos ou sociais. ..............................117 Habilidade 10 – (Biologia) Analisar perturbações ambientais, identificando fontes, transporte e(ou) destino dos poluentes ou prevendo efeitos em sistemas naturais, produtivos ou sociais. ..............................124 Habilidade 11 – Reconhecer benefícios, limitações e aspectos éticos da biotecnologia, considerando estruturas e processos biológicos envolvidos em produtos biotecnológicos.................128 Habilidade 12 – (Física) Avaliar impactos em ambientes naturais decorrentes de atividades sociais ou econômicas, considerando interesses contraditórios.........................................134 Habilidade 12 – (Química) Avaliar impactos em ambientes naturais decorrentes de atividades sociais ou econômicas, considerando interesses contraditórios.........................................138 Habilidade 12 – (Biologia) Avaliar impactos em ambientes naturais decorrentes de atividades sociais ou econômicas, considerando interesses contraditórios.........................................142

Competência de área 4 – Compreender

interações entre organismos e ambiente, em particular aquelas relacionadas à saúde humana, relacionando conhecimentos científicos, aspectos culturais e características individuais.

Habilidade 13 – Reconhecer mecanismos de transmissão da vida, prevendo ou explicando a manifestação de características dos seres vivos........................................145

Habilidade 14 – Identificar padrões em fenômenos e processos vitais dos organismos, como manutenção do equilíbrio interno, defesa, relações com o ambiente, sexualidade, entre outros.......148 Habilidade 15 – Interpretar modelos e experimentos para explicar fenômenos ou processos biológicos em qualquer nível de organização dos sistemas biológicos..........................151 Habilidade 16 – Compreender o papel da evolução na produção de padrões, processos biológicos ou na organização taxonômica dos seres vivos. ...............................................154

Competência de área 5 – Entender

métodos e procedimentos próprios das ciências naturais e aplicá-los em diferentes contextos.

Habilidade 17 – (Física) Relacionar informações apresentadas em diferentes formas de linguagem e representação usadas nas ciências físicas, químicas ou biológicas, como texto discursivo, gráficos, tabelas, relações matemáticas ou linguagem simbólica. ..................157 Habilidade 17 – (Química) Relacionar informações apresentadas em diferentes formas de linguagem e representação usadas nas ciências físicas, químicas ou biológicas, como texto discursivo, gráficos, tabelas, relações matemáticas ou linguagem simbólica. ..................161 Habilidade 17 – (Biologia) Relacionar informações apresentadas em diferentes formas de linguagem e representação usadas nas ciências físicas, químicas ou biológicas, como texto discursivo, gráficos, tabelas, relações matemáticas ou linguagem simbólica. ..................165 Habilidade 18 – (Física) Relacionar propriedades físicas, químicas ou biológicas de produtos, sistemas ou procedimentos tecnológicos às finalidades a que se destinam. ......................................168 Habilidade 18 – (Química) Relacionar propriedades físicas, químicas ou biológicas de produtos, sistemas ou procedimentos tecnológicos às finalidades a que se destinam. ......................................174 Habilidade 19 – (Física) Avaliar métodos, processos ou procedimentos das ciências naturais que contribuam para diagnosticar ou solucionar problemas de ordem social, econômica ou ambiental. ....................186 Habilidade 19 – (Química) Avaliar métodos, processos ou procedimentos das ciências naturais que contribuam para diagnosticar ou solucionar problemas de ordem social, econômica ou ambiental. ....................190

Competência de área 6 –

Apropriar-se de conhecimentos da física para, em situações problema, interpretar, avaliar ou planejar intervenções científico-tecnológicas.

Habilidade 20 – Caracterizar causas ou efeitos dos movimentos de partículas, substâncias, objetos ou corpos celestes............................................................................................194

Habilidade 21 – Utilizar leis físicas e (ou) químicas para interpretar processos naturais ou tecnológicos inseridos no contexto da termodinâmica e(ou) do eletromagnetismo......................209 Habilidade 22 – Compreender fenômenos decorrentes da interação entre a radiação e a matéria em suas manifestações em processos naturais ou tecnológicos, ou em suas implicações biológicas, sociais, econômicas ou ambientais.............................................218 Habilidade 23 – Avaliar possibilidades de geração, uso ou transformação de energia em ambientes específicos, considerando implicações éticas, ambientais, sociais e/ou econômicas. ............................................224

Competência de área 7 –

Apropriar-se de conhecimentos da química para, em situações problema, interpretar, avaliar ou planejar intervenções científico-tecnológicas.

Habilidade 24 – Utilizar códigos e nomenclatura da química para caracterizar materiais, substâncias ou transformações químicas..........................................................................................227 Habilidade 25 – Caracterizar materiais ou substâncias, identificando etapas, rendimentos ou implicações biológicas, sociais, econômicas ou ambientais de sua obtenção ou produção. ..........237 Habilidade 26 – Avaliar implicações sociais, ambientais e/ou econômicas na produção ou no consumo de recursos energéticos ou minerais, identificando transformações químicas ou de energia envolvidas nesses processos.........................................................................................................................................255 Habilidade 27 – Avaliar propostas de intervenção no meio ambiente aplicando conhecimentos químicos, observando riscos ou benefícios. ......................................................................................266

Competência de área 7 –

Apropriar-se de conhecimentos da biologia para, em situações problema, interpretar, avaliar ou planejar intervenções científico-tecnológicas.

Habilidade 28 – Associar características adaptativas dos organismos com seu modo de vida ou com seus limites de distribuição em diferentes ambientes, em especial em ambientes brasileiros. ...................................271 Habilidade 29 – Interpretar experimentos ou técnicas que utilizam seres vivos, analisando implicações para o ambiente, a saúde, a produção de alimentos, matérias primas ou produtos industriais..........274 Habilidade 30 – Avaliar propostas de alcance individual ou coletivo, identificando aquelas que visam à preservação e a implementação da saúde individual, coletiva ou do ambiente. .............276

Ciências da Natureza e suas Tecnologias Competência de área 1 – Compreender as ciências naturais e as tecnologias a elas associadas como construções humanas, percebendo seus papéis nos processos de produção e no desenvolvimento econômico e social da humanidade.

Reconhecer características ou propriedades de fenômenos ondulatórios ou oscilatórios, relacionando-os a seus usos em diferentes contextos. O Universo que conhecemos é composto por sistemas formados por átomos e moléculas – planetas, estrelas e galáxias – entremeados por toda a sorte de radiações como as micro-ondas, a luz visível e os raios X, exemplos mais presentes em nossa vida cotidiana. A matéria e a radiação apresentam muitas propriedades definidas por movimentos oscilatórios ou ondas.

A oscilação das moléculas e átomos definem os fenômenos térmicos, a vibração das moléculas do ar podem produzir som e as ondas de rádio permitem a comunicação à distância, inclusive no vácuo. Quando os sistemas materiais vibram (ondas numa corda, na água ou o som no ar), definimos as chamadas ondas mecânicas. As cargas elétricas presentes na matéria (prótons e elétrons) podem oscilar, para produzir variações elétricas e magnéticas no espaço e no tempo que vão gerar as ondas eletromagnéticas. Ao contrário das mecânicas, elas não precisam de um suporte material e podem propagar-se no vácuo.

As ondas mecânicas e as ondas eletromagnéticas obedecem à mesma relação fundamental para a determinação do módulo de sua velocidade de propagação: V = λf Todas elas, submetem-se a princípios básicos como as Leis de Newton, as conservações de energia e quantidade de movimento, as leis da Gravitação, e as do Eletromagnetismo, principalmente, a indução eletromagnética. As ondas caracterizamse pelo fato de transmitirem energia, sem transportar matéria, tornando-se fundamentais para a comunicação e processamento de informações.

Uma fonte sonora pode fazer um sistema vibrar à distância, numa de suas frequências próprias, por ressonância. A ressonância evidencia o fato das ondas transmitirem energia sem transporte de matéria.

VOLUME IIIIII

Ao tocar-se uma nota no violão, o ar transmite, por ressonância, a mesma nota para um violão próximo cujas cordas passam a vibrar na mesma frequência.

Ao usar um controle remoto, os circuitos do controle e o televisor entram em ressonância.

Ondas na água, sonoras e eletromagnéticas, podem espalhar-se ao passar por orifícios ou obstáculos de tamanhos próximos de seus comprimentos de ondas. Esse fenômeno recebe o nome de difração.

O estudo das ondas, também, expandiu os limites da Física, quando a Mecânica Quântica mostrou que as ondas eletromagnéticas e a matéria podem apresentar caráter corpuscular ou ondulatório. A Relatividade postulou que o valor da velocidade de qualquer sistema físico não pode ultrapassar 3,0 . 108m/s (velocidade escalar da luz no vácuo) e deformou o espaço e o tempo, sugerindo, inclusive, uma origem explosiva para o Universo.

Os fótons e as partículas elementares podem apresentar caráter corpuscular ou ondulatório. Louis de Broglie associou a quantidade de movimento Q, típica da matéria, à onda de comh primento λ pela expressão Q = –– . λ Essa dualidade impõe uma incerteza intrínseca nas medidas simultâneas da posição (x) e do momento Q das partículas elementares, criando flutuações quânticas em todo o Universo.

A história do Universo inicia-se com temperaturas impressionantemente elevadas que se vão reduzindo com a expansão. Galáxias e outras estruturas complexas desenvolvem-se a partir de sementes microscópicas, flutuações quânticas que alcançaram dimensões cósmicas após um breve período de inflação.

Dentro dessa linha, muitas provas da ocorrência do Big Bang são de origem ondulatória, como a escuridão da noite, o desvio espectral da luz das galáxias para o vermelho e a radiação cósmica de fundo que permeia o universo há 13,5 bilhões de anos. Mapa de micro-ondas do Universo.

Escuridão da noite (Paradoxo de Olbers) – Se o Universo tivesse idade infinita,a soma do brilho das estrelas seria infinito e a noite não seria escura.

Desvio para o vermelho – O espectro das galáxias desvia para o vermelho, mostrando que elas se distanciam umas das outras.

Ao mudar de meio de propagação, as ondas podem sofrer refração

Ao encontrarem-se, as ondas podem sofrer interferências que reforçam ou amenizam a distribuição da energia em cada ponto dos meios de propagação. As ondas mecânicas e eletromagnéticas podem sofrer reflexão.

Uma emissora de rádio pirata pode interferir perigosamente na comunicação de aviões com os aeroportos. A interferência e a reflexão podem produzir ondas estacionárias em cordas, tubos e em cavidades que recebem radiação.

Ondas estacionárias em cordas produzem os sons dos violões, violinos, pianos, contrabaixos, harpas etc.

Ondas estacionárias em tubos produzem O forno de micro-ondas é uma cavidade os sons em instrumentos de sopro. ressonante, onde as ondas assumem um padrão estacionário.

Enunciado para os testes 1 e 2. LOCALIZAÇÃO POR ECO Método de localização de objetos por ondas sonoras Um morcego, voando no escuro, usa localização por eco. Ele emite guinchos que são refletidos pelos objetos em sua trajetória. O morcego escuta os ecos, que lhe permitem localizar os objetos. O sonar (sound navigation and ranging, navegação e busca por som) é uma forma de localização por eco. O equipamento sonar em um barco emite um pulso sonoro e deteta o eco produzido por um objeto submerso, como um submarino. O sistema do sonar converte o eco em uma imagem do objeto e de sua posição em uma tela. Geólogos usam sonares, para encontrar reservas subterrâneas de petróleo.

MEDINDO O SOM Velocidade do som Cerca de 340 metros por segundo (m/s) no ar, no nível do mar A velocidade do som é menor a grandes altitudes porque o ar é mais frio: a 20°C é de 344m/s, mas a 0°C é de 331m/s. Na água a 20°C, o som viaja a 1483m/s e na madeira, a, aproximadamente, 4000m/s.

Exercício Explicativo 1 Assinale a afirmativa correta: a) b) c) d) e)

O barco da figura localiza o cardume depois de receber o eco do navio naufragado. Os geólogos recebem os ecos da crosta terrestre com velocidade inferior a 300m/s. O clima não influi na propagação do som no ar . O sonar do barco é mais lento que o do morcego. A estrutura dos sólidos facilita a propagação do som.

Comentário O som propaga-se com velocidades de maior valor nos sólidos. Resposta: E

Exercício Explicativo 2 O ouvido humano normal distingue separadamente dois sons se o intervalo de tempo que os intercala é maior que 0,10s. Um mergulhador emite um forte som e pretende ouvir o eco correspondente. A menor distância entre ele e o anteparo refletor submerso a) é igual a 1483m. b) é inferior a 200m. c) está entre 1000 e 1400m. d) está entre 700 e 750m. e) é igual a 2966m.

Comentário 2d 2d V = ––– ⇒ 1483 = –––– ⇒ Δt 0,10

d = 74,15m

Resposta: B

Exercício Explicativo 3 Na chegada dos portugueses, em 1500, o indígena brasileiro pescava com arco e flecha e sabia que, se atirasse na imagem que via, não acertaria o peixe, localizado um pouco mais abaixo. O fenômeno óptico que nossos ancestrais conheciam é a a)

refração da luz, que torna as lentes plano-convexas de vidro, imersas no ar, convergentes. b) absorção da luz, que torna as lentes de bordas grossas divergentes. c) dispersão da luz, que torna as lentes de bordas finas convergentes. d) refração da luz, que torna as lentes delgadas de vidro e de bordas finas, imersas no ar, divergentes. e) reflexão da luz, que torna as lentes bicôncavas de vidro, imersas no ar, divergentes.

Comentário As lentes plano-convexas convergem raios luminosos, quando são mais refringentes que os meios que as cercam.

Resposta: A

Exercício Explicativo 4 Observe as figuras a seguir

Um belo efeito luminoso criado pela luz ao atravessar um feixe de fibras ópticas.

Desenho de um endoscópio (aparelho que utiliza fibras ópticas para exames de órgãos internos). As figuras representam aplicações de fibras ópticas e o caminho de luz no interior de uma delas. O fenômeno que predomina na propagação do feixe luminoso, no interior da fibra óptica, é a a) c) e)

emissão espontânea da luz. reflexão total da luz. interferência da luz.

b) polarização da luz. d) difração da luz.

Comentário A reflexão total ocorre no meio mais refringente para incidências maiores que o ângulo limite. Resposta: C

(FÍSICA)

Associar a solução de problemas de comunicação, transporte, saúde ou outro, com o correspondente desenvolvimento científico e tecnológico. A Física foi a ciência básica da Revolução Industrial ocorrida a partir do século XVIII, e comanda vários ramos tecnológicos da vida contemporânea, como a construção civil, o transporte, a comunicação e a saúde, principalmente, neste caso, no setor de diagnósticos, técnicas cirúrgicas e radioterapia.

O uso da Mecânica, da Termodinâmica e do Eletromagnetismo evidenciam a importância da Física para a solução de problemas pela via tecnológica. Sempre vale a pena lembrar que os fenômenos físicos, apesar de infindáveis, são explicados por um conjunto compacto de princípios básicos como as Leis de Newton, as conservações de energia e quantidade de movimento, as leis da Gravitação e do Eletromagnetismo (força elétrica, força magnética e indução eletromagnética). Além dos conceitos clássicos citados, a Física Moderna oferece a quantização da energia, a dualidade partícula-onda e as equivalências entre massa e energia e entre gravidade e aceleração para produzir as revoluções no campo da Informática e do uso da energia nuclear. Como foi mencionado, a possibilidade de produzir movimento é uma prerrogativa da Mecânica, desde o caminhar humano até o lançamento de foguetes espaciais, passando pela tração animal, navegação com velas e pelos motores, a explosão e elétricos. O aumento no número de animais, eleva as acelerações e a potência das carroças.

Uma pessoa ao caminhar troca forças de atrito com o chão (ação e reação)

Máquinas simples como as polias, as alavancas e os planos inclinados facilitam o movimento de cargas e pessoas.

O vapor pode ser utilizado para produzir movimento.

Os veículos leves são movidos por motores a gasolina.

Os motores a diesel movimentam os veículos automotores mais pesados.

O transporte aéreo utililiza a turbina a jato como principal propulsor.

A Termodinâmica tem um papel destacado na transformação da energia química dos combustíveis em calor para expandir gases e movimentar pistões e eixos dos motores e turbinas.

Os trens utilizam-se da energia elétrica para movimentarem-se e o magnetismo, em alguns casos, para levitarem sobre os trilhos.

A possibilidade de produzir movimento, por meio da eletricidade e do magnetismo tem sido apontada como a solução para o transporte urbano e rodoviário, em termos de economia de combustíveis e diminuição das poluições sonora e atmosférica. As comunicações, também, são explicadas por fenômenos físicos, pois envolvem as interações que os indivíduos podem ter com as ondas eletromagnéticas (luz, infravermelho, ultravioleta), ondas mecânicas (som e vibrações) e das interfaces que a tecnologia pode produzir entre o homem e as outras frequências por meio de aparelhos de rádio, TV, computadores etc.

O ser humano pode captar vários tipos de informações visuais, auditivas e táteis para colher dados e comunicar-se com o meio ambiente e com a sociedade.

A tecnologia, por meio de circuitos oscilantes e ressonantes, cria uma série de aparelhos de comunicação que transformam ondas que o homem não pode perceber em sons, imagens e processamento de informações.

A Medicina sempre se beneficiou dos fenômenos físicos em todas as suas especialidades. As auscultas dos ritmos cardiorrespiratórios, as medidas de pressão arterial, da temperatura, da massa, da altura, das reações do olho à variação da luz e o arco reflexo, num simples exame clínico, podem ser fundamentais para os diagnósticos. Exames mais sofisticados, como os de raios X, tomografia computadorizada, ressonância magnética, PET, densitometria óssea, endoscopia, ultrassonografia, entre outros, ampliam a segurança dos procedimentos que podem utilizar raios laser em cirurgias e a radiação nuclear no tratamento do câncer. Com um simples martelo, é possível detetar problemas neuromotores (arco-reflexo).

Nos exames por imagem, a radiologia e a tomografia utilizam-se de raios X e contrastes radiativos, para apresentar os resultados. Os profissionais dessa área devem proteger-se da radiação, sob o risco de contraírem doenças letais. A ressonância magnética utiliza a propriedade dos átomos emitirem fótons, quando são atravessados por ondas de FM.

A frequência cardíaca é medida em ban timentos por minuto f = –— . Δt

A pressão arterial normalmente é apresentada em intervalos expressos em cmHg (1 atm = 76 cmHg = 1,0 . 105 N/m2).

As temperaturas corporais podem ser meθC θF – 32 didas em ºC ou ºF –––– = —––—– — . 5 9

A ultrassonografia obtém imagens pelo eco de ondas de ultrassom 2d V = —– . Δt

O exame de tomografia por emissão de pósitrons (PET) vale-se do fato da matéria aniquilar a antimatéria e permitir o acompanhamento dos processos energéticos do corpo em tempo real. A energia retirada do átomo (E = mc2) pode combater tumores com a utilização de doses adequadas.

As reações da pupila a estímulos luminosos podem revelar problemas cerebrais.

Exercício Explicativo 1 Os ventos e a ausência deles marcaram a viagem de Cabral. Para fugir das calmarias que reduziam as velocidades médias das embarcações de 10km/h para 1,0km/h, ele ordenou, em 14 de março de 1500, que, próxima das ilhas açorianas, a frota se afastasse da costa africana, seguindo recomendações expressas de Vasco da Gama. O deslocamento para oeste foi tão acentuado que os tripulantes passaram a perceber a alternância do sentido das brisas entre o dia e a noite, denunciando a proximidade das terras brasileiras. Considere as afirmações a seguir: I. Em condições favoráveis de vento, as caravelas podiam percorrer cerca de 240km por dia. II. As calmarias representam correntes de convecção fracas do ar atmosférico nas proximidades das costas africanas. III. As brisas diurnas têm o sentido do mar para a praia, porque, com o aquecimento solar, a areia eleva sua temperatura mais rapidamente do que a água do mar. IV. Na aproximação do litoral brasileiro, os portugueses, por várias vezes, utilizaram técnicas de navegação contra o sentido do vento. Estão corretas as afirmações: a) I e II, apenas. d) I e III, apenas.

Comentário

b) I, II, III e IV. e) III e IV, apenas.

c) I, III e IV, apenas.

CORRETA Δs Δs V = ––– ⇒ 10 = ––– ⇒ Δs = 240km Δt 24

II. CORRETA III. CORRETA

A areia possui calor específico sensível menor e aquece o ar com mais facilidade. IV. CORRETA As brisas noturnas têm sentidos opostos aos das diurnas. Resposta: B

Exercício Explicativo 2 As variáveis de estado de um gás são: – Pressão (P): produzida pelos choques das moléculas contra as paredes do recipiente.

– Volume (V): é o volume do recipiente ocupado pelo gás. – Temperatura (T): mede o estado de agitação do gás. Um avião voa, não só pela enorme potência de seus motores, que por meio de hélices ou turbinas lançam grandes massas de ar para trás, impulsionando a aeronave para frente, mas, principalmente, pelo perfil de suas asas e de sua fuselagem. Este perfil fica evidenciado nas ilustrações a seguir: de um Super Constellation, que popularizou as viagens intercontinentais na década de 1950, e do esquema de pressões numa asa.

Distribuição representativa de pressões sobre a superfície da asa. As pressões efetivas são positivas sobre o bordo de ataque e sobre o intradorso e negativas sobre o extradorso. Considere as afirmativas a seguir: I. O número de choques das moléculas contra a superfície da asa na região A é menor que na região B, produzindo uma força para cima que garante a subida ou a sustentação do vôo. II. A pressão na região C representa uma resistência ao movimento horizontal do avião. III. A diferença de velocidades do ar nas diversas partes da asa representa, também, temperaturas variadas em cada uma dessas regiões. IV. Motores potentes, região C com volume reduzido e grande diferença de pressões entre as regiões A e B (pA < pB) representam uma aeronave lenta e com grande capacidade de subida. Estão corretas as afirmativas: a) I e II, apenas. d) I, II e III, apenas.

b) I, II, III e IV. e) I, II e IV, apenas.

c) I, II e III, apenas.

Comentário I. CORRETA. II. CORRETA. III. CORRETA. IV. INCORRETA. A aeronave é veloz, pois a região C não oferece grande oposição ao movimento. Resposta: D

Enunciado para as questões de 3 a 5: A ilustração a seguir mostra a estrutura interna do ouvido humano. Observe a vibração do tímpano por uma onda sonora. O tímpano, por sua vez, faz com que um conjunto de pequenos ossos vibrem contra as paredes internas do ouvido, onde o som começará a ser interpretado. O canal auditivo possui 2,50 cm de profundidade e o tímpano é uma membrana que vibra a partir de uma intensidade de 1,0 . 10–12W/m2. Os ossículos (martelo, bigorna e estribo) funcionam como um sistema de alavancas que multiplicam as forças aplicadas no tímpano. Na cóclea, há 30 000 sensores de frequência que oscilam entre 20 Hz e 20 000 Hz e transmitem o impulso sonoro para o nervo auditivo.

Exercício Explicativo 3 O canal auditivo funciona como a) uma corda sonora. b) um tubo sonoro fechado. c) um polarizador de ondas. d) um refletor de ondas. e) um tubo sonoro aberto.

Comentário No modo fundamental, o comprimento de onda é igual a 4L λ = 4L ⇒ λ = 4 . 2,5 ⇒ λ = 10cm Resposta: B

Exercício Explicativo 4 Se o tímpano tivesse 1,0m2 de área, ele seria sensível à potência de onda, em watts, a partir de: a) 12 b) 1,0 c) 1,0 . 10–8 d) 1,0 . 10–12 e) 1,0 . 1012

Comentário Pot Pot I = ––– ⇒ 1,0 . 10–12 = ––– ⇒ Pot = 1,0 . 10–12 W A 1,0 Resposta: B

Exercício Explicativo 5 O sistema amplificador dos sons no ouvido humano é a) o canal auditivo. b) o ouvido externo. c) o conjunto de pequenos ossos. d) o nervo óptico. e) o tímpano.

Comentário A multiplicação das forças intensifica o sinal recebido no tímpano que é transmitido para os líquidos no interior da cóclea. Resposta: C

(QUÍMICA)

Associar a solução de problemas de comunicação, transporte, saúde ou outro, com o correspondente desenvolvimento científico e tecnológico. A transformação da matéria, a produção de novos materiais, a necessidade de energia nesses processos, as perturbações ambientais com o descarte de produtos no ambiente, tudo isso tem a ver com as transformações químicas. Em sua história, o ser humano atua sobre o ambiente e o transforma por meio de seu trabalho, produz novos materiais, utilizados de acordo com diferentes finalidades e introduz materiais na natureza. Dentre os inúmeros processos utilizados pelo homem, vamos destacar processos que envolvem transformações químicas. Num primeiro momento, focalizaremos os diferentes materiais envolvidos nessas transformações e, num segundo momento, a questão energética. Nos automóveis, nos navios, nas estradas de ferro e nos aviões são usados os metais que são utilizados para diferentes fins. Nos automóveis, o metal cobre é usado na construção de radiadores, carburadores, parte elétrica e inúmeros acessórios. Nos navios, o metal cobre é utilizado em peças para comportas, tubulações diversas e também em tintas que protegem da corrosão. Nos aviões, o metal cobre é utilizado em aparelhos de telecomunicação, mancais de pouso etc. Na indústria ferroviária, o metal cobre é utilizado em cabos condutores, motores e diversos equipamentos. Geralmente, nesses casos, o cobre é utilizado na forma de ligas metálicas, ou seja, é misturado com outras substâncias.

Exercício Explicativo 1 A condutibilidade elétrica é a propriedade dos materiais que determina a maior ou menor resistência que oferece à passagem de corrente elétrica. Ductilidade é a propriedade de um material que permite que seja reduzido a fio, sem rachar ou esfarelar. Maleabilidade é a propriedade de um material que permite que seja reduzido a lâminas. A propriedade mais importante do cobre que possibilita que ele seja utilizado para fazer o fio elétrico é: a) c) e)

tem cor avermelhada é maleável tem elevada condutibilidade elétrica

b) é resistente à corrosão d) tem brilho

Comentário A propriedade mais importante do cobre que possibilita a sua utilização em fio elétrico é a sua elevada condutibilidade elétrica, embora a ductilidade e a resistência à corrosão também sejam importantes. Resposta: E

Exercício Explicativo 2 Observe a bula de um remédio receitado para gestantes, apresentado como polivitamínico e poliminerais: Componentes

Quantidade por comprimido revestido

Vitaminas (B1, B2, B6, B5)

26,5mg

Retinol (vitamina A)

1500,0UI

Vitamina E

30,0UI

Vitamina C (ácido ascórbico)

100,0mg

Vitamina B12

12mcg

Ácido fólico

1,0mg

Zinco (como ZnO)

25,0mg

Cálcio (como CaCO3)

250,0mg

Magnésio (como MgO)

50,0mg

Cobre (como CuO)

2,0mg

Ferro (como FeSO4)

60,0mg

Podemos afirmar que a) b) c) d) e)

CuO é uma liga metálica. ZnO é uma mistura. FeSO4 é um composto formado por 6 elementos químicos. CuO é uma substância composta formada por dois elementos químicos combinados. ZnO é uma substância simples.

Comentário CuO e ZnO são substâncias compostas (formadas por mais de um elemento químico). FeSO4 é um composto formado por três elementos químicos (na fórmula há 6 átomos). Resposta: D

Exercício Explicativo 3 Nos últimos anos, o gás natural (GNV: gás natural veicular) vem sendo utilizado pela frota de veículos nacional, por ser viável economicamente e menos agressivo do ponto de vista ambiental. O quadro compara algumas características do gás natural e da gasolina em condições ambiente.

Densidade (kg/m3)

Poder Calorífico (kJ/kg)

GNV

0,8

50200

Gasolina

738

46900

O volume de GNV que fornece a mesma quantidade de energia liberada na queima de 1kg de gasolina em condições ambiente é, em m3: a) 1,16

b) 1,20

c) 2,8

d) 4,8

e) 7,38

Comentário Cálculo da massa de GNV quando ocorre liberação de 46900kJ: 50200kJ ––––––––– 1kg 46900kJ ––––––––– x ∴ x = 0,93kg Cálculo do volume de GNV queimado: m d = ––– V 0,93kg 0,8kg/m3 = –––––– V V = 1,16m3 Resposta: A

Exercício Explicativo 4 O setor de transporte, que concentra uma grande parcela da demanda de energia no país, continuamente busca alternativas de combustíveis. Investigando alternativas ao óleo diesel, alguns especialistas apontam para o uso do óleo de girassol, menos poluente e de fonte renovável, como uma alternativa interessante no lugar do óleo diesel. Foi constatado que um trator pode rodar, nas mesmas condições, mais tempo com um litro de óleo de girassol, que com um litro de óleo diesel. Essa constatação significaria, portanto, que usando óleo de girassol, a) o consumo por km seria maior do que com óleo diesel. b) as velocidades atingidas seriam maiores do que com óleo diesel. c) o combustível do tanque acabaria em menos tempo do que com óleo diesel. d) o óleo de girassol é mais poluente que o óleo diesel. e) o óleo diesel pode ser substituído pelo biocombustível.

Comentário O fato do óleo de girassol ser menos poluente que o óleo diesel e obtido através de fonte renovável justifica o seu uso em substituição ao óleo diesel. Resposta: E

(FÍSICA)

Confrontar interpretações científicas com interpretações baseadas no senso comum, ao longo do tempo ou em diferentes culturas.

Na figura temos uma foto estroboscópica de uma laranja em queda livre.

Antes de Galileu prevalecia a Física de Aristóteles que era baseado no senso comum e não tinha comprovação experimental. Foi Galileu que introduziu na Física o método científico: uma lei física só poderá ser aceita se tiver comprovação experimental. Aristóteles acreditava que a função da força era manter a velocidade de um corpo e que, na ausência de força, o corpo pararia. Newton afirmou por meio de suas leis de movimento que a velocidade se mantém por inércia, sem a presença de forças, e que a função da força é produzir aceleração, isto é, variar a velocidade do corpo. Aristóteles acreditava que os corpos mais pesados caiam mais rapidamente que os corpos mais leves. Galileu demonstrou que todos os corpos em queda livre (ausência da resistência do ar) caem com a mesma aceleração independentemente de suas massas.

Exercício Explicativo 1 Quando um corredor de fórmula 1 está descrevendo uma trajetória retilínea, em uma pista contida em um plano horizontal, para manter sua velocidade constante ele deve manter o pé no acelerador e, portanto, gastar o combustível do carro. Se porventura o piloto tirar o pé do acelerador, para economizar combustível, o carro vai perdendo velocidade até parar. A descrição desse fato parece reforçar o pensamento de Aristóteles de que a manutenção da velocidade exige a presença de uma força e que na ausência de força o corpo vai parar. Assinale a opção que mostra o erro de Aristóteles e a validade das leis de Newton. a) A função da força resultante é manter a velocidade do carro constante. b) Enquanto a velocidade do carro se mantinha constante a força resultante no carro era nula: quando o piloto tirou o pé do acelerador as forças de resistência ao movimento foram capazes de parar o carro. → → → c) A força resultante no carro F é dada pela relação F = m V onde m é a massa do → carro e V é a sua velocidade. e) Não existe movimento que possa ser mantido com força resultante nula.

Comentário

Quando o piloto pisa no acelerador as rodas motrizes do carro adquirem movimento de rotação e, consequentemente, empurram o chão para trás e recebem do chão uma força de reação transmitida por atrito que vai acelerar o carro. A força de resistência do ar, que se opõe ao movimento do carro, cresce com a velocidade e quando sua intensidade igualar a da força de atrito, a força resultante se anulará e o carro terá velocidade constante (MRU) mantido por inércia (1.a lei de Newton).

Quando o piloto tira o pé do acelerador a força motriz do carro deixa de existir e a força de resistência ao movimento passa a ser a força resultante que vai frear o carro até o repouso. ® Far ® ® ® Fat + Far = O

(piloto acelerando)

velocidade (MRU) constante

® Fat ® Fresistente ® ® Fresistente = m a

movimento retardado até parar

(piloto tirou o pé do acelerador)

Resposta: B

Exercício Explicativo 2 Em uma propaganda de biscoito na televisão ele era abandonado em queda livre, a partir do repouso, e um super-herói partia em sua perseguição também a partir do repouso e em queda livre. Despreze o efeito do ar e imagine que sobre o biscoito e sobre o infortunado herói a única força atuante seja a força gravitacional aplicada pela Terra. Considere ainda que o herói e o biscoito partiram da mesma posição porém o biscoito partiu 1,0s antes. Na propaganda veiculada na televisão o herói conseguia alcançar o biscoito antes que ele chegasse ao solo. Assinale a opção que traduz uma crítica correta para tal propaganda. a)

A propaganda é absurda pois segundo o pensamento de Aristóteles o biscoito sendo mais leve cai com aceleração maior. b) A propaganda está correta pois segundo o pensamento de Galileu o herói sendo mais pesado terá aceleração maior e poderá alcançar o biscoito. c) A propaganda está correta pois Aristóteles e Newton concordavam que a aceleração de queda livre é proporcional ao peso do corpo. d) A propaganda é absurda pois o biscoito e o herói caem com a mesma aceleração e o biscoito não poderá ser alcançado pelo herói. e) A propaganda é absurda pois o biscoito e o herói terão, a cada instante, velocidade iguais e por isso o herói não poderá alcançar o biscoito.

Comentário De acordo com Galileu e com a Física de Newton os corpos em queda livre (ausência da resistência do ar) têm a mesma aceleração independentemente de suas massas. Como o biscoito partiu antes, sua velocidade será maior que a do herói e não poderá ser alcançado por ele. Aristóteles é que acreditava que os corpos mais pesados caiam com aceleração maior, possibilitando ao herói alcançar o biscoito, o que vai ao encontro do senso comum da maioria das pessoas. Resposta: D

(QUÍMICA)

Confrontar interpretações científicas com interpretações baseadas no senso comum, ao longo do tempo ou em diferentes culturas. Conhecimento científico e conhecimento espontâneo O conhecimento científico e o conhecimento espontâneo ou senso comum são formas de compreensão do mundo. Ao enfrentar os problemas da existência, o homem troca informações, utiliza o saber das gerações anteriores, assimila-os e transforma-os. Surge assim o conhecimento espontâneo ou senso comum. Assim, o cozinheiro sabe que não deve abrir o forno quando o bolo começa a assar porque ele murcha; ele sabe a medida certa de fermento para o bolo crescer. Mas o cozinheiro não sabe explicar como ocorrem esses fenômenos. O senso comum não é metódico nem sistemático e baseia-se na experiência das pessoas na vida cotidiana. Já os cientistas estabelecem critérios e métodos de investigação para obter, justificar e transmitir o conhecimento científico. A experiência científica exige embasamento teórico e planejamento rigoroso. No entanto, o senso comum não pode ser desprezado, pois mesmo o cientista mais rigoroso, quando não está no campo de sua especialidade, é também um homem comum e usa o conhecimento espontâneo no seu cotidiano. A ciência tem contribuído para o desenvolvimento de técnicas e produtos que têm propiciado uma melhor qualidade de vida da humanidade. Note-se que o fato de a química ser uma ciência não significa que ela seja superior a outras áreas do conhecimento. Quando o cozinheiro produz alimentos deliciosos, ele alcança seus objetivos.

Pesquisa científica – o método científico O método de qualquer ciência natural (como a Química) envolve as seguintes etapas: 1) observação do fato (A madeira queima) 2) experimentação (Quando e como a madeira queima?) 3) reunião e organização de dados (Quais as quantidades de madeira e ar consumidas?) 4) criação de leis e teorias (Existe alguma relação matemática entre as quantidades de madeira e de ar?) 5) previsão de novos fenômenos e materiais (O que acontecerá se a madeira for queimada a 500°C?)

Exercício Explicativo 1 A investigação química é uma atividade humana que tem grande influência na sociedade. Com relação a essa atividade e suas características, julgue os itens a seguir. I.

Os modelos científicos desenvolvidos pelo método científico usado em Química possuem limitações e não explicam todos os fenômenos. II. Acabar com o problema mundial da fome é uma decisão de competência dos químicos, pois somente eles podem dedicar a maior parte do seu tempo no desenvolvimento de novas tecnologias que aumentem a produtividade agrícola. III. Para a preservação da saúde dos indivíduos, deveria ser proibido o uso de produtos químicos nos alimentos. Está correto o que se afirma em a) I apenas. b) II apenas. d) I e II apenas. e) I e III apenas.

c) III apenas.

Comentário I) Verdadeiro. II) Falso. O desenvolvimento de novas tecnologias para aumentar a produtividade agrícola não depende só dos químicos, mas de todas as atividades científicas mundiais. III) Falso. Ser um produto químico não significa que ele é prejudicial ao ser humano. Resposta: A

Exercício Explicativo 2 Aristóteles sistematizou a teoria dos quatro elementos: fogo, água, ar e terra. Cada elemento teria duas das quatro qualidades: seco, úmido, quente e frio.

Os elementos poderiam transformar-se uns nos outros, sendo necessário mudar uma das qualidades do par na sua contrária. Para transformar o elemento ar em elemento água, bastaria alterar a qualidade a) úmido para frio. d) úmido para seco.

b) quente para seco. e) quente para frio.

c) quente para úmido.

Comentário Para transformar o elemento ar em elemento água, bastaria alterar a qualidade quente para frio. Resposta: E

Exercício Explicativo 3 Assim como acontece com as outras ciências naturais, a Química baseia-se na observação de fatos da natureza. O homem observa a natureza, age sobre ela, constrói ideias e representações sobre suas observações e ações. Agindo sobre a natureza, o homem a transforma, transformando-se. Nesse caminhar o homem elabora explicações para os fatos observados. Muitas vezes, para a solução de um problema prático, é necessário que a Química atue em conjunto com outras ciências, ou seja, que proporcione a interdisciplinaridade dos fatos. Com base no texto e na ideia de Ciência, temos as seguintes afirmações: (1) Ciência natural é o conjunto de atividades que visa observar, experimentar, explicar e relacionar os fenômenos da natureza. (2) A ciência não é estática, renova-se a cada dia. (3) Química é uma ciência experimental. (4) Entre as ciências naturais, a Química resolve os seus problemas sem o auxílio das outras. É correto o que se afirma apenas em a) 1 e 4 b) 2 e 3 d) 1, 2 e 3 e) 2, 3 e 4

c) 3 e 4

Comentário A Química é uma ciência experimental que utiliza outras ciências, por exemplo, matemática, física e biologia. Resposta: D

Exercício Explicativo 4 A preocupação com a constituição da matéria surgiu por volta do século V a.C., na Grécia, com as especulações filosóficas de pensadores. Empédocles imaginou que toda matéria era formada por quatro elementos: água, terra, fogo e ar. Por volta de 400 a.C. os filósofos Leucipo e Demócrito elaboraram a filosofia atômica: toda matéria era constituída por pequenas partículas indivisíveis, denominadas átomos, ou seja, a natureza era formada por átomos e vácuo.

úm

nte

ido

q ue

Por volta de 350 a.C., Aristóteles aprimorou a ideia dos quatro elementos, associando a cada um deles duas qualidades opostas: frio ou quente, seco ou úmido.

fr i

Aristóteles não acreditou na ideia de átomo, isto é, a matéria seria contínua. Considere as afirmações: I. Para Demócrito e Leucipo a matéria era descontínua. II. Ainda hoje, quando ocorrem furacão, terremoto, vulcanismo e tsunamis, podemos associá-los à fúria dos quatro elementos da natureza concebidos por Empédocles: ar, terra, fogo e água. III. Aristóteles associou a ideia de átomo à teoria dos quatro elementos. Está correto o que se afirma em: a) I apenas. c) III apenas. e) I e III apenas.

b) II apenas. d) I e II apenas.

Comentário I. Correta. A matéria era formada por buracos (vácuo) e átomos. II. Correta. III. Incorreta. Aristóteles não aceitou a ideia de átomo. Resposta: D

(QUÍMICA)

Avaliar propostas de intervenção no ambiente, considerando a qualidade da vida humana ou medidas de conservação, recuperação ou utilização sustentável da biodiversidade. Poluição Atmosférica 1. A chuva sem poluição já é ácida O ar atmosférico não poluído e seco é uma mistura de gases com as seguintes porcentagens em volume: nitrogênio (N2): 78%; oxigênio (O2): 21%; argônio (Ar): 0,9%; gás carbônico ou dióxido de carbono (CO2): 0,03%. Em ambientes não poluídos, a chuva sem relâmpagos é fracamente ácida por causa da presença de gás carbônico no ar. O dióxido de carbono reage com a água da chuva formando ácido carbônico (H2CO3), que se ioniza fracamente. ⎯→ H CO ⎯→ H+ + HCO– H2O + CO2 ←⎯ 3 2 3 ←⎯

2. A chuva com poluição é fortemente ácida A queima de um combustível fóssil produz, além do gás carbônico (CO2), que não é venenoso, o terrível monóxido de carbono (CO). Este toma o lugar do oxigênio na hemoglobina do sangue. C + O2 → CO2 C + 1/2 O2 → CO Um combustível fóssil possui enxofre como impureza. Este, quando é queimado, produz dióxido de enxofre (SO2), que é venenoso. Com o passar do tempo, o SO2 reage com mais oxigênio, formando trióxido de enxofre. Este se combina com a água da chuva, formando o ácido sulfúrico, que se ioniza bastante e torna a chuva fortemente ácida: S + O2 → SO2 SO2 + 1/2 O2 → SO3 SO3 + H2O → H2SO4 Devido à alta temperatura na câmara de combustão, o nitrogênio (N2) do ar se combina com oxigênio, formando os venenosos óxidos de nitrogênio. Estes reagem com a água da chuva, formando ácido nítrico (HNO3). Esquematicamente, temos: O2 O2 H2O N2 ⎯→ NO ⎯→ NO2 ⎯⎯→ HNO3 A chuva ácida corrói os monumentos de aço (ferro) e de mármore (CaCO3, carbonato de cálcio). As plantas não crescem. Ocorre mortandade de peixes nos rios e lagos.

CaCO3 + H2SO4 → CaSO4 + H2O + CO2 Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2 Para diminuir a liberação de gases tóxicos na atmosfera, são colocados no carro de escapamento dos veículos automotivos catalisadores que aceleram a transformação desses gases tóxicos em gases não venenosos. Nas indústrias, o dióxido de enxofre é fixado por substâncias básicas impedido a sua liberação para a atmosfera. Exemplo: MgO + SO2 + 1/2 O2 → MgSO4.

3. Efeito estufa A temperatura na superfície da Terra é determinada pelo balanço entre a energia absorvida do Sol e a energia emitida de volta para o espaço pela Terra, esta na forma de radiação infravermelha. Uma pequena quantidade desta radiação é absorvida por O2 e O3, mas as maiores quantidades são absorvidas por CO2, CH4 e H2O. Esses gases agem como uma enorme redoma de vidro, evitando que o calor escape. Este fenômeno é denominado “efeito estufa”. A concentração de CO2 na atmosfera está crescendo devido ao aumento do consumo de combustíveis fósseis e ao extensivo desmatamento pelas queimadas. A consequência dessa maior concentração de CO2 é o aumento da temperatura média global da Terra. Outro gás que contribui para o efeito estufa é o metano, que se forma na fermentação anaeróbica da celulose (vegetais submersos e digestão dos bovinos). (C6H10O5)n + nH2O → 3nCO2 + 3nCH4 celulose Para diminuir o efeito estufa é necessário, entre outras medidas, utilizar fontes alternativas de energia com relação à queima de combustíveis fósseis, como energia eólica (ventos), energia solar, biocombustíveis etc.

Poluição da água Água não poluída é água adequada para beber, para fazer nossa higiene, para ser usada com diversas finalidades (irrigação do solo, atividades industriais etc.).

1. Poluição da água por matérias orgânicas biodegradáveis Excrementos humanos e matérias orgânicas, originárias da decomposição de animais e vegetais e de resíduos industriais, servem de alimento para peixes, fungos e bactérias. Estes últimos são organismos que decompõem a matéria orgânica, produzindo CO2; mas o processo metabólico consome o gás oxigênio (O2) dissolvido na água. Exemplo Admitindo que a matéria orgânica possa ser representada por (C6H10O5)n, teremos: (C6H10O5)n + 6nO2 → 6nCO2 + 5nH2O Quanto maior a concentração de matéria orgânica, maior será a quantidade de O2 necessário para oxidar a matéria orgânica e, portanto, mais poluída será a água. Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) é a quantidade (em mg) de oxigênio consumido na oxidação da matéria orgânica existente em 1 litro de água poluída. Conclusão: Quanto maior o valor da DBO, mais poluída estará a água.

Água poluída.

2. Poluição da água por materiais ácidos e básicos pH – É a medida da acidez de um meio. 0

ácido

básico 14

–––––––––––– ––––––––––––

↑ neutro O pH da água doce mais propício à vida está na faixa de 6,5 a 8,5. A maioria dos peixes de água doce pode tolerar uma acidez na faixa de 5 a 9. Em pH inferior a 4, somente poucas algas e bactérias conseguem sobreviver. O lançamento de resíduos industriais nos rios altera o pH da água, o que causa, muitas vezes, mortandade de peixes. As principais causas de aumento da acidez (diminuição de pH) das águas são as chuvas ácidas e processos de mineração de materiais que contêm enxofre. Este se transforma em SO2, que, por oxidação na presença de água, forma ácido sulfúrico. A água que penetra no solo e escoa para os rios torna-se ácida.

3. Poluição da água por aumento da temperatura A quantidade de gás dissolvido em água diminui com o aumento da temperatura. O lançamento de água aquecida nos rios por uma indústria diminui a quantidade de gás oxigênio (O2) dissolvido, o que pode provocar mortandade de peixes.

4. Poluição da água por íons de metais pesados Muitos íons de metais (Fe2+, K+, Ca2+, Mg2+) são essenciais para a saúde humana. Outros íons de metais (Pb2+, Hg2+, Cd2+) são chamados de íons de metais pesados, pois têm maior massa que os íons essenciais. Os íons de metais pesados ligam-se às proteínas de nosso corpo, fazendo que elas não funcionem normalmente. Diz-se que as proteínas são desnaturadas por esses íons. Os efeitos se traduzem em danos ao sistema nervoso, aos rins, ao fígado, retardamento mental e até a morte. A remoção desses íons da água é muito difícil e muito dispendiosa. A prevenção, de modo a fazer com que esses íons não atinjam os cursos d’água, é o melhor caminho.

5. Poluição da água por compostos orgânicos não biodegradáveis

O lançamento de detergentes não degradáveis por bactérias nas águas dos rios provoca a formação de espumas que recobrem extensa área.

Praguicidas ou defensivos agrícolas São substâncias venenosas utilizadas no combate a organismos considerados nocivos (ervas daninhas, fungos, insetos). Esses venenos se acumulam ao longo da cadeia alimentar. O uso do DDT (diclorodifeniltricloroetano) está sendo proibido. Milhões de pessoas foram salvos da ameaça de malária por esse inseticida que combate o mosquito transmissor dessa doença. No entanto, ele se acumula na cadeia alimentar, ameaçando de extinção várias espécies animais. Peixes carnívoros (contendo até 2500 ppm) alimentam-se de peixes herbívoros (até 300 ppm) e estes se alimentam do plâncton

(até 5 ppm). As aves, como os mergulhões, alimentam-se de peixes carnívoros e apresentam até 1600 ppm (partes por milhão) de DDT. Detergentes Os detergentes não biodegradáveis não são tóxicos, mas destroem as bactérias que provocam a decomposição de matéria orgânica, que é fundamental em qualquer ambiente. Por outro lado, os detergentes contêm fosfatos, que provocam a eutroficação (aumento de nutrientes em meio aquático e que intensifica o crescimento de algas). A eutroficação em excesso acarreta um desequilíbrio ecológico, pois provoca o desenvolvimento descontrolado de uma espécie em detrimento das outras. Assim, reservatórios de águas potáveis, lagos ficam imprestáveis para o uso. A eutroficação também é causada pela utilização de adubos que contêm N e P. Petróleo O derramamento de petróleo no mar e a lavagem dos tanques dos navios formam uma película impermeabilizante que não permite a troca de oxigênio e gás carbônico entre a água e a atmosfera. Isso provoca a asfixia dos animais e impede a realização da fotossíntese pelos vegetais do plâncton.

Poluição do solo 1. Fertilizantes A utilização de fertilizantes de alta solubilidade, ao mesmo tempo que disponibiliza os nutrientes para as plantas, os deixam em condições de serem carreados para as redes de drenagem e lençóis freáticos. Estes, com o passar do tempo, poderão apresentar níveis de contaminação indesejáveis para o consumo humano. Os fertilizantes usados na agricultura contêm grandes concentrações de nitrogênio e fósforo na forma de nitratos (NO3–) e fosfatos (H2PO4–). Essas substâncias são nutrientes e provocam multiplicação em excesso das algas, consumindo grandes quantidades de oxigênio. A falta de oxigênio provoca a morte de animais e plantas, e a decomposição de cadáveres aumenta a poluição. Eutrofização é o excesso de nutrientes na água, o que provoca o crescimento exagerado de organismos, como algas. Um desastre ecológico desse tipo ocorreu no Lago Paranoá, em Brasília. O mau cheiro provocado pela decomposição das algas obrigou famílias a abandonarem suas casas, situadas nas margens do lago. A atividade de produção de animais domésticos (por exemplo, suinocultura) deixa os dejetos armazenados na superfície dos solos. Ao sofrerem degradação (mineralização), geram grandes quantidades de nutrientes, entre eles o nitrato (NO3– ), que pode ser carreado para as redes de drenagem ou lençóis freáticos.

O petróleo é insolúvel em água e menos denso que a água.

2. Praguicidas As pragas são seres vivos que atacam as plantas cultivadas pelo homem. São pragas: a) os insetos que se alimentam das plantas; b) os vermes que comem as raízes das plantas; c) os fungos e bactérias que causam doenças às plantas; d) as ervas invasoras que crescem junto com as plantas cultivadas. Praguicidas, pesticidas, agrotóxicos (designação preferida pelos ecologistas e defensores do meio ambiente) ou defensivos agrícolas (designação usada pelas indústrias produtoras) são substâncias químicas, naturais ou sintéticas, destinadas a matar, controlar ou combater de algum modo as pragas.

Petróleo derramado por navios-tanques causa a morte de numerosas aves marinhas.

Entre os inseticidas orgânicos sintéticos são amplamente utilizados os organoclorados. O emprego dos praguicidas deve ser feito com muito cuidado, pois provocam desequilíbrios ecológicos. a) Matam os inimigos naturais da praga. Exemplo: o homem usa um inseticida para matar um tipo de lagarta que se alimenta da maçã. Além das lagartas, morrem as abelhas, que são insetos úteis. Um pássaro pode morrer ao comer a lagarta envenenada por praguicida. b) Envenenam o solo. c) Envenenam a água.

Cl Cl

Os inseticidas organoclorados têm efeito cumulativo, isto é, vão se acumulando no organismo à medida que nele entram. Esses inseticidas provocam lesões no fígado e nos rins, mutação gênica e câncer. Não se degradam com facilidade, permanecendo no solo, durante dezenas de anos. Os inseticidas apresentam aspectos positivos e negativos. Sabe-se que os insetos transmissores de doenças (dengue, maleita) levam cerca de sete anos para desenvolver formas resistentes ao DDT. Sabe-se também que, pela aplicação correta desse inseticida, é possível erradicar esses insetos, durante o prazo de cinco anos. Assim, o emprego correto do DDT tem efeito saneador. No entanto, o DDT foi mal usado e contaminou o capim, o gado e seres humanos, o que levou à suspensão do uso do DDT. Verificou-se um recrudescimento das doenças transmitidas por insetos nos últimos anos. A utilização de defensivos agrícolas é fonte preocupante de contaminações ambientais. O químico descobriu inseticidas de origem natural, destacando-se os derivados do ácido crisantêmico, conhecidos com o nome de piretrinas, que ocorrem nos crisântemos, flores bastante apreciadas. As piretrinas são relativamente não tóxicas para os mamíferos.

CH3

H3C

CH3

Diclorodifeniltricloroetano (DDT)

O CH3 CH3

CH2 O

Piretrina

Desenvolvimento sustentável Não se deve esquecer dos impactos ambientais que podem decorrer da exploração indiscriminada, ou do mau uso, dos recursos oferecidos pela natureza. A consciência ecológica, recentemente surgida, indica-nos que a sobrevivência da Terra e do ser humano precisa ser repensada. É necessário concretizar o desenvolvimento sustentável continuando com a extração de recursos da atmosfera, hidrosfera, litosfera e biosfera de maneira tal que não sejam completamente exauridos, mas renovados, respeitandose o harmonioso equilíbrio da natureza.

Na agricultura, o modelo de maximização da produção tem sido colocado como a única forma de saciar a fome mundial. Esse modelo tem forte impacto ambiental, pois utiliza fertilizantes de alta solubilidade, defensivos agrícolas e provoca o desmatamento para aumentar a área cultivável. Os adeptos da agricultura sustentável afirmam que é possível implantar formas de agricultura alternativa sem grandes prejuízos na produtividade, aumentando desse modo a qualidade de vida.

Exercício Explicativo 1 A presença de materiais indesejáveis no ar altera a composição da atmosfera terrestre, tornando-a praticamente irrespirável. Em São Paulo, foi realizado um rigoroso programa de racionamento do tráfego de veículos automotores, com o objetivo de diminuir os índices de poluição. Com relação a esse problema, escolha a alternativa correta: a) O ar ideal para se respirar deve ser constituído somente de oxigênio; b) O ar ideal para se respirar deve ser constituído mais de oxigênio do que de nitrogênio; c) O ar não poluído e adequado ao ser humano deve ser constituído de nitrogênio, oxigênio e hidrogênio em partes iguais; d) A atmosfera terrestre não poluída é constituída mais de nitrogênio do que de oxigênio; e) A atmosfera ideal é uma mistura heterogênea formada de vapor d’água e oxigênio.

Comentário O ar atmosférico não poluído e seco é constituído de N2 (78% em volume), O2 (21%), Ar (0,9%) e CO2 (0,03%). Resposta: D

Exercício Explicativo 2 Associe as duas colunas: Coluna I a) Chuva ácida b) Efeito estufa c) Poluição d) Processos antropogênicos Coluna II I) Aquecimento da atmosfera causado pelo aprisionamento de radiação infravermelha por certos gases. II) Um ecossistema fica sobrecarregado e desequilibra-se quando não consegue assimilar uma quantidade de matéria e/ou energia. III) Contém componentes estranhos à atmosfera, tais como ácido nítrico e ácido sulfúrico. IV) Processos ligados às atividades do próprio homem.

Comentário a)

III

b) I

c) II

d) IV

Exercício Explicativo 3 Em dias de tempestade, o nitrogênio do ar pode reagir com o oxigênio e formar um óxido que, em contato com a água, produz uma substância que provoca a chuva ácida. O nome desta substância é: a) c) e)

hidróxido de nitrogênio. ácido carbônico. nitrofenol.

b) hidróxido de amônio. d) ácido nítrico.

Comentário N2 + O2 → 2NO 2NO + O2 → 2NO2 3NO2 + H2O → 2HNO3 + 1NO HNO3: ácido nítrico Resposta: D

Exercício Explicativo 4 A poluição ambiental é um tema discutido amplamente nos dias atuais. Dentre os diversos agentes poluidores está o trabalho de garimpeiros do ouro, o qual utiliza uma substância química responsável pela poluição das águas dos rios brasileiros. No que diz respeito a esta substância, podemos afirmar que: I. II. III. IV.

É um metal líquido nas condições ambientais. É um não metal. Na forma de vapor é extremamente tóxico. O íon desse elemento não é de metal pesado.

Assinale a alternativa correta: a) Apenas a proposição II está correta. b) Apenas a proposição IV está correta. c) Apenas a proposição III está correta. d) Apenas as proposições I e III estão corretas. e) Apenas as proposições I e IV estão corretas.

Comentário I.

Correta. A 25°C e 1 atm (condições ambientais), o mercúrio é um metal líquido. II. Incorreta. O mercúrio não é não metal. III. Correta. O vapor de mercúrio e compostos orgânicos de mercúrio são muito tóxicos. IV. Incorreta. O íon Hg2+ é de metal pesado. Resposta: D

Exercício Explicativo 5 O solo agrícola, que tem uma profundidade em torno de 40 cm, é constituído por uma mistura complexa de minerais e matéria orgânica. Sabe-se hoje dos benefícios dos macronutrientes — nitrogênio, fósforo, potássio, magnésio, cálcio e enxofre, no desenvolvimento dos vegetais. Entretanto, o uso excessivo e inadequado de fertilizantes, contendo principalmente nitratos, nitritos e hidrogenofosfatos pode destruir toda a vida do sistema aquático. Sendo muito solúveis, esses íons alcançam as águas dos rios, lagos e represas, provocando a multiplicação acelerada de algas, que acabam por sufocar e matar as águas. Esse fenômeno é chamado de eutrofização. A respeito do fenômeno conhecido por eutrofização, fazem-se as afirmações: I.

A presença em excesso de certos ânions nas águas de rios, represas e lagos acelera a multiplicação de algas. II. Algas em excesso podem formar um “tapete” que isola a água das represas e rios do oxigênio do ar. III. A deficiência de oxigênio dissolvido na água causa a morte de plantas aquáticas e peixes. IV. A decomposição do resíduo das algas mortas, por micro-organismos aeróbios, leva a um aumento da concentração de gás oxigênio dissolvido na água. Das afirmações feitas, estão corretas: a) I, II, III e IV. b) I, II e III, somente. c) I e II, somente. d) II e III, somente. e) I e IV, somente.

Comentário I)

Correta. De acordo com o texto, os íons solúveis alcançam as águas dos rios, provocando a multiplicação acelerada de algas. II) Correta. De acordo com o texto, a multiplicação acelerada das algas sufoca e mata as águas. III) Correta. A multiplicação acelerada das algas consome o oxigênio. A demanda bioquímica de oxigênio (DBO) cresce, causando a morte dos peixes e das plantas aquáticas. IV) Incorreta. A decomposição do resíduo das algas mortas, por micro-organismos, também consome o O2 dissolvido na água. Resposta: B

Texto para os testes 6 e 7.

ORGANOCLORADOS Defensivos agrícolas para as indústrias. Agrotóxicos para os defensores da natureza. Pontos de vista diferentes sobre substâncias usadas para controlar ou matar determinadas pragas. Sua utilização pode oferecer ou não perigo para o homem, dependendo da toxicidade do composto, do tempo de contato com ele e do grau de contaminação que pode ocorrer. Insolúveis em água, possuem efeito cumulativo, chegando a permanecer por mais de 30 anos no solo. Um dos mais tóxicos e já há algum tempo proibido, o DDT, virou verbo: dedetizar.

Exercício Explicativo 6 Do texto, depreende-se que os defensivos agrícolas a) nunca oferecem perigo para o homem. b) não contaminam o solo, pois são insolúveis em água. c) são substâncias totalmente diferentes daquelas chamadas de agrotóxicos. d) se usados corretamente, trazem benefícios. e) têm vida residual curta.

Cl Cl

Comentário Cl

Cl Diclorodifeniltricloroetano (DDT)

Do texto, depreende-se que os defensivos agrícolas, se usados corretamente, trazem benefícios, dependendo da toxicidade do composto, do tempo de contato com ele e do grau de contaminação que pode ocorrer. Resposta: D

Exercício Explicativo 7 O uso excessivo de fertilizantes provoca impactos ambientais, tais como I) acidificação dos solos. II) contaminação de reservatórios de água. III) eutrofização, isto é, excesso de nutrientes na água, o que provoca o crescimento exagerado de organismos, como algas. IV) eliminação das pragas. Estão corretas: a) somente II e III d) somente I, III e IV

b) somente I e IV e) todas

c) somente I, II e III

Comentário A eliminação das pragas é causada pelos praguicidas, ou agrotóxicos, ou defensivos agrícolas. Resposta: C

BIOLOGIA

Avaliar propostas de intervenção no ambiente, considerando a qualidade da vida humana ou medidas de conservação, recuperação ou utilização sustentável da biodiversidade. A biodiversidade representa o conjunto de espécies de seres vivos que vivem no nosso planeta. O ecossistema onde esses seres são encontrados estão em equilíbrio com o meio ambiente. Qualquer intervenção nesse meio provoca desequilíbrios nas biocenoses. As alterações ambientais podem levar à proliferação de espécies transmissíveis de doenças graves no homem. Muitas protozooses são consequências dessas alterações, entre elas leishmaniose, malária, giardíase, amebíase etc. Muitos mosquitos podem ser transmissores de vírus, como ocorre com a febre amarela e a dengue.

Mosquito da Dengue (Aedes).

Giardia.

Ameba.

Membrana ondulante

Núcleo Flagelo

Trypanosoma.

Inseto.

Ciclo do Plasmodium.

Exercício Explicativo 1 O vírus HIV, causador da aids, é transmitido de pessoa a pessoa por relações sexuais, por exposição direta a sangue contaminado ou da mãe para o filho, durante a vida intrauterina ou na amamentação. No corpo, o vírus invade certas células do sistema imunitário – incluindo os linfócitos T auxiliadores, ou CD4 –, multiplica-se dentro delas e se espalha para outras células. [...] (John G. Bartlett e Richard D. Moore. Scientific American 279, 64-67, 1998). O gráfico indica as quantidades de células CD4 (linha cheia, com escala à esquerda) e de vírus (linha interrompida, com escala à direita) no sangue de um paciente que não recebeu tratamento algum no curso de uma infecção pelo HIV.

Este gráfico mostra que a)

a partir do momento da infecção, a quantidade de vírus aumentou continuamente até a morte do paciente. b) no início da infecção, o sistema imunitário foi estimulado, o que provocou aumento na quantidade de células CD4. c) a quantidade de vírus aumentou sempre que ocorreu aumento de células CD4, onde eles se reproduzem. d) os sintomas típicos da doença apareceram quando a quantidade de células CD4 caiu abaixo de 200 por ml de sangue. e) não existiu relação entre a quantidade de vírus e a quantidade de células CD4 no sangue do paciente infectado pelo HIV.

Comentário Os sintomas da AIDS (Síndrome da Imunodeficiência Adquirida) surgem quando o número de células CD4 do sistema imunitário cai abaixo de 200 por ml de sangue. Resposta: D

Exercício Explicativo 2 O Aedes aegypti é um vetor transmissor da dengue. Uma pesquisa feita em São Luís – MA, de 2000 a 2002, mapeou o tipos de reservatório em que esse mosquito era encontrado. A tabela a seguir mostra parte dos dados coletados nessa pesquisa.

População de A. aegypti Tipos de reservatórios 2000

2001

2002

895

1.658

974

6.855

46.444

32.787

vaso de planta

456

3.191

1.399

material de construção, peça de carro

271

436

garrafa, lata, plástico

675

2.100

428

caixa d’água

248

1.689

1.014

recipiente natural, armadilha, piscina e outros

615

2.658

1.178

10.059

58.604

38.962

pneu tambor, tanque, depósito de barro

poço, cisterna

total

276 1.059 275

(Caderno Saúde Pública; volume 20, nº 5. Rio de Janeiro, out/2004, adaptado.)

De acordo com essa pesquisa, o alvo inicial para a redução mais rápida dos focos do mosquito vetor da dengue, nesse município, deveria ser constituído por: a) b) c) d) e)

pneus e caixa d’água. tambores, tanques e depósitos de barro. vasos de plantas, poços e cisternas. materiais de construção e peças de carro. garrafas, latas e plásticos.

Comentário No combate à dengue, devem-se eliminar os locais onde o mosquito deposita os seus ovos: água limpa e estagnada. Resposta: B

Exercício Explicativo 3 Uma mulher com idade entre 25 e 35 anos foi contaminada pelo vírus HIV depois de receber transfusão de sangue (...). A contaminação da mulher pode ter ocorrido em razão da chamada “janela imunológica.” (Folha de S. Paulo, 06.08.2005.) Janela imunológica é o nome dado ao período compreendido entre a infecção do organismo e o início da formação de anticorpos contra o agente infeccioso. Considerando tais informações e o que se conhece sobre a infecção por HIV, podemos afirmar corretamente que

essa fatalidade poderia ter sido evitada se o sangue do doador tivesse passado, antes, por testes sorológicos para a detecção de HIV. b) a ação do HIV no organismo é justamente destruir o sistema imune. Por isso, são feitos testes para detecção do vírus e não de anticorpos. c) a mulher já estava com o sistema imune fragilizado, o que facilitou ainda mais a entrada e a instalação de agentes infecciosos, aqui, no caso, do HIV. d) o doador era portador do HIV e os testes não detectaram a infecção. Ter feito o teste recentemente não implica total segurança, devendo-se, portanto, evitar a exposição a situações de risco. e) transfusões de sangue hoje são um dos principais meios de transmissão do HIV. Isso demonstra a necessidade de campanhas para alertar doadores e receptores de sangue sobre os cuidados a serem tomados.

Comentário O doador sanguíneo era portador do HIV, que não foi detectado devido à janela imunológica, ou seja, ele se contaminou recentemente e ainda não havia produzido os anticorpos anti-HIV. Resposta: D

Exercício Explicativo 4 Analise o texto a seguir: “O prefeito de um município do interior de um estado decretou estado de emergência devido ao surto de leishmaniose tegumentar na cidade. Pelo menos 25 casos já foram confirmados pela Secretaria de Saúde do Estado. Dezenas de outras pessoas apresentam sintomas da doença, mas como não há hospital, a Prefeitura ignora quantas pessoas foram realmente atingidas.” O estado de emergência a que se refere a notícia deverá permitir a adoção de medidas para a) erradicar rapidamente o mosquito transmissor. b) instalar sistema de tratamento da água consumida pela população. c) instalar, o mais rapidamente possível, uma rede de esgotos ligada a uma estação de tratamento. d) aumentar o controle sobre a higiene e condições gerais dos alimentos consumidos pela população, principalmente legumes e verduras. e) aumentar o controle e a fiscalização sobre os abatedouros de bois e porcos da região.

Competência de área 2 – Identificar a presença e aplicar as tecnologias associadas às ciências naturais em diferentes contextos.

Dimensionar circuitos ou dispositivos elétricos de uso cotidiano. Dimensionar um circuito elétrico envolve: aparelhos a serem instalados, dispositos de proteção e os respectivos fios condutores. Precisamos ter um conhecimento básico do cálculo da potência elétrica de um aparelho e do funcionamento dos disjuntores, elementos protetores da rede elétrica.

Potência elétrica Consideremos um elemento de circuito qualquer, para o qual se tem: U = tensão elétrica (ddp ou voltagem) entre seus terminais. i = intensidade de corrente elétrica que o atravessa.

A potência elétrica nesse aparelho é: P=U.i No SI, as unidades são: unid (P) = watt (W) unid (U) = volt (V) unid ( i ) = ampère (A)

Aquecimento do fio condutor Um fio condutor, não ideal, apresenta uma resistência R, numa dada extensão de comprimento L. L R=ρ— A Passando por ele corrente de intensidade i, a potência dissipada é: P = R . i2 Num dado intervalo de tempo, o fio se aquece e pode fundir-se, interrompendo o funcionamento do circuito. Por isso, limita-se a intensidade de corrente em cada fio.

Disjuntores Os disjuntores (ou fusíveis) são elementos de circuito que protegem os fios da rede elétrica contra o excesso de corrente. Eles são dimensionados para um valor limite de intensidade de corrente.

Energia Elétrica consumida Supondo-se que um elemento de circuito esteja funcionando por um intervalo de tempo Δt, a energia elétrica (Eeᐉ) consumida é: Eeᐉ = P . Δt

Unidades envolvidas grandezas físicas

Δt

Eeᐉ

outros

kWh

Potência elétrica do resistor Se o elemento de circuito elétrico for um resistor de resistência R, temos: Lei de Ohm: U = R . i ou

U i = __ R

Voltando à equação da potência P=U.i⇒

P = R . i2

U2 P = —– R

Exercício Explicativo 1 A rede elétrica que alimenta o banheiro da casa de Aline está protegida por disjuntores de 20A. Sendo a voltagem da rede 220V, o chuveiro compatível que ela poderá instalar nesse banheiro, sob tensão de 220V, deverá ter potência elétrica de: a) c) e)

no máximo 1000W no máximo 4400W no máximo 4000W

b) no mínimo 1000W d) no mínimo 4400W

Comentário A potência suportada pela rede está limitada pela sua tensão U = 220V e pela máxima intensidade de corrente no disjuntor, 20A. Logo: P=i.U P = (20A) . (220V) ⇒ P = 4400W Assim, conclui-se que o chuveiro poderá ter potência máxima de 4400W e funcionará sob tensão de 220V. Resposta: C

Exercício Explicativo 2 Os disjuntores elétricos são fabricados para limitar correntes elétricas de intensidades múltiplas de 5A. Assim, existem disjuntores de 5A, 10A, 15A etc. Numa rede elétrica de 110V, estão instalados os aparelhos abaixo: TV: 330W geladeira: 220W 4 lâmpadas: 60W (cada uma) Recomenda-se para esta rede um disjuntor de: a)

b) 10A

c) 15A

d) 20A

e) 25A

Comentário A potência total instalada é de: PTOT = 330W + 220W + 4 . 60W = 790W Sendo

P=i.U 790 = i . 110 ⇒ i TOT ≅ 7,2A

Para não desarmar o disjuntor, este deverá suportar correntes de intensidade máxima 10A (múltipla de 5A). Não se deve exagerar e colocar um disjuntor de 15A, pois isso deixaria a rede sem proteção. Resposta: B

Exercício Explicativo 3 Na casa de Henrique, o disjuntor desligava-se toda vez que ele tomava banho com a lâmpada do banheiro acesa e, ao mesmo tempo, sua mãe ligava o forno de micro-ondas. A rede elétrica era novinha, o chuveiro e o forno eram ótimos. Chamou um eletricista e este constatou que a lâmpada do banheiro, o forno de micro-ondas e o chuveiro faziam parte de um mesmo circuito elétrico de 220V, protegidos por um disjuntor em cada fio. O que poderá ser feito para sanar o problema, sem onerar demasiadamente Henrique? a) b) c) d) e)

Trocar o disjuntor por outro de maior intensidade de corrente. Trocar o disjuntor por outro de menor intensidade de corrente. Trocar o forno de micro-ondas por outro de menor potência. Ainda que seja mais trabalhoso, o ideal será trocar todos os fios da rede elétrica da casa. Tirar daquele circuito elétrico a tomada do micro-ondas e passá-la para outro circuito interno da rede, de mesma tensão, 220V.

Comentário Trocar o disjuntor por outro de maior capacidade de intensidade de corrente não é o correto, pois ele está ali para proteção da instalação contra o excesso de corrente. Trocar o forno de micro-ondas seria uma solução onerosa para Henrique. Trocar todos os fios da rede elétrica será bastante oneroso. É uma solução que somente deveria ser usada se a rede fosse muito antiga. A solução mais barata é passar a tomada do micro-ondas daquele circuito elétrico para outro de mesma tensão, 220V. Resposta: E

Exercício Explicativo 4 Na residência de Edinei, há um único circuito elétrico para toda a casa. A tensão elétrica é de 110V e a rede está protegida por um disjuntor de 50A. Ele tem em sua residência os seguintes aparelhos instalados e funcionando simultaneamente: 1 geladeira de 150W 1 televisão de 100W Quando o chuveiro elétrico de 4000W também estiver funcionando, quantas lâmpadas de 100W também poderão estar acesas, sem desarmar o disjuntor? a) Apenas 12. d) Apenas 11.

b) Apenas 13. e) No mínimo, 13.

c) Apenas 14.

Comentário A potência máxima suportada pela rede elétrica é calculada por: P=i.U P = 50 (A) . 110 (V) P = 5500W Temos instalados 150W da geladeira e 100W da TV. Ligando-se o chuveiro (4000W), a potência utilizada (demanda) é: PTOT = 150W + 100W + 4000W = 4250W Temos ainda: ΔP = 5500W – 4250W = 1250W Podemos acender 12 lâmpadas de 100W e não 13 lâmpadas. Resposta: A

Relacionar informações para compreender manuais de instalação ou de utilização de aparelhos, ou sistemas tecnológicos de uso comum. Carga elétrica de uma bateria Aparelhos de telefone celular, máquinas fotográficas digitais, câmeras de filmagem etc. usam baterias recarregáveis. Sendo: Q a quantidade de eletricidade (carga elétrica), i a intensidade de corrente do recarregador e Δt o tempo de carga, temos: Q = i . Δt Usualmente, as baterias de pequeno porte usam para a unidade de carga elétrica mAh (ou mA . h), o que significa intensidade de corrente em mA e tempo em h.

Potência elétrica de aparelhos resistivos É muito útil expressar a potência elétrica de um chuveiro, ou de outro aparelho resistivo, em função da tensão U e da resistência R: U2 P=— R

Exercício Explicativo 1 O celular de uma certa marca usa uma bateria de carga 3600 mAh. Seu carregador fornece uma corrente de 360 mA. Estando ela inicialmente descarregada, para carregá-la completamente, devemos deixá-los acoplados por um tempo de: a) 10 min. b) 20 min. c) 2h. d) 10h. e) 20h.

Comentário Q = i . Δt i = 360 mA Q = 3600 mA . h 3600 mA . h 3600 = 360 . Δt ⇒ Δt = ___________ ⇒ 360 mA Resposta: D

Δt = 10h

Exercício Explicativo 2 Uma máquina fotográfica digital usa quatro pilhas AA, recarregáveis. A quantidade de fotos que se pode tirar depende da carga da pilha e da resolução da foto.

Em um experimento, Alan bateu 100 fotos com um determinado tipo de pilha de carga Q1. Trocou as pilhas por outro tipo, de carga Q2, não alterou a resolução das fotos e bateu 300 fotos. Sendo Q2 = 6000 mA . h, concluímos que Q1 vale: a)

18 Ah

b) 12 Ah

c) 2 Ah

d) 600 mAh

e) 200 mAh

Comentário Sendo o número de fotos batidas, para uma dada resolução, proporcional à quantidade de eletricidade (carga) da pilha 100 fotos ⎯⎯→ Q1 300 fotos ⎯⎯→ Q2 100 . Q2 = 300 Q1 Q2 = 3 Q1 Q2 6000 mA h Q1 = ___ ⇒ Q1 = __________ = 2000 mAh 3 3 Porém: 1000mA = 1A Então

Q1 = 2Ah

Resposta: C

Exercício Explicativo 3 O sr. Humberto adquiriu em São Paulo uma torneira elétrica que trazia na etiqueta metálica as indicações de tensão elétrica e de potência: 220V 4000W Levando a torneira para a sua residência, na qual a rede elétrica é de 110V, constatou que a torneira não aquecia quase nada a água, deixando-a apenas morninha. Imediatamente, deduziu que deveria trocar o resistor. Sendo R a resistência original, o novo resistor, para manter os 4000W, deverá ter resistência: a)

R/4

b) R/2

c) R

e) 2R

e) 4R

Comentário 2

U 1 P1 = ___ R1

U 2 (nova resistência) P2 = ___ R2

Fazendo 2

P1 = P2 2

U R1 U U 1 = ___ 1 = ___ 2 ⇒ ___ ___ 2 R1 R2 R2 U 2

R1 ___ = R2

U1 ___ U2

R ⇒ ___ = R2

220 ___ 110

2 __ 1

4 = __ 1

R 4R2 = R ⇒ R2 = ––– 4 Resposta: A

Exercício Explicativo 4 O secador de cabelos de Telma tem uma etiqueta metálica com as inscrições: 110V 500W Pode-se deduzir daí que a)

o secador não deve ser ligado na rede de 220V, pois sua potência chegará a 1000W e “queimará” o ventilador e o resistor. b) ligando o secador corretamente em 110V e usando-o em média 1h por dia, ao final de um mês terá gasto uma energia de 150Wh. c) ligando-o na rede de 220V, o secador consumirá 1kWh em 1 hora. d) o secador deverá ser necessariamente ligado a uma rede de 110V e seu consumo em 1h de funcionamento é de 0,5kWh. e) o consumo mensal do secador não depende da tensão e funcionará normalmente sob 220V.

Comentário A etiqueta mostra que o secador deve ser ligado na rede de 110V. Sua potência é de 500W = 0,5 kW. Durante 1h, o consumo será: Eeᐉ = P . Δt Eeᐉ = (0,5 kW) . 1h Eeᐉ = 0,5 kWh Resposta: D

(FÍSICA)

Selecionar testes de controle, parâmetros ou critérios para a comparação de materiais e produtos, tendo em vista a defesa do consumidor, a saúde do trabalhador ou a qualidade de vida. Os princípios físicos podem ser utilizados para a identificação, comparação, controle e monitoramento de materiais e produtos. Procedimentos mecânicos, térmicos e eletromagnéticos permitem a construção de bancadas de testes para diferentes materiais e sistemas, definindo-lhes as faixas seguras e eficientes de uso.

Nos “crash-tests”, as leis da conservação da energia e da quantidade de movimento são analisadas, em detalhes, para garantir a segurança dos motoristas e passageiros dos automóveis.

Os diagramas de fase revelam o comportamento térmico de diversas substâncias e as possibilidades de seus usos seguros em diversas condições climáticas.

As interações da luz, dos campos magnéticos e elétricos com a matéria podem identificar substâncias. A refração e a difração de raios X, por exemplo, podem revelar os arranjos atômicos.

Os testes mecânicos clássicos dos materiais são os ensaios de tração, compressão e elasticidade. Além disso, a medida da densidade de uma amostra pode ser reveladora na sua identificação.

Com procedimentos simples, é possível medir a massa e o volume de uma amostra e m calcular-lhe a densidade (μ) ou massa específica μ = ––– . V A densidade pode ser avaliada em g/cm3, kg/ᐉ ou Kg/m3

É possível medir a constante elástica K de um material (Felástica = Kx), para avaliar a sua resistência a trações e torções. A constante elástica é medida em N/m, no SI.

O comportamento térmico das substâncias é fundamental para uma avaliação sobre o seu uso seguro em diversas condições de pressão e temperatura.

O diagrama de fases representa as transformações físicas que uma substância pode sofrer, quantificando as pressões e as temperaturas em que ocorrem. L0

q L Q DL

Aproximando um corpo de um imã permanente, é possível estimar seu comportamento magnético.

A partir do diagrama de fases, podemos determinar os calores específicos sensíveis em cada estado (c), os latentes (L) das mudanças de um para outro e as curvas de aquecimento para cada pressão.

q’

Ao aquecer uma barra metálica, por exemplo, é possível calcular duas constantes que podem identificar o material que a constitui: o coeficiente de dilatação linear (α) e a condutividade térmica (K). ΔL = L0 α (θ – θ0)

Q KA (θ – θ’) —– = ————— Δt L

As substâncias podem apresentar comportamentos diferentes, quando submetidas a campos elétricos e magnéticos, ou, quando são atravessadas por radiações eletromagnéticas.

As cargas de íons e suas massas podem ser calculadas pelos desvios que sofrem, ao atravessar campos magnéticos (F = qVBsen θ).

Um material, colocado entre uma placa positiva e outra negativa, pode revelar-se um bom condutor ou isolante elétrico. As grandezas indicativas são a constante dielétrica (ε) e a resistividade (ρ) do material. ρL C: capacitância εA R = ––– R: resistência elétrica C = ––– A L

Materiais transparentes diferentes podem ser identificados pela maneira como desviam a luz monocromática em função de seu índice de refração absoluto (n). (nAR sen i = nMATERIAL . sen r) nAR < nÁGUA < nVIDRO < nDIAMANTE

Materiais incandescentes (acima de 500ºC) podem ser analisados quando sua luz sofre dispersão num prisma óptico. Com esse processo, é possível avaliar a composição e a velocidade de afastamento de galáxias distantes.

Exercício Explicativo 1 De acordo com a teoria do "Big Bang", o universo originou-se há 13,7 bilhões de anos, a partir de uma fantástica explosão. De acordo com a teoria, toda a matéria e energia do universo estavam concentradas em um pequeno volume. Após a explosão, essa matéria começou a se expandir, criando tudo o que existe hoje. Muitos fatos comprovam essa teoria. Um deles é o de que, independentemente da direção de observação, todas as galáxias estão-se afastando da Terra. Mas como isso pode ser verificado? É possível determinar-se a composição de uma estrela a partir da análise do seu espectro luminoso. Mais do que isso, observa-se que o espectro das estrelas possui um "desvio para o vermelho", ou seja, os espectros possuem uma frequência observada menor do que a esperada. Como a luz é uma onda, ela também é suscetível ao efeito Doppler-Fizeau: se a frequência da luz observada da estrela (fonte) é menor do que a frequência emitida, a estrela afasta-se da Terra (observador). Assinale a alternativa correta, de acordo com o texto. a) O universo atual é estático e cessou sua expansão há 13,7 bilhões de anos. b) As galáxias emitem apenas a radiação na região vermelha do espectro da luz visível. c) O efeito Doppler-Fizeau ocorre somente com as ondas eletromagnéticas na faixa de frequência da luz visível. d) Se o universo passasse a sofrer uma contração (Big Crunch), o espectro das estrelas possuiria um "desvio para o azul". e) O movimento relativo entre a fonte de ondas e o observador não altera a frequência percebida por este.

Comentário Na aproximação, o espectro da luz desvia para a região do azul ou do violeta. Resposta: D

Enunciado para as questões 2 e 3: Um violão e um trompete emitem a mesma nota musical com intensidades iguais e produzem os perfis de ondas, nas telas de um osciloscópio, representados a seguir: violão trompete

Exercício Explicativo 2 Os sons do violão e do trompete possuem a mesma a) altura. b) forma de onda.

c) amplitude em todos os pontos da imagem. d) superposição de harmônicos. e) capacidade para transportar moléculas de ar do instrumento até o ouvido do observador .

Comentário A mesma nota musical indica alturas e frequências iguais para os sons apresentados. Resposta: A

Exercício Explicativo 3 As formas de ondas obtidas na tela permitem a distinção visual dos sons dos dois instrumentos. A qualidade fisiológica do som que se relaciona com essa diferenciação é a) a intensidade. d) a sonoridade.

b) a altura. e) o timbre.

c) a ressonância.

Comentário A forma da onda relaciona-se com o timbre. Resposta: E

Exercício Explicativo 4 Observe as figuras e os procedimentos experimentais apresentados a seguir:

Antes do aquecimento, temos uma coluna líquida de altura h1. Após o aquecimento, a dilatação volumétrica do líquido provoca um aumento da coluna líquida, que passa a ter agora um valor h2. Se multiplicarmos a área de secção do tubo pela diferença entre as alturas, iremos obter a dilatação aparente do líquido. ΔVa = S (h2 – h1) Considere as proposições que se seguem: I. Se o líquido for uma substância termométrica, a dilatação aparente será inversamente proporcional à variação de temperatura.

II.

Na experiência representada anteriormente, o líquido tem coeficiente de dilatação real maior que o coeficiente de dilatação volumétrica do material que constitui o tubo. III. A altura h2 não depende do valor de h1. IV. Para S = 2,0mm2, h1 = 10mm e h2 = 20mm, a diferença entre a dilatação real do líquido e a dilatação do tubo valerá 20mm3. São corretas apenas: a)

II e IV.

b) I, II e III.

c) I e III.

d) III e IV.

e) II e III.

Comentário I) Incorreta. A altura será diretamente proporcional à variação de temperatura. II) Correta. O líquido dilata-se mais que o tubo. III) Incorreta. A altura h2 pode ser calculada por: ΔVa h2 = –––– + h1, que mostra a dependência de h1. S IV) Correta. ΔVa = 2,0 (20 – 10) ΔVa = 20mm3 Resposta: A

Exercício Explicativo 5 “A fabricação das primeiras lentes confiáveis dependeu da manufatura de vidro de alta qualidade e de processos precisos de lapidação e polimento das faces curvas desses refratores. A união do vidro de qualidade e a obtenção de curvaturas precisas levou, pelo menos, quatro séculos para ocorrer. A produção de materiais transparentes sem impurezas ou bolhas de ar era monópolio dos artesãos de Constantinopla. Os venezianos invadiram Constantinopla (1202-1204), romperam o monópolio e toda a Europa passou a utilizar vidros de boa qualidade. Os joalheiros holandeses refinaram as técnicas de lapidação e polimento das faces curvas no século XVII e passaram a produzir toda a sorte de instrumentos ópticos de aumento, como microscópios e telescópios. A equação dos fabricantes de lentes, ou equação de Halley, relaciona o tipo de material da lente, representado pelo seu índice de refração (nlente), com o índice de refração do meio em que ela se encontra e os raios de curvatura R1 e R2 das suas faces: V=

n 1 ––– ( –––––– ) ( n R lente

–1 .

meio

+ –––

)

V é a vergência da lente, em dioptrias.” Edmund Halley.

Considere as proposições a seguir: I.

O termo

n ( –––––– ) n lente

– 1 está historicamente relacionado com o esforço de turcos

meio

e venezianos para obter materiais transparentes de boa qualidade.

II.

O termo

(

1 1 ––– + ––– R1 R2

)

está relacionado com os

processos de polimento das faces da lente. III. As medidas de R1 e R2 devem ser feitas em metros. IV. Se nlente > nmeio e se R1 = R2 > 0, a lente será biconvexa e convergente. Estão corretas as afirmações: a) I e II, apenas. d) I, III e IV, apenas.

b) I, II, III e IV. e) II e IV, apenas.

c) II, III e IV, apenas.

Comentário I. CORRETA. II. CORRETA. III. CORRETA. A vergência, em dioptrias, é o inverso da distância focal em metros. IV. CORRETA. R1 = R2 > 0 (biconvexa) e nlente > nmeio ⇒ convergente Resposta: B

Exercício Explicativo 6 Observe a tabela a seguir: Substância

Ponto de Fusão (°C)

Ponto de Ebulição (°C)

Água

100

Mercúrio

–39

357

Nitrogênio

–210

–196

Oxigênio

–219

–183

Hidrogênio

–259

–96

Com base nos dados apresentados na tabela, considere as afirmações a seguir: I. A melhor substância para medir as temperaturas mais baixas e mais altas na atmosfera terrestre é a água. II. Entre –210°C e –196°C, o nitrogênio encontra-se no estado líquido. III. Abaixo de 0°C, a água e o mercúrio encontram-se no estado líquido. IV. A 25°C, o oxigênio e o nitrogênio encontram-se no estado gasoso. Estão corretas as afirmações: a) II e IV, apenas. d) II, III e IV, apenas.

b) I e III, apenas. e) I, II, III e IV.

c) I e IV, apenas.

Comentário I. INCORRETA. O mercúrio é a melhor substância termométrica. II. CORRETA. III. INCORRETA. A água solidifica-se a 0°C e o mercúrio a –39°C. IV. CORRETA. Resposta: B

(QUÍMICA)

Selecionar testes de controle, parâmetros ou critérios para a comparação de materiais e produtos, tendo em vista a defesa do consumidor, a saúde do trabalhador ou a qualidade de vida. Defesa do consumidor e saúde do trabalhador A pasteurização é uma técnica que permite conservar alimentos sem alterar seu sabor e sua qualidade. Para pasteurizar alimentos como leite e seus derivados, vinhos e cerveja ou mesmo polpa de frutas, compotas, vegetais e conservas, eles são submetidos a um tratamento térmico para destruir ou inativar micro-organismos. Isso é importante porque alguns causam doenças ao ser humano. O tempo e a temperatura de pasteurização são definidos de acordo com o processo e com o produto que se quer armazenar. Após o aquecimento, os alimentos são resfriados e podem ser armazenados. Os alimentos que você consome ou conhece estão associados a uma tecnologia que foi desenvolvida com base em pesquisas: o congelamento de alimentos, o uso de conservantes químicos para impedir a ação de micro-organismos, a criação de aves em incubadoras, a descoberta de novas substâncias com poder de adoçar e tantas outras. Mas é bom lembrar que, apesar de velhas conhecidas, as plantas medicinais se tornam mais importantes a cada dia que passa, pois são matéria prima de princípios ativos para medicamentos. Quanto à carne salgada e seca ao ar, esta é uma das tecnologias mais antigas para conservar alimentos. Um dos produtos mais conhecidos pelos resíduos que se acumulam no solo é o DDT. A agricultura “orgânica” é benéfica à nossa saúde e ao ambiente, pois a produção é feita sem aditivos sintéticos, o que evita o acúmulo de resíduos tóxicos. Os despejos de resíduos industriais estão entre os problemas mais sérios que a sociedade enfrenta na atualidade. Se há indústrias próximas de sua casa, procure conhecer quais são os componentes de seu lixo e das águas que despejam. Anote tudo e procure saber junto aos órgãos do governo se há riscos de contaminação, de que tipos são e se a empresa está cumprindo as exigências legais para o seu funcionamento. Parâmetros de Potabilidade Unidade de medida

Portaria 36 – Ministério da Saúde (19/01/1990)

Chumbo (Pb)

mg/L ou ppm

0,05

Mercúrio (Hg)

mg/L ou ppm

0,001

N.o / 100mL

Parâmetros I – Químicos

II – Microbiológicos Coliformes fecais

A tabela de parâmetros de potabilidade nos informa as concentrações máximas permitidas de coliformes fecais (bactérias normalmente encontradas no instestino de animais de sangue quente, como o homem), de chumbo e de mercúrio, na água, para que ela seja considerada potável. Isso significa dizer que a água extraída de uma determinada fonte que apresenta 0,10mg de chumbo em cada dois litros de água é considerada potável. Isso porque a concentração desse metal nessa água continua sendo de 0,05mg/L. Para obter esse líquido vital, as sociedades modernas utilizam-se cada vez mais do tratamento de água para tornar potável a água de rios, igarapés e açudes. Isso ocorre porque é bastante difícil obter, por meios naturais, água potável em grande quantidade, de fácil obtenção e que exista em locais estratégicos para facilitar sua distribuição para toda a população de uma determinada região. Portanto, para se ter água potável em quantidade suficiente, o caminho mais usado, atualmente, é o tratamento.

Tratamento da água O tratamento da água de uma cidade é feito em várias etapas.

Peneiração – impede que peixes, latas, paus e outros objetos de proporções significativas entrem na instalação. Pré-cloração – adiciona-se cloro (Cl2) para matar micro-organismos. Floculação – a adição de sulfato de alumínio, Al2(SO4)3, e hidróxido de cálcio, Ca(OH)2, produz uma substância insolúvel, o hidróxido de alumínio, Al(OH)3, que agrega as partículas sólidas em suspensão, formando flocos. Decantação – as partículas sólidas sedimentam. Filtração – o filtro de areia retém as partículas sólidas remanescentes. Pós-cloração – a concentração de cloro é ajustada de modo a manter na água uma quantidade residual desse poderoso agente desinfetante. Aeração, controle da acidez e fluoretação (adição de íon F–, para reduzir cárie dentária) são tratamentos opcionais.

Critérios para comparação de materiais Alumínio O alumínio é o segundo metal mais leve encontrado na natureza e o mais abundante na crosta terrestre e é bastante útil em nossos dias, sendo utilizado para fabricar desde embalagens (latas de refrigerante e cerveja), janelas, portas e fios elétricos até fuselagens de aviões, devido a suas propriedades químicas e físicas conhecidas, atualmente, como — maleabilidade (capacidade de se deixar deformar, moldar, por ação mecânica: martelada ou prensagem); ductilidade (capacidade de se deixar esticar, sem partir); resistência à corrosão (não se deteriora com facilidade: não “enferruja”); capacidade de formar ligas metálicas (misturas entre metais); boa condutividade térmica (permite que o calor flua com facilidade através dele); ótima condutividade elétrica (permite que a eletricidade flua através dele com facilidade); baixo custo de produção (se comparado a outros metais com propriedades semelhantes), entre outras.

Propriedades

Vantagens

Leveza

Setor de transporte: se um veículo é fabricado com peças de alumínio ou de ligas de alumínio (como a carroceria, por exemplo), ele se torna mais leve e proporciona menor consumo de combustível e menor desgaste de partes como pneus, lubrificantes, como componentes da suspensão, dos freios, do motor, do câmbio e da transmissão. Setor de embalagem: embalagens feitas de alumínio (como as latas de refrigerante e cerveja), proporcionam economia no custo de transporte, visto que permitem transportar mais produtos com menos peso, quando comparadas com embalagens de aço (flandres) e de vidro, por exemplo.

Resistência à corrosão

Setor de transporte: aumenta a durabilidade das peças feitas em alumínio, uma vez que o alumínio não se deteriora com facilidade (não “enferruja”). Setor de embalagem: aumenta a durabilidade da embalagem, por não se deteriorar (não “enferrujar”) com facilidade e não alterar o sabor do alimento.

Maleabilidade

Setor de transporte: o alumínio é mais maleável que o aço e, portanto, é mais facilmente moldado, permitindo, assim, um melhor acabamento das peças fabricadas com ele. Setor de embalagem: embalagens feitas de alumínio são mais facilmente moldadas, permitindo, assim, um melhor acabamento. Não quebram.

Condutividade térmica

Setor de transporte: radiadores fabricados em alumínio permitem uma rápida dissipação do calor e, consequentemente, o motor esfria mais depressa. Setor de embalagem: embalagens feitas de alumínio, e que vão à geladeira, gelam mais rápido e, com isso, reduzem o consumo de energia elétrica em cerca de 15%.

Essas e outras propriedades de alumínio são vantajosas não só para os setores de transporte e embalagem, mas para vários outros setores industriais, como o de utilidades domésticas. Três fatores que fizeram a indústria de refrigerantes e cervejas a trocar as latas feitas de folhas de flandres (aço) por latas de alumínio são, por exemplo: a leveza, a maleabilidade e a resistência à corrosão. Duas propriedades do alumínio que podem fazer você trocar o ferro pelo alumínio, na hora de fabricar portões: leveza e resistência à corrosão.

O programa R3 O programa dos 3Rs consiste na – redução do consumo e desperdício; – reutilização de resíduos; – reciclagem.

Redução do consumo e desperdício O melhor seria não gerar lixo, o que nem sempre é viável, pois o modelo de vida atual é pautado pela produção e pelo consumo, que têm como conseqüência a geração de resíduos. A geração pode ser minimizada, rejeitando-se por exemplo, os produtos com invólucros múltiplos (às vezes desnecessários), dando preferência a embalagens retornáveis em detrimento às descartáveis, diminuindo desperdícios dentro de casa.

Reutilização de resíduos A reutilização de resíduos nas nossas casas é limitada, mas o número de opções cresce com relação a resíduos industriais e agrícolas. Por exemplo, recipientes de vidro são relativamente fáceis de serem limpos, esterilizados e reutilizados. Uma tonelada de vidro reutilizada várias vezes como frascos produz uma economia equivalente a 117 barris de petróleo. O que uma pessoa classifica como resíduo pode ser matéria-prima para outra. Aquilo que é considerado um resíduo hoje pode não sê-lo amanhã.

Reciclagem A reciclagem consiste na separação de materiais e no processamento desses materiais para uso como matéria-prima na manufatura de bens, feitos anteriormente apenas com matéria-prima virgem. Exemplo A obtenção do metal alumínio a partir do minério bauxita (Al2O3 . 2H2O) consome grande quantidade de energia elétrica. eletrólise 2Al2O3 ⎯⎯⎯⎯→ 4Al + 3O2 energia A reciclagem das embalagens de alumínio consome uma quantidade de energia 91% menor. A reciclagem diminui a quantidade de lixo a ser aterrado, economiza energia, preserva os recursos naturais, diminui a poluição do ar e das águas. Para obter 1 tonelada de alumínio, utilizam-se quase 4 toneladas de bauxita, que são retiradas do subsolo.

Exercício Explicativo 1 Em nosso planeta a quantidade de água está estimada em 1,36 x 106 trilhões de toneladas. Desse total, calcula-se que cerca de 95% são de água salgada e dos 5% restantes, quase a metade está retida nos pólos e geleiras. O uso de água do mar para obtenção de água potável ainda não é realidade em larga escala. Isso porque, entre outras razões, a) o custo dos processos tecnológicos de dessalinização é muito alto. b) não se sabe como separar adequadamente os sais nela dissolvidos. c) comprometeria muito a vida aquática dos oceanos. d) a água do mar possui materiais irremovíveis. e) a água salgada do mar tem temperatura de ebulição alta.

Comentário A água potável pode ser obtida a partir da água do mar por processos como a destilação e a osmose reversa, porém o custo desses processos tecnológicos de dessalinização é muito alto. Resposta: A

Exercício Explicativo 2 No Brasil, mais de 66 milhões de pessoas beneficiam-se hoje do abastecimento de água fluoretada, medida que vem reduzindo, em cerca de 50%, a incidência de cáries. Ocorre, entretanto, que profissionais da saúde muitas vezes prescrevem flúor oral ou complexos vitamínicos com flúor para crianças ou gestantes, levando à ingestão exagerada da substância. O mesmo ocorre com o uso abusivo de algumas marcas de água mineral que contêm flúor. O excesso de flúor – fluorose – nos dentes pode ocasionar desde efeitos estéticos até defeitos estruturais graves. Foram registrados casos de fluorose tanto em cidades com água fluoretada pelos poderes públicos como em outras, abastecidas por lençóis freáticos que naturalmente contêm flúor. (Adaptado da Revista da Associação Paulista de Cirurgiões Dentistas – APCD, vol. 53, nº.1)

Com base nesse texto, são feitas as afirmações abaixo. I. A fluoretação da água é importante para a manutenção do esmalte dentário, porém não pode ser excessiva. II. Os lençóis freáticos citados contêm compostos de flúor, em concentrações superiores às existentes na água tratada. III. As pessoas que adquiriram fluorose podem ter utilizado outras fontes de flúor além da água de abastecimento público, como, por exemplo, cremes dentais e vitaminas com flúor. Pode-se afirmar que, apenas: a) I é correta. d) I e III são corretas.

b) II é correta. e) II e III são corretas.

c) III é correta.

Comentário I)

Certa A concentração de fluoreto não deve ser excessiva na água de abastecimento público, de acordo com o texto apresentado, e é importante na manutenção do esmalte dentário.

II)

Errada O texto não cita a relação entre as concentrações de fluoreto na água tratada e em lençóis freáticos.

III) Certa De acordo com o texto as pessoas podem adquirir fluorose por uso abusivo de vitaminas com fluoreto e cremes dentais. Resposta: D

Exercício Explicativo 3 Pelas normas vigentes, o litro do álcool hidratado que abastece os veículos deve ser constituído de 96% de álcool puro e 4% de água (em volume). As densidades desses componentes são dadas na tabela. Substância

Densidade (g/L)

Água

1000

Álcool

800

Um técnico de um órgão de defesa do consumidor inspecionou cinco postos suspeitos de venderem álcool hidratado fora das normas. Colheu uma amostra do produto em cada posto, mediu a densidade de cada uma, obtendo: Posto

Densidade (g/L)

822

820

III

815

808

805

A partir desses dados, o técnico pôde concluir que estavam com o combustível adequado somente os postos a) l e ll.

b) I e III.

c) II e IV.

d) lII e V.

e) IV e V.

Comentário Admitindo 1L de álcool hidratado, teremos 0,96L de álcool (96%) e 0,04L de água (4%). – Cálculo da massa de álcool: málcool dálcool = –––––––– Válcool málcool 800g/L = –––––––– 0,96L

málcool = 768g

– Cálculo da massa de água:

mágua dágua = ––––––– Vágua mágua 1000g/L = –––––––– 0,04L

mágua = 40g

– Cálculo da densidade da mistura (álcool hidratado): málcool hidratado dálcool hidratado = ––––––––––––– Válcool hidratado Densímetro digital.

768g + 40g dálcool hidratado = –––––––––––– 1L dálcool hidratado = 808g/L Comparando o valor da densidade do álcool hidratado (96%) com as amostras, apenas IV e V apresentam uma porcentagem de água menor ou igual a 4% Resposta: E

Exercício Explicativo 4 No verão de 2000 foram realizadas, para análise, duas coletas do lixo deixado pelos freqüentadores em uma praia no litoral brasileiro. O lixo foi pesado, separado e classificado. Os resultados das coletas feitas estão na tabela a seguir.

DADOS OBTIDOS (em área de cerca de 1900 m2) COLETA DE LIXO

1.ª coleta

2.ª coleta

PESO TOTAL

8,3 kg

3,2 kg

Itens de Plástico

399 (86,4%)

174 (88,8%)

Itens de Vidro

10 (2,1%)

03 (1,6%)

Itens de Metal

14 (3,0%)

07 (3,6%)

Itens de Papel

17 (3,7%)

06 (3,0%)

NÚMERO DE PESSOAS NA PRAIA

270

80 Adaptado de Ciência Hoje

Embora fosse grande a venda de bebidas em latas nessa praia, não se encontrou a quantidade esperada dessas embalagens no lixo coletado, o que foi atribuído à existência de um bom mercado para a reciclagem de alumínio. Considerada essa hipótese, para reduzir o lixo nessa praia, a iniciativa que mais diretamente atende à variedade de interesses envolvidos, respeitando a preservação ambiental, seria a) proibir o consumo de bebidas e de outros alimentos nas praias. b) realizar a coleta de lixo somente no período noturno. c) proibir a comercialização apenas de produtos com embalagem. d) substituir embalagens plásticas por embalagens de vidro. e) incentivar a reciclagem de plásticos, estimulando seu recolhimento.

Comentário Para reduzir o lixo nessa praia, a iniciativa que mais diretamente atende à variedade de interesses envolvidos, respeitando a preservação ambiental, seria incentivar a reciclagem de plásticos, estimulando seu recolhimento. Resposta: E

Competência de área 3 – Associar intervenções que resultam em degradação ou conservação ambiental a processos produtivos e sociais e a instrumentos ou ações científico-tecnológicos. (FÍSICA)

1. Usina hidrelétrica Neste tipo de usina a água é represada armazenando energia potencial gravitacional (mgH). A queda da água transforma a energia potencial gravitacional em energia cinética que vai movimentar as pás da turbina provocando a sua rotação. A energia de rotação das turbinas é transformada em energia elétrica por meio do fenômeno de indução eletromagnética (Lei de Faraday). As linhas de transmissão transmitem essa energia elétrica até nossas residências. A potência teórica que a usina hidrelétrica pode fornecer, desprezando-se as perdas é calculada como se segue: m = massa de água τpeso mgH _____ H = altura de queda Pot = ––––– = Δt Δt g = módulo da aceleração da gravidade m = μ Vol (densidade x volume) Δt = intervalo de tempo Vol Vol Pot = μ ___ g H ⇒ ___ = Z (vazão) ⇒ Δt Δt

Pot = μZgH

Figura para os exercícios 1 e 2. Na figura abaixo está esquematizado um tipo de usina utilizada na geração de eletricidade.

Água

Gerador h

Turbina

Torre de transmissão

Exercício Explicativo 1 Analisando-se o esquema, é possível identificar que se trata de uma usina: a) b) c) d) e)

hidrelétrica, porque a água corrente baixa a temperatura da turbina. hidrelétrica, porque a usina faz uso da energia cinética da água. termoelétrica, porque no movimento das turbinas ocorre aquecimento. eólica, porque a turbina é movida pelo movimento da água. nuclear, porque a energia é obtida do núcleo das moléculas de água.

Comentário Trata-se de uma usina hidrelétrica, que transforma, através de processos sucessivos, energia potencial da água represada em energia elétrica. Resposta: B

Exercício Explicativo 2 No processo de obtenção de eletricidade, ocorrem várias transformações de energia. Considere duas delas: I. II.

cinética em elétrica potencial gravitacional em cinética

Analisando-se o esquema, é possível identificar que elas se encontram, respectivamente, entre: a) b) c) d) e)

I – a água no nível h e a turbina, II – o gerador e a torre de distribuição. I – a água no nível h e a turbina, II – a turbina e o gerador. I – a turbina e o gerador, II – a turbina e o gerador. I – a turbina e o gerador, II – a água no nível h e a turbina. I – o gerador e a torre de distribuição, II – a água no nível h e a turbina.

Comentário Na usina hidrelétrica a energia potencial gravitacional da água é transformada em energia cinética antes de chegar às turbinas; as turbinas recebem energia cinética da água e, através de um processo eletromagnético ocorrido nos geradores, a energia mecânica é transformada em elétrica e, em seguida, enviada às torres de distribuição. Resposta: D

Exercício Explicativo 3 A eficiência de uma usina hidrelétrica, é da ordem de 0,9, ou seja, 90% da energia da água no início do processo se transforma em energia elétrica. A usina Ji-Paraná, do Estado de Rondônia, tem potência instalada de 512 milhões de watts, e a barragem tem altura de aproximadamente 120m. A vazão do Rio Ji-Paraná, em litros de água por segundo, deve ser da ordem de: a)

5 . 101

b) 5 . 102

c) 5 . 103

d) 5 . 104

e) 5 . 105

Comentário A potência que podemos retirar de uma queda d’água é dada por: τpeso mgH Pot = –––––– = ––––––– Δt Δt μágua . Vol . g H m = μágua . Vol ⇒ Pot = –––––––––––––– Δt Vol –––– = Z (vazão) ⇒ Δt

Pot = μa Z g H

No caso o rendimento da operação, segundo o texto, é 0,9. A potência útil instalada é dada por: Potu = η Pot = 0,9 μa Z g H Dados:

Potu = 512 . 106 W = 5,12 . 108 W H = 120m

Constantes conhecidas: μa ≅ 1,0 . 103 kg/m3 Portanto: 5,12 .

108

g ≅ 10m/s2 = 0,9 . 1,0 . 103 . Z . 10 . 120

Z ≅ 474 m3/s Como 1 m3 = 103 ᐉ, vem: Z ≅ 474 . 103ᐉ/s ⇒

Z ≅ 4,74 . 105 ᐉ/s

O valor mais próximo, dentre os apresentados, é 5 . 105ᐉ/s. Resposta: E

2. Usina termelétrica Nas usinas termelétricas as turbinas são acionadas por vapor obtido pelo aquecimento da água. Nas modernas termelétricas a energia térmica é obtida pela combustão do carvão mineral. O gás natural também é uma boa opção para substituir o carvão mineral. O vapor d’água em sua expansão, ao receber energia térmica, realiza trabalho movendo as turbinas e a geração de energia elétrica ocorre mais uma vez por meio do fenômeno de indução eletromagnética analogamente às usinas hidrelétricas.

Exercício Explicativo 4 A turbina a vapor esquematizada na figura é uma máquina térmica que converte a energia de um combustível em energia mecânica. A substância de operação é a água que, durante o processo, passa do estado líquido para o de vapor e vice-versa.

Representação esquemática de uma turbina a vapor. Fonte: Física 2 do GREF – EDUSP Na caldeira a água se vaporiza sob alta pressão (mantida constante), aumentando seu volume (transformação AB). O vapor produzido na caldeira é conduzido até a turbina (conjunto de hélices), onde se expande realizando trabalho e transferindo parte de sua energia para o conjunto de hélices, provocando a rotação do eixo da turbina. Como as hélices da turbina e o vapor estão na mesma temperatura, a expansão do vapor na turbina é um processo adiabático com redução da pressão e da temperatura do vapor (transformação BC). O vapor proveniente da turbina é encaminhado ao condensador, onde se liquefaz liberando calor para o meio e reduzindo seu volume sob pressão constante (transformação CD). A água, já no estado líquido, é comprimida por uma bomba de modo a aumentar sua pressão até que esta se iguale à pressão no interior da caldeira. Esse processo é isométrico, uma vez que o volume da água se mantém praticamente constante (transformação DA). O diagrama pressão-volume que representa o ciclo da água na turbina é mais bem traduzido por:

Comentário De acordo com o próprio texto, temos: p

p B A

C V

AB → transformação isobárica com aumento de volume

BC: transformação adiabática com aumento de volume (expansão do vapor) e redução de pressão

p A

D V

CD: transformação isobárica com redução de volume em virtude da condensação do vapor.

DA: transformação isométrica com a compressão da água até igualar a pressão inicial na caldeira.

Resposta: B

3. Usinas termonucleares As usinas termonucleares nada mais são do que uma modalidade de usina termelétrica que usam a energia nuclear como fonte de energia para gerar a energia térmica necessária para o acionamento mecânico das turbinas do gerador de energia elétrica. No reator nuclear o urânio sofre, de modo controlado, processos de fissão em que o núcleo do átomo é quebrado originando dois núcleos menores com liberação de grande quantidade de energia térmica.

Exercício Explicativo 5 A energia térmica liberada em processos de fissão nuclear pode ser utilizada na geração de vapor para produzir energia mecânica que, por sua vez, será convertida em energia elétrica. A seguir está representado um esquema básico de uma usina de energia nuclear.

A partir do esquema são feitas as seguintes afirmações: I) a energia liberada na reação é usada para ferver a água que, como vapor a alta pressão, aciona a turbina. II) a turbina, que adquire uma energia cinética de rotação, é acoplada mecanicamente ao gerador para produção de energia elétrica. III) a água depois de passar pela turbina é preaquecida no condensador e bombeada de volta ao reator. Dentre as afirmações acima, somente está(ão) correta(s): a)

b) II.

c) III.

d) I e II.

e) II e III.

Comentário I) Correta A energia térmica liberada no processo de fissão nuclear é utilizada para ferver a água pois a vaporização é um processo endotérmico. O vapor produzido, sob alta pressão, aciona a turbina. II) Correta A turbina é acionada pelo vapor de água, adquirindo energia cinética de rotação. Esta é transformada em energia elétrica no gerador em virtude do fenômeno de indução eletromagnética. III) Incorreta No condensador, o vapor de água, resfria, condensa, e a água resultante da condensação também resfria. O calor foi cedido para a água fria que foi retirada do rio. A seguir, a água é bombeada de volta ao reator e o processo recomeça. Resposta: D

4. Usina eólica As usinas eólicas usam como fonte de energia, para acionar as turbinas, a energia cinética associada aos ventos. A potência P que podemos obter de um gerador cólico pode ser calculado pela expressão. μ = densidade do ar μ A V3 P = –––––– A = área das placas rotativas 2 V = módulo da velocidade do vento (PISA) – Enunciado para as exercícios de 6 a 9. Muitas pessoas consideram que a energia eólica é uma fonte de energia que pode substituir os geradores de eletricidade alimentados pela queima de carvão ou de petróleo. As estruturas visíveis na fotografia seguinte são moinhos de vento cujas pás são postas em movimento pelo vento. A rotação das pás permite que os geradores instalados nos moinhos produzam energia elétrica.

Exercício Explicativo 6

Janeiro

Velocidade do vento (kn/h)

Janeiro

Dezembro

Janeiro

Dezembro

Velocidade do vento (kn/h)

Os gráficos seguintes apresentam a velocidade média do vento ao longo do ano, em quatro locais diferentes. Qual dos gráficos se refere ao local mais apropriado para a instalação de moinhos de vento?

Dezembro

Janeiro

Dezembro

Janeiro

Dezembro

Comentário O local mais adequado é aquele em que a velocidade média do vento é praticamente constante e de intensidade elevada. Resposta: C

Exercício Explicativo 7 Quanto mais forte for o vento, mais depressa giram as pás do moinho de vento e, por isso, mais energia elétrica é produzida. No entanto, numa situação real, não há uma relação direta entre a velocidade do vento e a quantidade de eletricidade produzida. Apresentam-se, em seguida, quatro exemplos de condições reais de funcionamento de uma central eólica. • •

As pás começam a girar quando o vento atinge a velocidade V1. Por razões de segurança, a rotação das pás não acelera mais quando a velocidade do vento ultrapassa o valor V2. A potência elétrica gerada atinge um valor máximo (W) quando a velocidade do vento é V2. As pás cessam de girar quando a velocidade do vento atinge o valor V3.

• •

Qual dos gráficos seguintes representa melhor a relação entre a velocidade do vento e a potência elétrica gerada nestas condições de funcionamento?

V1 V2 V3 Velocidade do vento

Potência W

V2 V3 V1 Velocidade do vento

V1 V2 V3 Velocidade do vento

e) Potência

Potência W

c) Potência

Potência

V1 V2 V3 Velocidade do vento

Comentário 1) Para V V1, temos Pot = 0 (b, c e e) 2) Para V2 V V3 a potência permanece constante (b e e) 3) Para V > V3, temos Pot = 0 (b) Resposta: B

Exercício Explicativo 8 Para uma mesma velocidade do vento, quanto maior for a altitude mais devagar rodam as pás dos moinhos de vento. Qual das razões seguintes explica melhor o motivo pelo qual as pás dos moinhos de vento giram mais devagar, em lugares elevados, para a mesma velocidade do vento? a) b) c) d) e)

O ar é menos denso à medida que a altitude aumenta. A temperatura é mais baixa à medida que a altitude aumenta. A gravidade diminui à medida que a altitude aumenta. Chove com mais frequência à medida que a altitude aumenta. O ar é mais denso à medida que altitude aumenta.

Comentário A energia cinética associada ao vento, além de depender de sua velocidade, depende de sua densidade. Quanto mais denso for o ar, maior a massa de ar mV2 que aciona as pás dos moinhos e maior a respectiva energia cinética Ec = –––– . 2 Resposta: A

Exercício Explicativo 9 Em relação a vantagens e desvantagens da produção de energia pelos moinhos de vento, quando comparada com a produção de energia a partir de combustíveis fósseis como o carvão e o petróleo, assinale a opção correta. a) b) c) d) e)

A energia gerada pelo carvão e pelo petróleo polui menos o ambiente. A energia eólica é uma energia limpa (não polui o ambiente) e é inesgotável. A energia gerada pelo carvão e pelo petróleo é inesgotável. A quantidade de energia fornecida por um gerador eólico é muito maior que a fornecida a partir do petróleo. A energia fornecida por um gerador eólico é a mesma durante todo o ano.

Comentário O único incoveniente de um gerador eólico, em relação ao meio ambiente, é a poluição sonora. Resposta: B

Exercício Explicativo 10 Uma usina eólica transforma a energia cinética dos ventos em energia elétrica. A potência P de um gerador eólico é dada pela expressão: μ A V3 P = –––––––– 2 μ = densidade do ar; A = área das placas rotativas; V = módulo da velocidade do vento Considere o gráfico a seguir que fornece a evolução do custo de cada kWh da energia elétrica gerada em usinas eólicas no decorrer dos anos.

custo em dólares 0,20 0,15 0,10 0,05 1985

1986

1987

1988

1989

1990

1994

após 2000

T. B. Johanson, H. Kelly, A. K. N. Reddy e R. H. Williams Considere para um gerador eólico os seguintes dados: μ = 1,0kg/m3; A = 200m2; V = 10,0m/s custo do kWh igual ao do ano 1994 Admitindo-se a cotação do dolar a R$ 2,50 calcule em reais o custo da energia elétrica produzida por esta usina em um intervalo de tempo de 1 mês (30 dias). Sabe-se que o gerador opera durante 10h por dia. Não considere perdas de energia. a) R$ 3250,00 d) R$ 4000,00 Dado:

b) R$ 3500,00 e) R$ 4250,00

c) R$ 3750,00

intervalo Energia = (Potência) x de tempo

Comentário μ A V3 1,0 . 200 . (10,0)3 (1) P = –––––– = –––––––––––––– (W) = 100 . 103W ⇒ 2 2

P = 100 kW

(2) E = P . Δt = 100kW . 30 . 10h E = 3,0 . 104kWh (3) 1kWh ……………. U$ 0,05 3,0 . 104kWh …… C C = U$ 1500,00 (4) 1 U$ ……………… R$ 2,50 U$ 1500,00 ……… C

C = R$ 3750,00

Resposta: C

5. Usinas oceânicas As marés são resultado da atração gravitacional do Sol e da Lua sobre as massas de água dos oceanos. A diferença entre a maré alta e a maré baixa varia de uma região para outra e pode ultrapassar 5 metros. Em tais regiões essa diferença pode ser aproveitada com o represamento da água em diques por ocasião da maré alta e a sua liberação por ocasião da maré baixa. A diferença de energia potencial gravitacional da água é transformada em energia cinética e passa a ser a fonte para a produção de energia elétrica.

(QUÍMICA)

Identificar etapas em processos de obtenção, transformação, utilização ou reciclagem de recursos naturais, energéticos ou matérias-primas, considerando processos biológicos, químicos ou físicos neles envolvidos. Obtenção ou Produção de Substâncias Químicas 1. Cloro – Cl2 Dentre os halogênios, o cloro é o de maior aplicação em diferentes indústrias, apresentando também maior produção e consumo, o que o torna um dos produtos mais importantes na indústria química, conjuntamente com o ácido sulfúrico, a amônia e a soda cáustica. Nas condições ambiente, o cloro (Cl2) é um gás. Por isso, ao lermos a propaganda “temos cloro líquido” – muito comum em lojas de materiais para piscina – devemos entender que o produto anunciado é o cloro gasoso dissolvido em água. A obtenção industrial do cloro, Cl2, é feita por meio da eletrólise do cloreto de sódio, NaCl, e do cloreto de magnésio, MgCl2, fundidos. Δ NaCl ⎯→ Na+ + Cl– catodo: Na+ + e– → Na anodo: Cl– → e– + ½ Cl2

2. Hidróxido de sódio – NaOH O hidróxido de sódio, também chamado de soda cáustica, é um sólido branco, de ponto de fusão 318°C, muito tóxico e corrosivo e bastante solúvel em água. É uma das bases mais usadas pela indústria química, servindo na preparação de compostos orgânicos (sabão, seda artificial, celofane etc.), na purificação de óleos vegetais, na purificação de derivados do petróleo, na fabricação de produtos para desentupir pias etc. É produzido, industrialmente, por eletrólise de soluções aquosas de NaCl:

H2O 2NaCl ⎯⎯→ 2Na+ + 2Cl– catodo: 2H2O + 2e– → H2 + 2OH– anodo: 2Cl– → 2e– + Cl2 –––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 2NaCl + 2H2O → H2 + Cl2 + 2Na+ + 2OH–

3. Ácido sulfúrico: H2SO4 O ácido sulfúrico é o produto químico mais utilizado na indústria; por isso costuma-se dizer que o consumo de ácido sulfúrico mede o desenvolvimento industrial de um país. Os principais usos do ácido sulfúrico são: na produção de fertilizantes, em bateriais de automóveis, detergentes, etc. O ácido sulfúrico é produzido industrialmente pelo processo de contato, de acordo com as seguintes etapas. S + O2 ⎯⎯→ SO2 2SO2 + O2 ⎯⎯→ 2SO3 H2O + SO3 ⎯⎯→ H2SO4

4. Ácido nítrico: HNO3 O ácido nítrico é um líquido incolor, muito tóxico e corrosivo. É muito solúvel em água e, com o tempo e a influência da luz, sua solução fica avermelhada devido à decomposição do HNO3 em NO2. O ácido nítrico é usado na produção de compostos orgânicos (explosivos, corantes, medicamentos etc.) na produção de fertilizantes agrícolas etc. Industrialmente, o ácido nítrico é preparado a partir do NH3, segundo as etapas. 4NH3 + 5O2 ⎯→ 4NO + 6H2O 2NO + O2 ⎯→ 2NO2 3NO2 + H2O ⎯→ 2HNO3 + NO

5. Amônia: NH3 Amônia é um gás que dissolvida em água produz hidróxido de amônio. NH3 + H2O → NH4OH O NH3 é preparado por síntese direta (processo de Haber-Bosch). N2 + 3H2 → 2NH3 É usado em limpeza doméstica, como fertilizante agrícola, na fabricação de HNO3 e na produção de compostos orgânicos.

Metalurgia 1. Litosfera ou crosta terrestre É a camada sólida mais externa, com profundidade de até 30km. É nela que vivemos e é sobre ela que se encontram os rios, lagos e oceanos. O oxigênio e o silício são os elementos mais abundantes na crosta terrestre (O > Si > Al > Fe > Ca). O metal mais abundante na crosta terrestre é o alumínio.

Minerais são as substâncias presentes naturalmente na crosta terrestre. Alguns minerais podem ser aproveitados pela indústria, que os emprega como matéria-prima na fabricação de produtos necessários ao homem. Minério é o nome dado a um mineral cuja extração é economicamente viável. A tabela a seguir mostra alguns minérios e as substâncias que podem ser obtidas a partir deles.

Minério

Substância principal

Substância extraída

Hematita

Fe2O3

Bauxita

Al2O3 . nH2O

Calcosita

Cu2S

Cassiterita

SnO2

Calcário

CaCO3

CaO(cal)

2. Metalurgia É o conjunto de operações que visa obter um metal a partir do minério correspondente. Habitualmente, os processos metalúrgicos percorrem as seguintes etapas: • extração do minério; • purificação do minério; • redução do minério para que o metal seja obtido; • refinação do metal para aumentar seu grau de pureza • formação de ligas metálicas, se necessário.

3. Metalurgia do alumínio Principais etapas da metalurgia do alumínio: Obtenção do Al Extração da bauxita Al2O3 . nH2O

⎯→

Purificação da bauxita

⎯→

Eletrólise ígnea Al 3+ + 3e– → Al

O alumínio vem ganhando cada vez mais destaque em nossa civilização, sendo usado para a fabricação de panelas, portões, janelas, boxes para banheiro, antena de TV, etc. A obtenção do alumínio é um processo que consome muita energia elétrica. Entretanto, parte do que é produzido, após a utilização, é reciclado. Quando exposto ao ar, o alumínio reage com o oxigênio formando uma película fina de Al2O3. Essa película fica aderida ao alumínio, impedindo a continuação da oxidação.

4. Metalurgia do cobre Principais etapas da metalurgia do cobre: Extração da calcosita Cu2S

⎯→

Purificação da calcosita

Obtenção do Cu ⎯→

Ustulação da calcosita Cu2S + O2 → 2Cu + SO2

O cobre metálico apresenta duas aplicações importantes. Uma delas é na fabricação de ligas, como por exemplo, o latão (Cu + Zn) e o bronze (Cu + Sn); na outra atua como condutor elétrico.

5. Siderurgia: a metalurgia do ferro O processo metalúrgico do ferro recebe o nome particular de siderurgia e, de modo geral, obedece aos seguintes procedimentos: • Colocação de minério de ferro (Fe2O3), calcário (CaCO3) e coque (C) no topo de um alto-forno. • Queima do coque (C + ½ O2 → CO). Essa etapa produz calor para o processo e forma gás CO (redutor siderúrgico), que reage com os óxidos de ferro em diferentes temperaturas. Equação global: Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 ferro-gusa O ferro que sai diretamente do alto-forno contém cerca de 5% de carbono, é muito quebradiço e chama-se ferro-gusa. Esquema de um alto-forno siderúrgico Fe2O3 C CaCO3

CO2

Escória líquida

Ferro-gusa

O aço (liga metálica mais usada na nossa civilização), com cerca de 0,5 a 1,5% de carbono, é obtido pela reação do ferro-gusa com gás O2. O2 ⎯→

Ferro-gusa 5% de C

Aço 1,5% de C

O2 ⎯→

Ferro-doce %C < 0,5%

O ferro-doce é usado na fabricação de eletroímã. Observações: • O calcário, que se decompõe em CaO e CO2, é utilizado para retirar impurezas do minério (Fe2O3). CaO + SiO2 → CaSiO3 CaO + Al2O3 → CaAl2O4 • Os produtos dessas reações constituem a escória que fica flutuando no ferrogusa.

Fontes de Compostos Orgânicos I Carvão Mineral – Madeira 1. Origem do carvão mineral Elevador

Ventilador para injetar ar

Aqui o carvão é lavado e pesado

O carvão mineral é uma mistura de um grande número de substâncias orgânicas, e sua composição e estrutura dependem das condições às quais esteve sujeito durante centenas de milhões de anos. O carvão mineral é proveniente de vegetais terrestres soterrados há milhares de anos. Vegetais muito tempo terrestres ⎯⎯⎯⎯⎯→ carvão mineral (árvores)

2. Tipos de carvão mineral Carro pronto para subir

O calor e a pressão começaram a provocar transformações nessa massa vegetal, originando o carvão mineral. Com o decorrer do tempo, substâncias voláteis foram eliminadas (CH4, CO2, H2O, etc) aumentando o teor de carbono e esse depósitos receberam nomes diferentes de acordo com teor de carbono:

madeira

turfa

linhito

hulha

antracito

grafita

50%

60%

70%

80%

90%

100%

teor de carbono

milhões de anos ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ eliminação de H, O e outros elementos na forma de gases ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ aumento de teor de carbono ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ A tabela a seguir apresenta algumas características, em valores aproximados, referentes aos diferentes tipos de carvão.

característica

turfa

linhito

hulha (carvão betuminoso)

antracito

densidade (kg/m3)

1.000

1.000 a 1.300

1.200 a 1.500

1.300 a 1.700

carbono (%)

65 a 75

75 a 90

90 a 94

hidrogênio (%)

4,5 a 5,5

2a4

oxigênio (%)

3 a 11

4a8

≤ 5.700

5.700 a 8.100

8.200 a 9.200

poder calorífico 4.000 a 5.700 (cal/g)

3. Carvão mineral como fonte de combustíveis Uma vez que o carvão mineral possui alto teor de carbono, ele é um excelente combustível. A combustão completa do carvão pode, de forma simplificada, ser equacionada quimicamente como: C(s) + O2(g) → CO2(g) Com o advento do petróleo e seus derivados, que passaram a ser largamente empregados no século XX, o uso do carvão mineral como combustível declinou. Ele é mais difícil de usar que o petróleo e sua queima polui significativamente o ar com dióxido de enxofre (SO2), resultado da combustão do enxofre nele presente e compostos de enxofre como a pirita. (FeS2). 2FeS2 + 11/2O2 → Fe2O3 + 4SO2 (ustulação da pirita) Em minas de carvão também, é comum ocorrer despreendimento de CH4, que juntamente com o O2 do ar, forma uma mistura altamente explosiva chamada de grisu.

4. Carvão mineral como fonte de compostos orgânicos Utiliza-se a hulha por apresentar a maior quantidade de compostos orgânicos. A hulha é aquecida em torno de 1000°C (destilação seca) na ausência de oxigênio conforme o esquema a seguir:

Resíduo sólido

Gases Líquidos

aquecimento

São obtidas as seguintes frações: I)

gás de rua ou gás de iluminação A mistura gasosa é aproveitada como combustível (H2, CH4, CO, CO2, C2H6...)

II)

águas amoniacais Mistura líquida contendo sais de amônio (NH4NO3, (NH4)2SO4...) usada na fabricação de fertilizantes. III) alcatrão da hulha Trata-se de uma mistura líquida oleosa e escura formada por inúmeros compostos aromáticos, por exemplo: CH3

CH3 OH

IV)carvão coque (maior quantidade) Resíduo sólido rico em carbono usado na siderurgia, gás d’água, carbureto, etc... C(s) + H2O(g) → CO(g) + H2(g) gás d’água

Fluxograma da destilação seca da hulha

Gases

H2, CO, CH4

Combustível

300m3 Águas amoniacais

Fertilizantes

2,5kg Destilação seca 1 tonelada hulha

45L

Mistura de compostos aromáticos

Coque

Siderurgia

Alcatrão

Sólido

640kg A exploração das minas de carvão envolve consideráveis riscos aos operários (desabamentos e doenças pulmonares são os principais). Em minas de carvão também é comum ocorrer desprendimento de metano (combustível) que, juntamente com o O2 do ar, forma uma mistura altamente explosiva chamada grisu (basta uma faísca para provocar a explosão).

5. Destilação seca da madeira A madeira (50% de C) é constituída por muitas substâncias, entre as quais a celulose [(C6H10O5)] é uma das mais importantes. A destilação seca da madeira (a 400°C, fora do contato do ar) produz as seguintes frações: a) gases: CO, CO2, CH4, H2, C2H6 etc.; b) ácido pirolenhoso: água, ácido acético, álcool metílico, acetona etc.; c) alcatrão de madeira: mistura de compostos orgânicos contendo inclusive compostos de cadeia cíclica não aromático; d) carvão de madeira. Como o álcool metílico ou metanol era antigamente produzido pelo aquecimento da madeira ele é também chamado de álcool da madeira.

Fontes de Compostos Orgânicos II – Petróleo e Gás Natural 1. Formação do petróleo O petróleo tem sua origem em pequenos animais marinhos, plâncton e vegetação típica de regiões que foram soterrados há milhões de anos. Pela ação de micro-organismos, da pressão, do calor e do tempo, essa matéria orgânica foi transformada em petróleo e gás natural (principal componente: metano).

Esquematizando temos: muito tempo seres animais e vegetais ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ petróleo e gás natural O petróleo é um líquido escuro, oleoso, formado por milhares de compostos orgânicos, com grande predominância de hidrocarbonetos. Além dos hidrocarbonetos, existem no petróleo, em pequenas quantidades, substâncias contendo nitrogênio, oxigênio e enxofre. Este último é a pior impureza existente no petróleo estando presente na forma de substância simples (S), de gás sulfídrico (H2S) e também na composição de substâncias orgânicas. O enxofre tende a se acumular nas frações mais pesadas (óleos). O enxofre deve ser retirado dos combustíveis, pois causa mau cheiro aos produtos da queima, atrapalha o funcionamento do motor e faz com que o combustível fique corrosivo. É também um dos responsáveis pelo fenômeno da chuva ácida.

2. Ocorrência do petróleo O petróleo é encontrado no subsolo da crosta terrestre (em terra firme ou mar). O petróleo é retirado através de perfurações que atingem o poço petrolífero.

Solo Cascalho Rocha Gás natural Petróleo Água Salgada Rocha

Sua composição química varia de acordo com a região perfurada. Os principais tipos de petróleo são: • Base parafinica: predomina alcanos (90%) (petróleo brasileiro). • Base asfáltica: predomina hidrocarbonetos de massa molar elevada. • Base naftênica: apresentam de 15% a 20% de ciclanos. • Base aromática: apresentam de 25% a 30% de aromáticos.

3. Fracionamento do petróleo O petróleo é submetido a processos mecânicos de purificação: por decantação, é separada a água salgada: por filtração, separa-se a matéria em suspensão (particularmente a areia e a argila etc.). O petróleo, na forma em que é extraído, não apresenta praticamente aplicação comercial, sendo necessária a sua separação em diferentes frações. Após o tratamento mecânico, o petróleo é submetido a um processo de fracionamento.

Para separar as principais frações do petróleo, usa-se o processo de destilação fracionada. A torre de destilação é uma coluna de aço inox cheia de obstáculos (bandejas) em seu interior e com saídas laterais. O petróleo é aquecido acerca de 400°C para produzir uma mistura de vapores e líquido que entram na coluna de fracionamento. O vapor sobe pela coluna e vai condensando em vários pontos ao longo da torre. A liquefação ocorre nas bandejas instaladas no interior da torre. As moléculas menores (hidrocarbonetos com baixos pontos de ebulição) conseguem contornar essas bandejas e chegar ao topo da torre. Moléculas (de hidrocarbonetos com ponto de ebulição mais altos) não conseguem chegar ao topo, isto é, liquefazem, acumulando-se nos diversos níveis da torre. As frações obtidas são misturas de hidrocarbonetos que apresentam pontos de ebulição próximos. O esquema a seguir mostra a torre de fracionamento e as frações obtidas. Gás combustível engarrafado, uso doméstico e industrial Até 40°C 1C a 4C GLP: 3C e 4C

Gasolina, combustível de automóveis, solvente. 40°C a 140°C : 5C a 10C

Petróleo bruto

Nafta, matéria-prima para produtos químicos. 140°C a 175°C : 4C a 12C

Querosene, combustível de aviões a jato, iluminação. 175°C a 235°C : 12C a 16C

Gasóleo leve, combustível diesel, fornos. 235°C a 305°C : 13C a 17C

Gasóleo pesado, combustível para navios e fábricas. 350°C a 400°C : 18C a 25C

Calor

Óleos lubrificantes 400°C a 510°C : 26C a 38C

Resíduo, inclui o piche e a cera para velas. Acima de 510°C

Importante: fração gasosa < gasolina < querosene < óleo número de átomos de carbono aumenta ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ Observação: • Piche ou betume – material escuro e pegajoso, em mistura com pedra, para fazer o asfalto para pavimentação.

4. Indústria Petroquímica É um dos ramos da indústria química que utiliza derivados do petróleo como matéria-prima para a fabricação de novos materiais. A indústria petroquímica usa nafta (fração obtida da destilação do petróleo) que por meio do cracking e de outros processos, transforma essa nafta em eteno, propeno, butadieno e benzeno etc, que são, em seguida, transformados, em um número enorme de produtos químicos. Exemplo: polietileno de baixa densidade → embalagens, sacos de leite etc etileno

polietileno de alta densidade → frascos, brinquedos etc óxido de etileno → poliéster, celofanes, detergentes industriais etc ...

Conclusão: O petróleo é uma importante fonte de combustíveis e de matériaprima para indústria. Nota: A petrobrás anunciou no dia 8 de novembro de 2007 a descoberta de maior jazida de petróleo do Brasil (na camada pré-sal) que se estende do Espírito Santo até Santa Catarina. O bloco tem potencial para aumentar em até 100% as reservas brasileiras, calculadas em 14,4 bilhões de barris.

5. Gás Natural A expressão "gás natural" indica uma mistura de hidrocarbonetos gasosos, de baixa massa molecular, encontrada em rochas porosas no subsolo. Em média, temos: gas natural

metano (70% a 99%) etano, propano, butano, N2, CO2, H2S, He

O principal componente do gás natural é o metano (CH4). O gás natural é frequentemente encontrado acima do petróleo e devido à alta pressão dissolvido no petróleo. O gás natural também pode ser encontrado em reservatórios nos quais a quantidade de petróleo é muito pequena ou até inexistente. (Bolivia). O gás natural, após a extração, segue para a UPGN (Unidade de Processamento de Gás Natural). gás processado: contém metano e etano gás compressão natural

GLP (gás liquefeito de petróleo) contém propano e butano

O gás natural é cada vez mais utilizado como combustível, pois tem a vantagem de ser pouco poluente. O GNV (gás natural veicular) já é usado, há vários anos, em algumas cidades brasileiras, como combustível automotivo. O gás natural é matéria-prima na indústria química. Exemplo: 500°C, 15 atm CH4 + ½ O2 ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ CH3OH catalisadores gás natural metanol

6. Biogás a) Componentes do biogás: O biogás é uma mistura gasosa formada principalmente de CH4, CO2 e H2S. b) Biodigestor anaeróbico: O biodigestor é um recipiente usado para a produção de biogás, uma mistura de gases – principalmente metano – produzida por bactérias que digerem matéria orgânica em condições anaeróbicas (isto é, em ausência de oxigênio). c) Biomassa: A matéria orgânica (biomassa) usada para produzir o biogás é bagaço de cana, cascas de frutas, sobras de comida, fezes, urina, etc.

Biomassa

biodigestor

Biogás → combustível Resíduo → fertilizante

O principal componente da biomassa é a celulose, que se decompõe anaerobicamente da seguinte maneira: (C6H10O5)n + nH2O → 3nCH4 + 3nCO2 Atenção: Essa reação ocorre nos pântanos, onde há vegetais submersos. Devido a esse fato, o metano é chamado de gás dos pântanos.

7. Gasolixo Nos aterros sanitários o lixo e terra são depositados em camadas sucessivas, propiciando a decomposição anaeróbica do material orgânico. A mistura gasosa, rica em CH4, assim obtida, é denominada gasolixo. Nota: Uma vaca, no pasto pode liberar por dia até 600 litros de gás metano, produzido pela presença de micro-organismos existentes em seu intestino. Esse fato contribui para o aumento do efeito estufa.

Biocombustíveis 1. Obtenção do etanol – Fermentação alcoólica Fermentação é a reação em que participam compostos orgânicos, catalisada por substâncias (enzimas ou fermentos), elaboradas por micro-organismos.

As substâncias empregadas como matéria-prima na fabricação de álcool etílico, pelo processo de fermentação, são melaço de cana de açúcar, suco de beterraba, cereais e madeira.

Fluxograma das etapas de produção de açúcar e etanol CANA-DEAÇÚCAR

moagem AÇÚCAR

GARAPA MOSTO DE FERMENTAÇÃO

MELAÇO

PRODUTO FERMENTADO

meio ácido fermentação diluição

centrifugação concentração

ÁLCOOL ETÍLICO

destilação

Quando se extrai a sacarose (açúcar comum) do caldo de cana, obtém-se um líquido denominado melaço, que contém ainda 30 a 40% de açúcar. Coloca-se o melaço em presença do lêvedo Saccharomyces cerevisiae, que catalisa a hidrólise da sacarose. invertase C12H22O11 ⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ C6H12O6 + C6H12O6 sacarose glicose frutose A hidrólise da sacarose é chamada de inversão da sacarose. A sacarose, na presença de ácidos minerais, também sofre hidrólise. O Saccharomyces cerevisiae elabora outra enzima, chamada zimase, que catalisa a transformação dos dois isômeros em álcool etílico (fermentação alcoólica). zimase C6H12O6 ⎯⎯⎯⎯→ 2 C2H5OH + 2 CO2 (fervura fria) glicose ou frutose

etanol (álcool etílico)

Após a fermentação, o álcool é destilado, obtendo-se o álcool comum a 96° GL que corresponde à mistura de 96% de etanol e 4% de água, em volume. O álcool comum é utilizado como: combustível, solvente para tintas, vernizes, perfumes etc e na obtenção de vários compostos orgânicos (ácido acético, etanal, éter etc).

2. Biodiesel A necessidade de se encontrarem alternativas para o petróleo, uma fonte não renovável, como principal matéria prima para obtenção de combustíveis, tem estimulado as pesquisas sobre fontes renováveis, como, por exemplo, o biodiesel.

No Brasil, o biodiesel tem sido obtido a partir de óleos vegetais novos ou usados, ou gorduras animais através de um processo químico conhecido como transesterificação ou alcoólise. No Brasil o álcool utilizado é o etanol. A reação de transesterificação pode ser representada O || H2C — O — C — R1 O || NaOH HC — O — C — R2 + CH3CH2OH ⎯⎯⎯⎯→ O || H2C — O — C — R3 gordura ou óleo

O || H2C — OH R1 — C — O — CH2 — CH3 O || HC — OH + R2 — C — O — CH2 — CH3 O || H2C — OH R3 — C — O — CH2 — CH3 glicerol

biodiesel

R1, R2, R3 = cadeias carbônicas, de C7 a C23. O produto final é constituído de duas fases líquidas imiscíveis. A fase mais densa é composta de glicerol, impregnada com excessos utilizados de álcool, água e impurezas, e a menos densa é uma mistura de ésteres etílicos (biodiesel). O biodiesel pode ser usado puro ou misturado com diesel, não sendo necessária nenhuma modificação nos motores. O biodiesel não contém enxofre em sua composição, portanto, o combustível do biodiesel reduz emissão de gases poluentes. O biodiesel não é uma solução mágica, mas pode dar resultados. 40 bilhões de litros é o consumo anual de óleo diesel no Brasil, que produz 38 bilhões de litros. 2% é o teor obrigatório de biodiesel a partir de 2008. Será de 5% a partir de 2013.

Exercício Explicativo 1 À produção industrial da celulose e de papel estão associados alguns problemas ambientais. Um exemplo são os odores característicos dos compostos voláteis de enxofre (mercaptanas) que se formam durante a remoção da lignina da principal matéria-prima para a obtenção industrial das fibras celulósicas que formam o papel: a madeira. É nos estágios de branqueamento que se encontra um dos principais problemas ambientais causados pelas indústrias de celulose. Reagentes como cloro e hipoclorito de sódio reagem com a lignina residual, levando à formação de compostos organoclorados. Esses compostos, presentes na água industrial, despejada em grande quantidade nos rios pelas indústrias de papel, não são biodegradáveis e acumulam-se nos tecidos vegetais e animais, podendo levar a alterações genéticas. Celênia P. Santos, et al. Papel: como se fabrica? In: Química nova na escola, nº 14, nov./2001, p. 3-7 (com adaptações)

Para se diminuírem os problemas ambientais decorrentes da fabricação do papel, é recomendável

a) a criação de legislação mais branda, a fim de favorecer a fabricação de papel biodegradável. b) a diminuição das áreas de reflorestamento, com o intuito de reduzir o volume de madeira utilizado na obtenção de fibras celulósicas. c) a distribuição de equipamentos de desodorização à população que vive nas adjacências de indústrias de produção de papel. d) o tratamento da água industrial, antes de retorná-la aos cursos d’água, com o objetivo de promover a degradação dos compostos orgânicos solúveis. e) o recolhimento, por parte das famílias que habitam as regiões circunvizinhas, dos resíduos sólidos gerados pela indústria de papel, em um processo de coleta seletiva de lixo.

Comentário Cloro e hipoclorito de sódio reagem com a lignina residual, levando à formação de compostos organoclorados. Estes não são biodegradáveis e estão presentes na água industrial, despejada em grande quantidade nos rios. Deve-se, portanto, fazer o tratamento da água industrial, antes de retorná-la aos cursos d’água, com o objetivo de promover a degradação dos compostos orgânicos solúveis. Resposta: D

Exercício Explicativo 2 A MONTANHA PULVERIZADA Esta manhã acordo e não a encontro. Britada em bilhões de lascas deslizando em correia transportadora entupindo 150 vagões no trem-monstro de 5 locomotivas – trem maior do mundo, tomem nota – foge minha serra, vai deixando no meu corpo a paisagem mísero pó de ferro, e este não passa. Carlos Drummond de Andrade. Antologia poética. Rio de Janeiro: Record, 2000. A situação poeticamente descrita acima sinaliza, do ponto de vista ambiental, para a necessidade de I. manter-se rigoroso controle sobre os processos de instalação de novas mineradoras. II. criarem-se estratégias para reduzir o impacto ambiental no ambiente degradado. III. reaproveitarem-se materiais, reduzindo-se a necessidade de extração de minérios. É correto o que se afirma a) apenas em I. c) apenas em I e II. e) em I, II e III.

b) apenas em II. d) apenas em II e III.

Comentário Do ponto de vista ambiental, é necessário I) (C) rigoroso controle sobre os processos de instalação de novas mineradoras; II) (C) criar estratégias para reduzir o impacto ambiental; III) (C) reaproveitar materiais (“reciclagem”), reduzindo a necessidade de extração de minérios (exemplo importante é o reaproveitamento das latas de alumínio). Resposta: E

Exercício Explicativo 3 O esquema ilustra o processo de obtenção do álcool etílico a partir da cana de açúcar.

Em 1996, foram produzidos no Brasil 12 bilhões de litros de álcool. A quantidade de cana de açúcar, em toneladas, que teve de ser colhida para esse fim foi aproximadamente a) 1,7 x 108. d) 1,2 x 1010.

b) 1,2 x 109. e) 7,0 x 1010.

c) 1,7 x 109.

Comentário 1 tonelada de cana ––––––––––––––– 70L de etanol x ––––––––––––––– 12 . 109L de etanol x = 1,7 . 108 toneladas de cana de açúcar Resposta: A

Texto para os testes 4 e 5. O ferro pode ser obtido a partir da hematita, minério rico em óxido de ferro, pela reação com carvão e oxigênio. A tabela a seguir apresenta dados da análise de minério de ferro (hematita) obtido de várias regiões da Serra de Carajás. Minério da região 1 2 3

Teor de ferro Teor de enxofre Teor de sílica /% (S)/ % em massa (Fe)/ % em massa em massa 0,019 0,020 0,003

63,5 68,1 67,6

0,97 0,47 0,61

Fonte: ABREU, S . F. Recursos minerais do Brasil, vol. 2. São Paulo: Edusp, 1973

Exercício Explicativo 4 No processo de produção do ferro, dependendo do minério utilizado, forma-se mais ou menos SO2, um gás que contribui para o aumento da acidez da chuva. Considerando-se esse impacto ambiental e a quantidade de ferro produzida, pode-se afirmar que seria mais conveniente o processamento do minério da(s) região(ões): a) 1, apenas. b) 2, apenas. c) 3, apenas. d) 1 e 3, apenas. e) 2 e 3, apenas.

Comentário Quanto menor o teor de enxofre no minério, menor a quantidade de SO2 produzida no processamento do ferro e menor o impacto ambiental produzido. O minério da região 3 por possuir o menor teor de enxofre e alto teor de ferro é o mais conveniente. Resposta: C

Exercício Explicativo 5 No processo de produção do ferro, a sílica é removida do minério por reação com calcário (CaCO3). Sabe-se, teoricamente (cálculo estequiométrico), que são necessários 100 g de calcário para reagir com 60 g de sílica. Dessa forma, pode-se prever que, para a remoção de toda a sílica presente em 200 toneladas do minério da região 1, a massa de calcário necessária é, aproximadamente, em toneladas, igual a: a) 1,9. b) 3,2. c) 5,1. d) 6,4. e) 8,0.

Comentário Massa de sílica presente em 200 toneladas do minério na região 1. 200t ––––––– 100% x ––––––– 0,97% x = 1,94t de sílica Massa de calcário necessária para a remoção da sílica: 100g de calcário ––––––– 60g de sílica y ––––––– 1,94t de sílica y = 3,2t de calcário Resposta: B

Exercício Explicativo 6 Há diversas maneiras de o ser humano obter energia para seu próprio metabolismo utilizando energia armazenada na cana de açúcar. O esquema a seguir apresenta quatro alternativas dessa utilização.

1 caldo-de-cana

2 rapadura

3 4

açúcar refinado

etanol

alimentos industrializados

transporte/indústria

A partir dessas informações, conclui-se que a) a alternativa 1 é a que envolve maior diversidade de atividades econômicas. b) a alternativa 2 é a que provoca maior emissão de gás carbônico para a atmosfera. c) as alternativas 3 e 4 são as que requerem menor conhecimento tecnológico. d) todas as alternativas requerem trabalho humano para a obtenção de energia. e) todas as alternativas ilustram o consumo direto, pelo ser humano, da energia armazenada na cana.

Comentário O trabalho humano é necessário em todas as alternativas de utilização da cana de açúcar, em diferentes formas e intensidades. A produção do caldo de cana (1) e a da rapadura (2) é a que demanda menores tecnologia e intensidade no manejo de mão-de-obra. Já a produção do açúcar refinado (3) e do etanol (4) requer maior quantidade de insumos tecnológicos e o emprego mais intenso de mão-de-obra de diferentes graus de qualificação. A emissão maior de gás carbônico relaciona-se às queimadas, processo geralmente ligado ao trato industrial. Resposta: D

Exercício Explicativo 7 A China comprometeu-se a indenizar a Rússia pelo derramamento de benzeno de uma indústria petroquímica chinesa no Rio Songhua, um afluente do Rio Amur, que faz parte da fronteira entre os dois países. O presidente da Agência Federal de Recursos da água da Rússia assegurou que o benzeno não chegará aos dutos de água potável, mas pediu à população que fervesse a água corrente e evitasse a pesca no Rio Amur e seus afluentes. As autoridades locais estão armazenando centenas de toneladas de carvão, já que o mineral é considerado eficaz absorvente de benzeno. Internet: <jbonline.terra.com.br> (com adaptações)

Levando-se em conta as medidas adotadas para a minimização dos danos ao ambiente e à população, é correto afirmar que a) o carvão mineral, ao ser colocado na água, reage com o benzeno, eliminando-o. b) o benzeno é mais volátil que a água e, por isso, é necessário que esta seja aquecida.

a orientação para se evitar a pesca deve-se à necessidade de preservação dos peixes. d) o benzeno não contaminaria os dutos de água potável, porque seria decantado naturalmente no fundo do rio. e) a poluição causada pelo derramamento de benzeno da indústria chinesa ficaria restrita ao Rio Songhua.

Comentário O benzeno é mais volátil que a água. No aquecimento, o benzeno vaporiza-se antes da água. O benzeno é insolúvel em água e, na decantação, ele sobrenada. O carvão mineral apenas adsorve o benzeno, não havendo reação química. Resposta: B

Exercício Explicativo 8 Existem no petróleo, além dos hidrocarbonetos, em pequenas quantidades, substâncias contendo nitrogênio, oxigênio e enxofre. Este último é a pior impureza existente no petróleo, estando presente na forma de substância simples (S8), de gás sulfídrico (H2S) e também na composição de substâncias orgânicas. O enxofre deve ser retirado dos combustíveis, porque: I. II. III. IV.

causa mau odor aos produtos da queima do combustível. faz com que o combustível fique corrosivo. é também um dos responsáveis pela chuva ácida. acentua o efeito estufa.

São corretas as afirmativas: a) c) e)

I, II e III somente. somente a IV. Nenhuma delas.

b) I, III e IV somente. d) todas elas.

Comentário I. Correta. H2S: cheiro de ovo podre II. Correta. Meio ácido III. Correta. S + O2 → SO2 SO2 + ½ O2 → SO3 H2O + SO3 → H2SO4 IV. Errada. Não acentua o efeito estufa. Resposta: B

(QUÍMICA)

Compreender a importância dos ciclos biogeoquímicos ou do fluxo de energia para a vida, ou da ação de agentes ou fenômenos que podem causar alterações nesses processos. Ciclos Biogeoquímicos Os gases nitrogênio (N2), oxigênio (O2) e dióxido de carbono (CO2) são continuamente absorvidos pelos seres vivos, fenômeno denominado fixação. Por meio da fotossíntese, combustões, respiração aeróbica, descargas elétricas, esses gases retornam à atmosfera, processo chamado de liberação. Devido a esses dois fenômenos, a quantidade desses gases fica praticamente constante na troposfera (baixa atmosfera). O ar da troposfera participa desses processos que constituem os ciclos biogeoquímicos (simultaneamente biológicos, geológicos e químicos). Ciclo do nitrogênio O nitrogênio passa da atmosfera para a vida animal e vegetal, processo chamado fixação do nitrogênio. O nitrogênio retorna para a atmosfera pelo processo chamado desnitrificação. Todos os seres vivos participam do ciclo do nitrogênio.

Fixação atmosférica

N2 atmosférico

2 6

Vegetais

Desnitrificação

Animais Vegetais

N2O

rti

liz an te s

4 Resíduos animais e vegetais

Fixação biológica

Amônia e sais de amônio Nitrito Nitrato

1) Descargas elétricas fornecem a energia necessária para a reação entre N2 e O2. O resultado é a fixação do nitrogênio na forma de nitratos. relâmpago N2(g) + O2(g) ⎯⎯⎯⎯⎯→ 2NO(g) monóxido de mononitrogênio 2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g) dióxido de nitrogênio 2NO2(g) + H2O(l) → HNO3 + HNO2 HNO3 + óxidos e sais da crosta terrestre → nitratos solúveis. 2) Fixação biológica – Bactérias nitrificantes fixam o gás N2, transformando-o em amônia (NH3) ou sais de amônio NH+4). O íon NH+4 é oxidado a nitrito (NO2– ) e este, para nitrato (NO–3). 3) Os sais de amônio não são facilmente absorvidos pelos vegetais. Sais de amônio podem ser usados como fertilizantes porque as bactérias nitrificantes transformam o NH+4 em nitrito e este em nitrato. 4) As proteínas animais e vegetais (resíduos) decompõem-se sob a ação de bactérias e transformam-se em amônia (NH3) ou sais de amônio. 5) Os nitratos solúveis do solo são absorvidos pelas raízes dos vegetais e transformam-se em proteínas vegetais. Estas se transformam em proteínas animais. 6) O nitrogênio retorna à atmosfera pelo processo de desnitrificação, em que nitritos e nitratos são reduzidos a N2 ou monóxido de dinitrogênio (N2O).

Nas raízes de certas plantas leguminosas, existem bactérias especiais (Rizobium) que fixam o N2 do ar, transformando-o em nitrato.

Ciclo do oxigênio O ciclo do oxigênio (esquema na página seguinte) é complexo, pois, além de se apresentar na forma de O2, está presente em diversas espécies, como H2O, CO2 e outros compostos. O oxigênio da troposfera é, na sua maior parte, de origem biológica, resultado da fotossíntese. clorofila 6CO2(g) + 6H2O(l) + radiação solar ⎯⎯⎯⎯→ C6H12O6(aq) + 6O2(g) 1) O fitoplâncton (micro-organismos vegetais) é a maior fonte de oxigênio para a atmosfera terrestre. 2) Vegetais superiores da crosta terrestre também fornecem O2 por meio da fotossíntese. 3) Vapor de água sofre decomposição sob a ação de radiação ultravioleta, o que acaba originando O2. 4) Na estratosfera (cerca de 30 km de altitude), o O2 transforma-se em ozônio, sob a ação do ultravioleta. 5) O ozônio transforma-se em O2 novamente.

6) O O2 é consumido na respiração dos vegetais. 7) O O2 é consumido na respiração dos animais. 8) O oxigênio é agente oxidante, gerando óxidos e sais oxigenados, como óxido férrico, sulfatos, fosfatos, silicatos, carbonatos, nitratos.

O CICLO DO OXIGÊNIO O3

UV 2H2O ® 2H2+O2

Radiação ultravioleta

Camada de ozônio 4

2CO+O2 ® 2CO2

8 Vulcão

Fitoplâncton

Oceano

4FeO+O2 ® 2Fe2O3

os ent m i sed

Ciclo do carbono ou do dióxido de carbono (CO2) O dióxido de carbono constitui o meio de transporte do elemento carbono. Portanto, o ciclo do carbono é, realmente, o ciclo do CO2. A fixação do CO2 dá-se pela fotossíntese realizada pelos vegetais que têm clorofila. luz 6CO2 + 6H2O ⎯⎯⎯→ C6H12O6 + 6O2 glicose O material orgânico decompõe-se e depois de milhões de anos formam-se o carvão e o petróleo. O CO2 retorna à atmosfera pela respiração e pela queima de combustíveis. C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O 1C8H18 + 25/2O2 → 8CO2 + 9H2O

O CO2 dissolve-se na água formando íons bicabonato (HCO3– ) e carbonato (CO32– ). Dessa maneira, podem-se formar sedimentos de carbonatos insolúveis, como carbonato de cálcio (CaCO3). – → + CO2(g) + H2O(l) → ← H2CO3(aq) ← H (aq) + HCO3 (aq) 2– + HCO3– (aq) → ← H (aq) + CO3 (aq) 2+ CO2– 3 (aq) + Ca (aq) → CaCO3(s)

Luz Solar

CO 2

CO 2 CO 2 da respiração

CO 2 da queima de combustíveis

Fitoplâncton Animais Vegetais

Oceano

O3 aC sC o t n e Sedim

Material orgânico decompõe-se

Carvão e petróleo

Ciclo da água A água dos oceanos, lagos, rios, seres vivos evapora. O vapor d’água eleva-se e em contato com o ar frio condensa-se em gotículas, formando as nuvens.

Transpiração Precipitação Evaporação

Evaporação

Precipitação

Mar

Lençol freático

aquífero

Quando a temperatura abaixa, a água retorna sob a forma de chuva. Se o frio for muito intenso, a água cai na forma de flocos sólidos, constituindo a neve. Nas tempestades, a água pode cair na forma de glóbulos, formando o granizo. Se o solo for impermeável, a água escorre. Se o solo for permeável, a água infiltrase no solo, podendo formar o lençol freático (lençol subterrâneo). Ciclo do enxofre No solo, o enxofre (esquema na página seguinte) ocorre na forma orgânica e inorgânica. A matéria orgânica possui proteínas que são formadas pelos elementos C, H, O, N, P, S. Essas proteínas sofrem hidrólise sob a ação de enzimas e formam aminoácidos que contêm enxofre. Mediante uma decomposição aeróbica do aminoácido, ocorre liberação do enxofre na forma de ácido sulfúrico (H2SO4). Exemplo enzima

HS — CH2 — CH — COOH + 2O2 + H2O ⎯⎯ ⎯→ HO — CH2 — CH — COOH +H2SO4 | | NH2 NH2 cisteína

serina

Em ambiente anaeróbico, ocorre a liberação de enxofre na forma de ácido sulfídrico (H2S).

enzima HS — CH2 — CH — COOH + H2O ⎯⎯⎯→ HO — CH2 — CH — COOH + H2S | | NH2 NH2 cisteína serina Um vulcão ativo emite gases, líquidos e sólidos. Os gases são principalmente N2, CO2, HCl, HF, H2S, H2O(g). Em temperatura elevada, o H2S é oxidado pelo ar. 2H2S(g) + 3O2(g) → 2SO2(g) + 2H2O(g) Parte do SO2 é reduzida pelo H2S para produzir enxofre. 2H2S(g) + SO2(g) → 3S(s) + 2H2O(g) Dessa maneira, em muitos lugares, o enxofre nativo pode ser obtido de fontes vulcânicas. Grandes depósitos de enxofre nativo não encontrados nos Estados Unidos, México, Polônia e Ucrânia. Esses depósitos foram formados sob a ação de bactérias anaeróbias que metabolizam CaSO4 a H2S e S. A planta absorve enxofre na forma de sulfato (SO2– 4 ) solúvel. No solo, também existem sulfatos insolúveis não disponíveis para as plantas. A queima do carvão e derivados do petróleo libera SO2, que se transforma em SO3. Este, em contato com a água, produz a chuva ácida. O enxofre é incorporado ao solo na adubação, juntamente com outros nutrientes: a) nitrogênio: sulfato de amônio, (NH4)2SO4; b) fósforo: superfosfato (diidrogenofosfato de cálcio, Ca(H2PO4)2, misturado com gesso, CaSO4 . 2H2O); c) potássio: sulfato de potássio, K2SO4.

S , H2 2 O S

SO2 , SO3 , H2 S, H2 SO4

H2 S H2 SO4

SO 2

H2 SO4

Chuva ácida H2 S

Sulfato de rochas

Decomposição de animais e plantas

Fertilizantes Decomposição de animais e plantas aquáticas

Carvão, petróleo, gás natural

Exercício Explicativo 1 O esquema representa o ciclo do enxofre na natureza, sem considerar a intervenção humana.

Adaptado de BRIMBLECOMBE, P. Air Composition and Chemistry. Cambridge. Cambridge University Press.

O ciclo representado mostra que a atmosfera, a litosfera, a hidrosfera e a biosfera, naturalmente, I. II. III. IV.

não apresentam enxofre na forma de óxidos. são destinos de compostos de enxofre. transportam compostos de enxofre. são fontes de compostos de enxofre.

Dessas afirmações, estão corretas, apenas, a) I e II. d) I,II e lll.

b) I e III. e) II,III e IV.

c) II e IV.

Comentário I) Errada. II) Correta. A atmosfera, hidrosfera, litosfera e biosfera são destinos de compostos de enxofre. III) Correta. As quatro esferas transportam compostos de enxofre. IV) Correta. O autor considera como fonte no ciclo o local de partida do composto de enxofre para outro local. (O início da flecha). Resposta: E

Exercício Explicativo 2 Algumas atividades humanas interferiram significativamente no ciclo natural do enxofre, alterando as quantidades das substâncias indicadas no esquema. Ainda hoje isso ocorre, apesar do grande controle por legislação.

Pode-se afirmar que duas dessas interferências são resultantes da a) queima de combustíveis em veículos pesados e da produção de metais a partir de sulfetos metálicos. b) produção de metais a partir de óxidos metálicos e da vulcanização da borracha. c) queima de combustíveis em veículos leves e da produção de metais a partir de óxidos metálicos. d) queima de combustíveis em indústria e da obtenção de matérias-primas a partir da água do mar. e) vulcanização da borracha e da obtenção de matérias-primas a partir da água do mar.

Comentário Os combustíveis fósseis, carvão e derivados do petróleo, apresentam enxofre como impureza. Quando este é queimado, SO2, dióxido de enxofre, é lançado na atmosfera. A ustulação de minérios contendo enxofre (sulfetos metálicos), como por exemplo a pirita (FeS2), também produz SO2. Resposta: A

Exercício Explicativo 3 O sol participa do ciclo da água, pois além de aquecer a superfície da Terra dando origem aos ventos, provoca a evaporação da água dos rios, lagos e mares. O vapor da água, ao se resfriar, condensa em minúsculas gotinhas, que se agrupam formando as nuvens, neblinas ou névoas úmidas. As nuvens podem ser levadas pelos ventos de uma região para outra. Com a condensação e, em seguida, a chuva, a água volta à superfície da Terra, caindo sobre o solo, rios, lagos e mares. Parte dessa água evapora retornando à atmosfera, outra parte escoa superficialmente ou infiltra-se no solo, indo alimentar rios e lagos. Esse processo é chamado de ciclo da água. Considere, então, as seguintes afirmativas: I. A evaporação é maior nos continentes, uma vez que o aquecimento ali é maior do que nos oceanos. II. A vegetação participa do ciclo hidrológico por meio da transpiração. III. O ciclo hidrológico condiciona processos que ocorrem na litosfera, na atmosfera e na biosfera. IV. A energia gravitacional movimenta a água dentro do seu ciclo. V. O ciclo hidrológico é passível de sofrer interferência humana, podendo apresentar desequilíbrios. a) Somente a afirmativa III está correta. b) Somente as afirmativas III e IV estão corretas.

100

c) Somente as afirmativas I, II e V estão corretas. d) Somente as afirmativas II, III, IV e V estão corretas. e) Todas as afirmativas estão corretas.

Comentário I. (Incorreta). A evaporação é maior nos oceanos do que nos continentes. II. (Correta). As plantas, através das raízes, absorvem a água do solo, eliminandoa, posteriormente, pela transpiração na forma de vapor. III. (Correta). O ciclo hidrológico ocorre na litosfera (crosta terrestre), na atmosfera (camada de ar que envolve a Terra) e na biosfera (conjunto de todos os ecossistemas da Terra). IV. (Correta). A energia gravitacional provoca a precipitação (chuva e neve) e a percolação (penetração da água no solo). V. (Correta). Desequilíbrios ecológicos provocados pelo homem, como a devastação de uma floresta, interferem no ciclo da água. Resposta: D

Exercício Explicativo 4 Os gases liberados pelo esterco e por alimentos em decomposição podem conter sulfeto de hidrogênio (H2S), gás com cheiro de ovo podre, que é tóxico para muitos seres vivos. Com base em tal fato, foram feitas as seguintes afirmações: I. Gases tóxicos podem ser produzidos em processos naturais; II. Deve-se evitar o uso de esterco como adubo porque polui o ar das zonas rurais; III. Esterco e alimentos em decomposição podem fazer parte no ciclo natural do enxofre (S). Está correto, apenas, o que se afirma em a) I b) II c) III d) I e III

e) II e III

Comentário I)

Correta. Gases tóxicos podem ser liberados em processos naturais: esterco, alimentos em decomposição, vulcões etc. II) Incorreta. O efeito poluente do esterco é o mesmo, seja ele usado como adubo ou não. III) Correta. Esterco e alimentos em decomposição podem fazer parte do ciclo natural do enxofre. Resposta: D

101

BIOLOGIA

Compreender a importância dos ciclos biogeoquímicos ou do fluxo energia para a vida, ou da ação de agentes ou fenômenos que podem causar alterações nesses processos. A matéria é cíclica, enquanto a energia é unidirecional. Diz-se que a energia flui entre os seres vivos, enquanto a matéria é reciclada. Os principais ciclos encontrados na natureza são: água, oxigênio, dióxido de carbono e nitrogênio.

Transpiração Precipitação Evaporação

Evaporação

Precipitação

Mar

Lençol freático

aquífero

Ciclo da água.

CO2 Respiração

Respiração Fotossíntese Vulcões

Combustíveis fósseis

Respiração

Queimadas

Combustíveis fósseis (petróleo e carvão) Decompositores

Ciclos do O2 e do CO2.

102

Exercício Explicativo 1 Considere um organismo que esteja posicionado numa teia alimentar exclusivamente como consumidor secundário. Para sua sobrevivência, necessita de água, carbono, oxigênio e nitrogênio. O número mínimo de organismos pelos quais esses elementos passam antes de se tornarem disponíveis, da forma em que se encontram em sua fonte na natureza, para esse consumidor secundário, será: água

carbono

oxigênio

nitrogênio

Comentário Água e O2 são retirados diretamente do meio ambiente. O CO2 é fixado pelas plantas durante a fotossíntese e destas transferido para os consumidores primários e posteriormente para os secundários. O N2 é fixado por bactérias, transferido para plantas, daí para os consumidores primários e destes para os secundários. Resposta: B

sn De

Fixaç

ic a Cianobactéria

NO-3

NO-3 Fertilizantes agrícolas NO-3 NO-2

Bactérias desnitrificantes

lóg bio

Fixação industrial (Fábrica de adubos)

o çã

ç ão Nutri

Excreção animal e morte de animais e vegetais

Descargas elétricas

ão biológica

o çã ca ifi

xa Fi

i tr

N2 da atmosfera

Dec om

posição

Fixação por bactérias do solo e dos nódulos de leguminosas

NH 3

103

Exercício Explicativo 2 A figura esquematiza o fluxo de energia e a reciclagem química nos ecossistemas. Em relação aos processos celulares implícitos na ilustração, pode-se afirmar:

Luz Solar

Ecossistema

Moléculas orgânicas + O2

CO2 + H2O

a) As mitocôndrias usam os produtos orgânicos da fotossíntese como combustível, para a respiração celular. b) Os cloroplastos liberam o oxigênio produzido em reações químicas que independem da luz. c) Respiração e fotossíntese estão associados aos processos que reciclam energia nos ecossistemas. d) O processo de síntese de moléculas combustíveis é próprio de organismos heterotróficos. e) A produção de CO2 e H2O, nas mitocôndrias, revela a natureza anabólica do metabolismo energético da célula.

Comentário Fotossíntese e respiração são fenômenos opostos. A Seres autótrofos sintetizam a matéria orgânica (processo anabólico) que será a fonte de energia para todos os seres vivos, os quais liberam durante a respiração (fenômeno catabólico). Resposta: A

Energia calorífica

Exercício Explicativo 3 Pesquisas recentes estimam o seguinte perfil da concentração de oxigênio (O2) atmosférico ao longo da história evolutiva da Terra: Concentração de O2(%)

40 30 20 10 0 -600 -500 -400 -300 -200 -100

0 Hoje

Tempo (milhões de anos)

No período Carbonífero entre aproximadamente 350 e 300 milhões de anos, houve uma ampla ocorrência de animais gigantes, como por exemplo, insetos voadores de

104

45 centímetros e anfíbios de até 2 metros de comprimento. No entanto, grande parte da vida na Terra foi extinta há cerca de 250 milhões de anos, durante o período Permiano. Sabendo-se que o O2 é um gás extremamente importante para os processos de obtenção de energia em sistemas biológicos, conclui-se que a)

a concentração de nitrogênio atmosférico se manteve constante nos últimos 400 milhões de anos, possibilitando o surgimento de animais gigantes. b) a produção de energia dos organismos fotossintéticos causou a extinção em massa no período Permiano por aumentar a concentração de oxigênio atmosférico. c) o surgimento de animais gigantes pode ser explicado pelo aumento de concentração de oxigênio atmosférico, o que possibilitou uma maior absorção de oxigênio por esses animais. d) o aumento da concentração de gás carbônico (CO2) atmosférico no período Carbonífero causou mutações que permitiram o aparecimento de animais gigantes. e) a redução da concentração de oxigênio atmosférico no período Permiano permitiu um aumento da biodiversidade terrestre por meio da indução de processos de obtenção de energia.

Comentário A maior disponibilidade de alimento, graças à biomassa elevada das plantas e à maior taxa de O2 na atmosfera, favoreceu o aparecimento de animais de grande porte. Resposta: C

Exercício Explicativo 4 Considere as seguintes etapas referentes ao metabolismo energético: I. II. III. IV.

consumo de gás carbônico; utilização da água como fonte de hidrogênio; liberação de gás carbônico; liberação de oxigênio.

Pode-se afirmar que a) uma planta realiza I, II, III e IV. b) uma planta realiza apenas I e II. c) uma planta realiza apenas I, II e IV. d) um animal realiza I, II, III e IV. e) um animal realiza apenas III e IV.

Comentário Uma planta utiliza gás carbônico e água durante o fenômeno da fotossíntese. Nesse fenômeno, a água fornece hidrogênio para a redução do gás carbônico e libera oxigênio. A planta também realiza respiração aeróbica, a qual libera gás carbônico e água. Resposta: A

105

(FÍSICA)

Analisar perturbações ambientais, identificando fontes, transporte e(ou) destino dos poluentes ou prevendo efeitos em sistemas naturais, produtivos ou sociais.

Nesta habilidade vamos analisar a camada de ozônio e o efeito estufa. 1. Camada de Ozônio Exercício Explicativo 1 Leia atentamente o seguinte texto.

Buraco na camada de ozônio

A atividade humana tem efeitos potencialmente desastrosos nas camadas superiores da atmosfera. Certos produtos químicos libertados no ar, em particular os compostos genericamente denominados CFC, vastamente usados em refrigeração e na indústria eletrônica, estão a destruir o ozônio na estratosfera. Sem esta camada de ozônio estratosférica, a radiação ultravioleta solar atingiria a superfície da Terra com uma intensidade muito elevada, destruindo a maioria das moléculas que constituem o tecido vivo. Em 1985, cientistas descobriram um “buraco” na camada de ozônio, sobre a Antártida, que, de um modo geral, tem vindo a aumentar de ano para ano. Através de acordos internacionais, a utilização dos CFC tem vindo a ser abandonada, sendo estes substituídos por compostos que não destroem o ozônio, permitindo que a luz solar produza naturalmente mais ozônio estratosférico. No entanto, serão necessárias várias décadas para reparar os danos causados na camada do ozônio. Esta situação é um exemplo de que comportamentos que foram adotados no passado, e que ajudaram a assegurar a sobrevivência dos nossos antepassados, podem não ser os comportamentos mais sensatos no futuro. Adaptado de Freedman, R. A., Kaufmann III, W. J., UNIVERSE, 6th edition, W. H. Freeman and Company, New York, 2002

De acordo com o conteúdo do texto apresentado analise as proposições a seguir: (I) A vasta utilização dos CFC na indústria é um comportamento adotado no passado e que deve ser evitado no futuro. (II) A libertação de CFC para a atmosfera contribui para a destruição da camada de ozônio, com consequências graves nos tecidos vivos. (III) Uma medida a ser tomada para minorar os problemas causados pela destruição da camada de ozônio é o progressivo abandono da utilização dos CFC e/ou a sua substituição por outros compostos que não afetem a camada de ozônio.

106

IV) A principal função da camada de ozônio é impedir a passagem das radiações ultravioletas. Está correto o que se afirma em: a) I, apenas. d) II e IV apenas.

b) II, apenas. e) I, II e III apenas.

c) II e III e IV apenas.

Comentário

I) II) III) IV)

VERDADEIRA VERDADEIRA VERDADEIRA FALSA. A função da camada de ozônio é absorver parte das radiações ultravioleta, diminuindo a intensidade com que chegam na superfície terrestre. Resposta: E

(PISA) – Texto para as questões de 2 a 6. OZÔNIO – TEXTO Leia a seguinte seção de um artigo a respeito da camada de ozônio. A atmosfera é um imenso reservatório de ar e um recurso natural precioso para a manutenção da vida na Terra. Infelizmente, as atividades humanas baseadas nos interesses nacionais / pessoais estão danificando esse recurso comum, principalmente destruindo a frágil camada de ozônio que funciona como um escudo protetor para a vida na Terra. Uma molécula de ozônio é composta por 3 átomos de oxigênio, em contraposição às moléculas de oxigênio, que são compostas por dois átomos de oxigênio. As moléculas de ozônio são raríssimas: menos que 10 em cada um milhão de moléculas de ar. Entretanto, já há quase um bilhão de anos, sua presença na atmosfera desempenha um papel vital na proteção de vida na Terra.

Dependendo de onde está localizado, o ozônio pode proteger ou prejudicar a vida na Terra. O ozônio que se encontra na troposfera (até 10 km acima da superfície da Terra) é ozônio “ruim” que pode danificar plantas e tecidos pulmonares. Mas cerca de 90 por cento do ozônio que se encontra na estratosfera (entre 10 e 40 km acima da superfície da Terra) é ozônio “bom” que desempenha um papel benéfico, absorvendo a perigosa radiação ultravioleta emitida pelo Sol. Sem essa camada de ozônio benéfica, os humanos seriam mais suscetíveis a certas doenças devido à incidência de raios ultravioleta vindos do Sol. A destruição da camada de ozônio poderia também quebrar a cadeia alimentar marinha devido ao efeito nocivo do raios ultravioleta-B sobre o plâncton. Fonte: Connect, UNESCO International Science, Technology & Environmental Education Newsletter, Seção de um artigo entitulado ‘The Chemistry of Atmospheric Policy’ (A Química da Política Atmosférica), Vol. XXII, No. 2, 1997 (ortografia adaptada)

107

Exercício Explicativo 2 No texto anterior nada é mencionado com relação ao modo como o ozônio é formado na atmosfera. Na verdade, todos os dias certa quantidade de ozônio é formada e certa quantidade de ozônio desaparece. O modo como o ozônio é formado está ilustrado nos quadrinhos a seguir: O + O2 O2

O + O2

O2 O2

Considere as proposições a seguir que pretendem explicar o que está sendo ilustrado pelos quadrinhos. (I) A ruptura das moléculas de oxigênio ocorre sob a influência da luz solar. (II) Os átomos de oxigênio (O) se combinam com moléculas de oxigênio (O2) para formarem moléculas de ozônio (O3). (III) A molécula de ozônio é formada pela ação da luz solar. Está correto o que se afirma a) em I, apenas d) em II e III, apenas

b) em II, apenas e) em I, II e III

c) em I e II, apenas

Comentário I. VERDADEIRA. É o que traduz a figura 1. II. VERDADEIRA. É o que traduzem as figuras 2 e 3. III. FALSA. A luz solar provoca a ruptura das moléculas de oxigênio. Resposta: C

Exercício Explicativo 3 O ozônio forma-se igualmente durante as trovoadas. É ele que liberta o cheiro característico perceptível depois de uma trovoada. Segundo o artigo, o ozônio formado no momento de uma trovoada é “bom” ou “mau”? Selecione a resposta com a explicação correta.

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Bom ozônio ou mau ozônio?

Explicação

Mau

Forma-se durante um período de mau tempo.

Mau

Forma-se na troposfera.

Bom

Forma-se na estratosfera.

Bom

Cheira bem.

Bom

Cheira mal.

Comentário As tempestades ocorrem numa altitude inferior a 10km e portanto ocorrem na troposfera e de acordo com o texto é um ozônio ruim pois pode danificar plantas e tecidos pulmonares. Resposta: B

Exercício Explicativo 4 Examine a linha espessa no seguinte diagrama que mostra a distribuição das moléculas de ozônio na atmosfera. A radiação ultravioleta que atinge a superfície Quantidade de ozônio (bilhões de moléculas por cm3 de ar) da Terra é influenciada 1 2 3 4 pela quantidade total de ozônio acima da super30 fície da Terra. Algumas montanhas têm 7km de 25 altitude. Baseado no 20 diagrama você pode concluir que a sua expoAltura (km) 15 Estratosfera sição à radiação ultra10 violeta ao nível do mar Troposfera não tem a mesma inten5 sidade que a sua exposição à radiação ultravioleta, quando você está no topo dessas montanhas. Onde você estaria mais exposto à radiação ultravioleta: ao nível do mar ou no topo de uma montanha de 7 km de altitude? Escolha a resposta com a explicação correta. Onde você estará mais exposto a mais radiação ultravioleta?

Explicação:

Ao nível do mar

A concentração de ozônio ao nível do mar é maior que a 7km de altitude..

No topo da montanha

A quantidade de ozônio a 7km de altitude é menor que ao nível do mar.

Ao nível do mar

A quantidade total de ozônio ao nível do mar é superior a quantidade total de ozônio acima do nível de 7 km.

No topo da montanha

A quantidade total de ozônio acima do nível de 7km é menor que a quantidade total de ozônio acima do nível do mar.

No topo da montanha

A quantidade total de ozônio ao nível de 7km é maior que a quantidade total de ozônio acima do nível do mar.

109

Comentário A camada de ozônio protege contra a radiação ultravioleta. Acima do nível do mar a quantidade total de moléculas de ozônio é maior do que acima do nível de 7km. Resposta: D

Exercício Explicativo 5 O autor do texto faz uma distinção entre o “ozônio ruim” e o “ozônio bom”, embora as propriedades do ozônio sejam sempre as mesmas. Suponha que você esteja num avião voando a 10km de altitude. Se você fosse usar o ar (comprimido) que está do lado de fora do avião para respirar, esse ar poderia danificar os seus tecidos pulmonares? Escolha a resposta com a explicação correta.

O ar poderia danificar os seus tecidos pulmonares?

Explicação:

Não

Existe apenas ozônio “bom” a 10km de altitude.

Sim

Existe apenas ozônio “ruim” a 10 km de altitude.

Sim

Existe uma mistura de ozônio “bom” e de ozônio “ruim” a 10km de altitude. Somente o ozônio “ruim” poderia danificar seus tecidos pulmonares.

Sim

Seus tecidos pulmonares não fariam distinção entre o ozônio “ruim” e o ozônio “bom”; o ozônio poderia danificar seus tecidos pulmonares em qualquer circunstância.

Não

O ozônio não tem qualquer efeito sob o organismo humano.

Comentário Em qualquer altitude o ozônio encontrado é sempre o mesmo. O que o texto assinala é que o ozônio pode ser benéfico ou prejudicial. Benéfico quando protege contra o ultravioleta e prejudicial quando danifica os tecidos pulmonares. Resposta: D

Exercício Explicativo 6 Considere uma cadeia alimentar formada pelo plâncton (que existe no mar), o arenque e o tubarão-arenque.

110

Plâncton

Arenque

Tubarão-arenque

Os tubarões e os arenques não são atingidos pela destruição da camada de ozônio de um modo direto. Entretanto, suas vidas também podem estar ameaçadas pela destruição da camada de ozônio. Considere as proposições a seguir, a respeito deste assunto: (I) A destruição da camada de ozônio, de acordo com o texto, possibilitará que os raios ultravioleta B danifiquem o plâncton. (II) A quantidade de arenques diminuirá por causa da falta de alimentos (destruição do plâncton pelos raios ultravioleta B). (III) A quantidade de tubarões-arenque diminuirá em virtude da falta de alimentos (redução da população de arenques). Está correto o que se afirma: a) apenas em I d) apenas em II e III

b) apenas em II e) Em I, II e III

c) apenas em I e III

Comentário A destruição da camada de ozônio fará com que os raios ultravioleta B danifiquem o plâncton, provocando a redução da quantidade de arenques o que implica também em redução da população de tubarões-arenque por falta de alimentos. Resposta: E Enunciado para as questões 7 e 8.

111

Folha de São Paulo

Exercício Explicativo 7 Com os dados apresentados no texto e com seus conhecimentos, julgue as proposições a seguir, classificando-as como verdadeiras (V) ou falsas (F). I.

Medidas meteorológicas precisas imputam à humanidade o aumento acelerado da temperatura do ar atmosférico nos últimos 150 anos (aquecimento global).

Uma radiação infravermelha tem comprimento de onda maior do que uma radiação ultravioleta. II. O buraco na camada de ozônio intensifica a chegada da radiação ultravioleta C na superfície terrestre. III. O IUV (Índice de Radiação Ultravioleta) é maior em São Paulo do que em Fortaleza. IV. O IUV é maior em São Paulo do que em Santos. Assinale a opção que traduz corretamente a sequência de proposições verdadeiras e falsas: a) F – F – V – F d) V – V – V – F

b) F – V – F – V e) V – V – F – V

c) V – F – V – F

Comentário I. VERDADEIRA. A radiação infravermelha tem energia menor do que a radiação ultravioleta, e a energia é inversamente proporcional ao comprimento de onda. II. VERDADEIRA. De acordo com o texto, a camada de ozônio absorve a radiação ultravioleta C. III. FALSA. Quanto mais afastado do Equador, menor é o IUV. IV. VERDADEIRA. Quanto maior a altitude do lugar, maior é o IUV. Resposta: E

Exercício Explicativo 8 Ainda em relação ao texto, assinale a alternativa correta. a) b) c) d) e)

112

A presença de nuvens não interfere no IUV. O valor do IUV é maior no inverno do que no verão. O valor do IUV é máximo num dado local e num dado dia, às 10h da manhã. A camada de ozônio não interfere no IUV. Para valores do IUV entre 11 e 14, há necessidade de se evitar exposição prolongada à radiação solar em torno do meio-dia.

Comentário a) b) c) d)

FALSA. As nuvens absorvem a radiação solar, reduzindo o valor do IUV. FALSA. O valor do IUV, numa dada localidade, aumenta no verão. FALSA. O valor do IUV é máximo ao meio-dia. FALSA. A camada de ozônio é fundamental para absorver os raios ultravioleta C e, com isto, reduzir o valor do IUV. O buraco na camada de ozônio é um grave problema porque aumenta o valor do IUV. e) VERDADEIRA. Quando o valor do IUV está entre 11 e 14, há necessidade de proteger-se bem e de evitar exposição ao sol nos horários em que o IUV é maior. Resposta: E

2. Efeito Estufa (GAVE) – O efeito estufa consiste na retenção de calor junto à superfície da Terra, em virtude da opacidade dos gases de estufa que se concentram na baixa atmosfera e regulam o seu equilíbrio térmico. Este efeito possibilita a manutenção de uma temperatura média global perto da superfície do planeta da ordem de 15°C, que seria de – 18°C na sua ausência, inviabilizando a vida como a conhecemos atualmente. Assim, aquilo que a mídia vulgarmente se refere como efeito estufa associado à atividade humana é, na verdade, a potenciação de um fenômeno da história geológica do planeta e crucial para a biosfera. Os principais gases de estufa (referidos no Protocolo de Quioto) representam menos de 1% da composição da atmosfera: vapor de água, dióxido de carbono, óxido nitroso, metano, clorofluorocarbonetos, hidrofluorocarbonetos, perfluorocarbonetos e, ainda, hexafluoreto de enxofre, sendo estes quatro últimos de origem sintética. No milênio anterior à Era Industrial, a concentração atmosférica dos gases de estufa naturais permaneceu relativamente constante. Porém, a sociedade industrializada depende da utilização do carvão e dos hidrocarbonetos naturais (gás natural, petróleo) como fontes primárias de energia, e o aumento exponencial das necessidades energéticas, aliado à desflorestação, trouxe como consequência o aumento da concentração de CO2 na atmosfera. O aumento da concentração, na atmosfera, dos gases com efeito de estufa deve provocar um aumento da temperatura média e, consequentemente, perturbar o clima global. Até há 10 anos, a comunidade científica debatia se era possível estabelecer relações seguras de causa-efeito entre a tendência de aquecimento observada e o aumento da concentração de gases de estufa. Hoje, existe consenso sobre esta matéria e a quase totalidade dos cientistas aponta a atividade humana como responsável primordial. Durante o século XX, a temperatura média superficial aumentou de (0,6 ± 0,2)°C, provavelmente a maior variação positiva ocorrida nos últimos 1000 anos. A verificar-se um dos cenários de aquecimento mais dramáticos, podemos afirmar que nunca o nosso planeta experimentou uma elevação térmica tão intensa num intervalo de tempo tão curto, pelo que não existe registro geológico das respostas ambientais a este tipo de solicitação – estamos, portanto, a realizar uma experiência de dimensão planetária. "E se a estufa em que vivemos for inundada? A subida do nível médio do mar: algumas causas e consequências", César Andrade e Conceição Freitas, Cadernos Didácticos de Ciência, vol. 2, Ministério da Educação de Portugal, 2001 (adaptado)

113

Baseado no texto e nos seus conhecimentos sobre o efeito estufa, responda às questões de 9 a 11.

Exercício Explicativo 9 A respeito do efeito estufa, assinale a proposição correta. a) Provoca um decréscimo de 18°C na temperatura média da superfície terrestre. b) Compromete a existência da vida na Terra. c) Tem como consequência o fato de a temperatura, em toda a superfície terrestre, ser de 15°C. d) É consequência da presença de certos gases na atmosfera que bloqueiam a passagem das radiações infravermelhas. e) Não tem nenhuma influência no clima ao longo da superfície terrestre.

Comentário a)

Falsa. Se não houvesse o efeito estufa, a temperatura média na superfície terrestre seria da ordem de – 18°C, ao invés de 15°C. Portanto, a existência do efeito estufa provoca um aumento, na temperatura média da Terra, da ordem de 33°C.

b) Falsa. Sem o efeito estufa, a temperatura média seria de – 18°C, o que dificultaria a existência da vida na Terra. c)

Falsa. A temperatura média ao longo da superfície terrestre é de 15°C, porém varia de um local para outro.

d) Verdadeira. O efeito estufa é provocado pelos gases (principalmente CO2) responsáveis pela absorção das radiações infravermelhas, retendo o calor junto à superfície terrestre. e)

Falsa. O efeito estufa provoca um acréscimo de temperatura que tem significativa influência no clima.

Resposta: D

Exercício Explicativo 10 De acordo com texto, podemos afirmar que a)

todos os gases ligados ao efeito estufa resultam diretamente de atividades humanas. b) a estabilidade do clima no nosso planeta depende da concentração dos gases que provocam o efeito estufa. c) os principais gases responsáveis pelo efeito estufa apareceram somente no século XX. d) nos últimos anos, não houve alterações na concentração dos gases que provocam o efeito estufa. e) durante o século XX, a temperatura na superfície terrestre aumentou 0,4°C em todos os locais.

114

Comentário a)

Falsa. Os gases ligados ao efeito estufa são de origem natural e apenas o aumento exagerado de sua concentração foi provocado por atividades humanas.

b) Verdadeira. O aumento da concentração dos gases ligados ao efeito estufa está provocando um aquecimento gradativo da temperatura média na superfície terrestre com implicações importantes no clima. c)

Falsa. O aumento da concentração dos gases ligados ao efeito estufa, provocado por atividades humanas, ocorre desde a Revolução Industrial, que data do fim do século XVIII, intensificando-se em meados do século XIX.

d) Falsa. Nas últimas décadas, a temperatura média da superfície terrestre aumentou em torno de 0,6°C em virtude de atividades humanas. e)

Falsa. A temperatura média, na superfície terrestre, aumentou entre 0,4°C e 0,8°C: (0,6 ± 0,2)°C.

Resposta: B

Exercício Explicativo 11 Nas chamadas “estufas” onde são cultivadas as plantas, temos um envoltório de vidro e um piso escurecido para manter uma temperatura média adequada para a vida vegetal. O vidro usado nas estufas é a)

totalmente transparente para todas as faixas de radiação eletromagnética. b) praticamente opaco para as radiações de frequência inferior à da luz visível. c) praticamente opaco para as radiações de frequência superior à da luz visível. d) praticamente opaco para as radiações visíveis. e) totalmente transparente apenas para as radiações visíveis.

Comentário O vidro, usado nas estufas, é transparente para as radiações de frequências mais elevadas como, por exemplo, o ultravioleta (acima da luz visível) e praticamente opaco para as radiações infravermelhas. O piso escurecido absorve as radiações de frequências elevadas que atravessaram o vidro de fora para dentro e emite radiações na faixa do infravermelho que não conseguem atravessar o vidro e ficam retidas no interior da estufa, provocando um aumento na temperatura. O mesmo ocorre no interior de um carro exposto ao Sol. As radiações de frequência mais elevadas penetram no carro e são absorvidas pelas partes do carro (em particular pelos bancos de couro) e são reemitidas na faixa do infravermelho, as quais não podem atravessar o vidro para sair do carro, provocando um aumento de temperatura. Resposta: B

115

(ETE) – Considere a figura para responder às questões 12 e 13.

(MOREIRA, Igor. O espaço geográfico. São Paulo: Editora Ática, 2002, p. 206.)

Exercício Explicativo 12 A figura simboliza um fenômeno que tem sido analisado por um grande número de cientistas, os quais argumentam que esse fenômeno tem provocado, dentre outros, a) a elevação da temperatura média do planeta. b) o aumento do índice do uso da energia solar. c) a diminuição do buraco da camada de ozônio. d) a elevação do número de habitantes da Terra. e) a diminuição do nível dos oceanos do planeta.

Comentário A figura evidencia o aumento do efeito estufa e a consequente elevação da temperatura média do nosso planeta. Resposta: A

Exercício Explicativo 13 Efeito estufa é o fenômeno provocado pelo calor proveniente do Sol, refletido pela Terra na atmosfera e retido por uma capa de gases. Apesar de natural, o efeito tem se intensificado pela ação humana com a queima de combustíveis fósseis, desmatamento, dentre outros. Pode-se afirmar que o efeito estufa ocorre devido à formação de a)

uma fonte térmica terrestre capaz de transferir, por condução, calor para o subsolo, rios e oceanos. b) correntes de convecção, que intensificam a dispersão da poluição atmosférica, evitando a chamada inversão térmica. c) gases-estufa acumulados na atmosfera que bloqueiam a saída do calor irradiado pelo solo, elevando a temperatura da Terra. d) um manto de ar na superfície terrestre, que possibilita aos seres humanos se adaptarem facilmente às novas condições climáticas. e) poluentes atmosféricos que contaminam o ar e produzem odores indesejáveis, não ameaçando a vida humana, animal ou vegetal.

Comentário Os gases-estufas formam uma espécie de barreira que é opaca às radiações infravermelhas embora deixe passar as radiações de frequências mais elevadas. Resposta: C

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(QUÍMICA)

Analisar perturbações ambientais, identificando fontes, transporte e(ou) destino dos poluentes ou prevendo efeitos em sistemas naturais, produtivos ou sociais. Perturbações ambientais Contaminação do ar Muitos processos industriais enviam à atmosfera gases prejudiciais aos seres vivos. 1) Monóxido de carbono (CO). Forma-se na combustão incompleta (baixa quantidade de oxigênio) do carvão, da gasolina, do oléo diesel, dos gases dos fogões domésticos etc. Se a concentração do CO aumentar muito pode até matar, pois ele se combina com a hemoglobina dos glóbulos vermelhos (hemácias) inutilizando-a para o transporte de oxigênio (O2). 2C + O2 → 2 CO Hemoglobina + CO → carboxi-hemoglobina.

2) Dióxido de enxofre (SO2). É produzido na queima de carvão e derivados do petróleo, nos quais há enxofre como impureza. S + O2 → SO2 Agride os pulmões ao ser inspirado e vai causar a chuva ácida pela formação de ácido sulfúrico SO2 + ½ O2 → SO3 SO3 + H2O → H2SO4 3) Óxidos de nitrogênio (NOx). Formam-se na combustão de combustíveis fósseis. Além de serem tóxicos, causam também a chuva ácida (forma-se ácido nítrico) N2 + O2 ⎯→ 2NO 2NO + O2 → 2NO2 2NO2 + H2O → HNO3 + HNO2 4) Hidrocarbonetos (Cx Hy). Atingem a atmosfera como resultado da evaporação da gasolina. Contribuem para a formação do “smog” fotoquímico: a) sob a ação da luz o NO2 se decompõe produzindo átomo de oxigênio, muito reativo, pois tem elétron não emparelhado. Vamos representá-lo por • O •.

117

luz NO2 ⎯⎯→ NO + • O • b) o átomo de oxigênio (• O •) combina com uma molécula de oxigênio (O2) formando uma molécula de ozônio (O3). •O• +

O2 → O3

c) o ozônio é consumido na reação com NO. NO + O3 → NO2 + O2 Ocorrendo apenas essas reações, o ozônio não se acumularia na baixa atmosfera. No entanto, a presença de hidrocarboneto interfere na terceira reação. Sob a ação da luz o hidrocarboneto (HC ou RH) se oxida produzindo radical peróxido, muito reativo, porque tem elétron desemparelhado. O2 RH ⎯⎯→ R — O — O • luz O radical peróxido reage com NO: R — O — O • + NO → NO2 + R — O • Em consequência, a terceira reação não ocorre e o ozônio não desaparece. Além disso forma-se mais NO2 que irá gerar mais ozônio. O radical peróxido combina com NO2 formando nitrato de peroxialquila (NPA), substância irritante e responsável pela cor vermelho café do “smog”. 5) Partículas sólidas. Ao serem inspiradas depositam-se nos alvéolos pulmonares, prejudicando a função respiratória

Contaminação da água As atividades industriais, agrícolas ou urbanas geram numerosos resíduos, e muitos deles acabam nos rios. A contaminação da água é produzida por agentes físicos, químicos e biológicos. Exemplos de agentes químicos: 1) resíduos domésticos: detergentes e outros produtos de limpeza; 2) resíduos agrícolas: fertilizantes, praguicidas; 3) resíduos industriais: ácidos, bases, petróleo e derivados, sais de metais pesados (Cd, Pb e Hg).

Contaminação do solo A atividade química industrial provoca contaminação do solo. A contaminação do solo, muitas vezes, está associada à contaminação da água, pois a água da chuva arrasta as substâncias químicas que foram depositadas no solo. Resíduos sólidos são despejados no solo, às vezes sem nenhum controle. Dejetos industriais (óleos e produtos orgânicos) alteram a composição do solo. As atividades agrícolas despejam no solo grandes quantidades de fertilizantes (adubos) e pesticidas que afetam a fauna e flora locais. Os resíduos de atividades industriais e urbanas vão parar com frequência em depósitos de lixo. Resíduos tóxicos presentes nesses depósitos contaminam regiões próximas.

118

Exercício Explicativo 1 Um dos grandes problemas das regiões urbanas é o acúmulo de lixo sólido e sua disposição. Há vários processos para a disposição do lixo, dentre eles o aterro sanitário, o depósito a céu aberto e a incineração. Cada um deles apresenta vantagens e desvantagens. Considere as seguintes vantagens de métodos de disposição do lixo: I. diminuição do contato humano direto com o lixo; II. produção de adubo para agricultura; III. baixo custo operacional do processo; IV. redução do volume de lixo. A relação correta entre cada um dos processos para a disposição do lixo e as vantagens apontadas é:

Aterro sanitário

Depósito a céu aberto

Incineração

III

Comentário A opção pelo aterro sanitário possibilita o confinamento do lixo em áreas específicas onde o contato humano é mínimo. O depósito a céu aberto tem um custo operacional baixo, mas causa danos ao meio ambiente. A incineração, por sua vez, reduz o volume de lixo, mas inevitavelmente gera poluição. A produção de adubo pode ser obtida com a compostagem de material orgânico. Resposta: B

Exercício Explicativo 2 Numa rodovia pavimentada, ocorreu o tombamento de um caminhão que transportava ácido sulfúrico concentrado. Parte da sua carga fluiu para um curso d’água não poluído que deve ter sofrido, como consequência, I. mortandade de peixes acima da normal no local do derrame de ácido e em suas proximidades. II. variação do pH em função da distância e da direção da corrente de água.

119

III. danos permanentes na qualidade de suas águas. IV. aumento momentâneo da temperatura da água no local do derrame. É correto afirmar que, dessas consequências, apenas podem ocorrer a) I e II. d) I, II e IV.

b) lI e III. e) II, III e IV.

c) II e IV.

Comentário Ácido sulfúrico concentrado fluiu para um curso d’água não poluído, causando: I. (C) mortandade dos peixes no local do derrame e suas proximidades, pois é um ácido forte que diminui o pH da água. II. (C) variação do pH, pois o ácido concentrado fluiu e sofreu diluição ao longo do curso d’água (quanto mais diluída uma solução ácida, maior o pH). Portanto, quanto maior a distância do local do derrame, maior o pH. III. (E) danos não permanentes, pois é água corrente, e esse ácido será diluído com o passar do tempo. IV. (C) aumento momentâneo da temperatura da água no local, pois a dissolução de ácido sulfúrico em água é um processo exotérmico. Resposta: D

Exercício Explicativo 3 A possível escassez de água é uma das maiores preocupações da atualidade, considerada por alguns especialistas como o desafio maior do novo século. No entanto, tão importante quanto aumentar a oferta é investir na preservação da qualidade e no reaproveitamento da água de que dispomos hoje. A ação humana tem provocado algumas alterações quantitativas e qualitativas da água: I. Contaminação de lençóis freáticos. II. Diminuição da umidade do solo. III. Enchentes e inundações. Pode-se afirmar que as principais ações humanas associadas às alterações I, II e III são, respectivamente, a) uso de fertilizantes e aterros sanitários/lançamento de gases poluentes/canalização de córregos e rios. b) lançamento de gases poluentes/lançamento de lixo nas ruas/construção de aterros sanitários.

120

c) uso de fertilizantes e aterros sanitários/desmatamento/impermeabilização do solo urbano. d) lançamento de lixo nas ruas/uso de fertilizantes/construção de aterros sanitários. e) construção de barragens/uso de fertilizantes/construção de aterros sanitários.

Comentário A água constitui um recurso natural de grande importância para a sobrevivência humana e de outras espécies animais e vegetais. A sua oferta no planeta está vinculada a um manejo adequado para aumentar a oferta e, mais do que isso, à preservação de sua qualidade e a um melhor aproveitamento. O problema vinculado à água tornou-se um grande desafio do novo século, pois, segundo os especialistas, a ação antrópica tem provocado alterações quantitativas e qualitativas. Foram citados: I. Contaminação de lençóis freáticos – que pode vir a ocorrer com o uso de fertilizantes e com os aterros sanitários. II. Diminuição da umidade do solo – cuja causa principal é o desmatamento, que não permite maior absorção da água pelo solo; o escoamento se acentua e provoca erosão, além de remover a camada orgânica. O solo sofre lixiviação (processo de lavagem pelas enxurradas). III. Enchentes e inundações – devido à impermeabilização do solo urbano, pois o concreto e o asfalto não permitem a infiltração da água e ela escoa geralmente para as áreas baixas, inundando-as. Resposta: C

Exercício Explicativo 4 Considere os seguintes acontecimentos ocorridos no Brasil: – Goiás, 1987 – Um equipamento contendo césio radioativo, utilizado em medicina nuclear, foi encontrado em um depósito de sucatas e aberto por pessoa que desconhecia o seu conteúdo. Resultado: mortes e consequências ambientais sentidas até hoje. – Distrito Federal, 1999 – Cilindros contendo cloro, gás bactericida utilizado em tratamento de água, encontrados em um depósito de sucatas, foram abertos por pessoa que desconhecia o seu conteúdo. Resultado: mortes, intoxicações e consequências ambientais sentidas por várias horas. Para evitar que novos acontecimentos dessa natureza venham a ocorrer, foram feitas as seguintes propostas para a atuação do Estado: I.

Proibir o uso de materiais radioativos e gases tóxicos.

II.

Controlar rigorosamente a compra, uso e destino de materiais radioativos e de recipientes contendo gases tóxicos.

121

III. Instruir usuários sobre a utilização e descarte destes materiais. IV. Realizar campanhas de esclarecimentos à população sobre os riscos da radiação e da toxicidade de determinadas substâncias. Dessas propostas, são adequadas apenas a) I e ll. c) II e lll. e) II, III e IV.

b) I e lll. d) I, III e IV.

Comentário Controlar a compra e o uso de materiais radioativos e tóxicos; instruir ou esclarecer usuários e a população sobre os riscos da radiação nuclear são propostas que apelam ao bom senso e são necessárias para diminuir as possibilidades de ocorrer um outro acidente. A alternativa I é inviável, pois os materiais radioativos e outros tóxicos representam um importante papel nas pesquisas de medicina nuclear, na área de tecnologia, no tratamento da água ou no desenvolvimento da produção industrial. Resposta: E

Exercício Explicativo 5 A tabela mostra a evolução da frota de veículos leves, e o gráfico, a emissão média do poluente monóxido de carbono (em g/km) por veículo da frota, na região metropolitana de São Paulo, no período de 1992 a 2000.

122

Ano

Frota a Álcool (em milhares)

Frota a Gasolina (em milhares)

1992

1250

2500

1993

1300

2750

1994

1350

3000

1995

1400

3350

1996

1350

3700

1997

1250

3950

1998

1200

4100

1999

1100

4400

2000

1050

4800

Adaptado de Cetesb: relatório do ano de 2000.

Comparando-se a emissão média de monóxido de carbono dos veículos a gasolina e a álcool, pode-se afirmar que I. no transcorrer do período 1992-2000, a frota a álcool emitiu menos monóxido de carbono. II. em meados de 1997, o veículo a gasolina passou a poluir menos que o veículo a álcool. III. o veículo a álcool passou por um aprimoramento tecnológico. É correto o que se afirma apenas em a) I

b) I e II.

c) II.

d) III.

e) II e III.

Comentário I. Correta. Pelo gráfico verifica-se que até meados de 1997 a emissão de CO pelo carro a gasolina era maior que a do carro a álcool; e como a frota a gasolina sempre foi maior que a do carro a álcool, a emissão desse poluente pela frota dos carros a álcool é menor que a da frota dos carros a gasolina. A partir dessa data, pelo aprimoramento tecnológico dos carros a gasolina, a emissão de CO passou a ser menor que a do carro a álcool, mas mesmo assim a emissão desse poluente pela frota a gasolina continua a ser maior que a da frota a álcool, em razão do maior número de carros. Exemplo: ano 2000 Álcool

Gasolina

Carros: 1050 x 103 Emissão de CO (g/km): 18 Total: 18900 x

103

4800 x 103 13 62400 x 103

II. Correta. Devido ao aprimoramento tecnológico, o veículo a gasolina passou a poluir menos que o veículo a álcool, a partir de meados de 1997. III. Errada. O aprimoramento tecnológico ocorreu no veículo a gasolina. Resposta: B

123

BIOLOGIA

Analisar perturbações ambientais, identificando fontes, transporte e(ou) destino dos poluentes ou prevendo efeitos em sistemas naturais, produtivos ou sociais. As perturbações ambientais podem ser graves nos ambientes aquáticos e podem resultar principalmente da atividade humana. Assim, o excesso de nutrientes minerais e os pesticidas usados no cultivo de plantas acabam sendo carreados pelas chuvas para riachos, rios, represas, lagoas e mar. Os esgotos domésticos e os efluentes orgânicos industriais lançados na água entram em decomposição e originam nutrientes minerais. É o fenômeno da eutrofização ou eutroficação que causa grandes problemas para a vida aquática.

Moléculas de inseticida

Aves

Peixes

Zooplâncton

Fitoplâncton

124

Exercício Explicativo 1 Quando um reservatório de água é agredido ambientalmente por poluição de origem doméstica ou industrial, uma rápida providência é fundamental para diminuir os danos ecológicos. Como o monitoramento constante dessas águas demanda aparelhos caros e testes demorados, cientistas têm-se utilizado de biodetectores, como peixes que são colocados em gaiolas dentro da água, podendo ser observados periodicamente. Para testar a resistência de três espécies de peixes, cientistas separaram dois grupos de cada espécie, cada um com cem peixes, totalizando seis grupos. Foi, então, adicionada a mesma quantidade de poluentes de origem doméstica e industrial, em separado. Durante o período de 24 horas, o número de indivíduos passou a ser contado de hora em hora. Os resultados são apresentados abaixo. Espécie I

100

Número de peixes

100

0 Tempo (24 horas)

Espécie II

0 Tempo (24 horas)

Espécie III

Número de peixes

100

0 Tempo (24 horas)

Com poluentes domésticos Com poluentes industriais

Pelos resultados obtidos, a espécie de peixe mais indicada para ser utilizada como detectora de poluição, a fim de que sejam tomadas providências imediatas, seria a)

a espécie III, pois como apresenta resistência diferente à poluição doméstica e industrial, propicia estudos posteriores. b) a espécie II, pois sendo a mais resistente, haveria mais tempo para testes. c) a espécie I, pois sendo menos resistente à poluição, morreria mais rapidamente após a contaminação. d) as espécies I e III juntas, pois tendo resistência semelhante em relação à poluição, permitem comparar resultados. e) as espécies II e III juntas, pois como são pouco tolerantes à poluição, propiciam um rápido alerta.

125

Comentário A espécie mais adequada para detecção da poluição aquática é a de peixe I porque é eliminada rapidamente com o aumento da poluição. Resposta: C

Exercício Explicativo 2 Um dos índices de qualidade do ar diz respeito à concentração de monóxido de carbono (CO), pois esse gás pode causar vários danos à saúde. A tabela abaixo mostra a relação entre a qualidade do ar e a concentração de CO. QUALIDADE DO AR

CONCENTRAÇÃO DE CO – PPM* (MÉDIA DE 8H)

Inadequada

de 15 a 30

Péssima

de 30 a 40

Crítica

Acima de 40

*ppm (parte por milhão) = 1 micrograma (10–6g) de CO por grama de ar Para analisar os efeitos do CO sobre os seres humanos, dispõe-se dos seguintes dados: CONCENTRAÇÃO DE CO – PPM

SINTOMAS EM SERES HUMANOS

Nenhum

Diminuição da capacidade visual

Dores de cabeça

100

Tonturas, fraqueza muscular

270

Inconsciência

800

Morte

Suponha que você tenha lido em um jornal que na cidade de São Paulo foi atingido um péssimo nível de qualidade do ar. Uma pessoa que estivesse nessa área poderia a) b) c) e)

não apresentar nenhum sintoma. ter sua capacidade visual alterada. apresentar fraqueza muscular e tontura. morrer.

ficar inconsciente.

Comentário Se você analisar, cuidadosamente, a tabela da concentração de CO e a dos sintomas, perceberá que o péssimo nível de qualidade do ar (30 a 40 ppm) leva à diminuição da capacidade visual. Resposta: B

126

Exercício Explicativo 3 A Baixada de Jacarepaguá, no Rio de Janeiro, apresenta a mais elevada taxa de crescimento populacional do município e, dentre os seus problemas ambientais, destaca-se o lançamento de esgotos in natura no seu sistema lagunar. Como consequência direta, estas lagunas passam a apresentar: a)

aumento das condições aeróbicas do lodo do fundo e redução da fotossíntese global. b) aumento da biomassa de consumidores secundários e redução dos organismos autotróficos. c) redução do assoreamento provocado pela carga de nutrientes oriundos dos esgotos. d) aumento da diversidade de algas, de gastrópodes e dos peixes herbívoros. e) eutrofização, o que gera alta produtividade primária e grande biomassa de algas.

Comentário A decomposição da matéria orgânica contida nos esgotos domésticos acarreta a produção de nutrientes minerais, fenômeno conhecido por eutrofização, o que leva à grande multiplicação das algas do plâncton. Resposta: E

Exercício Explicativo 4 Os quadros apresentam atividades de potencial impacto ambiental e tipos de degradação ambiental que podem provocar. ATIVIDADES

TIPOS DE REPRODUÇÃO

1. mineração

a. impacto sobre a fauna, a flora e os ecossistemas adjacentes.

2. instalação de usinas hidroeléticas

b. drástica redução de animais de valores econômico e ecológico.

3. caça e pesca predatórias

c. degradação da paisagem e esterilização de grandes áreas.

O tipo de atividade e sua consequência mais frequente e direta é expressa pela associação a) 1c, 2a e 3b. d) 1c, 2b e 3a.

b) 1a, 2b e 3c. e) 1b, 2a e 3c.

c) 1b, 2c e 3a.

Comentário A atividade mineradora, por meio de escavações na superfície terrestre, pode promover degradação da paisagem e esterilização de grandes áreas. A instalação de usinas hidroelétricas inunda áreas represadas, causando impacto sobre a fauna, a flora e os ecossistemas adjacentes. A caça e a pesca predatórias causam a redução de animais de valores econômico e ecológico. Resposta: A

127

Reconhecer benefícios, limitações e aspectos éticos da biotecnologia, considerando estruturas e processos biológicos envolvidos em produtos biotecnológicos. A

T A

O DNA (ácido desoxirribonucleico)

G G

A molécula de DNA consiste de duas fitas helicoidais entrelaçadas, mantidas juntas pelo pareamento das bases complementares (adenina com timina e citosina com guanina). O RNA (ácido ribonucleico) apresenta uma única fita, tendo a base timina substituída por uracila.

T T A

T G C

C G A

G G

C C

T T

T G

DNA: duas cadeias de nucleotídeos formando dupla hélice. Observe o pareamento de adenina (A) com timina (T) e de citosina (C) com guanina (G).

RNA: uma cadeia de nucleotídeos unidos por fosfato.

128

O texto abaixo serve para as questões 1 e 2. RELAÇÃO DE CHARGAFF Erwin Chargaff, bioquímico austríaco, analisando os DNAs de várias espécies, descobriu que, qualquer que fosse o DNA estudado, a quantidade da base adenina era sempre igual à quantidade de timina e que a quantidade de citosina era sempre igual à de guanina. Assim, apareceu a célebre relação de Chargaff: A = T e C = G ou A/T = C/G = 1.

Exercício Explicativo 1 Considere uma molécula de DNA cuja quantidade de citosina é igual a 16%. Assinale a alternativa que apresenta as quantidades das demais bases. Adenina

Guanina

Timina

34%

16%

34%

16%

34%

25%

50%

25%

33,5%

33%

Comentário Como C = G, temos que G = 16% C + G = 32% A +T = 100% – 32%= 68% Portanto: A = T = 34% Resposta: A

Exercício Explicativo 2 Numa das cadeias de um certo tipo de DNA, a relação A/T = 3/4. Daí concluímos que na outra cadeia essa relação deve ser igual a a)

1,33

b) 1,45

c) 1,55

d) 1,63

e) 1,75

Comentário Devido à complementação A – T e C – G, na outra cadeia a relação A/T = 4/3 = 1,33. Resposta: A

Exercício Explicativo 3 Bactérias foram cultivadas em um meio nutritivo contendo timina radioativa, por centenas de gerações. Dessa cultura, foram isoladas 100 bactérias e transferidas para um meio sem substâncias radioativas. Essas bactérias sofreram três divisões no novo meio, produzindo 800 bactérias. A análise dos ácidos nucleicos mostrou que, dessas 800 bactérias,

129

a) b) c) d) e)

100 apresentavam o DNA marcado, mas não o RNA. 200 apresentavam o DNA marcado, mas não o RNA. 400 apresentavam o DNA marcado, mas não o RNA. 200 apresentavam o DNA e o RNA marcados. todas apresentavam o DNA e o RNA marcados.

Comentário Devido à replicação semiconservativa do DNA, a marcação aparecerá em 200 moléculas. O RNA nunca apresentará a marcação, por não conter timina. Resposta: B

Exercício Explicativo 4 Sobre a molécula de DNA, abaixo esquematizada, pode-se afirmar:

34 A

I. É constituída por duas cadeias idênticas de nucleotídeos, ligadas por pontes de hidrogênio. II. Para funcionar como gene, apresenta duas propriedades típicas: a replicação e a transcrição. III. O que distingue dois DNAs de origem diferente é o valor A+C característico da relação ——–––– . G+T IV. É encontrada na composição química de cromossomos, cloroplastos e mitocôndrias. V. É formada apenas por 4 tipos de nucleotídeos.

20 A

3.4 A

Estão corretas: a) apenas I e IV. d) apenas II, IV e V.

b) apenas I, III e V. e) I, II, III, IV e V.

c) apenas, I, II e III.

Comentário I. Incorreta. As cadeias não são idênticas, mas sim complementares. III. Incorreta. O que distingue dois DNAs de origens diferentes é a relação A+T ——–––– . c+q Resposta: D Os organismos transgênicos são aqueles que tiveram o seu material genético modificado pela introdução e incorporação de genes provenientes de outra espécie e que agora podem ser transmitidos para as gerações futuras.

Plantas Transgênicas A transferência de um gene de um organismo para outro é feita por um elemento conhecido por vetor. Na obtenção de plantas transgênicas, o vetor mais usado é a bactéria Agrobacterium tumefaciens, causadora dos tumores de galha que ocorrem nos vegetais.

130

Quando um vegetal é infectado pelo Agrobacterium, o T-DNA, uma parte do plasmídeo, chamado Ti, é transferida para o DNA da planta. Contendo genes para a produção dos hormônios vegetais: auxina e citocinina, o T-DNA provoca um desequilíbrio no crescimento, originando o tumor de galha. A Engenharia Genética é capaz de extrair genes do T-DNA e substituí-los por genes de outros organismos. O gene estranho que é incorporado ao genoma da bactéria pode ser transcrito e traduzido, determinando o seu caráter. O Milho Transgênico Um gene da bactéria Bacillus thruringiensis, enxertado no genoma do milho, tornou a planta resistente ao ataque das lagartas de insetos que a parasitam. No caso, o gene bacteriano produz uma proteína que mata as lagartas. A Soja Transgênica A soja comum morre quando recebe uma aplicação de Roundup, um dos herbicidas mais usados na agricultura. A soja transgênica incorporou um gene bacteriano que a tornou resistente ao Roundup. Deste modo, quando o herbicida é aplicado, apenas as ervas daninhas são destruídas. Plasmídeo Ti T-DNA

Cromossomo

DNA-cromossômico

T-DNA

Célula transformada da planta

Galha

Clones de bactérias.

A formação do tumor de galha.

Exercício Explicativo 5 A biotecnologia tornou possível a transferência de material genético entre os mais diversos organismos. Os conhecimentos da área são aplicados com sucesso na produção industrial da insulina e do hormônio de crescimento, que são administrados a pacientes de todo o planeta. Sobre a produção de organismos geneticamente modificados, é correto afirmar:

131

a) Fragmentos de DNA exógeno são insertos no genoma de células hospedeiras por meio de plasmídeos. b) O genoma exógeno é inserto no núcleo hospedeiro por meio de vetores proteicos conhecidos como plasmídeos. c) O DNA gênico endógeno é inserto no núcleo de células hospedeiras por meio de plastídeos funcionais. d) O DNA endógeno é transferido para genomas hospedeiros por meio de plasmídeos mitocondriais. e) Fragmentos de genes exógenos são insertos no genoma das células hospedeiras por meio de plastídeos nucleares.

Comentário A transferência de um gene pode ser feita pela introdução desse material genético nos plasmídeos de bactérias. Resposta: A

Exercício Explicativo 6 A Embrapa possui uma linhagem de soja transgênica resistente ao herbicida IMAZAPIR. A planta está passando por testes de segurança nutricional e ambiental, processo que exige cerca de três anos. Uma linhagem de soja transgênica requer a produção inicial de 200 plantas resistentes ao herbicida e destas são selecionadas as dez mais “estáveis”, com maior capacidade de gerar descendentes também resistentes. Esses descendentes são submetidos a doses de herbicida três vezes superiores às aplicadas nas lavouras convencionais. Em seguida, as cinco melhores são separadas e apenas uma delas é levada a testes de segurança. Os riscos ambientais da soja transgênica são pequenos, já que ela não tem possibilidade de cruzamento com outras plantas e o perigo de polinização cruzada com outro tipo de soja é de apenas 1%. A soja transgênica, segundo o texto, apresenta baixo risco ambiental porque a) b) c) d) e)

a resistência ao herbicida não é estável e assim não passa para as plantas-filhas. as doses de herbicida aplicadas nas plantas são 3 vezes superiores às usuais. a capacidade da linhagem de cruzar com espécies selvagens é inexistente. a linhagem passou por testes nutricionais e após três anos foi aprovada. a linhagem obtida foi testada rigorosamente em relação a sua segurança.

Comentário O grande problema que pode ocorrer com os organismos transgênicos é a possibilidade de, na polinização cruzada, o gene da transgenia ser transmitido às espécies selvagens. Resposta: C

Exercício Explicativo 7 Os transgênicos tomaram o Brasil de assalto. A sociedade testemunha hoje uma discussão incentivada pela produção de soja geneticamente modificada e polarizada entre argumentos contrários e favoráveis. A introdução da soja e de outras plantas transgênicas tem gerado muita polêmica, pois, apesar de seus inúmeros benefícios, não há ainda como avaliar os riscos que os organismos transgênicos apresentam. Entre os benefícios e os riscos provocados pela utilização desses organismos, podemos considerar: I. Ocorrência de alergias nas pessoas.

132

II. Obtenção de bactérias produtoras de hormônios. III. Proteção de plantas resistentes a determinados tipos de pragas agrícolas e herbicidas. IV. Transmissão acidental de genes não desejáveis de uma espécie de ser vivo para outra. V. Redução da quantidade de agrotóxicos no meio ambiente. Quais afirmativas indicam benefícios decorrentes da utilização de organismos aos quais a questão faz referência? a) I, II e III. d) II, III e V.

b) I, II e V. e) III, IV e V.

c) I, III e IV.

Comentário I. II.

Falsa. Genes humanos como aquele que produz a insulina podem ser introduzidos em bactérias. III. Genes transferidos para plantas podem torná-las resistentes a pragas agrícolas. IV. Falsa. V. Genes podem tornar plantas resistentes a pragas evitando-se a excessiva aplicação de agrotóxicos. Resposta: D

Exercício Explicativo 8 Analise o texto: “Cientistas sul-coreanos clonam pela primeira vez um cachorro, utilizando uma célula obtida da orelha do pai genético. Os cientistas tiraram material genético da célula e o colocaram em um óvulo esvaziado do seu núcleo, posteriormente estimulado para que se dividisse e virasse um embrião dentro da mãe adotiva, da raça Labrador. O animal clonado, da raça Afgham, recebeu o nome de Snuppy , e nasceu 60 dias após.” A partir do texto e do que se conhece sobre clonagem, podemos afirmar corretamente que a)

é possível obter células-tronco embrionárias usando-se células diferenciadas de um adulto. b) usando o mesmo pai genético, é possível obter um outro clone que seja fêmea. c) o clone gerado terá o genótipo Afgham e o fenótipo Labrador e será do sexo masculino. d) o núcleo do óvulo inserto em uma célula de orelha anucleada origina uma fêmea Labrador. e) o ambiente celular do Labrador alterou a expressão genotípica do núcleo transplantado.

Comentário Células adultas podem ser utilizadas, atualmente, com células-tronco. O núcleo destas células é retirado e introduzido num óvulo anucleado. A nova célula assim obtida pode ser induzida a multiplicar-se e a produzir um novo ser vivo. Resposta: A

133

(FÍSICA)

Avaliar impactos em ambientes naturais decorrentes de atividades sociais ou econômicas, considerando interesses contraditórios. A Física teve seu maior desenvolvimento do século XVIII até nossos dias, sem dar indícios de que os esforços em suas pesquisas serão arrefecidos no futuro. Além disso, foi o sustentáculo teórico para a construção do mundo tecnológico em que vivemos, cabendo-lhe parte da culpa dos impactos em ambientes naturais decorrentes das atividades sociais ou econômicas, envolvendo, inclusive, interesses contraditórios do Neocolonialismo, das Grandes Guerras Mundiais e da Guerra Fria. O século XX deixou visível que o papel da Ciência pode convergir, tanto para a construção de um mundo mais solidário e Nas guerras, fica evidente o uso da Ciência a favor de interesses, sem considerar a morte harmonioso, como para a própria destrui- de pessoas ou a destruição do ambiente. ção da humanidade e do meio ambiente. Os avanços nos setores da construção civil, dos transportes, da Informática e da Medicina ocorreram paralelamente à fabricação de armas de guerra, ao aquecimento global, à destruição da camada de ozônio e ao desmatamento.

O modelo econômico atual baseado na queima de combustíveis fósseis, apesar do progresso atingido, mostrou-se gradativamente, destrutivo em relação ao meio ambiente.

134

A Física tem sido questionada sobre um modelo menos agressivo ao meio ambiente. A solução não é científica, mas sim política. Entretanto, a adoção de fontes de energia alternativas não poluidoras parece ser inevitável.

Exercício Explicativo 1 A tabela ao lado representa a sonoridade média, em decibéis (dB), de vários sons. Assinale a alternativa correta. a) A sonoridade relaciona-se com o timbre do som. b) A poluição sonora ocorre apenas acima de 140 dB. c) Entre o cochicho e a conversação normal, há um aumento de 70 dB na sonoridade. d) Os marinheiros, no convés de um porta-aviões, devem usar protetores de ouvido no momento da decolagem das aeronaves. e) O nível sonoro ideal para uma sala de aula deve estar entre 80 e 90 dB, durante a exposição de conteúdos pelo professor.

Comentário

Nas proximidades de um avião a plena potência, o nível sonoro (140dB) supera o limiar da dor (120dB). Resposta: D

Exercício Explicativo 2 EFEITO ESTUFA: UM ALERTA PARA O CONTROLE DA POLUIÇÃO Vapor da água

Gás carbônico

Atmosfera

“O efeito estufa: alguns materiais têm o que se pode chamar de ‘transparência seletiva’, ou seja, são transparentes a radiações de certa frequência e opacos a outras. O gás carbônico (CO2) tem tal propriedade: ele é transparente à luz visível e opaco ao infravermelho ou radiação térmica. A quantidade de CO2 misturada na atmosfera durante muito tempo foi a ideal para a manutenção do equilíbrio ecológico no planeta. Se fosse menor, a Terra irradiaria muito calor para o espaço, resfriando-se; por outro lado, se a quantidade de CO2 fosse maior, a energia térmica se acumularia, aquecendo o planeta. Nas últimas décadas, o ser humano tem aumentado apreciavelmente a concentração de CO2 na atmosfera, principalmente pela queima de hidrocarbonetos (petróleo, gás natural etc.), além de provocar um sério desequilíbrio no meio ambiente, destruindo os organismos responsáveis pela reciclagem do gás carbônico (pergunte ao seu professor de Biologia que organismos são estes e qual a sua função no ecossistema terrestre).

135

Como resultado do aumento da concentração de CO2 na atmosfera, a temperatura média do planeta poderá aumentar de maneira alarmante, o que provocará danos terríveis à Terra. A tal fenômeno dá-se o nome de efeito estufa.” O efeito descrito no texto é semelhante a) ao aquecimento terapêutico de estruturas musculares inflamadas com lâmpadas que emitem radiação infravermelha. b) ao aquecimento do ar no interior de um carro com os vidros fechados sob o sol de verão. c) ao movimento das massas de ar no interior de uma geladeira. d) ao poder de absorção de calor dos corpos cobertos por tinta escura, quando expostos à radiação ultravioleta. e) à reflexão da radiação infravermelha nas roupas prateadas usadas pelos bombeiros.

Comentário O vidro é transparente à luz visível que entra no carro e opaco ao infravermelho emitido pelo interior aquecido do veículo. Resposta: B

Exercício Explicativo 3 O conhecimento dos processos de resfriamento dos alimentos dentro de uma geladeira pode contribuir para tomarmos providências, no sentido de diminuirmos o tempo de funcionamento do seu motor e, consequentemente, o consumo de energia elétrica. Considere as seguintes proposições sobre o funcionamento de uma geladeira doméstica: I. O principal tipo de transmissão de calor interno da geladeira é a convecção, por isso não convém abri-la com frequência. II. As prateleiras de grades (não inteiriças) facilitam a circulação das massas de ar e diminuem o tempo de resfriamento. III. O congelador é sempre instalado na parte superior, para que o ar se resfrie na sua presença e desça, dando lugar ao ar mais quente, que sobe. IV. A porta bem vedada e as paredes preenchidas com isolantes minimizam as trocas de calor com o ambiente externo. Estão corretas as afirmações: a) I, II, III e IV. d) II e IV, apenas.

Comentário

b) II, III e IV, apenas. e) I e II, apenas.

c) I, III e IV, apenas.

Todas as afirmativas são corretas e contribuem para a redução de consumo de energia pela geladeira. Resposta: A

136

Exercício Explicativo 4 (UFPA) – Um expressivo polo de ferro-gusa tem se implantado ao longo da ferrovia de Carajás, na região sudeste do Pará, o que ensejou um aumento vertiginoso na produção de carvão, normalmente na utilização de fornos conhecidos como “rabosquentes”, que a foto abaixo ilustra. Além dos problemas ambientais causados por esses fornos, a questão relativa às condições altamente insalubres e desumanas a que os trabalhadores são submetidos é preocupante. A enorme temperatura a que chegam tais fornos propaga uma grande quantidade de calor para os corpos dos trabalhadores que exercem suas atividades no seu entorno.

Com base nas informações referidas no texto acima, analise as seguintes afirmações: I. O gás carbônico (CO2) emitido pelos fornos é um dos agentes responsáveis pelo aumento do efeito estufa na atmosfera. II. Nas paredes do forno, o calor se propaga pelo processo de convecção. III. O calor que atinge o trabalhador se propaga predominantemente através do processo de radiação. IV. O deslocamento das substâncias responsáveis pelo efeito estufa é consequência da propagação do calor por condução. Estão corretas somente a) I e II

b) I e III

c) II e III

d) III e IV

e) II e IV

Comentário I)

CORRETO. O CO2 (dióxido de carbono) é o principal gás estufa que, junto com outros, produzem o aquecimento global. II) FALSO. Nas paredes do forno o calor se propaga por condução. III) CORRETO. O trabalhador recebe, principalmente, a radiação infravermelha produzida na queima do carvão. Essa radiação é absorvida pela sua pele. IV) FALSO. Os gases estufa sobem para a atmosfera terrestre através da convecção. Resposta: B

137

(QUÍMICA)

Avaliar impactos em ambientes naturais decorrentes de atividades sociais ou econômicas, considerando interesses contraditórios. Os impactos em ambientes naturais decorrentes de atividades sociais ou econômicas já foram abordados nas outras habilidades, portanto, faremos um breve resumo desses impactos.

1. Efeito estufa A presença de nuvens e de gás carbônico na atmosfera terrestre, cria um efeito estufa natural, pois retém uma parte do aquecimento, que é provocado pela luz solar na superfície da Terra. Acontece que, nas últimas décadas, a quantidade de CO2 na atmosfera aumentou muito rapidamente em função da explosão demográfica, do desenvolvimento industrial acelerado, dos desmatamentos e queimas de florestas. Como consequência, o efeito estufa vem se intensificando, pois maiores quantidades de CO2, na atmosfera, retêm cada vez mais radiações infravermelhas refletidas pela Terra, impedindo essas radiações de escapar para o espaço exterior.

2. Camada de ozônio Na atmosfera terrestre, a cerca de 30 km de altitude temos uma camada de ozônio. Essa camada funciona como um escudo, evitando que cerca de 95% da radiação ultravioleta atinja a superfície terrestre. Com o aumento da poluição atmosférica, a destruição da camada de ozônio aumentou. Atualmente, a tendência mundial é de proibir (ou reduzir) esses compostos (clorofluorocarbonetos) e controlar as emissões dos escapamentos de automóveis, caminhões, aviões etc que emitem NO2 que reage com O3.

3. Smog A queima de um combustível fóssil libera óxido de nitrogênio, como o NO2. Esse, sob a ação da luz, dissocia produzindo NO e •O•. Esse átomo de •O• combina-se com O2 produzindo O3 na troposfera.

4. Chuva ácida Os óxidos SO2 e NO2 produzem os ácidos sulfúrico e nítrico, respectivamente, diminuindo o pH da água da chuva.

138

5. Poluição A poluição atmosférica, do solo e da água causa graves alterações no meio ambiente.

Exercício Explicativo 1 Chuva ácida é o termo utilizado para designar precipitações com valores de pH inferiores a 5,6. As principais substâncias que contribuem para esse processo são os óxidos de nitrogênio e de enxofre provenientes da queima de combustíveis fósseis e, também, de fontes naturais. Os problemas causados pela chuva ácida ultrapassam fronteiras políticas regionais e nacionais. A amplitude geográfica dos efeitos da chuva ácida está relacionadas principalmente com a)

a circulação atmosférica e a quantidade das fontes emissoras de óxidos de nitrogênio e de enxofre. b) a quantidade de fontes emissoras de óxidos de nitrogênio e de enxofre e a rede hidrográfica. c) a topografia do local das fontes emissoras de óxidos de nitrogênio e de enxofre e o nível dos lençóis freáticos. d) a quantidade de fontes emissoras de óxidos de nitrogênio e de enxofre e o nível dos lençóis freáticos. e) a rede hidrográfica e a circulação atmosférica.

Comentário A amplitude geográfica ou espacial dos efeitos das precipitações ácidas abrange as fontes de emissão dos poluentes, sobretudo óxidos de nitrogênio e enxofre, as condições gerais de circulação atmosférica, visto que as precipitações ácidas não necessariamente ocorrem apenas junto às fontes emissoras. Resposta: A

Exercício Explicativo 2 As florestas tropicais úmidas contribuem muito para a manutenção da vida no planeta, por meio do chamado sequestro de carbono atmosférico. Resultados de observações sucessivas, nas últimas décadas, indicam que a floresta amazônica é capaz de absorver até 30 milhões de toneladas de carbono por ano. Conclui-se, portanto, que as florestas exercem importante papel no controle a)

das chuvas ácidas, que decorrem da liberação, na atmosfera, de dióxido de carbono resultante dos desmatamentos por queimadas. b) das inversões térmicas, causadas pelo acúmulo de dióxido de carbono resultante da não-dispersão dos poluentes para as regiões mais altas da atmosfera. c) da destruição da camada de ozônio, causada pela liberação, na atmosfera, de dióxido de carbono contido nos gases do grupo dos clorofluorcarbonos. d) do efeito estufa provocado pelo acúmulo de dióxido de carbono na atmosfera, resultante da queima de combustíveis fósseis, como carvão mineral e petróleo.

139

e) da eutrofização das águas, decorrente da dissolução, nos rios, do excesso de dióxido de carbono presente na atmosfera.

Comentário As florestas fixam o CO2 atmosférico durante a fotossíntese, reduzindo o acúmulo de CO2 no ar e minimizando o efeito estufa. Resposta: D

Exercício Explicativo 3 À produção industrial da celulose e de papel estão associados alguns problemas ambientais. Um exemplo são os odores característicos dos compostos voláteis de enxofre (mercaptanas) que se formam durante a remoção da lignina da principal matéria-prima para a obtenção industrial das fibras celulósicas que formam o papel: a madeira. É nos estágios de branqueamento que se encontra um dos principais problemas ambientais causados pelas indústrias de celulose. Reagentes como cloro e hipoclorito de sódio reagem com a lignina residual, levando à formação de compostos organoclorados. Esses compostos, presentes na água industrial, despejada em grande quantidade nos rios pelas indústrias de papel, não são biodegradáveis e acumulam-se nos tecidos vegetais e animais, podendo levar a alterações genéticas. Celênia P. Santos, et al. Papel: como se fabrica? In: Química nova na escola, nº 14, p. 3-7 (com adaptações) Para se diminuírem os problemas ambientais decorrentes da fabricação do papel, é recomendável a)

a criação de legislação mais branda, a fim de favorecer a fabricação de papel biodegradável. b) a diminuição das áreas de reflorestamento, com intuito de reduzir o volume de madeira utilizado na obtenção de fibras celulósicas. c) a distribuição de equipamentos de desodorização à população que vive nas adjacências de indústrias de produção de papel. d) o tratamento da água industrial, antes de retorná-la aos cursos d’água, com o objetivo de promover a degradação dos compostos orgânicos solúveis. e) o recolhimento, por parte das famílias que habitam as regiões circunvizinhas, dos resíduos sólidos gerados pela indústria de papel, em um processo de coleta seletiva de lixo.

140

Exercício Explicativo 4 Diretores de uma grande indústria siderúrgica, para evitar o desmatamento e adequar a empresa às normas de proteção ambiental, resolveram mudar o combustível dos fornos da indústria. O carvão vegetal foi então substituído pelo carvão mineral. Entretanto, foram observadas alterações ecológicas graves em um riacho das imediações, tais como a morte dos peixes e dos vegetais ribeirinhos. Tal fato pode ser justificado em decorrência a)

da diminuição de resíduos orgânicos na água do riacho, reduzindo a demanda de oxigênio na água. b) do aquecimento da água do riacho devido ao monóxido de carbono liberado na queima do carvão . c) da formação de ácido clorídrico no riacho a partir da combustão na água, diminuindo o pH. d) do acúmulo de elementos no riacho, tais como, ferro, derivados do novo combustível utilizado. e) da formação de ácido sulfúrico no riacho a partir dos óxidos de enxofre liberados na combustão.

Comentário O carvão mineral contém como impureza a substância enxofre. A queima do carvão mineral produz dióxido de enxofre, que vai poluir o ar. No ar, teremos a oxidação do dióxido de enxofre, que vai produzir trióxido de enxofre. O trióxido de enxofre em contato com a água do riacho vai produzir ácido sulfúrico. As equações químicas citadas são: S + O2 → SO2 SO2 + 1/2O2 → SO3 H2O + SO3 → H2SO4 Resposta: E

141

BIOLOGIA

Avaliar impactos em ambientes naturais decorrentes de atividades sociais ou econômicas, considerando interesses contraditórios. Ocorre poluição toda vez que uma substância de origem natural ou produzida pelo homem acarreta desequilíbrio nos ecossistemas. Assim, a atividade vulcânica lançando na atmosfera cinzas e gases de enxofre provoca poluição. O homem, por meio de atividades industriais, é responsável por grande parte da poluição. PRINCIPAIS POLUENTES E OS SEUS EFEITOS Poluentes

Principais fontes de emissão

Danos à saude

CO (monóxido de carbono)

Carros a gasolina (49%), carros a álcool (17%), veículos a diesel (28%).

O CO se liga à hemoglobina no sangue no lugar do oxigênio. Em altas concentrações, prejudica a oxigenação do organismo, causando diminuição dos reflexos e da acuidade visual. Pessoas com problemas cardíacos e circulatórios são as mais prejudicadas.

Veículos a diesel (30%), carros a gasolina (10%), indústrias (10%).

Instalam-se nos pulmões, diminuindo a capacidade respiratória. O material particulado pode aumentar os efeitos fisiológicos de outros gases presentes no ar.

É formado pela reacão dos hidrocarbonetos e óxidos de nitrogênio na presença de luz solar.

Irritação dos olhos e vias respiratórias, diminuição da capacidade pulmonar, envelhecendo precoce e corrosão dos tecidos. Pessoas com asma são mais suscetíveis aos efeitos do ozônio.

PI (partículas inaláveis)

O3 (ozônio)

Os hidrocarbonetos diminuem a capacidade Carros a gasolina sanguínea de transportar oxigênio e afetam os HC (53%), veículos a sistemas cardiovascular, nervoso e o pulmão. Os (hidrocarboneto) diesel (21%), carros a hidrocarbonetos aromáticos (benzeno, tolueno e álcool (19%). xileno) são cancerígenos.

NO2 (dióxido de nitrogênio)

SO2 (dióxido de enxofre)

142

Pode penetrar profundamente no sistema Veículos a diesel respiratório, podendo dar origem a substâncias (81%), carros a gamutagênicas e carcinogênicas. É também um solina (10%), carros a irritante, podendo conduzir a sintomas que álcool (5%). lembram os do enfisema. Veículos a diesel (77%), indústrias (15%), carros a gasolina (8%).

Altas concentrações provocam irritação no sistema respiratório e problemas cardiovasculares. A concentração deste poluente tem-se mantido abaixo dos níveis aceitáveis nos últimos 10 anos.

Exercício Explicativo 1 No estudo do clima, o problema da poluição atmosférica vem ganhando papel de destaque em virtude das consequências que ela traz. Seguem-se abaixo algumas assertivas sobre o tema. Analise-as atentamente. I. Um dos maiores poluidores, o gás carbônico, poluente primário, é lançado diretamente na atmosfera, colaborando também para o efeito estufa. II. O ozônio, que alguns autores afirmam também participar do efeito estufa, é um poluente secundário, pois é formado na atmosfera, a partir da reação de outros componentes. III. Um destaque especial, quanto à poluição atmosférica, pode ser atribuído à cidade de São Paulo, cujo relevo facilita o fenômeno da inversão térmica, concentrando ainda mais os gases poluidores. IV. Por se encontrar numa área litorânea sujeita à brisa marinha, a cidade do Rio de Janeiro não apresenta poluição atmosférica, pois os fumos lançados por suas fábricas são totalmente dispersados pelo vento. Está(ão) correta(s) a) I apenas. d) II, III e IV.

b) I, II e III. e) todas.

c) III e IV.

Comentário Sobre a assertiva IV, a cidade do Rio também apresenta níveis de poluição atmosférica, pois, mesmo com constantes ventos litorâneos, a Baixada Fluminense, onde se encontra a maioria das fábricas, é uma área deprimida, na qual a atmosfera tem dificuldade de circular. Resposta: B

Exercício Explicativo 2 A quantidade de dióxido de carbono vem aumentando significativamente na atmosfera. Nos últimos 100 anos, a sua concentração passou de 0,029% para quase 0,04% da composição atmosférica. É uma consequência desse fato a) a proliferação de dinoflagelados, causando a maré vermelha. b) a diminuição significativa da temperatura média na superfície terrestre. c) a combinação irreversível com a molécula de hemoglobina, inutilizando-a para o transporte de oxigênio. d) a eutrofização de ambientes aquáticos, ocasionando a multiplicação de bactérias aeróbias. e) a redução do pH da água do mar e a alteração do equilíbrio entre os íons carbonato e bicarbonato.

Comentário

Se o CO2, ao se dissolver na água do mar, formar o ácido carbônico, provocará a redução do pH da água, tornando-a mais ácida. Isso poderá alterar a população de fitoplânctons e consequentemente a dos componentes das cadeias alimentares marinhas. Resposta: E

143

Exercício Explicativo 3 No Brasil, muitos rios estão ficando poluídos e podem tornar-se iguais ao Tietê, o mais poluído de todos. O Rio Pinheiros, em São Paulo, o Guaíba, em Porto Alegre, e o Capiberibe, em Recife, são alguns exemplos. O lançamento de esgoto doméstico e industrial ainda é frequente em muitos rios brasileiros. A respeito dos rios poluídos brasileiros, pode-se afirmar que a) b) c) d) e)

são irrecuperáveis, devido à sua localização e ao nível de poluição atingindo. a baixa concentração de oxigênio de suas águas impossibilita sua despoluição. passaram pela eutrofização, e muitas bactérias anaeróbias sobrevivem neles. poderão abrigar somente invertebrados, se forem despoluídos. passaram pelo assoreamento e tenderão a desaparecer em pouco tempo.

Comentário O lançamento de esgotos provoca a eutrofização (aumento de nutrientes minerais), o que leva à proliferação de algas, falta de O2 e morte dos aeróbios. Resposta: C

Exercício Explicativo 4 Uma teoria sobre o aquecimento global da Terra propõe que a elevação da temperatura está relacionada, principalmente, com o crescente aumento do teor de gás carbônico atmosférico. O gás carbônico, assim como os vidros transparentes de uma estufa usada no cultivo de flores, permite a entrada de luz solar, mas dificulta a dissipação do calor para o espaço. Esse comportamento a) b) c) d)

é a causa da chuva ácida. leva à destruição da camada de ozônio. provoca a solidificação de grandes massas de água nos polos. é, possivelmente, minimizado pela presença de alguns aerossóis (partículas em suspensão na atmosfera), que rebatem a luz solar, diminuindo a radiação que aquece a Terra. não interfere na temperatura da superfície do planeta.

Comentário Se a radiação solar que aquece a Terra pode ser refletida por partículas em suspensão na atmosfera, pode ocorrer uma diminuição do efeito estufa . Resposta: D

144

Competência de área 4 – Compreender interações entre organismos e ambiente, em particular aquelas relacionadas à saúde humana, relacionando conhecimentos científicos, aspectos culturais e características individuais.

Reconhecer mecanismos de transmissão da vida, prevendo ou explicando a manifestação de características dos seres vivos. 1. Genética Molecular

SEGUNDA BASE U

C UCU

UUU UUC

phe

UUG

leu

CUU

No RNAm, cada trio de bases constitui um códon e codifica um aminoácido. O código é degenerado porque existem 64 códons para codificar 20 aminoácidos. Por ser o mesmo para todos os seres vivos, o código é universal.

C CUA

Primeira Base

2. O Código Genético

AUU AUC AUA

UGC

UCA

UAA

terminal UGA

terminal A

UCG

UAG

terminal UGG

try

CCU

CAU

ileu

CAC pro

leu

CUG

cys

UAC

UCC

CCC

CUC

3. a tradução de RNA em proteína no ribossomo.

UGU

UAU ser

UUA

2. a transcrição do DNA produzindo o RNA;

tyr

1. a estrutura e a replicação do DNA;

CAA

CCG

CGG

ACU

AAU thr

AAA

AUG

ACG

AAG

GUU

GCU

GAU

GUC

val

GCC

ala

gln

asn

AAC

ACA

met

CGC arg

CCA

ACC

CGU his

CGA

CGG

AGU

lys

asp

AGA

GUG

GCG

GAG

A G

GGU

GGA

GAA

arg

AGG

GGC

GCA

U C

AGC

GAC

GUA

ser

Terceira Base

A Genética Molecular reinterpreta a Genética Mendeliana em termos moleculares. Ela lida com o material genético estudando

C gly

A G

glu GGG

145

Exercício Explicativo 1 O aminoácido leucina pode ser codificado por mais de uma trinca de nucleotídeos do DNA (AAT, GAA e outras). Assim sendo, podemos dizer que I. o código genético é degenerado, o que significa que um aminoácido pode ser codificado por mais de uma trinca. lI. um aminoácido pode ser codificado por apenas uma trinca de nucleotídeos de DNA. III. assim como a leucina pode ser codificada por diferentes trincas, uma determinada trinca também pode codificar diferentes aminoácidos. Está(ão) correta(s) a(s) afirmativa(s) a) apenas Ill. d) I e III.

b) apenas lI. e) nenhuma delas.

c) apenas I.

Comentário II.

Incorreta. Um aminoácido pode ser codificado por mais de uma trinca de nucleotídeos. III. Incorreta. Uma trinca não pode codificar diferentes aminoácidos. Resposta C

Exercício Explicativo 2 Define-se genoma como o conjunto de todo o material genético de uma espécie, que, na maioria dos casos, são as moléculas de DNA. Durante muito tempo, especulou-se sobre a possível relação entre o tamanho do genoma – medido pelo número de pares de bases (pb) –, o número de proteínas produzidas e a complexidade do organismo. As primeiras respostas começam a aparecer e já deixam claro que essa relação não existe, como mostra a tabela abaixo.

Espécie

Nome comum

Tamanho estimado do genoma

Número de proteínas descritas

Oryza saltiva

Arroz

5.000.000.000

224.181

Mus musculus

Camundongo

3.454.200.000

249.081

Homo sapiens

Homem

3.400.000.000

459.114

Rattus norvegicus

Rato

2.900.000.000

109.077

180.000.000

86.255

Drosophila melanogasler Mosca-da-fruta

(Fonte: www.chs.dtu.ck e www.nobi.nim.nh.gov)

De acordo com as informações acima: a) o conjunto de genes de um organismo define o seu DNA. b) a produção de proteínas não está vinculada à molécula de DNA. c) o tamanho do genoma não é diretamente proporcional ao número de proteínas produzidas pelo organismo. d) quanto mais complexo o organismo, maior o tamanho de seu genoma.

146

genomas com mais de um bilhão de pares de bases são encontrados apenas nos seres vertebrados.

Comentário A análise da tabela mostra que não existe uma relação direta entre o tamanho do genoma de um organismo e o número de proteínas que ele produz. Resposta: C

Exercício Explicativo 3 Em condições experimentais favoráveis, foi realizada a síntese de polipeptídeos em tubos de ensaio, usando-se moléculas de RNAm, constituídas somente de Uracila. Apesar de haver nos tubos os vinte (20) tipos de aminoácidos, o resultado foi a síntese de um polipeptídeo constituído por um só aminoácido, muitas vezes repetido: a fenilalanina. Pelos resultados obtidos, pode-se afirmar que a)

o códon “UUU” no RNAm corresponde à colocação de qualquer tipo de aminoácido na cadeia polipeptídica em formação, pois o código genético é universal. b) o códon “UUU” no RNAm corresponde à colocação do aminoácido fenilalanina na cadeia polipeptídica em formação. c) o aminoácido fenilalanina pode ser codificado por dois ou mais códons, pois o códi-go genético é degenerado. d) o códon “UUU” no RNAm corresponde à colocação dos anticódons “AAA” na cadeia polipeptídica em formação. e) o experimento realizado não permitiu que se chegasse a nenhuma conclusão.

Comentário A experiência realizada decifrou o primeiro códon UUU que codifica a fenilanina. Resposta: B

Exercício Explicativo 4 O código genético é considerado degenerado porque a) um aminoácido só pode ser codificado por mais de um trio de nucleotídeos. b) alguns aminoácidos podem ser codificados por mais de um trio de nucleotídeos. c) determinados trios de nucleotídeos podem corresponder a mais de um aminoácido. d) com o tempo, alguns trios de nucleotídeos degeneram-se, deixando de codificar aminoácidos. e) uma mutação pode alterar a sequência de um trio de nucleotídeos.

Comentário O código genético é degenerado porque um aminoácido pode ser codificado por mais de um códon. Resposta: B

147

Identificar padrões em fenômenos e processos vitais dos organismos, como manutenção do equilíbrio interno, defesa, relações com o ambiente, sexualidade, entre outros. 1. A Imunidade Imunidade é a capacidade de defesa do organismo contra doenças infecciosas produzidas por micro-organismos. No quadro a seguir, identificamos os dois tipos de imunidade: ativa e passiva. Tipos

Conteúdo

Ação

Vacina

Antígenos

Profilática

Soro

Anticorpos

Terapêutica

Exercício Explicativo 1

Observe os gráficos A e B:

Tempo

Nível de anticorpos

Quando a criança recebe a vacina Sabin, seu organismo produz anticorpos capazes de combater o vírus da poliomielite.

A bactéria causadora do tétano produz esporos que podem penetrar no corpo através de lesões na pele, liberando toxinas que atuam sobre os nervos motores, provocando fortes contrações musculares e ocasionando a morte por parada respiratória e cardíaca, se a pessoa não for tratada a tempo.

Tempo

Considerando uma criança que sofreu um ferimento na perna, quando brincava na terra, identifique o procedimento mais seguro a ser adotado para evitar o tétano e o gráfico correspondente a esse procedimento.

148

Procedimento

Gráfico

Administração O gráfico B, que evidencia as três doses de vacina que são da vacina antite- necessárias para aumentar os níveis de anticorpos, de forma tânica lenta e gradual.

Administração O gráfico B, que evidencia o aumento dos níveis de b) do soro antitetâ- anticorpos de forma lenta e gradual, devido à presença, no nico soro, de antígenos causadores da doença.

Administração O gráfico B, que evidencia um aumento lento e gradual da vacina antite- no nível de anticorpos, devido à presença, na vacina, de tânica antígenos causadores da doença.

Administração O gráfico A, que evidencia um aumento súbito no nível de d) do soro antitetâ- anticorpos, devido à presença, no soro, de anticorpos nico prontos e específicos para a doença.

Administração O gráfico A, que evidencia um aumento súbito no nível de da vacina antite- anticorpos, devido à presença, na vacina antitetânica, de tânica anticorpos prontos e específicos para a doença.

Comentário O gráfico A indica soroterapia, processo adequado à criança que corre risco do tétano. O processo B indica vacinação, medida profilática. Resposta: D

Exercício Explicativo 2 Fenômenos biológicos podem ocorrer em diferentes escalas de tempo. Assinale a opção que ordena exemplos de fenômenos biológicos, do mais lento para o mais rápido: a)

germinação de uma semente, crescimento de uma árvore, fossilização de uma samambaia. b) fossilização de uma samambaia, crescimento de uma árvore, germinação de uma semente. c) crescimento de uma árvore, germinação de uma semente, fossilização de uma samambaia. d) fossilização de uma samambaia, germinação de uma semente, crescimento de uma árvore. e) germinação de uma semente, fossilização de uma samambaia, crescimento de uma árvore.

Comentário Entre os fenômenos citados, a sequência do mais lento para o mais rápido é: 1 – Fossilização, 2 – Crescimento e 3 – Germinação. Resposta: B

149

Exercício Explicativo 3 Os vírus causam várias doenças ao homem, aos animais e às plantas. Até o momento, poucas drogas se mostraram eficazes em destruir os vírus sem causar sérios efeitos colaterais. A melhor maneira de combater as doenças virais é por vacinação. Em relação à vacina, pode-se afirmar que a)

é frequentemente constituída pelo próprio micro-organismo, enfraquecido ou morto, que se inocula na pessoa. b) é uma inoculação de anticorpos. c) é uma inoculação de glóbulos brancos. d) é uma mistura de linfócitos T inoculados no indivíduo. e) todas as afirmativas acima podem ser consideradas referentes a vacinas, porque imunizam a pessoa.

Comentário A vacina pode ser constituída pelo agente infeccioso morto ou atenuado. Resposta: A

Exercício Explicativo 4 Um paciente, quando picado por uma cobra venenosa, cuja espécie seja corretamente identificada, deve receber a) b) c) d) e)

antibiótico de amplo espectro, que elimina qualquer tipo de bactéria. soro bacteriolítico, que produz a degradação do antígeno com que foi preparado. vacina específica, que neutraliza os vírus inoculados. soro específico, que age eficazmente sobre o antígeno conhecido. soro polivalente, que elimina ampla gama de antígenos.

Comentário O paciente deve receber o soro específico, por conter os anticorpos que possuem ação terapêutica. Resposta: D

150

Interpretar modelos e experimentos para explicar fenômenos ou processos biológicos em qualquer nível de organização dos sistemas biológicos. O Dogma Central da Genética Molecular Os genes, constituídos por DNA, são os portadores da informação genética que deve determinar as transformações químicas que se passam no citoplasma, resultando na determinação de um caráter. A informação existente no DNA, por meio da transcrição, é passada para o RNAm que a leva aos ribossomos, onde a proteína codificada pelo RNAm é sintetizada. São essas proteínas os elementos determinantes de um caráter. A relação DNA – RNA – proteína aparece resumida no diagrama abaixo, conhecido como dogma central da Genética Molecular. Transcrição Tradução DNA ⎯⎯⎯⎯⎯→ RNA ⎯⎯⎯⎯⎯→ PROTEÍNAS

151

Exercício Explicativo 1 O código genético está todo decifrado, isto é, sabe-se quais trincas de bases no DNA correspondem a quais aminoácidos nas proteínas que se formarão. Sequência do DNA

Aminoácidos

AGA CAA AAA CCG AAT GAA

serina (= SER) valina (= VAL) fenilalanina (= FEN) glicina (= GLI) leucina (= LEU) leucina (= LEU)

De acordo com a tabela, se um RNA mensageiro tem sequência de trincas UUA UUU CUU GUU UCU GGC, qual será a sequência dos aminoácidos no polipeptídio correspondente? a) c) e)

LEU – FEN – LEU – VAL – SER – GLI GLI – VAL – LEU – FEN – FEN – LEU GLI – VAL – FEN – FEN – LEU – SER

b) FEN – LEU – VAL – SER – LEU – GLI d) SER – VAL – FEN – LEU – GLI – LEU

Comentário RNA: UUA – UUU – CUU – GUU – UCU – GGC DNA: AAT – AAA – GAA – CAA – AGA – CCG AAs: LEU – FEN – LEU – VAL – SER – GLI Resposta: A

Exercício Explicativo 2 Todas as reações químicas de um ser vivo seguem um programa operado por uma central de informações. A meta desse programa é a autorreplicação de todos os componentes do sistema, incluindo-se a duplicação do próprio programa ou mais precisamente do material no qual o programa está inscrito. Cada reprodução pode estar associada a pequenas modificações do programa. M. O. Murphy e I. O’neill (orgs.). O que é vida? 50 anos depois – especulações sobre o futuro da biologia. São Paulo UNESP. 1997 (com adaptações).

São indispensáveis à execução do “programa” mencionado acima processos relacionados a metabolismo, autorreplicação e mutação, que podem ser exemplificados, respectivamente, por: a)

fotossíntese, respiração e alterações na sequência de bases nitrogenadas do código genético. b) duplicação do RNA, pareamento de bases nitrogenadas e digestão de constituintes dos alimentos. c) excreção de compostos nitrogenados, respiração celular e digestão de constituintes dos alimentos.

152

d) respiração celular, duplicação do DNA e alterações na sequência de bases nitrogenadas do código genético. e) fotossíntese, duplicação do DNA e excreção de compostos nitrogenados.

Comentário A relação entre os processos citados é: Metabolismo – Respiração celular Autorreplicação – Duplicação do DNA Mutação – Alterações na sequência de bases nitrogenadas do código genético. Resposta: D

Exercício Explicativo 3 Todas as células do corpo humano, excetuando-se os gametas, apresentam 23 pares de cromossomos. No entanto, diferem quanto à forma e à função: uma célula muscular é muito diferente de uma célula nervosa ou epidérmica, por exemplo. Considerando que são os genes que determinam as características diferenciais, cada um desses três tipos de célula citada apresenta cromossomos com a)

genes totalmente diferentes, que estão relacionados com as funções específicas que realizam. b) a maior parte dos genes diferentes; apenas alguns deles, os relacionados às funções comuns, são idênticos. c) os mesmos tipos de genes, mas diferem quanto aos genes que estão em atividade. d) a maior parte dos genes idênticos; apenas alguns deles, os relacionados às funções específicas, são diferentes. e) os mesmos tipos de genes, diferindo, no entanto, os alelos que se encontram nos homólogos.

Comentário Em todas as células de um organismo, existem todos os tipos de genes. Alguns estão ativos e outros não. Resposta: C

Exercício Explicativo 4 O DNA de um vírus tem cadeia dupla e apresenta 1,2 x 105 nucleotídeos. Quantas proteínas de massa molecular 40.000 poderiam ser codificadas por este DNA? Estime um peso molecular de 100 para a média dos aminoácidos. a)

b) 30

c) 50

d) 100

e) 3000

Comentário N.° de nucleotídeos do DNA = 120.000 N.° de nucleotídeos da cadeia principal = 60.000 N.° de códons = 60.000 ÷ 3 = 20.000 N.° de aminoácidos = 20.000 Massa molecular total dos aminoácidos = 20.000 x 100 = 2.000.000 Total de proteínas = 2.000.000 ÷ 40.000 = 50 Resposta: C

153

Compreender o papel da evolução na produção de padrões, processos biológicos ou na organização taxonômica dos seres vivos. 1. A Evolução Evolução é o processo pelo qual todos os organismos existentes se desenvolvem a partir de outros por meio de mudanças nas características herdadas por muitas gerações. A teoria é falha porque caracteres adquiridos não são transmitidos.

2. Lamarckismo Teoria proposta pelo biólogo francês Jean de Lamarck para explicar a evolução, segundo a qual os hábitos ou caracteres adquiridos numa única geração podem ser incorporados ao material genético e transmitidos às gerações seguintes. A teoria é falha porque os caracteres adquiridos não são transmitidos.

3. Darwinismo Proposta por Charles Darwin no livro A Origem das Espécies, explica a evolução pela grande variabilidade encontrada nos seres e pela seleção natural que o meio ambiente exerce sobre elas. A falha do darwinismo é não explicar a origem das variações.

4. Neodarwinismo Modificação do darwinismo, a qual incorporou descobertas genéticas modernas. O neodarwinismo associa as leis de Mendel e a genética de população para explicar como mutações e variações levam à seleção natural. SELEÇÃO NATURAL

MUTAÇÃO GÊNICA

ALTERAÇÕES CROMOSSÔMICAS

VARIAÇÕES

ISOLAMENTO REPRODUTIVO

RECOMBINAÇÃO GENÉTICA ADAPTAÇÕES

154

Exercício Explicativo 1 As cobras estão entre os animais peçonhentos que mais causam acidentes no Brasil, principalmente na área rural. As cascavéis (Crotalus), apesar de extremamente venenosas, são cobras que, em relação a “outras espécies, causam poucos acidentes a humanos. Isso se deve ao ruído de seu “chocalho”, que faz com que suas vítimas perceberem sua presença. Esses animais só atacam os seres humanos para sua defesa e se alimentam de pequenos roedores e aves. Apesar disso, elas têm sido caçadas continuamente, por serem facilmente detectadas. Ultimamente, os cientistas observaram que essas cobras têm ficado mais silenciosas, o que passa a ser um problema, pois, se as pessoas não as percebem, aumentam os riscos de acidentes. A explicação darwinista para o fato de a cascavel estar ficando mais silenciosa é que a) b) c) d) e)

a necessidade de não ser descoberta e morta mudou seu comportamento. as alterações no seu código genético surgiram para aperfeiçoá-Ia. as mutações sucessivas foram acontecendo para que ela pudesse adaptar-se. as variedades mais silenciosas foram selecionadas positivamente. as variedades sofreram mutações para se adaptarem à presença de seres humanos.

Cascavel.

Comentário A seleção natural, principalmente pela ação dos predadores, eliminou as menos silenciosas, ou seja, houve uma seleção positiva das cobras mais silenciosas. Resposta D

Exercício Explicativo 2 Analise as afirmações relativas à evolução biológica: I.

Coelhos de orelhas longas evoluíram de antepassados de orelhas curtas; o tamanho das orelhas aumentou gradativamente para que os animais pudessem adaptar-se melhor a seu ambiente. II. Os antepassados dos coelhos de orelhas longas apresentavam orelhas de tamanhos variáveis; com o passar do tempo, a seleção natural favoreceu os animais com orelhas longas. III. Os coelhos de orelhas longas deixam maior número de descendentes do que os coelhos de orelhas curtas, o que os qualifica como mais aptos. Pode-se afirmar que a)

I está de acordo com a Teoria de Lamarck e II e III com a Teoria de Darwin. b) I está de acordo com a Teoria de Darwin e II e III com a Teoria de Lamarck. c) I e II estão de acordo com a Teoria de Lamarck e III com a Teoria de Darwin. d) I e II estão de acordo com a Teoria de Darwin e III com a Teoria de Lamarck. e) I e III estão de acordo com a Teoria de Lamarck e II com a Teoria de Darwin.

Comentário A afirmação I é lamarckista, enquanto II e III são afirmações darwinistas. Resposta: A

155

Exercício Explicativo 3 No intervalo da aula de Biologia, um aluno contou a seguinte piada: Dois cervos conversavam e passeavam pela mata quando um deles gritou: – Uma onça!!! Vamos correr!!! Ao que o outro respondeu: – Não adianta correr, ela é mais veloz que qualquer um de nós. – Eu sei. Mas a mim basta ser mais veloz que você. O diálogo entre os cervos exemplifica um caso de a) c) e)

competição interespecífica. seleção natural. mimetismo.

b) competição intraespecífica. d) irradiação adaptativa.

Comentário A piada exemplifica um exemplo de seleção natural, com sobrevivência do mais apto. Resposta: C

Exercício Explicativo 4 “Apesar de todos os alertas dos médicos, o uso de antibióticos de modo inadequado causa cada vez mais infecções resistentes [provocadas por bactérias] … Médicos sugerem que a melhor forma de combater o problema é usar os antibióticos sempre na dose prescrita e pelo tempo certo.” (Revista Veja, n.° 42, 2003) Com relação ao desenvolvimento das linhagens de bactérias resistentes a antibióticos referido no texto, assinale a afirmativa incorreta. a) Por mutações ao acaso, surgem bactérias resistentes aos antibióticos. b) Com a eliminação das bactérias sensíveis aos antibióticos, as bactérias mutantes proliferam-se, dando origem a linhagens resistentes. c) Ocorrem mutações nas bactérias para adaptá-las aos antibióticos, de modo que a resistência é transmitida a seus descendentes. d) Ao matar as bactérias sensíveis, o antibiótico deixa disponíveis as bactérias resistentes os recursos do ambiente. e) Com a utilização de antibióticos, bactérias resistentes são selecionadas.

Comentário Não existem mutações adaptativas em relação aos antibióticos. Eles atuam nos processos de seleção natural. Resposta: C

156

Competência de área 5 – Entender métodos e procedimentos próprios das ciências naturais e aplicálos em diferentes contextos. (FÍSICA)

Ds t

Figura 1.

Gráficos importantes na Física e suas interpretações 1. Velocidade x tempo A área mede o deslocamento do corpo. (Figura 1)

2. Força x distância

Figura 2.

A área mede o trabalho realizado pela força. (Figura 2)

3. Força x tempo A área mede o impulso da força. (Figura 3)

4. Potência x tempo A área mede a energia (trabalho) transferida. (Figura 4)

5. Pressão x volume (gás perfeito)

Figura 3.

A área mede o trabalho realizado. (Figura 5) Pot

Exercício Explicativo 1 (FUVEST) – As velocidades de crescimento vertical de duas plantas, A e B, de espécies diferentes, variaram, em função do tempo decorrido após o plantio de suas sementes, como mostra o gráfico.

V (cm/semana)

É possível afirmar que

t (semana)

a) A atinge uma altura final maior do que B. b) B atinge uma altura final maior do que A. c) A e B atingem a mesma altura final. d) A e B atingem a mesma altura no instante t0. e) A e B mantêm altura constante entre os instantes t1 e t2.

E t

Figura 4.

p C

B A

t V

Figura 5.

157

Comentário A altura da planta é medida pela área sob o gráfico velocidade x tempo A área sob o gráfico B é maior que sob o gráfico A e portanto H B > HA Resposta: B

Exercício Explicativo 2 Em um processo de anestesia epidural, um médico introduz uma agulha nas costas do paciente para injetar o líquido anestésico. O gráfico a seguir mostra como varia a intensidade F da força aplicada em função do deslocamento x da ponta da agulha. F (N) 12,0 9,0 8,0 6,0

x (mm)

8,0

12,0

18,0 20,0

26,0

30,0

O trabalho realizado pela força exercida sobre a agulha para levá-la até a região epidural em x = 30,0 mm é um valor mais próximo de: a)

0,10 J

b) 0,20 J

c) 0,24 J

d) 0,30 J

e) 0,50 J

Comentário τ = área (F x d) 4,0 6,0 2,0 12,0 + (12,0 + 6,0) ___ τ = (8,0 . ____ + (9,0 + 6,0) ___ + (9,0 + 8,0) ___ + 2 2 2 2 2,0 + 2,0 . 12,0) .10–3 (J) + 6,0 . 8,0 + (12,0 + 8,0) ___ 2 τ = (48,0 + 36,0 + 45,0 + 17,0 + 48,0 + 20,0 + 24,0) .10–3 (J) τ = 238 .10–3 J ⇒ Resposta: C

158

τ ≅ 0,24 J

Exercício Explicativo 3 Um jogador de vôlei levanta a bola verticalmente, junto à rede, para seu companheiro executar uma violenta cortada. Quando a bola atinge sua altura máxima (velocidade nula) ela é atingida pela mão do jogador que lhe aplica uma força horizontal que atua durante um intervalo de tempo de 4,0 . 10–2 s. A bola tem massa de 0,25 kg O gráfico a seguir representa a variação da intensidade F da força aplicada pelo jogador em função do tempo t. A velocidade horizontal F (N) adquirida pela bola, ime2 diatamente após o impacto 5,0 . 10 com a mão do jogador, tem módulo igual a:

2,0

4,0

t (10-2s)

a) 10,0 m/s b) 20,0 m/s c) 40,0 m/s d) 50,0 m/s e) 80,0 m/s

Comentário 1) I = área (força x tempo): 4,0 . 10–2 . 5,0 . 102 I = ________________________ (N . s) 2

⇒

I = 10,0 N . s

2) Teorema do Impulso: I = ΔQ ⇒ I = mV ⇒ 10,0 = 0,25 V ⇒ V = 40,0 m/s Resposta: C Enunciado para os exercícios 4 e 5. Um fazendeiro pretende adquirir uma bomba hidráulica para levar água do subsolo para um reservatório. A vazão Z de água (volume bombeado por unidade de tempo) é medida em litros/hora e depende dos seguintes fatores: (1) pressão máxima da água, medida em metros de água e denominada altura manométrica H. (2) altura h do reservatório acima da posição onde será instalada a bomba. (3) comprimento d da tubulação que vai da posição da bomba até o reservatório. No site da empresa Anauger, onde a bomba será comprada, temos as seguintes instruções para a escolha da vazão da bomba. 1.o Procedimento: Na tabela I, escolha a linha horizontal correspondente ao valor da altura h. 2.o Procedimento: Na tabela II, escolha a coluna vertical correspondente ao valor do comprimento d da tubulação. o 3. Procedimento: Obter a altura manométrica H no cruzamento da linha correspondente a h com a coluna correspondente a d. 4.o Procedimento: No gráfico de desempenho de H em função de Z obter a vazão adequada para a bomba.

159

d (m) tabela II

80 100 125 150 175 200 225 250 300

tabela I

h (m)

H (m) 10

Gráfico de desempenho: H = f (Z) H (m) 50 40 30 26

20 10 800

850 1000

1200

1600

2000

Z (litros/hora)

Exercício Explicativo 4 Para h = 25m e d = 200m a vazão Z valerá em litros/hora: a)

800

b) 850

c) 900 d) 1000

e) 1200

Comentário O cruzamento da linha h = 25m com a coluna d = 200m nos fornece H = 40m. No gráfico do desempenho para H = 40m temos Z = 1000 ᐍ/h. Resposta: D

Exercício Explicativo 5 Se o reservatório tiver um volume de 2500 litros o tempo gasto para enchê-lo com a bomba escolhida será de: a)

1,0 h

b) 2,0 h Comentário

c) 2,5 h

2500 Z = Vol/Δt ⇒ 1000 = _____ ⇒ Δt = 2,5h Δt Resposta: C

160

d) 3,0 h

e) 4,0 h

(QUÍMICA)

Relacionar informações apresentadas em diferentes formas de linguagem e representação usadas nas ciências físicas, químicas ou biológicas, como texto discursivo, gráficos, tabelas, relações matemáticas ou linguagem simbólica. No Novo Enem, ainda que sejam exigidos conteúdos, a capacidade de ler e interpretar os enunciados é fundamental para um bom desempenho. O Enem é uma prova de resistência, pois as avaliações são longas e exigentes. Em um texto informativo, destaque as informações principais e as secundárias e assinale as palavraschave. Interprete e relacione as informações disponíveis. É comum as informações aparecerem na forma de gráficos de setor ou de “pizza”, nos quais a circunferência (360°) é considerada como 100% dos dados. Aparecem ainda gráficos de barras e de linhas. As informações podem ser dadas ainda na forma de diagramas, tabelas e infográficos. Estes últimos aparecem nos jornais e revistas e, geralmente, as respostas estão na própria questão. Nos gráficos é necessário identificar as variáveis e analisar o seu comportamento, isto é, em que trechos elas são constantes, crescentes ou decrescentes, inclusive a rapidez com que variam. Leia com atenção o texto que acompanha os gráficos.

Exercício Explicativo 1 Um dos índices de qualidade do ar diz respeito à concentração de monóxido de carbono (CO), pois esse gás pode causar vários danos à saúde. A tabela abaixo mostra a relação entre a qualidade do ar e a concentração de CO. Qualidade do ar

Concentração de CO – ppm* (média de 8h)

Inadequada Péssima Crítica

15 a 30 30 a 40 Acima de 40

*ppm (parte por milhão) = 1 micrograma (10–6g) de CO por grama de ar

Para analisar os efeitos do CO sobre os seres humanos, dispõe-se dos seguintes dados: Concentração de CO (ppm)

Sintomas em seres humanos

10 15 60 100 270 800

Nenhum Diminuição da capacidade visual Dores de cabeça Tonturas, fraqueza muscular Inconsciência Morte

161

Suponha que você tenha lido em um jornal que na cidade de São Paulo foi atingido um péssimo nível de qualidade do ar. Uma pessoa que estivesse nessa área poderia: a) não apresentar nenhum sintoma. b) ter sua capacidade visual alterada. c) apresentar fraqueza muscular e tontura. d) ficar inconsciente. e) morrer.

Comentário Quando o ar atinge um nível péssimo de qualidade significa que a concentração de CO no ar está entre 30 e 40 partes por milhão. Segundo a tabela dos efeitos do monóxido de carbono sobre os seres humanos, nessa concentração o homem terá diminuição de sua capacidade visual. Resposta: B

Exercício Explicativo 2 A duração do efeito de alguns fármacos está relacionada à sua meia-vida, tempo necessário para que a quantidade original do fármaco no organismo se reduza à metade. A cada intervalo de tempo correspondente a uma meia-vida, a quantidade de fármaco existente no organismo no final do intervalo é igual a 50% da quantidade no início desse intervalo.

100

% de fármaco no organismo

90 80 70 60

O gráfico ao lado representa, de forma genérica, o que acontece com a quantidade de fármaco no organismo humano ao longo do tempo.

50 40 30

F. D. Fuchs e Cheri, Wanama. Farmacologia Clínica, Rio de Janeiro.

Guanabara, Koogan, p.40

10 0 0

1 2 3 4 5 6 7 número de meias-vidas

A meia-vida do antibiótico amoxicilina é de 1 hora. Assim, se uma dose desse antibiótico for injetada às 12h em um paciente, o percentual dessa dose que restará em seu organismo às 13h30 min será aproximadamente de a) 10%. b) 15%. c) 25%. d) 35%. e) 50%.

Comentário Das 12h (injeção do antibiótico) às 13h e 30min, decorreu 1h e 30 minutos. Como a meia-vida é de 1 hora, concluímos que tivemos um total de 1,5 meia-vida. Pelo gráfico, para o número de meias-vidas igual a 1,5, a porcentagem de fármaco no organismo será de aproximadamente 35%. Resposta: D

Exercício Explicativo 3 As características dos vinhos dependem do grau de maturação das uvas nas parreiras porque as concentrações de diversas substâncias da composição das uvas variam à medida que as uvas vão amadurecendo. O gráfico a seguir mostra a variação da concentração de três substâncias presentes em uvas, em função do tempo.

162

O teor alcoólico do vinho deve-se à fermentação dos açúcares do suco da uva. Por sua vez, a acidez do vinho produzido é proporcional à concentração dos ácidos tartárico e málico. Concentração

Açúcares Ácido tartárico Ácido málico Tempo

Considerando-se as diferentes características desejadas, as uvas podem ser colhidas a) b) c) d) e)

mais cedo, para a obtenção de vinhos menos ácidos e menos alcoólicos. mais cedo, para a obtenção de vinhos mais ácidos e mais alcoólicos. mais tarde, para a obtenção de vinhos mais alcoólicos e menos ácidos. mais cedo e ser fermentadas por mais tempo, para a obtenção de vinhos mais alcoólicos. mais tarde e ser fermentadas por menos tempo, para a obtenção de vinhos menos alcoólicos.

Comentário Quanto maior a concentração dos ácidos tartárico e málico, maior a acidez do vinho. Isso acontece quando as uvas são colhidas mais cedo. Quanto maior a concentração de açúcar, maior a quantidade de álcool que será obtida, o que ocorre quando as uvas são colhidas mais tarde. Portanto, quanto mais tarde as uvas forem colhidas, menos ácido será o vinho e maior será o teor alcoólico. Resposta: C

Exercício Explicativo 4 A figura a seguir ilustra as principais fontes de emissões mundiais de gás carbônico, relacionando-as a nossas compras domésticas (familiares). Com base nas informações da figura, é observado que as emissões de gás carbônico estão diretamente ligadas às compras domésticas. Deste modo, deduz-se das relações de produção e consumo apresentadas que a) crescimento econômico e proteção ambiental são políticas públicas incompatíveis. b) a redução da atividade industrial teria pouco impacto nas emissões globais de gás carbônico. c) os fluxos de carbono na biosfera não são afetados pela atividade humana, pois são processos cíclicos. d) a produção de alimentos, em seu conjunto, é diretamente responsável por 17% das emissões de gás carbônico. e) haveria decréscimo das emissões de gás carbônico se o consumo ocorresse em áreas mais próximas da produção.

163

14%

23%

Desmatamento Abre áreas para plantar o que ingerimos

Indústria Quase toda a Produção de energia produção é para nosso Cerca de dois terços consumo (1) abastecem as Indústrias e serviços que nos atendem

24%

8% 17%

14%

Agricultura Cultiva os alimentos que comemos

Transporte Metade dos traslados é para cargas que compramos

Construção Faz parte de nossas escolhas, mas não é um consumo diário

Nossas compras domésticas são responsáveis por 77% das emissões de gás carbônico do mundo (1) Cerca de 98% da produção industrial atende ao consumo doméstico Fonte: Agência Internacional de Energia Compre verde: como nossas compras podem ajudar a salvar o planeta. Época, n. 515, 31 março 2008.

Comentário a) ERRADA. É possível o crescimento econômico com menor impacto ambiental. b) ERRADA. A redução da atividade industrial diminuiria bastante a emissão de gás carbônico. A atividade industrial é uma das principais fontes de emissão de gás carbônico. c) Errada. A atividade humana afeta bastante o fluxo de carbono, por exemplo, com a queima de combustíveis fósseis. d) Errada. A produção de alimentos é responsável por mais de 17% das emissões de gás carbônico. A agricultura contribui com 17% , devendo levar-se em conta, também, a atividade industrial e a produção de energia para a obtenção dos alimentos. e) Correta. Isto acarretaria a diminuição da emissão de CO2 no transporte das cargas. Resposta: E

164

BIOLOGIA

Relacionar informações apresentadas em diferentes formas de linguagem e representação usadas nas ciências físicas, químicas ou biológicas, como texto discursivo, gráficos, tabelas, relações matemáticas ou linguagem simbólica. Grupos Sanguíneos Na determinação dos grupos sanguíneos, dos sistemas ABO e Rh, existem os seguintes fenótipos e genótipos:

Sistemas

Fenótipos

Genótipos

IAIA e IAi

IBIB e IBi

IAIB

Rh+

RR e Rr

Rh–

ABO

Exercício Explicativo 1 Quantos genótipos são possíveis em relação aos sistemas ABO e Rh ? a) 6 b) 9 c) 12 d) 15 e) 18

Comentário Os 6 genótipos do sistema ABO, combinados com os 3 genótipos do sistema Rh, produzem: 6 x 3 = 18 genótipos. Resposta: E

Exercício Explicativo 2 O gráfico a seguir mostra as curvas de dissociação do oxigênio. A curva indica a concentração relativa de oxigênio preso à hemoglobina em diferentes tensões ou concentrações de oxigênio.

165

O animal, cujo sangue tem maior capacidade de ligar e carrear o oxigênio, é: a) o girino. d) o camundongo.

b) o homem. e) a rã.

c) o elefante.

Comentário O gráfico demonstra que a hemoglobina com maior capacidade de se ligar ao oxigênio e carreá-lo é a do girino. Resposta: A

Exercício Explicativo 3 Grupo

166

SORO

Aglutina hemácias dos grupos A, B e AB.

Aglutina hemácias dos grupos B e AB somente.

III

Aglutina hemácias dos grupos A e AB somente.

Não aglutina hemácias de nenhum grupo.

O quadro acima mostra as propriedades de soros sanguíneos, no que se refere ao sistema A, B, O. Os tipos sanguíneos dos quais os soros foram obtidos estão indicados pelos algarismos romanos (I, II, III e IV) e são, respectivamente, os grupos a) O, A, B, AB. d) O, B, A, AB.

b) AB, B, A, O. e) A, O, AB, B.

c) AB, A, B, O.

Comentário I é O por apresentar anticorpos anti-A e anti-B. II é A por apresentar anti-B. III é B por apresentar anti-A. IV é AB por não apresentar anti-A e anti-B. Resposta: A

Exercício Explicativo 4 No mecanismo de defesa do organismo, os anticorpos do sistema ABO agem contra os antígenos específicos, caso eles venham a entrar no organismo. Esses antígenos são encontrados a) b) c) d) e)

nas membranas das plaquetas. nas paredes dos leucócitos. nos interstícios celulares. nas membranas citoplasmáticas das hemácias. no soro ou plasma sanguíneo.

Comentário Devido à complementação A – T e C – G, na outra cadeia a relação A/T = 4/3 = 1,33. Resposta: A

167

(FÍSICA)

Relacionar propriedades físicas, químicas ou biológicas de produtos, sistemas ou procedimentos tecnológicos às finalidades a que se destinam. A Física, no mundo contemporâneo, é a fonte de conhecimento para muitas soluções tecnológicas, como no caso da construção civil, dos transportes, das comunicações e da saúde.

A construção civil utiliza os conceitos da Estática, Eletrodinâmica e Mecânica dos Fluidos. Nos transportes, a Termodinâmica, a Cinemática e a Dinâmica são fontes de soluções tecnológicas. As comunicações, a Informática e a Medicina dependem, principalmente, do Eletromagnetismo, da Física Quântica e da Relatividade para desenvolverem seus aparelhos e procedimentos.

As soluções para a estabilização de estruturas na construção civil dependem do equilíbrio de forças e momentos.

A pressão das torneiras depende da altura da coluna de água em relação à caixa d’água (P = μágua . g . h) O consumo de energia elétrica (Εeᐉ ) numa casa está relacionada à potência dos aparelhos (Pot) e ao tempo de uso de cada um deles (Δt). (Εeᐉ = Pot . Δt)

168

Um avião voa graças à enorme potência de seus motores (Pot = F . V) e ao formato de suas asas e fuselagem que formam zonas de alta pressão abaixo da aeronave de baixa pressão acima dela (Princípio de Bernoulli).

Um navio flutua por causa da força de empuxo, provocada pelo deslocamento de água que a parte submersa do navio produz (Princípio de Arquimedes).

A luz e as outras radiações eletromagnéticas propagam-se na forma de pacotes de energia chamados de fótons ou quanta. Este fato permite a construção dos leitores de códigos de barra, CD, DVD e máquinas digitais.

Ε = μágua . Vimerso . g

O princípio da incerteza permite que o elétron, quando confinado, exiba seu caráter ondulatório e promova o processamento rápido de informações através das barreiras físicas impostas, por semicondutores, nos processadores.

169

Os usos pacíficos da radioatividade, como os tratamentos radioterápicos e a geração de eletricidade em usinas nucleares seguras fazem parte das soluções tecnológicas contemporâneas e futuras.

Enunciado para os testes 1 e 2. Os ingleses, na década de 1930, buscavam o “raio da morte”, capaz de destruir com ondas de rádio as aeronaves que tentassem invadir a Grã-Bretanha. As fortes emissões de micro-ondas não destruíam os aviões, mas os raios refletidos permitiam a localização dos invasores e facilitavam sua interceptação. Na Segunda Guerra Mundial, os nazistas organizaram a Operação Águia (1940) para invadir com 2000 aeronaves o Império Britânico, que só possuía, para sua defesa, 750 aviões e uma arma secreta, o radar. Os alemães foram derrotados e a propaganda inglesa espalhou o boato que seus pilotos da RAF comiam cenouras e tomavam remédios para melhorar a visão noturna, na tentativa de despistar a existência do radar . Atualmente, o conceito do avião invisível ao radar (stealth, "furtivo" em inglês) tem sido utilizado para as chamadas "intervenções com precisão cirúrgica" de bombardeio de alvos puramente militares com poucas baixas civis. Os "aviões invisíveis" norte-americanos mais famosos são o F-117 Stealth, que atuou na Guerra do Golfo (1991) e o B-2 Spirit, mais moderno, representados nas figuras a seguir:

Na figura ao lado, vemos uma comparação da imagem na tela do radar do B-2, do Tu-160 Black Jack (soviético) e do B-52, bombardeiro padrão dos E.U.A. na Guerra do Vietnã (décadas de 1960 e 1970), ainda em atividade.

170

Exercício Explicativo 1 Considere as afirmações a seguir: I.

Os ingleses mantiveram o radar como arma secreta da década de 1930 até a Segunda Guerra Mundial. II. As ondas de radar são eletromagnéticas. III. As ondas de radar, ao se refletirem na fuselagem dos aviões, sofrem inversão de fase e variação do módulo da velocidade de propagação. IV. Os "aviões invisíveis" são construídos com materiais com índice de refração absoluto igual ao índice de refração do ar para as frequências do espectro visível. Estão corretas as afirmações: a) I, II, III e IV. d) II, III e IV, apenas.

b) I e II, apenas. e) I, II e III, apenas.

c) I e IV, apenas.

Comentário I. CORRETA. II. CORRETA. III. INCORRETA. O módulo da velocidade não se altera na reflexão. IV. INCORRETA. Os aviões não são transparentes à luz visível. Resposta: B

Exercício Explicativo 2 Assinale a alternativa correta: a)

A superfície multifacetada e a cor negra do F-117 facilitam a reflexão das ondas de radar para o sensor inimigo. b) Os motores embutidos nas asas do B-2 Spirit isolam termicamente as turbinas e facilitam a deteção de ondas de infravermelho (calor). c) O B-52 aparece na tela do radar como uma revoada de 1000 pássaros de grande porte. d) Uma grande gaivota pousada sobre a asa do B-2 Spirit não alteraria a imagem da aeronave no radar. e) Graças à sua "invisibilidade", o F-117 precisa ser muitíssimo veloz para penetrar nas defesas inimigas.

Comentário A forma, a cor e os materiais que compõem o avião invisível absorvem e difundem as ondas de radar, impedindo a deteção. Esses aviões invadem os territórios inimigos a baixas velocidades. Resposta: C

171

Exercício Explicativo 3

A união das naves Soyuz 19 e Apolo 18.

“Na década de 1960, norte-americanos e soviéticos empreenderam uma corrida para a conquista do espaço. As naves norte-americanas utilizaram oxigênio puro para pressurizar as cabines. Em consequência disso, os astronautas eram obrigados a recorrer à farmácia de bordo em busca de sucedâneos para as náuseas, os vômitos e os ataques de euforia que os acometiam. Entretanto, os cosmonautas soviéticos permaneceram no espaço por longos períodos sem, aparentemente. apresentar os sintomas citados. Cogitou-se, no Ocidente, que a censura do regime comunista ou um treinamento especial com monges tibetanos encobririam ou reduziriam as indisposições dos tripulantes dos artefatos lançados por Moscou. A distensão política revelou a verdade... Em 1975, nos preparativos para o acoplamento pioneiro e histórico da nave norte-americana Apolo 18 com a soviética Soyuz 19, descobriu-se que as naves da ‘cortina de ferro’ utilizavam uma mistura, em volume, de 80% de nitrogênio e 20% de oxigênio, que os norteamericanos passaram a adotar, inclusive, nos modernos ônibus espaciais. Estavam, finalmente, eliminados os transtornos da oxigenação total nas naves de ‘Tio Sam’.” Considere as afirmativas a seguir: I. A cooperação efetiva entre os programas espaciais dos EUA e da URSS ocorreu na década de 1960. II. As naves soviéticas sempre utilizaram uma mistura de gases mais próxima da composição da atmosfera terrestre. III. A porcentagem de oxigênio nas cabines das naves norteamericanas caiu de 100% para 20%, em volume, a partir de 1975. IV. Antes do acoplamento, as temperaturas internas das cabines da Apolo e da Soyuz eram de 25°C e as misturas de O2 e N2 eram mantidas sob pressão de 1,0 atm. Sabendo-se que o volume da cabine da nave norte-americana vale 5,0m3 e o da soviética 3,0 m3 e que, depois do acoplamento, a temperatura diminui para 20°C, a nova pressão nos 8,0m3 das naves ligadas passa para 0,80 atm. Estão corretas as afirmativas: a) I e II, apenas. d) I, II e III, apenas.

b) II e III, apenas. e) I, II, III e IV.

c) III e IV, apenas.

Comentário I.

INCORRETA A cooperação espacial entre URSS e EUA iniciou-se na metade da década de 1970. II. CORRETA III. CORRETA IV. INCORRETA P2V2 PV P1V1 P.8 1.5 1.3 –––– = –––––– + –––––– ⇒ –––––––– = –––––––– + –––––––– T 273 + 20 273 + 25 273 + 25 T1 T2

172

P.8 5 3 ––––– = ––––– + ––––– 293 298 298 P.8 8 ––––– = ––––– 293 298 293 P = ––––– 298

⇒ p = 0,98 atm

Resposta: E

Exercício Explicativo 4 (UEL-PR) – O LHC (Large Hadron Collider), maior acelerador de partículas do mundo, foi inaugurado em setembro de 2008, após 20 anos de intenso trabalho. Sua função é acelerar feixes de partículas, de tal forma que estes atinjam uma velocidade estimada em cerca de 99,99% da velocidade da luz. A colisão entre prótons será tão violenta que a expectativa é de se obterem condições próximas àquelas que existiram logo após o Big Bang. A primeira missão desse novo acelerador é estudar partículas indivisíveis (elementares) e as forças (interações) que agem sobre elas. Quanto às forças, há quatro delas no universo: I) a ____________, responsável por manter o núcleo atômico coeso; II) a ____________, que age quando uma partícula se transforma em outra; III) a ____________, que atua quando cargas elétricas estão envolvidas. A quarta força é a ____________ (a primeira conhecida pelo ser humano). (Adaptado: BEDIAGA, I. “LHC: o colosso criador e esmagador de matéria”. Ciência Hoje. n. 247, v. 42. abr. 2008. p. 40.)

Muitos segredos sobre a evolução do Universo são revelados nos aceleradores de partículas.

No texto, foram omitidas as expressões correspondentes às nomenclaturas das quatro forças fundamentais da natureza, em acordo com a teoria mais aceita no meio científico hoje. Assinale a alternativa que apresenta, correta e respectivamente, os nomes dessas forças.

a) b) c) d) e)

força gravitacional, força nuclear fraca, força eletromagnética, força nuclear forte. força nuclear forte, força eletromagnética, força nuclear fraca, força gravitacional. força nuclear forte, força nuclear fraca, força eletromagnética, força gravitacional. força gravitacional, força nuclear forte, força eletromagnética, força nuclear fraca. força nuclear fraca, força gravitacional, força nuclear forte, força eletromagnética.

Comentário I)

A força nuclear forte une quarks para formar prótons e nêutrons e une os prótons e nêutrons para manter coesos os núcleos atômicos. II) A força nuclear fraca atua em processos radioativos(decaimento beta) quando um nêutron emite um elétron e um antineutrino e se transforma em um próton: o número atômico aumenta uma unidade e o elemento químico se altera. III) A interação entre partículas eletrizadas ocorre com a força eletromagnética. Resposta: C

173

(QUÍMICA)

Relacionar propriedades físicas, químicas ou biológicas de produtos, sistemas ou procedimentos tecnológicos às finalidades a que se destinam. Ligações Químicas e Propriedades dos Materiais Por que o açúcar é solúvel na água e a areia não? Por que o diamante é a substância de maior dureza, enquanto grafita é mole, se ambos são formados apenas por átomos de carbono? Temperatura de fusão, temperatura de ebulição, solubilidade, densidade e outras propriedades dependem das ligações entre átomos e das forças intermoleculares.

As ligações atômicas 1. Ligação iônica ou eletrovalente É a ligação que ocorre entre íons (cátions e ânions), graças a uma transferência definitiva de elétrons de um átomo para outro. Exemplos • Formação do NaCl

11Na

2—8—1 metal cede 1 e

+ 17Cl

2—8—7 não-metal recebe 1 e

Na +Cl Fórmula iônica ou íon-fórmula

Podemos indicar o processo que origina a ligação iônica usando a notação de Lewis, na qual representamos os elétrons da camada mais externa (camada de valência) de um átomo por pontos:

174

Como os íons Na+ e Cl– têm cargas opostas, eles se atraem, neste caso, na proporção 1:1, formando um retículo cristalino. Tal retículo corresponde a um arranjo regular de íons que se repetem no cristal (aglomerado de um grande número de íons).

Cl -

representa uma molécula de água (H2O) Na+

Os compostos iônicos são sólidos cristalinos. Quanto maior a força eletrostática entre os íons, maior será a temperatura de fusão. No estado sólido não conduzem a corrente elétrica. São bons condutores no estado fundido e em solução aquosa.

2. Ligação covalente ou molecular Os átomos estão ligados por um, dois ou três pares de elétrons, formando uma partícula chamada molécula. representa uma molécula de gás carbônico (CO2 )

Esquematicamente, a ligação covalente pode ser representada assim: compartilhamento de

A –––––––––––––––––––––––––––– B pares de elétrons

tendência

a receber elétrons Hidrogênio Hidrogênio Ametal

a receber elétrons Hidrogênio Ametal Ametal

representa uma molécula de tetracloreto de carbono (CCl4)

175

Exemplo Molécula de cloro Cl2

Átomo de cloro Átomo de cloro

O par de elétrons pertence aos dois átomos que, assim, adquirem oito elétrons na última camada. A partícula eletricamente neutra constitui a molécula do cloro. Os compostos moleculares podem ser sólidos (sacarose, C12H22O11), líquidos (água, H2O) ou gasoso (cloro, Cl2).

3. Ligação metálica

Na0

Um grande número de átomos se aproxima

® As eletrosferas se interpenetram em todas as direções elétron livre

Na+

Cada átomo perde o elétron da camada de valência se transformando em cátion. O resultado é um mar de elétrons ligando um grande número de íons positivos.

Os elétrons livres explicam a condutibilidade elétrica e térmica dos metais no estado sólido.

Teoria da Repulsão dos Pares de Elétrons da Camada de Valência. Os pares de elétrons arranjar-se-ão de modo a ficarem o mais afastados um do outro para que a repulsão entre eles seja mínima.

176

••

X Exemplos a) H2O ••

•• ••

••

Moléculas angulares

O H

••

b) SO2 •• ••

••

• •• •

••

Moléculas lineares Exemplos x xx

xx x xx x xOx

a) x Cl x • Be • x Cl x ••

x xx x

••

180º

C xO x

x •x c) H x • C •• xx N x

Moléculas planas triangulares Exemplos ••

•• ••

BCl3

••

120º

••

• •• •

••

SO3

Moléculas tetraédricas X

••

A X

••

177

Exemplo

CH4 (metano)

109,5º

H ••

••

H C H ••

Moléculas piramidais trigonais ••

••

A X

••

X Exemplo: NH3

••

H N H ••

Ligação covalente polar Seja o composto AB. Suponhamos B mais eletronegativo que A. A nuvem eletrônica de ligação entre A e B estará concentrada para o lado de B. Teremos, portanto, uma maior densidade eletrônica em B, ou seja, teremos em B um polo negativo. Por outro lado, aparecerá em A um polo positivo. Teremos, portanto, uma partícula apresentando dois polos, isto é, a partícula constitui um dipolo elétrico.

178

Seja q essa carga e d a distância que separa os centros das cargas:

+q A

–q B d

Define-se momento dipolar a grandeza μ dada por: μ = q . d Associa-se ao momento dipolar um vetor com a seguinte convenção:

+q H

(

–q • • Cl

isto é, com a seta indicando onde existe maior concentração eletrônica. A molécula da água constitui um duplo dipolo elétrico. O núcleo do oxigênio repele os prótons, resultando uma estrutura molecular positivamente carregada perto dos núcleos de hidrogênio e negativamente carregada perto dos elétrons não compartilhados do oxigênio.

104,5º

H dipolo resultante

Diz-se que uma molécula é polar quando μtotal ≠ 0, e que é não polar quando μtotal = 0. Uma molécula polar é eletricamente assimétrica (centro das cargas positivas não coincide com o centro das cargas negativas) e uma molécula não polar é eletricamente simétrica (os dois centros de carga coincidem).

Forças intermoleculares Forças entre dipolos permanentes (F.D.P.) A força entre dipolos permanentes é um tipo de Força de van der Waals que aparece entre moléculas polares (μ ≠ 0). O dipolo é permanente, pois sempre existe devido à diferença de eletronegatividade. Quanto maior o momento dipolar, maior a força. Exemplo Acetonitrilo (Etanonitrilo) H3C — Cq+ ≡ Nq– ↓ ↓ F.D.P.

↑

Nq–

Van der Waals.

↑

≡ Cq+ — CH3

A extremidade positiva de uma molécula atrai a extremidade negativa de outra molécula.

179

Forças entre dipolos induzidos (Forças de dispersão de London) A Força de London é um tipo de Força de van der Waals. A Força de London é a força de atração entre a extremidade positiva de um dipolo induzido e a extremidade negativa de outro dipolo induzido. Ela ocorre, por exemplo, no hélio líquido, no metano, no CO2. Considerando um espaço de tempo prolongado, os átomos de hélio são simétricos, isto é, os elétrons estão simetricamente distribuídos ao redor do núcleo. Em um determinado instante, devido a colisões, os elétrons e o núcleo são deslocados ligeiramente, desapare++ cendo a simetria elétrica. O átomo aparece, então, na forma de um pequeno dipolo, existindo portanto, entre os átomos, uma pequena atração: q+

qForça de London

A Força de London também aparece por indução. Se uma molécula de iodo polarizada estiver próxima de uma molécula de iodo que não tem dipolo, aparece nesta última um dipolo temporário devido à indução. +q

-q

Ponte de hidrogênio ou ligação de hidrogênio

180

—

••

•

Uma força intermolecular de interação dipolo-dipolo exageradamente alta é a famosa ponte de hidrogênio. Para aparecer esta força, é necessário um átomo pequeno e fortemente eletronegativo (F, O, N) com pares eletrônicos não compartilhados e um átomo de hidrogênio ligado a esse átomo. A ponte de hidrogênio é estabelecida entre o átomo de H de uma molécula e o par de elétrons de outra molécula. Exemplo –q –q +q +q •• ••• H — O ... H — O H

Ponto de Ebulição (P.E.) Na ebulição ocorre um afastamento das moléculas. Portanto, quanto maior a força intermolecular, maior o PE, ou seja, menos volátil a substância.

Substâncias apolares (μtotal = 0) Quanto maior a superfície da molécula (quanto maior a massa molecular), maior a Força de London e, portanto, maior o PE. Exemplo Ponto de ebulição dos halogênios: F2 (gás) < Cl2 (gás) < Br2 (líquido) < I2 (sólido). Compostos que estabelecem ponte de hidrogênio têm PE anormalmente elevado. Exemplo

Princípio de Solubilidade “O semelhante dissolve o semelhante.” Uma substância é solúvel em outra quando apresentam o mesmo tipo de força intermolecular e aproximadamente com a mesma intensidade. Exemplo a) Substância polar dissolve substância polar Compostos fortemente polares são bastante solúveis em água, pois esta é bastante polar. Exemplo: HCl Substâncias que estabelecem ponte de hidrogênio são bastante solúveis em água. Exemplo NH3, H3C — CH2 — OH, H3C — COOH Substâncias apolares são insolúveis em água.

181

Exemplos I2, hidrocarboneto (gasolina, benzeno etc), CCl4. b) Substância apolar dissolve substância apolar São solúveis em CCl4 (apolar): I2, hidrocarboneto.

Exercício Explicativo 1

12 pentágonos 20 hexágonos

Em 1985, foi divulgada em uma publicação científica a descoberta de uma molécula tridimensional de carbono, na qual 60 átomos formam uma esfera com 12 pentágonos e 20 hexágonos, como uma bola de futebol. Em homenagem ao arquiteto e pensador norte-americano Buckminster Fuller, a molécula foi denominada buckminsterfullerene ou simplesmente buckyball. A molécula C60 também é chamada de futeboleno. Os átomos de carbono estão unidos entre si por ligações caracterizadas pelo compartilhamento de pares de elétrons. Portanto, os átomos de carbono no futeboleno ficam unidos por meio de uma ligação. a) iônica d) de hidrogênio

b) metálica e) iônica e uma covalente

c) covalente

Comentário Na ligação covalente, os átomos compartilham pares de elétrons. Resposta: C

Exercício Explicativo 2 O modelo de valência das ligações pode ser usado para predizer o ângulo de ligação, determinando a forma geométrica de moléculas simples. Os pares de elétrons, presentes na camada de valência do átomo central, arranjar-se-ão de modo a ficarem o mais possível afastados um do outro para que a repulsão entre eles seja mínima. a) Dois pares de elétrons: linear

b) Três pares de elétrons: triangular

c) Quatro pares de elétrons: tetraédrico

O mesmo raciocínio deve ser feito com relação a duplas e triplas ligações. Analise as afirmações: F •• B

• •• é plana trigonal. ••

••

A molécula

••

F •

••

182

••

•• ••

••

•• ••

••

II) A molécula

é linear.

••

H ••

III) A molécula H •• C •• H é plana quadrada. H

Estão corretas somente as afirmações: a)

I e II

b) I e III

c) II e III

d) I, II, III

e) I

Comentário I. Três pares de elétrons dirigem-se para os vértices de um triângulo. A molécula é plana trigonal. II. O dois grupos de elétrons ficam opostos em relação ao núcleo. A molécula é linear. III. Quatro pares de elétrons dirigem-se para os vértices de um tetraedro. A molécula é tetraédrica. Resposta: A

Exercício Explicativo 3 (UNIV. SÃO JUDAS-SP) – Um estudante realizou, em casa, o seguinte experimento: 1. Abriu uma torneira até obter um fino fio de água. 2. Atritou uma régua de plástico num tecido. 3. Aproximou a régua o mais próximo do fio de água sem tocá-lo. Observação: a água sofreu um pequeno desvio, ou seja, a água foi atraída pela régua. Qual a interpretação correta encontrada pelo estudante? a) A molécula de água é polar porque os centros das cargas coincidem. b) A molécula de água é apolar, pois os centros das cargas não coincidem c) A molécula de água é polar, pois os centros das cargas não coincidem. d) A molécula de água é apolar, pois os centros das cargas coincidem. e) Moléculas de água apresentam ligações por pontes de hidrogênio com elevada tensão superficial.

pipeta com água

bastão eletrizado

filete de água

Comentário A molécula de água é polar, isto é, o centro das cargas positivas (átomos de H) não coincide com o centro das cargas negativas (átomo O). A régua de plástico atritada em um tecido fica carregada de eletricidade e atrai o polo negativo da molécula de água. filete de água q+

H 2q-

O régua q+

Resposta: C

183

Exercício Explicativo 4 (FUVEST-SP) – Nos polímeros supramoleculares, as cadeias poliméricas são formadas por monômeros que se ligam, uns aos outros, apenas por ligações de hidrogênio e não por ligações covalentes, como nos polímeros convencionais. Alguns polímeros supramoleculares apresentam a propriedade de que caso sejam cortados em duas partes, a peça original pode ser reconstruída, aproximando e pressionando as duas partes. Nessa operação, as ligações de hidrogênio que haviam sido rompidas voltam a ser formadas, “cicatrizando” o corte. Um exemplo de monômero, muito utilizado para produzir polímeros supramoleculares, é

No polímero supramolecular,

cada grupo G está unido a outro grupo G, adequadamente orientado, por x ligações de hidrogênio, em que x é, no máximo, a) 1

184

b) 2

c) 3

d) 4

e) 5

Comentário Representando apenas os grupos G já invertidos:

pode-se verificar quatro ligações de hidrogênio no máximo. Resposta: D

Exercício Explicativo 5 (UFMG) – A gasolina é uma mistura de hidrocarbonetos, com predomínio de compostos C7 e C8. A gasolina destinada a ser consumida em climas frios precisa ser formulada com maior quantidade de alcanos menores — como butanos e pentanos — do que aquela que é preparada para ser consumida em lugares quentes. Essa composição especial é importante para se conseguir, facilmente, “dar a partida” nos motores, isto é, para a ignição ocorrer rapidamente. Considerando-se essas informações, é correto afirmar que a) os alcanos maiores facilitam a ignição. b) os alcanos maiores são mais voláteis. c) os alcanos mais voláteis facilitam a ignição. d) os alcanos são mais voláteis em temperaturas mais baixas.

Comentário Os alcanos de cadeia carbônica maior são menos voláteis (maior temperatura de ebulição) e dificultam a ignição. Os alcanos de menor cadeia carbônica são mais voláteis e facilitam a ignição. Resposta: C

185

(FÍSICA)

Avaliar métodos, processos ou procedimentos das ciências naturais que contribuam para diagnosticar ou solucionar problemas de ordem social, econômica ou ambiental. A Física responsabiliza-se por alguns danos ambientais causados pelos conhecimentos que gerou. A Termodinâmica, por exemplo, viabilizou a construção de máquinas térmicas que queimam combustíveis fósseis e poluem a atmosfera. A utilização da energia nuclear e o lixo atômico são preocupações do mundo contemporâneo. Essa identificação com a questão energética obriga a Ciência a procurar fontes alternativas mais limpas e renováveis, como a eólica, solar, das marés, geotérmica, dos biocombustíveis e hidrelétrica, entre outras, para garantir um futuro saudável para as próximas gerações.

Fontes de energia renováveis e ambientalmente limpas podem mudar o comportamento da humanidade em termos sociais e econômicos. Enunciado para os testes 1 e 2. O aproveitamento direto da energia solar para produzir calor e energia elétrica é visto como uma alternativa limpa e segura para substituir alguns usos do petróleo e do carvão. Existem três tipos básicos de coletores solares, a saber: o painel solar, o coletor espelhado e as pilhas solares.

Sol

Coletor espelhado

186

Sol

As pilhas solares produzem eletricidade diretamente a partir da energia solar, mas a sua eficiência não ultrapassa 10%.

O aproveitamento da energia solar é representado no gráfico a seguir: Rendimento do coletor

80%

40%

10%

Pilha solar

Aquecedor de água

Coletor espelhado

A pilha solar ou célula fotoelétrica tem como base o princípio de que alguns materiais, como pastilhas de boro, silício e fósforo, emitem elétrons, quando iluminados.

Exercício Explicativo 1 Considere as afirmações a seguir: I. Na produção de energia elétrica, a pilha solar é indicada para regiões remotas dos desertos e para naves espaciais. II. O coletor espelhado transforma calor diretamente em energia elétrica. III. Quanto maior a área do coletor solar, maior a energia produzida. IV. A energia não utilizada de um coletor fotovoltáico pode ser armazenada em baterias elétricas. Estão corretas apenas as afirmações: a) I, III e IV.

b) I, II e III.

c) I e III.

d) II, III e IV.

e) I e IV.

Comentário I. CORRETA. II. INCORRETA. O coletor espelhado aquece a água do cano no seu foco. III. CORRETA. E = I . A . Δt (I é a intensidade da radiação solar, A é a área do coletor e Δt o tempo de exposição ao Sol). IV. CORRETA. Resposta: A

Exercício Explicativo 2 Um aquecedor de água de 2,0m2 de área está instalado em um local onde a insolação é de 1000W/m2. Este aquecedor poderia substituir um aquecedor elétrico de potência útil igual a: a) 2000W b) 1000W c) 800W d) 500W e) 400W

Comentário Aquecedor de água (40% de rendimento) Potência útil = 40% da potência total Potu = 0,4 . Pottotal ⇒ Potu = 0,4 . I . A ⇒ Potu = 0,4 . 1000 . 2,0 ⇒ Potu = 800W Resposta: C

187

Exercício Explicativo 3 (UnB) – A figura I mostra um gerador eólico, no qual o vento põe em movimento uma hélice que está acoplada ao eixo de um gerador elétrico. De um modo geral, a quantidade de energia convertida com esse tipo de gerador cresce com a velocidade do vento, até uma velocidade crítica em que surge turbulência em torno das pás da hélice, provocando uma queda abrupta de rendimento. A figura II mostra o gráfico da potência fornecida por um gerador eólico, em função da velocidade do vento. Com base no gráfico apresentado, considere as proposições que se seguem: (1) Para velocidades do vento inferiores a 4m/s, o gerador eólico não funciona. (2) A potência máxima desse gerador eólico ocorre para uma velocidade do vento da ordem de 14m/s. (3) Não existem duas velocidades distintas do vento para as quais a potência eólica seja a mesma. Responda mediante o código: a) b) c) d) e)

Figura I

apenas (1) está correta. apenas (2) está correta. apenas (3) está correta. apenas (1) e (3) estão corretas. apenas (1) e (2) estão corretas.

Comentário (1) Correta. De acordo com o gráfico, para V ≤ 4m/s a potência do gerador eólico é nula. (2) Correta. De acordo com o gráfico, a potência máxima ocorre para V em torno de 14m/s. (3) Falsa. Existem velocidades acima e abaixo da crítica que produzem a mesma potência eólica. Resposta: E Figura II

Exercício Explicativo 4 Para obter água aquecida, um estudante montou o seguinte sistema, esquematizado na figura I, abaixo: no coletor solar, feito de uma cuba de vidro, com fundo metálico preto-fosco, a água é aquecida pela radiação e, através de um ciclo convectivo usando as mangueiras 1 e 2, é armazenada no reservatório térmico. Reservatório Térmico

figura I

Mangueira 1

Mangueira 2 Coletor solar

188

O estudante realizou dois experimentos: primeiro, o coletor foi exposto à ação do sol e depois, nas mesmas condições, apenas à luz de uma lâmpada, de 200W. Os resultados da variação de temperatura do reservatório em função do tempo, nos dois experimentos, estão representados no gráfico da figura II. Com base na interpretação das figuras I e II, é correto afirmar: a)

Ao se usar a lâmpada, observa-se que o processo de aquecimento da água foi mais eficiente do que com o uso da radiação solar. b) No intervalo de 10min a 40min, observa-se que a radiação solar aqueceu a água a uma taxa média 1,5 vez maior do que a lâmpada. c) O aquecimento da água com o uso da lâmpada é menos eficiente, no entanto, nesse caso, a resposta ao aquecimento é mais rápida. d) Acima de 40°C, o aquecimento com a radiação solar torna-se mais rápido. e) O fundo preto-fosco não serve somente para absorver a radiação incidente, mas, principalmente, para produzir efeito estufa dentro do coletor solar.

Comentário a)

FALSO. O gráfico mostra que o aquecimento por radiação solar é mais eficiente.

b) VERDADEIRO. Entre 10min e 40min, a taxa de variação de temperatura é dada por Δθ T = –––– Δt 45 – 30 Tsolar = ––––––– (°C/min) 40 – 10 15 Tsolar = ––– °C/min 30 35 – 25 Tlâmpada = ––––––– (°C/min) 40 – 10 10 Tlâmpada = ––– °C/min 30 Assim: Tsolar = 1,5 Tlâmpada c)

FALSO. Do gráfico, notamos que a resposta ao aquecimento é mais rápida quando utilizamos a radiação solar.

d) FALSO. Do gráfico, notamos que a partir de 40°C a resposta ao aquecimento solar é mais lenta. e)

FALSO.

Resposta: B

189

(QUÍMICA)

Avaliar métodos, processos ou procedimentos das ciências naturais que contribuam para diagnosticar ou solucionar problemas de ordem social, econômica ou ambiental. O alumínio é o metal mais abundante na crosta terrestre. No entanto, durante muitos anos foi mais caro que a prata, devido à dificuldade de sua extração do minério. O alumínio passou a ter um custo acessível a praticamente todas as pessoas, por volta de 1886, quando a eletricidade foi empregada no seu processo de extração. Há dois tipos de opinião sobre a ciência: uns a consideram como fonte de benefícios para a humanidade, necessária e boa. Outros a veem como uma força de destruição do homem e da natureza, ou seja, perigosa e má. Nenhuma das duas opiniões é correta. Assim, por um lado, vemos a ciência prolongando a vida por meio de fabulosas conquistas da medicina, e, por outro lado, colocando-se como aliada na produção de armas para guerras. Este é um mundo de transformações, e nele o lugar da ciência é privilegiado. Hoje, uma mensagem escrita pode ser enviada, quase instantaneamente, a um ponto qualquer do planeta, por fax ou correio eletrônico. A nossa maneira de viver é modificada pela miniaturização dos sistemas de computação. Livros são impressos em CD, com som e imagem. Novos produtos químicos são pesquisados. Portanto, é importante uma criteriosa aplicação dos conhecimentos da ciência. Verifique na habilidade 8 os seguintes assuntos: Petróleo, Etanol, Biodiesel, Gás Natural, Metalurgia e Siderurgia.

Polímeros Os plásticos são materiais relativamente recentes, pois muitos deles foram desenvolvidos no século XX. Tomaram parte da vida cotidiana rapidamente e fica difícil imaginar as atividades sem eles. Os plásticos são um tipo de polímeros. Polímeros São moléculas formadas pela união de moléculas menores (monômeros). “monômero”

“polímero”

Polímeros de adição A reação de polimerização forma o polímero como único produto. nA → An Exemplo n H2C — CH2 → … — H2C — CH2 — CH2 — CH2 — … etileno polietileno

190

Polímeros de condensação Além da formação do polímero, ocorre a eliminação de pequenas moléculas (H2O, NH3, HCl). Exemplo

CH2 6 N

+ n C H

CH2 4 C

1,6-diamino-hexano

OH ácido hexanodioico

CH2 6 N

CH2 4 C

H náilon 66 (poliamida)

+ (2n – 1) H2O

Plásticos São polímeros que podem ser moldados. Polímeros termoplásticos – amolecem quando aquecidos, podendo ser moldados novamente. As cadeias poliméricas estão ligadas apenas por forças intermoleculares (van der Waals e ponte de hidrogênio). Exemplos: poliamidas (náilon), poliésteres (dácron), polietileno, PVC. Polímeros termofixos – não amolecem quando aquecidos e não podem ser remoldados. Existem ligações covalentes entre as cadeias poliméricas. Exemplos: baquelite, borracha vulcanizada.

Exercício Explicativo 1 (INEP) – Ao utilizarmos um copo descartável não nos damos conta do longo caminho pelo qual passam os átomos ali existentes, antes e após esse uso. O processo se inicia com a extração do petróleo, que é levado às refinarias para separação de seus componentes. A partir da matéria-prima fornecida pela indústria petroquímica, a indústria química produz o polímero à base de estireno, que é moldado na forma de copo descartável ou de outros objetos, tais como utensílios domésticos. Depois de utilizados, os copos são descartados e jogados no lixo para serem reciclados ou depositados em aterros. Materiais descartáveis, quando não reciclados, são muitas vezes rejeitados e depositados indiscriminadamente em ambientes naturais. Em consequência, esses materiais são mantidos na natureza por longo período de tempo. No caso de copos plásticos constituídos de polímeros à base de produtos petrolíferos, o ciclo de existência deste material passa por vários processos que envolvem a)

a decomposição biológica, que ocorre em aterros sanitários, por micro-organismos que consomem plásticos com estas características apolares. b) a polimerização, que é um processo artificial inventado pelo homem, com a geração de novos compostos resistentes e com maiores massas moleculares. c) a decomposição química, devido à quebra de ligações das cadeias poliméricas, o que leva à geração de compostos tóxicos ocasionando problemas ambientais. d) a polimerização, que produz compostos de propriedades e características bem definidas, com geração de materiais com ampla distribuição de massa molecular.

191

a decomposição, que é considerada uma reação química porque corresponde à união de pequenas moléculas, denominados monômeros, para a formação de oligômeros.

Comentário a) ERRADA. Os micro-organismos não consomem esses plásticos. b) ERRADA. Existem polímeros naturais como proteínas, polissacarídeos (amido, celulose). c) CORRETA. Ocorre a quebra de ligações das cadeias poliméricas gerando compostos tóxicos, ou seja, ocorre uma decomposição química. d) ERRADA. Ocorre decomposição e não polimerização dos plásticos. e) ERRADA. A decomposição é uma reação química que corresponde à quebra de moléculas formando moléculas menores. Resposta: C

Exercício Explicativo 2 O polietileno, plástico muito utilizado, é obtido pela polimerização do etileno. Essa polimerização pode ser representada por: n CH2 = CH2 → —( CH2 — CH2 — )n CH CH2 etileno polietileno (n = número muito grande)

estireno

O poliestireno, outro plástico muito utilizado, é obtido pela polimerização do estireno.

Sabendo-se que a polimerização do estireno é semelhante à do etileno, conclui-se que o poliestireno pode ser representado por

CH — CH2

CH — CH

Comentário

n CH

192

CH2

Comparando as duas polimerizações: n CH 2

Resposta: A

CH2

— CH2 — CH2 — n

CH2

CH — CH2

Exercício Explicativo 3 O biodiesel é um combustível renovável, produzido a partir do óleo da mamona, da soja, do dendê, do girassol etc. De acordo com o Governo Federal, o uso comercial do biodiesel no Brasil deve chegar em breve aos postos de combustíveis como uma mistura de 2% ao diesel. O uso do biodiesel permitirá ganhos para a economia nacional a partir da redução das importações brasileiras de diesel, da preservação do meio ambiente, da geração de emprego e renda no campo e na indústria de bens e serviços. De acordo com o texto, o uso comercial do biodiesel é interessante porque a) sua produção gera maior biodiversividade no meio ambiente. b) haverá ganhos para a economia com a redução da importação do diesel. c) tornar-se-á desnecessária a importação de diesel a partir de sua implantação nos postos. d) não gera, por ser de origem vegetal, gases poluentes na atmosfera. e) O biodiesel, tal como o diesel, é um combustível não renovável.

Comentário A combustão do biodisel gera gases poluentes na atmosfera; o biodiesel é renovável e, de acordo com o texto, haverá ganhos para a economia com redução da importação do diesel. Resposta: B

Exercício Explicativo 4 As informações abaixo referem-se aos combustíveis álcool e gasolina usados em automóveis no Brasil. Aspecto considerado

Combustível Álcool

Gasolina

Principais poluentes emitidos quando queimados no motor.

• Gás Carbônico • Acetaldeído

• Gás Carbônico • Monóxido de Carbono • Óxido de Nitrogênio

Impactos ambientais causados pela produção do combustível.

Grandes áreas para o plantio da cana de açúcar e redução da biodiversidade (monocultura)

Riscos de vazamento durante a extração, refino e transporte do petróleo e de seus derivados, provocando sérios acidentes

De acordo com a tabela, a substituição da gasolina pelo álcool apresenta vantagens porque a) b) c) d) e)

elimina os poluentes lançados no ar. aumenta a vegetação natural devido à monocultura. oferece menores riscos no transporte de seus derivados. aumenta a biodiversidade com o plantio da cana de açúcar. não há vantagem nenhuma.

Comentário Tanto o álcool como a gasolina, quando queimados, lançam poluentes no ar. De acordo com o texto, a utilização do álcool oferece menores riscos no transporte de seus derivados. Resposta: C

193

Competência de área 6 – Apropriar-se de conhecimentos da física para, em situações problema, interpretar, avaliar ou planejar intervenções científico-tecnológicas.

Caracterizar causas ou efeitos dos movimentos de partículas, substâncias, objetos ou corpos celestes. 1.

A Cinemática descreve os movimentos relacionando posição (espaço), velocidade e aceleração. Estas três grandezas se relacionam conforme o quadro abaixo.

Uma nave espacial, com o sistema de jatos desligados e afastada de outros corpos celestes, desloca-se em linha reta com velocidade escalar constante, isto é, em movimento uniforme.

2. Movimento Uniforme a)

Equação horária do 1.o grau: s = s0 + Vt

Δs Δt

b) Velocidade escalar constante: V = ––– c)

Aceleração escalar nula: γ = 0

Exercício Explicativo 1 (FCMMG) – Sabe-se que o tempo médio de reação entre sentir e agir é da ordem de dois décimos de segundo. Se uma pessoa adulta está lendo, sentada numa cadeira e de repente recebe uma picada de abelha no pé, sua reação é puxar a perna. Sabendo-se que, para executar essa reação, o impulso nervoso vai do pé ao cérebro para depois voltar ao pé, a velocidade escalar média dos impulsos é mais próxima de: a) 240 km/h b) 120 km/h c) 60 km/h d) 30 km/h e) 20km/h

Comentário A distância do pé ao cérebro é da ordem de 1,7m e o tempo gasto é de 0,1s. Δs 1,7m Vm = ––– = ––––– = 17m/s ⇒ Vm = 17 . 3,6km/h = 61,2km/h Δt 0,1s Resposta: C

194

3. Movimento Uniformemente Variado a)

γ Equação horária do 2.o grau: s = s + V t + ––– t2 0 0 2

b) Velocidade função do 1.o grau: V = V0 + γt

V0 + V Δs ––– = = –––––– m Δt 2 ΔV d) Aceleração escalar constante (não nula) : γ = ––– Δt 2 e) Equação de Torricelli: V2 = V0 + 2 γ Δs c)

Velocidade escalar média: V

Exercício Explicativo 2 Um assaltante, após um roubo a banco, está dirigindo seu carro com velocidade de módulo 180km/h quando seus faróis lhe revelam, a uma distância de 150m à sua frente, um tapete de pregos colocado pelos policiais. O assaltante freia o veículo tentando parar o carro antes de chegar ao tapete. Sabese que o tempo de reação do assaltante é de 0,6s e que a desaceleração de seu carro tem móduo 10,0m/s2. Admitindo-se que a trajetória do carro do assaltante seja retilínea, podemos concluir que a) ele conseguirá parar o veículo a uma distância de 5,0m antes do tapete de pregos. b) ele não conseguirá parar o veículo antes de chegar ao tapete de pregos. c) não há dados suficientes para prevermos se o assaltante conseguirá parar o veículo antes de chegar ao tapete de pregos. d) o assaltante conseguirá parar o veículo a uma distância de 10,0m antes do tapete de pregos. e) o tempo de reação não influirá na distância que o assaltante conseguirá parar o seu carro.

Comentário V (m/s)

1) Cálculo do tempo de freada: V = V0 + γ t

50,0

0 = 50,0 – 10,0tf tf = 5,0s ⇒ T = 5,6s 0

t (s) 0,6

2) Δs = Área (V x t) 50,0 D = (5,6 + 0,6) ––––– (m) = 155m 2 O assaltante não conseguirá parar o carro antes de chegar ao tapete de pregos. Resposta: B

195

4. Movimento Circular e Uniforme a)

s R

Posição Angular: ϕ = –––

Δϕ Δt

V R

b) Velocidade angular: ω = ––– = –––

1 T

Frequência e período: f = –––

2π T 2πR V = ––––– = 2 π f R T V2 e) Aceleração centrípeta: acp = ––– = ω2 R R

d) Relações fundamentais: ω = ––– = 2 π f

Exercício Explicativo 3

Em uma roda gigante cada pessoa tem movimento circular e uniforme. A velocidade vetorial da pessoa tem módulo constante porém varia em direção o que implica a existência de uma aceleração centrípeta.

Em Astronomia, uma estrela dupla é formada por duas estrelas, A e B, que gravitam em movimentos circulares e uniformes em torno do centro da massa (CM) do sistema. Sabe-se ainda que o raio da circunferência descrita é inversamente proporcional à massa da estrela e que os períodos de translação (tempo para dar uma volta completa) são iguais. ® VA

® VB rB

A massa da estrela A é o dobro da massa da estrela B. Com base no texto apresentado e em seus conhecimentos de Cinemática, você pode VB concluir que a razão ––– entre os módulos das velocidades das estrelas B e A vale: VA a)

1 –– 4

1 b) –– 2

c) 1

d) 2

e) 4

Comentário ωA = ω B VA = ωA rA VB = ωB rB

196

VB rB mA –––– = –––– = –––– =2 VA rA mB Resposta: D

Exercício Explicativo 4 (UFLA-MG) – Um engenheiro projeta a curva circular de uma estrada e, para efeito de segurança, prevê que o veículo ao percorrê-la pode sofrer uma acelereção centrípeta máxima de módulo 2g, ou seja, duas vezes o módulo da aceleração da gravidade. Considerando-se o raio da curva R, pode-se afirmar que a velocidade escalar máxima de segurança prevista pelo engenheiro para um veículo nessa curva é dada pela expressão: a)

b) 2gR

2gR

gR e)

R ––– 2g

c) (2gR)2

Comentário V2 acp = ––– R

Vmáx = 2gR 2

Vmax 2g = –––––– R

Resposta: B

5. Leis de Newton a)

Princípio da inércia Uma partícula livre da ação de forças ou está em repouso ou está em movimento retilíneo e uniforme. b) Princípio fundamental da dinâmica

→

FR = m a →

FR é a força resultante

O super-herói que voa sem o auxílio de asas ou de jato, é uma aberração que viola o princípio da inércia. Por quê? Porque ele não pode, por si mesmo, mudar sua velocidade, por mais forte que ele seja.

m é a massa →

a é a aceleração vetorial

c) Ação e Reação → → A toda força de ação F correspondente uma força de reação – F com a mesma intensidade, mesma direção e sentidos opostos. Ação e reação são forças trocadas entre dois corpos; nunca estão aplicadas ao mesmo corpo e nunca se equilibram.

6. Força de atrito a) atrito estático: Fat ≤ μE FN b) atrito dinâmico: Fat = μD FN μE = coeficiente de atrito estático μD = coeficiente de atrito dinâmico

A luva age no rosto e o rosto reage na luva.

197

Exercício Explicativo 5 Quando um carro se movimenta em um plano horizontal, desprezando-se a resistência do ar, a força resultante que acelera o carro é a força total de atrito que o solo aplica aos pneus do carro. Se o carro não derrapar, este atrito será estático e a força de atrito em cada pneu terá intensidade máxima F dada por: F = μE FN μE = coeficiente de atrito estático entre os pneus e o chão FN = intensidade da força normal trocada entre o pneu e o chão. Considere um carro com tração dianteira e admita que, com o carro em movimento, 2 ––– do peso total do carro com o seu conteúdo ficam concentrados nas rodas 3 dianteiras. Considere μE = 0,60 e a aceleração da gravidade com módulo g = 10,0m/s2. Considere o carro partindo do repouso e acelerando durante 10,0s com sua aceleração máxima e despreze, neste intervalo de tempo, a resistência do ar. A velocidade final atingida pelo carro, após os 10,0s, terá módulo igual a: a) 80 km/h

b) 100 km/h

Dados: • F = ma

c) 120 km/h

ΔV • a = ––– Δt

d) 144 km/h

e) 180 km/h

• 1m/s = 3,6 km/h

• A força de atrito nas rodas não motrizes é desprezível.

Comentário 1) De acordo com o texto: 2 Fat = μE FN = μE . ––– Mg 3 PFD: F = Ma 2 2 2 μE –– Mg = Ma ⇒ a = –– μE g = –– . 0,60 . 10,0 (m/s2) ⇒ 3 3 3 ΔV V–0 2) a = ––– ⇒ 4,0 = ––––– Δt 10,0 V = 40,0 m/s = 40,0 . 3,6 km/h ⇒ Resposta: D

198

V = 144 km/h

a = 4,0m/s2

7. Plano inclinado Componentes do peso:

® Pt

Pt = mg sen θ PN = mg cos θ

® PN

q ® P

Exercício Explicativo 6 (VUNESP) – Um dos fatores que mostram a educação, o respeito para com o ser humano e o nível de cidadania de uma sociedade é a existência, em hospitais, ruas e demais locais públicos, de rampas de acesso que facilitem a locomoção de portadores de deficiências físicas dependentes de cadeiras de rodas.

Um plano inclinado, com frequência, é utilizado para erguer um corpo.

Considere que uma pessoa numa cadeira de rodas esteja parada numa rampa de 4,0m de comprimento, que permita uma elevação vertical de 0,4m. Desprezando-se o atrito, adotando-se g = 10 m/s2 e considerando-se a massa do conjunto cadeira-pessoa igual a 80 kg, a força necessária para mantê-la parada na rampa tem intensidade igual a: a) 20 N

b) 40 N

c) 80 N

d) 400 N

e) 800 N

Comentário 0,4 sen θ = ––– = 0,1 4,0

4,0m

0,4m

q F Pt

F = Pt = P senθ F = 80 . 10 . 0,1 (N) F = 80N

Resposta: C

199

8. Força centrípeta Nas trajetórias curvas:

mV2 Fcp = ––––– = m ω2R R m = massa do corpo V = velocidade linear ω = velocidade angular R = raio da curva

Exercício Explicativo 7 (FUVEST) – Numa brincadeira de parque de diversões, as pessoas vestem um macacão, entram em um cilindro oco que pode girar em torno de seu eixo vertical e encostamse na parede, em pé sobre um piso, conforme a figura ao lado. O cilindro começa a girar e, em um dado momento, o piso desce, mas as pessoas não, porque ficam “grudadas” na parede do cilindro. O coeficiente de atrito estático entre uma pessoa e a parede do cilindro é igual a 0,5 e o raio do cilindro é 3,2m. Para que a pessoa não escorregue, o módulo de velocidade dos pontos da superfície do cilindro tem de ser, no mínimo, de

Quando a nave está em órbita circular, a força gravitacional aplicada pela Terra faz o papel de força centrípeta; as pessoas ficam flutuando dentro da nave em uma eterna queda livre.

a) 8,0 m/s b) 4,0 m/s Adote g = 10,0 m/s2

c) 3,0 m/s

d) 2,0 m/s

e) 1,0 m/s

Comentário 1) Fat = P = mg

mV2 2) FN = Fcp = ––––– R

® Fat

3) ® FN

C ® P

mV2 Fat ≤ μE FN ⇒ mg ≤ μE ––––– R gR V2 ≥ ––– μE

Vmín =

⇒ V≥ gR ––– μE =

Resposta: A

No momento de sua arremetida, o avião supersônico está dotado de grande energia cinética, o que permite sua decolagem.

200

gR ––– μE 10,0 . 3,2 ––––––––– (m/s) 0,5

Vmín = 8,0 m/s

9. Trabalho

® F

→

a) Definição: τ = | F | | d | cos θ

q ® d

b) Método gráfico:

t d

c) Teorema de Energia Cinética:

τtotal = ΔEcin =

m ––– (Vf2 – V02) 2

m = massa do corpo

10.

Vf = velocidade final

V0 = velocidade inicial

Potência

a) Potência média:

τ Potm = ––– Δt

τ = trabalho realizado Δt = tempo gasto

b) Potência instantânea PotF = FV F

F = módulo da força V = módulo da velocidade

Exercício Explicativo 8 Uma equipe de resgate em cavernas é chamada para levantar um espeleólogo ferido que está no fundo de um buraco com profundidade total de 30,0m. O salvamento será feito em três etapas, cada uma correspondendo a um deslocamento vertical de 10,0m. Um cabo é preso ao espeleólogo e puxado verticamente para cima pela ação de um motor. As três etapas do salvamento estão descritas a seguir: 1.a etapa: o espeleólogo parte do repouso e é acelerado uniformemente até atingir a velocidade escalar de 1,0m/s. 2.a etapa: o espeleólogo é levantado com velocidade escalar constante de 1,0m/s. 3.a etapa: o espeleólogo tem movimento uniformemente retardado até voltar ao repouso ao atingir a superfície. Despreze o efeito do ar e adote g = 10,0m/s2. A massa do espeleólogo é de 80,0kg. A potência média útil desenvolvida pelo motor que aciona o cabo, nesta operação, foi de: a)

0,10kW

b) 0,20kW

c) 0,30kW

d) 0,48kW

e) 0,50kW

201

Comentário

1) TEC: τtotal = ΔEcin

τmotor + τP = 0 ⇒ τmotor – mgH = 0 τmotor = m g H = 80,0 . 10,0 . 30,0 (J) ⇒ τmotor = 24,0 . 103J = 24,0kJ 2) Cálculo do tempo gasto: 1.a etapa:

Δs V0 + V 10,0 0 + 1,0 ⇒ ––––– = –––––– ⇒ ––– = –––––– Δt 2 T1 2

Δs 10,0 2.a etapa: V = ––– ⇒ 1,0 = ––––– ⇒ Δt T2

T1 = 20,0s

T2 = 10,0s

Δs V0 + V 10,0 1,0 + 0 3.a etapa: ––– = –––––– ⇒ ––––– = –––––– ⇒ Δt 2 T3 2

T3 = 20,0s

T = T1 + T2 + T3 = 50,0s

τmotor 24,0 3) Potm = ––––––– = ––––– kW = 0,48kW 50,0 Δt Resposta: D

Exercício Explicativo 9 Motor

® g (10,0m/s2)

Elevador

CP MCP = 950 kg

ME = 1200 kg

Para a rápida ascensão do elevador, é necessária a implementação de grande potência por parte dos motores que o tracionam.

Um elevador de carga tem massa total de 1200kg e deve ser levantando partindo do repouso e voltando ao repouso. O contrapeso do elevador tem massa de 950kg e portanto o motor do elevador deve ajudar no seu levantamento. O elevador deve subir 54,0m em 3,0min. Pretende-se determinar a potência média que o motor do elevador deve fornecer neste procedimento. Teoria necessária para a resolução: 1) Teorema da Energia Cinética. O trabalho total realizado é dado pela variação da energia cinética do sistema. 2) A potência média é a razão entre o trabalho realizado e o tempo gasto:

Potm = ––– Δt

202

A potência média do motor, no levantamento do elevador, vale: a)

375W

b) 400W

c) 700W

d) 750W

e) 800W

Comentário

1) TEC : τtotal = ΔEcin

τmotor + τP(elevador) + τP(contrapeso) = 0 τmotor – MEgH + MCPgH = 0 τmotor = (ME – MCP)gH = 250 . 10,0 . 54,0 (J) = 1,35 . 105J

τmotor 1,35 . 105J 2) Potm = ––––––– = –––––––––– ⇒ Potm = 750W 3,0 . 60s Δt Resposta: D

11. a)

Energia Mecânica

Energia cinética mV2 Ec = –––––– 2

m = massa V = velocidade escalar

b) Energia potencial de gravidade Ep = mgh

m = massa do corpo g = módulo da aceleração da gravidade h = altura do corpo Energia potencial elástica kx2 Ee = –––––– 2

k = constante elástica x = deformação

d) Energia Mecânica Em = Ec + Ep e)

Conservação da Energia Mecânica 1) Ação exclusiva da força da gravidade 2) Corpo escorregando livremente sem atrito nem resistência do ar 3) Movimento de um pêndulo sem resistência do ar

Exercício Explicativo 10 A massa total de um alpinista com seu equipamento é de 90kg e ele vai escalar o Monte Everest partindo do nível do mar e atingindo uma altura de 8850m. Admita que a energia gasta pelo alpinista em sua subida seja apenas o suficiente para vencer a força gravitacional. Considere ainda que uma barra de chocolate forneça uma energia de 1,25MJ. Para suprir a energia gasta na subida, o número mínimo de barras de chocolate é: a)

b) 7

c) 8

d) 9

e) 10

Adote: g = 10m/s2

203

Comentário E = mg H = 90 . 10 . 8850(J) = 7,965 . 106J E = n E1 7,965 . 106 = n . 1,25 . 106 n ≅ 6,4 ⇒

nmín = 7

Resposta: B

Exercício Explicativo 11 (UFPE) – Um carrinho de supermercado, de massa 20kg, encontra-se desacompanhado no alto de uma rampa, com velocidade escalar de 1,0m/s (ver figura). O módulo da aceleração da gravidade vale 10m/s2. Qual a quantidade de energia mecânica do carrinho dissipada a partir desse instante pelas forças dissipativas (atritos e resistência do ar), de modo que, ao atingir o ponto mais baixo da rampa, a velocidade do carrinho se anule? Para efeito de cálculo, considere o carrinho como uma partícula.

® g

H = 2,0m

380J

b) 390J

c) 400J

d) 410J

e) 420J

Comentário Como o carrinho para na parte mais baixa da rampa, a sua energia mecânica inicial que foi dissipada corresponde à sua energia cinética inicial mais o módulo da variação da sua energia potencial gravitacional, isto é: Edis = mv2/2 + mgH = 10J + 400J = 410J Resposta: D

A quantidade de movimento de um veículo é uma grandeza vetorial que depende da massa do veículo e de sua velocidade vetorial. Veículos de massas diferentes com velocidades diferentes podem ter quantidades de movimento iguais.

204

12. a)

Quantidade de Movimento

Definição:

→

Q=mV

m = massa do corpo

→

V = velocidade vetorial

b) Impulso de uma força → F = força → → I = F Δt Δt = tempo de ação da força

Teorema do Impulso →

→

I = ΔQ

O impulso é medido pela variação da quantidade de movimento

d) Conservação da Quantidade de Movimento Ocorre nos sistemas isolados de forças externas. Os principais exemplos são problemas envolvendo uma explosão ou uma colisão. O chute do atleta provoca uma variação da quantidade de movimento da bola. O impulso da força aplicada é igual à variação da quantidade de movimento da bola.

→

Qapós = Qantes →

→

mA VA’ + mB VB’ = mA VA + mB VB

Exercício Explicativo 12 (UNESP) – Um carrinho de supermercado, com massa total igual a 10 kg, está a uma → velocidade V, quando colide frontalmente com outro carrinho, de massa 50 kg, inicialmente em repouso. Suponha que, imediatamente após a colisão, os dois carrinhos fiquem encaixados um ao outro, deslocando-se com velocidade de módulo → 0,50 m/s. Desprezando-se os atritos, determine o módulo da velocidade V antes da colisão. a) 1,0 m/s b) 1,5 m/s c) 2,0 m/s d) 2,5 m/s e) 3,0 m/s mA= 10kg A

mB= 50kg ® v

vf = 0,50m/s A+B

repouso

Comentário No ato da colisão, os carrinhos formam um sistema isolado e a quantidade de movimento total do sistema permanece constante. Qfinal = Qinicial (mA + mB) Vf = mAVA ⇒ 60 . 0,50 = 10 . V ⇒

V = 3,0m/s

Resposta: E

205

13. Leis de Kepler 1.a lei (lei das órbitas) A órbita dos planetas em torno do Sol tem a forma de uma elipse e o Sol ocupa um dos focos da elipse. 2.a lei (lei das áreas) A área varrida pelo raio vetor de um planeta é diretamente proporcional ao tempo gasto. A1 Dt1 ___ ___ = A2 Dt2

B C Sol

(Dt1)

(Dt2)

D A

A = k Δt A = área varrida pelo raio vetor Δt = tempo gasto K = velocidade areolar do planeta 3.ª lei (lei dos períodos) Sendo R o raio médio da órbita e T o período de translação do planeta, vale a relação: Quanto mais afastado se encontra o planeta do Sol, maior será seu período de translação, ou seja, seu ano solar.

R3 ––– = K (constante) T2

Exercício Explicativo 13 (UFLA-MG) – Em um dos sistemas planetários da constelação Oberon da Galáxia NGC 5632-4R, um planeta A descreve uma trajetória circular de raio RA em um tempo TA, enquanto um planeta B descreve uma trajetória circular de raio RB = 4RA, em um tempo TB. Pode-se afirmar que a relação TA/TB é: a)

1/128

b) 1/64

c) 1/8

d) 1/4

e) 1/2

Comentário RB3 RA3 = ––––– ––––– TB2 TA2 2

(3a. Lei de Kepler) 3

TA –––– TB

Resposta: C

206

RA –––– RB

RA ––––– 4RA

⇒

TA –––– TB

1 = –––– ⇒ 64

TA 1 –––– = ––– TB 8

14. a)

Lei da Gravitação Universal (M)

® F

(m)

® -F

A força gravitacional entre duas partículas de massas M e m separadas por uma distância d tem intensidade F dada por:

GMm F = –––––– d2

G = constante de atração gravitacional b) Aceleração da gravidade na superfície de um planeta: FG = P G Mm = mg0 –––––– R2

C R

GM g0 = –––––– R2

c) Velocidade orbital de um satélite: FG = Fcp ® FG

Terra

Satélite

mV2 G Mm = –––––– –––––– r2 r

® V

GM ––––– r

A imponderabilidade ocorre devido à “gravidade aparente” ser nula. Note que para o satélite orbitar em torno da Terra, a força gravitacional não pode ser nula.

Exercício Explicativo 14 (VUNESP) – Foguete brasileiro fará experiências em microgravidade Cinco anos após o acidente que tirou a vida de 21 técnicos e destruiu o foguete VLS, a base de Alcântara, no Maranhão, está pronta para o lançamento do foguete VBS-30, um foguete de combustível sólido desenvolvido pelo Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE) em cooperação com a Agência Espacial Alemã (DLR). A bordo do VBS-30 estarão nove experimentos científicos, feitos por diversos centros de pesquisas brasileiros, alguns ligados à área da medicina. A carga útil tecnológica deverá permanecer cerca de seis minutos acima da altitude de 130 km – uma das condições para se realizarem experiências em ambiente de microgravidade. (www.inovacaotecnologica.com.br, 10.07.2007. Adaptado)

O ambiente de “microgravidade” citado no texto está longe de ser, na verdade, livre de campos gravitacionais. O aparente flutuar de objetos e pessoas dentro de veículos espaciais nessas circunstâncias deve-se ao fato de estarem sujeitos exclusivamente ao campo gravitacional local. Considere que a altitude de 130km corresponda a 0,02R, em que R representa o raio da Terra, e que na superfície da Terra a intensidade do campo gravitacional seja 10 N/kg. Nessa altitude, o campo gravitacional ao qual o foguete VBS-30 ficou sujeito vale, aproximadamente, em N/kg, a)

1,2

b) 7,5

c) 8,8

d) 9,4

e) 9,6

207

Comentário G Mm FG = –––––––– = mg (R + h)2 GM g = –––––––– (1) (R + h)2 (1) g –––– : –––– = (2) g0

GM g0 = –––––– R2 R –––––– R+h

⇒ g = 10 .

10 10 g = –––––– (m/s2) = –––––– (m/s2) ⇒ (1,02)2 1,04

(2)

R –––––– 1,02R

(m/s2)

g = 9,6m/s2

Resposta: E

Exercício Explicativo 15 (INEP) – O Bungee Jump é um esporte radical no qual uma pessoa pula de uma altura muito grande, presa a um elástico. Para que o praticante não corra risco, um dos fatores importantes é que o elástico preso a ele possa ser esticado com facilidade, adquirindo um comprimento relativamente grande. Indique qual alternativa explica este fato do ponto de vista físico: a) O elástico deve ter uma constante elástica nula para conseguir segurar a pessoa. b) O tipo de elástico a ser utilizado neste esporte deve permitir que a pessoa caia livremente. c) O elástico faz aumentar o tempo da variação da quantidade de movimento da pessoa e diminuir a força aplicada na pessoa. d) Com o elástico, a pessoa não tem variação da quantidade de movimento, pois sua velocidade é constante durante a queda. e) Com o elástico, a pessoa sofre um impulso menor para ser levada ao estado de repouso.

Comentário

→

De acordo com o teorema do impulso, temos: IR = ΔQ Inicialmente, a pessoa é acelerada adquirindo uma quantidade de movimento → Q1; em seguida, a pessoa é freada até o repouso. Nessa fase de freada, ela recebe um impulso resultante → → IR = – Q1 O valor do impulso é dado pelo produto da força resultante média pelo intervalo de tempo necessário para frear a pessoa: → → Fm Δt = – Q1 → → → Os valores de IR e ΔQ são fixos e o papel do elástico é aumentar Δt e reduzir Fm para que a pessoa não se machuque. Resposta: C

208

Utilizar leis físicas e (ou) químicas para interpretar processos naturais ou tecnológicos inseridos no contexto da Termodinâmica e(ou) do Eletromagnetismo. A Mecânica é a parte da Física para a qual convergem as explicações dos fenômenos naturais, uma vez que o movimento é a manifestação mais visível e significativa para a percepção do Universo que nos cerca. Entretanto, o mundo tecnológico, em que vivemos, permite a explicação de vários processos, recorrendo diretamente aos conhecimentos termodinâmicos e eletromagnéticos. Enunciado para as questões de 1 a 3. O motor de um automóvel é constituído, basicamente, por um conjunto de pistões móveis, dentro de cilindros, que acionam um eixo de manivelas para movimentar a caixa de marchas e as rodas. A movimentação dos pistões pode ser feita pela utilização de vapor d’água sob pressão ou pela queima de gasolina ou óleo diesel. O motor a gasolina de quatro tempos pode ter seu funcionamento resumido da seguinte maneira:

Fenômenos climáticos podem ser explicados por conceitos termodinâmicos e eletromagnéticos.

As máquinas térmicas como o motor do automóvel e a geladeira fazem parte de nossa vida cotidiana.

É quase impossível imaginar a vida sem os aparelhos eletrônicos que facilitam as comunicações e tornam nossas vidas mais confortáveis.

209

O ciclo Otto dos motores a gasolina tem a seguinte representação no diagrama pressão x volume: A eficiência do motor é avaliada por duas grandezas: • Potência (P), medida em kW, que relaciona o trabalho realizado pelo ciclo (τ) com a frequência com que os ciclos são produzidos (f). P=τ.f Em geral, automóveis que atingem velocidades com módulo acima de 180km/h têm τ e f elevados. •• Torque (T), medido em N.m, relaciona a força que a explosão da gasolina aplica sobre as alavancas do eixo de manivelas. Torque de alto valor, em baixas rotações, representa um carro que acelera facilmente e retoma velocidades rapidamente (0 a 100km/h em menos de 10s) . Para melhorar o desempenho dos motores, os engenheiros têm as seguintes possibilidades: • Cilindrada – um grande volume dos cilindros produz potência e torque altos, embora o consumo de gasolina aumente. • Número de válvulas – mais de duas válvulas por cilindro aumentam a potência, mas o torque cresce somente em altas rotações, por falta de pressão na admissão. • Turbo alimentação – uma turbina movida pelos gases do escapamento pressiona fortemente a mistura ar-gasolina, aumentando o torque e a potência, apesar de diminuir a vida útil do motor.

Exercício Explicativo 1 Considere as afirmações a seguir: I. O movimento de sobe e desce dos pistões produz um movimento circular do eixo de manivelas. II. Uma oscilação completa do pistão relaciona-se com a área interna do ciclo Otto, que é numericamente igual ao trabalho realizado pelo sistema termodinâmico. III. Um aumento do número de rotações por minuto (RPM) do motor diminui a potência desenvolvida por ele. IV. Na transformação adiabática AB, o volume aumenta e a energia interna diminui. Estão corretas apenas as afirmações: a) I, III e IV.

b) II, III e IV.

c) I, II e IV.

d) II e III.

e) I e II.

Comentário I.

CORRETA

Resposta: C

210

II. CORRETA

III. INCORRETA

IV. CORRETA

Exercício Explicativo 2 No ciclo Otto, uma transformação de trabalho nulo e outra de compressão de volume são, respectivamente: a) AB e BC

b) BC e CD

c) AB e CD

d) DA e AB

e) AB e DA

Comentário

Resposta: B

Exercício Explicativo 3 A figura a seguir representa um motor de reduzido consumo, alta potência e torque elevado, em baixas rotações, produzido no Brasil. Assinale a alternativa que apresenta as especificações que mais se aproximam do propulsor citado anteriormente: a) Grande cilindrada e quatro válvulas por cilindro com turbo alimentação. b) Pequena cilindrada e duas válvulas por cilindro sem turbo alimentação. c) Grande cilindrada e quatro válvulas por cilindro sem turbo alimentação. d) Grande cilindrada e duas válvulas por cilindro com turbo alimentação. e) Pequena cilindrada e quatro válvulas por cilindro com turbo alimentação.

Comentário • Pequena cilindrada = baixo consumo • Quatro válvulas por cilindro = mais potência em alta rotação • Turbo alimentação = mais torque a baixas rotações Resposta: E

Enunciado para os testes de 4 e 5. O funcionamento de um refrigerador baseia-se no fato de que um gás, quando se expande rapidamente, absorve calor de sua vizinhança. Se você soprar sua mão com força, sentirá imediatamente uma sensação de frio. Para provocar a expansão rápida do fluido refrigerante dentro do refrigerador, devemos produzir o ciclo termodinâmico descrito a seguir:

211

Refrigerador Máquina que mantém as coisas em seu interior mais frias do que no ambiente. Uma substância chamada refrigerante circula por um refrigerador. O refrigerante é um vapor frio a baixa pressão quando entra em uma bomba compressora. A bomba o envia como um gás quente a alta pressão por um tubo externo, chamado condensador, onde ele perde calor para o ar e torna-se líquido. O líquido afunila por um orifício em um tubo chamado evaporador, e agora está a baixa pressão. Ele tornase um vapor frio, retirando calor do ar no interior do refrigerador, e volta para a bomba. O aparelho de ar condicionado resfria uma sala transferindo calor de dentro para o ar do lado de fora. Uma bomba de calor traz calor de fora para aquecer um edifício. Ambos trabalham da mesma forma que o refrigerador. Como funciona um refrigerador A bomba empurra o refrigerante de um tubo de baixa pressão a outro de alta pressão, a partir do qual ele afunila em um pequeno orifício de volta ao tubo de baixa pressão.

212

Exercício Explicativo 4 Considere as afirmativas a seguir: I. No refrigerador, o fluido refrigerante é comprimido na bomba, resfriado no condensador, onde se liquefaz, vaporiza-se no orifício afunilado e transfere-se para o congelador a baixa temperatura. II. A retirada do calor do interior da geladeira é feita diretamente pelo condensador. III. Alguns indivíduos secam pequenas peças de roupas na geladeira; o melhor lugar para colocá-las é sobre a bomba (compressor). IV. Os tubos em ziguezague diminuem a área de contato com o ambiente no condensador e no evaporador. Estão corretas apenas as afirmativas: a) I e III

b) I e IV

c) II, III e IV

d) I e II

e) II e III

Comentário I. CORRETA. II. INCORRETA. Ocorre no congelador. III. CORRETA. IV. INCORRETA. Aumenta a área de contato. Resposta: A

Exercício Explicativo 5 Dentro da bomba, o volume é constante e a velocidade média das moléculas do gás aumenta. Essa transformação é a) uma expansão isobárica. c) uma expansão isométrica. e) um aquecimento isobárico.

b) um aquecimento isométrico. d) um resfriamento isométrico.

Comentário A velocidade média das móleculas aumenta ⇒ aquecimento volume constante ⇒ isométrico Resposta: B

Enunciado para os testes de 6 a 8: Os receptores de rádios portáteis apresentam, normalmente, duas escalas de frequência: AM e FM. A amplitude modulada (AM), como o nome sugere, é resultado de uma variação da amplitude da onda portadora transmitida por uma emissora. Como a faixa de variação da frequência de AM é de apenas 10kHz, ela torna-se adequada para transmitir as frequências da voz humana (de 100Hz a 500Hz).

213

A transmissão em frequência modulada (FM) permite uma variação de 75kHz da onda portadora e total cobertura da faixa dos sons audíveis (entre 20 e 20kHz). O funcionamento de um receptor de rádio é muito simples, como mostra o diagrama a seguir:

A onda portadora faz os elétrons da antena oscilarem, produzindo correntes elétricas pequenas, recebidas pelo transístor. Para cada variação de corrente, o transístor libera energia da pilha para fazer a membrana do alto-falante vibrar. O receptor de AM e FM pode receber ondas portadoras de dois tipos:

Exercício Explicativo 6 Considere as afirmações a seguir: I. As emissoras de AM são indicadas para transmitir programas de notícias e locuções esportivas. II. A onda portadora B é de frequência modulada. III. O receptor de rádio transforma ondas eletromagnéticas em ondas mecânicas. IV. O elemento que aumenta a potência dos sinais no circuito de rádio é a antena. Estão corretas apenas as afirmações: a) I, II e IV.

214

b) I e II.

c) I e IV.

d) I, II e III.

e) II, III e IV.

Comentário I. CORRETA. II. CORRETA. III. CORRETA. IV. INCORRETA. O transístor amplifica o sinal. Resposta D

Exercício Explicativo 7 Uma pessoa sintoniza uma emissora de FM em seu veículo e percebe que à medida que se distancia da antena transmissora, a intensidade do som diminui, principalmente em viagens intermunicipais. Essa variação pode ser assim representada: I (Intensidade)

I 4 I 9 d

d (distância)

Considere as afirmações a seguir: I. As transmissões de FM permitem a recepção de som de alta qualidade. II. A intensidade do sinal (I) recebida pela pessoa é inversamente proporcional ao quadrado da distância a que ela se encontra da emissora (d). III. Para compensar a perda de intensidade, a pessoa deve usar o botão de volume do seu receptor. Está/Estão correta(s) a(s) afirmação(ões): a) I, II e III. d) I e III, apenas.

b) II e III, apenas. e) III, apenas.

c) I e II, apenas.

Comentário I.

CORRETA

II. CORRETA

III. CORRETA

Resposta: A

Exercício Explicativo 8 No painel mostrador do receptor de rádio (dial) apresentado no enunciado, podemos ver os seguintes intervalos de frequências: • FM: de 88 a 107MHz • AM: de 540 a 1600kHz Observe também as representações das ondas portadoras A e B e assinale a alternativa correta:

215

a) As ondas de FM possuem comprimento de onda maior que o das ondas de AM. b) O período das ondas de AM é menor que o das ondas de FM. c) A amplitude varia nas ondas de FM. d) No ar, as velocidades de propagação das ondas de AM e FM têm o mesmo módulo, e) Uma emissora de AM que opera na frequência de 840kHz produz 840 oscilações por segundo nos elétrons da antena do receptor.

Comentário Onda de FM

Onda de AM

Frequência

Maior

Menor

Comprimento de onda

Menor

Maior

Amplitude

Constante

Variável

Resposta: D

Exercício Explicativo 8 Observe, a seguir, algumas situações cotidianas relacionadas com a transmissão de calor: I.

216

O calor propaga-se da extremidade quente do espeto para a extremidade fria.

II.

Correntes cíclicas aquecem a massa líquida.

III. Ondas de infravermelho aquecem o corpo do gato.

Os fenômenos I, II e III são, respectivamente: a) b) c) d) e)

condução, convecção e radiação. condução, convecção e convecção. radiação, convecção e convecção. condução, condução e radiação. condução, convecção e condução.

Comentário A transmissão de calor envolve conceitos termodinâmicos e eletromagnéticos. Resposta: A

217

Compreender fenômenos decorrentes da interação entre a radiação e a matéria em suas manifestações em processos naturais ou tecnológicos, ou em suas implicações biológicas, sociais, econômicas ou ambientais. As ondas eletromagnéticas também chamadas de radiações eletromagnéticas são geradas por partículas eletrizadas que sofrem uma variação de velocidade. → Elas são formadas por um conjunto de dois campos: um elétrico E e outro magnético → → B que são perpendiculares entre n de tal forma que a variação do campo elétrico E gera → → o campo magnético B gera o campo elétrico E. Todas as radiações eletromagnéticas se propagam no vácuo com a mesma velocidade de módulo C = 3,0 . 108m/s e se distinguem uma da outra pelas suas frequências. A frequência f da radiação, o seu comprimento de onda λ e a velocidade de propagação V se relacionam segundo a equação: V=λf Quando a radiação passa de um meio para outro os valores de V e λ se alteram porém a frequência da radiação é sempre a mesma. O conjunto de frequências das radiações eletromagnéticas é denominado espectro eletromagnético e é apresentado a seguir.

218

A energia E associado ao fóton da radiação é dada pela expressão: E=hf h = constante de Planck f = frequência da radiação Em seguida fazemos uma análise das principais ondas eletromagnéticas: A) Radiofrequência: usadas para as transmissões de rádio e televisão. A sua frequência é baixa chegando até a faixa de 109Hz e o comprimento de onda é elevado variando de 0,3m a alguns quilômetros. B) Micro-ondas: usada em telecomunicações, mensagens telefônicas que usam os satélites e também em sistemas de radar. A sua frequência varia entre 109Hz e 3,0 . 1011Hz. C) Infravermelho: usada em aplicações medicinais e também para identificação de corpos em ausência de luz visível. A sua frequência varia entre 3,0 . 1011Hz e 4,0 . 1014Hz. D) Luz visível: são as únicas radiações eletromagnéticas capazes de sensibilizar nossa retina permitindo a visão dos objetos. A sua frequência varia entre 4,0 . 1014Hz e 4,0 . 7,6 . 1014Hz. E) Ultravioleta: são responsáveis pelo bronzeamento de nossa pele. Os fótons de radiação ultravioleta têm energia elevada e a exposição prolongada a tal radiação pode causar queimaduras. A camada de ozônio que envolve a Terra limita a quantidade de radiação ultravioleta proveniente do Sol e o buraco na camada de ozônio é um problema grave para a humanidade e para a vida em geral na Terra. A sua frequência varia entre 7,6 . 1014Hz e 3,0 . 1017Hz. F) Raios X: tem grande aplicação na medicina, porém a exposição prolongada pode provocar graves problemas para a pessoa. Sua frequência varia de 3,0 . 1017Hz a 5,0 . 1019Hz. G) Raios γ: são radiações produzidas por substâncias radioativas presentes nos reatores nucleares. A sua manipulação exige cuidados especiais, pois a sua absorção pode provocar alterações nos núcleos dos átomos. Sua frequência varia de 3,0 . 1018Hz a 3,0 . 1022Hz.

Exercício Explicativo 1 (INEP) – Qual dos aparelhos abaixo não funciona baseado na produção de ondas eletromagnéticas? a) Micro-ondas. d) Bússola.

b) Rádio FM. e) Televisão.

c) Telefone Celular.

Comentário A bússola tem seu funcionamento ligado à interação com o campo magnético criado pela Terra. Resposta: D

219

Exercício Explicativo 2 (INEP) – Quando buscamos sintonizar uma rádio que gostamos, temos que selecionar uma opção como 89,1MHz, 102,1MHz ou 107,3MHz. Estes valores fazem referência a qual característica física das ondas eletromagnéticas? a) c) e)

Comprimento de onda. Frequência, Intensidade.

b) Velocidade de propagação. d) Amplitude.

Comentário A unidade Hz (hertz) bem como seus múltiplos e submúltiplos, se referem à grandeza física frequência. Resposta: C

Exercício Explicativo 3 (INEP) – Existem usos benéficos da energia nuclear em diversos setores, como, por exemplo, na medicina que realiza terapias com fontes de radiação. Uma das mais conhecidas é a Radioterapia, utilizada no tratamento do câncer. Neste caso, são utilizadas fontes radiativas, que emitem radiação e destroem as células de tumores, uma vez que estas são mais sensíveis à radiação do que os tecidos normais (sãos). Fonte: Disponível em:<http://www.cnen.gov.br/ensino/apostilas/aplica.pdf>. Acesso em: 25/8/2008.

Numa pessoa que faz radioterapia para tratamento contra o câncer, é correto afirmar que: a) ficará contaminada, pois foi exposta às fontes radiativas. b) ficará radiativa, passando a emitir radiações como as fontes de radiação. c) foi apenas irradiada, e não ficará contaminada, pois não teve contato com a fonte radiativa. d) foi irradiada e ficará radiativa, devendo ficar isolada por algum tempo para não contaminar outras pessoas. e) não ficará afetada em nada pela radiação.

Comentário A pessoa não ficará contaminada porque não teve contato direto com a fonte radiativa, porém como foi irradiada poderá sofrer alguns efeitos colaterais. Resposta: C

Exercício Explicativo 4 (UFG) – Em 1947, Willard F. Libby descobriu que a quantidade de carbono-14 nos tecidos orgânicos mortos diminui a um ritmo constante com o passar do tempo Assim, a medição dos valores de carbono-14 em um objeto nos dá pistas muito seguras sobre sua idade. Essa técnica é aplicável à madeira, carvão vegetal, sedimentos orgânicos, ossos, conchas marinhas, ou seja, todo material que conteve carbono em alguma de suas formas. A atividade devida ao carbono-14 em organismos vivos é de aproximadamente 15,3 desintegrações por minuto. Sendo a meia vida do carbono-14

220

de 5.730 anos, a descoberta de certo fóssil, por um arqueólogo, cujo carbono-14 apresenta 1,91 desintegrações por minuto, terá a provável idade de a) 2865 anos d) 17190 anos

b) 5730 anos e) 22920 anos

c) 11470 anos

Comentário N0 1) N = ____ 2n 15,3 1,91 = ____ 2n 2n = 8 ⇒ n = 3 (quantidade de meias vidas) 2) Δt = n T Δt = 3 . 5730 anos ⇒

Δt = 17190 anos

Resposta: D

Exercício Explicativo 5 (UFMS) – Uma das tecnologias renováveis de geração de energia elétrica é a célula fotovoltaica que, sob a ação da luz solar que incide sobre ela, gera a ejeção de elétrons que podem ser coletados na forma de corrente elétrica, veja a Figura 1. Por outro lado, um outro dispositivo, com função inversa, é a tela de osciloscópios semelhante às de TV, que, sob a ação de um feixe de elétrons que incide sobre ela, gera a emissão de luz, veja a Figura 2. Com fundamento nesses dois fenômenos, analise as proposições a seguir

(1) Quando a luz colide na célula fotovoltaica, os fótons são transformados em elétrons. (2) Quando o feixe de elétrons colide na tela do osciloscópio, os elétrons perdem suas cargas e transformam-se em fótons. (3) Os fótons de luz mais energéticos correspondem à luz de menores comprimentos de onda.

221

(4) A luz emitida pela tela do osciloscópio na faixa do espectro visível, é proveniente de transições de elétrons entre as camadas eletrônicas dos átomos que compõem a tela. (5) O processo que ocorre na tela do osciloscópio é chamado de efeito fotoelétrico. Estão corretas, apenas: a) 3 e 4 b) 1, 3 e 4

c) 2 e 5

d) 4 e 5

e) 1 e 2

Comentário 01 (F) O elétron absorve a energia do fóton e se projeta para fora do metal vencendo a energia de ligação com o núcleo do átomo. 02 (F) c 03 (V) E = hf = h __ λ 04 (V) 05 (F) O efeito fotoelétrico é o fenômeno descrito na figura 1. Resposta: A

Exercício Explicativo 6 O físico escocês James Clerk Maxwell (1831-1879), nascido em Edimburgo, desenvolveu estudos teóricos fundamentais, ao considerar a existência das ondas eletromagnéticas. Essas ondas surgem como consequência de dois efeitos: um campo magnético variável induz um campo elétrico, e um campo elétrico variável induz um campo magnético. Dentre a diversidade de ondas que compõem o espectro eletromagnético, têm-se, hoje, como exemplo, as ondas de rádio, TV, micro-ondas, a luz, os raios X, dentre outras. A respeito destas informações, analise as proposições a seguir.

James Clerk Maxwell

222

As denominações “ondas longas”, “ondas médias” e “ondas curtas”, de que geralmente ouvimos falar, referem-se aos valores dos comprimentos de ondas, ou seja, λ(onda longa) > λ(onda média) > λ(onda curta).

II.

A razão entre o maior e o menor comprimento de onda de uma onda de rádio que transmite na faixa de frequências de 90 MHz a 180 MHz é 2.

III. As ondas eletromagnéticas usadas pelas emissoras de TV têm as mesmas características das ondas de rádio. Entretanto, elas apresentam frequências mais elevadas do que aquelas normalmente usadas pelas estações de rádio.

A partir da análise feita, assinale a alternativa correta: a) Apenas I e II são verdadeiras. c) Apenas II e III são verdadeiras. e) Apenas I é verdadeira.

b) Apenas I e III são verdadeiras. d) Todas as proposições são verdadeiras.

Comentário (I)

VERDADEIRA.

(II) VERDADEIRA. V = λf

c = λ 90

c = λ12 180

λ1 90 = λ2 180

λ1 Da qual: –––– = 2 λ2 (III) VERDADEIRA. Resposta: D

Exercício Explicativo 7 (INEP) – Telefones celulares e a Internet sem fio são avanços recentes que dispensam o uso de fios para a comunicação entre pessoas. Isso é possível devido: a) às ondas eletromagnéticas de alta energia, como os raios-X. b) às ondas eletromagnéticas de baixa energia, como as de rádio. c) aos raios ultravioleta, similares àqueles provenientes do Sol. d) às ondas eletromagnéticas do espectro da luz visível. e) aos raios infravermelhos.

Comentário Telefones celulares e Internet usam ondas eletromagnéticas de baixa frequência e elevado comprimento de onda: as ondas de rádio. A energia do fóton de uma onda eletromagnética é proporcional a sua frequência e, por isso, as ondas de rádio de baixa frequência têm fótons de baixa energia. Resposta: B

223

Avaliar possibilidades de geração, uso ou transformação de energia em ambientes específicos, considerando implicações éticas, ambientais, sociais e/ou econômicas. Na geração de energia elétrica ocorrem sempre impactos ambientais de modo que devemos sempre procurar processos alternativos que nos possibilitem ampliar a produção de energia e minimizar os efeitos nocivos ao meio ambiente. Apresentamos em seguida uma relação dos tipos de usinas elétricas e seus impactos nocivos ao meio ambiente. (1) Usina termelétrica: com a queima de combustíveis fósseis há produção de CO2 intensificando o efeito estufa e há contaminação da atmosfera, do solo e das águas. Os óxidos liberados agravam enfermidades dos habitantes que residem nas proximidades da usina. (2) Usina hidrelétrica: provoca inundações de regiões habitadas obrigando deslocamento de populações, além de afetar a fauna e flora. (3) Usina termonuclear: emissão de CO2 agravando o efeito Estufa; efeito nocivo à biodiversidade com o aquecimento de rios e cursos d’água usados no processo da refrigeração e, principalmente, o problema do lixo atômico com produtos altamente tóxicos responsáveis por uma atividade radioativa que pode durar milhares de anos. (4) Usina eólica: produz poluição sonora que pode afetar a audição das pessoas que vivem nas redondezas da usina.

Exercício Explicativo 1 Com relação à usina nuclear, considere um lixo atômico formado por materiais radioativos com as meias vidas indicadas na tabela a seguir:

224

Material

Meia vida (anos)

Sabe-se ainda que a radioatividade do material torna-se inócua ao ser humano após um intervalo de tempo correspondente a vinte vezes a sua meia vida. Considere, ainda, que tenhamos inicialmente 100g de cada um dos materiais citados na tabela. Assinale a opção correta a) Daqui a 60 anos a massa do material A será de 50g. b) Daqui a 40 anos o material B se tornará inócuo. c) A usina eólica provoca a intensificação do efeito estufa. d) A usina hidrelétrica provoca a intensificação do efeito estufa. e) Daqui a 40 anos a massa do material B será de 25g.

Comentário a)

(F) São duas meias vidas: em cada meia vida a massa se reduz à metade e será, ao final de 60 anos, de 25g.

b) (F) O material B será inócuo daqui a 400 anos (20 vezes a meia vida) c)

(F)

d) (F) As usinas hidrelétrica e eólica não liberam CO2. e)

(V) São duas meias vidas e a massa se reduz a um quarto do valor inicial.

Resposta: E

Exercício Explicativo 2 As usinas nucleares não contribuem para o agravamento do efeito estufa, porém, os resíduos radioativos inerentes à fissão do urânio constituem o perigoso lixo atômico capaz de parar uma atividade radioativa por um período muito longo. A tabela a seguir apresenta produtos de fissão do urânio e as respectivas meias vidas (tempo necessário para que a atividade radioativa se reduza à metade). Produto da fissão

Meia vida (anos)

Estrôncio-90

Rutênio-106

Césio-134

Césio-137

O material radioativo somente torna-se não prejudicial à saúde após um intervalo de tempo igual a vinte vezes a sua meia vida. Dos produtos citados, após um intervalo de tempo de 100 anos, tornam-se inócuos: a) b) c) d) e)

todos eles. nenhum deles. apenas o rutênio-106. apenas o césio-134. apenas o rutênio-106 e o césio-134.

225

Comentário Estrôncio-90: inócuo após 580 anos. Rutênio-106: inócuo após 20 anos. Césio-134: inócuo após 40 anos. Césio-137: inócuo após 600 anos. Resposta: E

Exercício Explicativo 3 Relacionamos, a seguir, algumas modalidades de usinas que se destinam a produzir energia elétrica e os principais impactos ambientais que elas produzem. (1) Usina hidroelétrica: alagamento de regiões extensas afetando a biodiversidade e provocando graves problemas para as populações atingidas. (2) Usina termoelétrica: produção de gás carbônico (CO2) pela queima de combustíveis fósseis. Contaminação da atmosfera e do solo agravando problemas pulmonares e cardíacos das populações em suas vizinhanças. (3) Usina termonuclear: emissão de gás carbônico (CO2), problemas da destinação do lixo atômico e aumento da temperatura da água usada em sua refrigeração com reflexos na fauna e na flora. (4) Usina eólica (energia do vento): poluição sonora.

Se pensarmos apenas no agravamento do efeito estufa. As usinas mais adequadas para evitá-lo são: a) b) c) d) e)

hidroelétrica e termoelétrica. hidroelétrica e nuclear. hidroelétrica e eólica. termoelétrica e eólica. nuclear e eólica.

Comentário As usinas hidroelétrica e eólica não emitem CO2 e, portanto, não contribuem para o aumento do efeito estufa. Resposta: C

226

Competência de área 7 – Apropriar-se de conhecimentos da química para, em situações problema, interpretar, avaliar ou planejar intervenções científico-tecnológicas.

Utilizar códigos e nomenclatura da química para caracterizar materiais, substâncias ou transformações químicas. Compostos Inorgânicos 1. Conceito de ácido segundo a teoria de Arrhenius Ácido é toda substância que, em solução aquosa, libera como cátion somente íons H+ (ou H3O+). O íon H3O+ é o HIDROXÔNIO ou HIDRÔNIO.

HA ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→

H2O +

H3O+

Os ácidos tornam róseo o papel de tornassol azul.

–

• apresentam sabor azedo; • tornam róseo o papel de tornassol azul.

2. Conceito de base de Arrhenius Arrhenius definiu as bases: base é toda substância que, colocada em água, libera como ânion exclusivamente íon hidróxido, OH–. H2O NaOH ⎯⎯⎯→ Na+ + OH–

+ + +

As bases tornam azul o papél róseo de tornassol.

H2O

+ moléculas de H2O atacando o ânion

moléculas de H2O atacando o cátion

227

Fórmula geral das bases A grande maioria das bases segue a fórmula M(OH)x, na qual M é um metal e x é a valência (carga) do cátion formado por M. M1+ (OH)1– : NaOH KOH M2+ (OH)1– 2 : Mg(OH)2 Ca(OH)2 M3+ (OH)1– 3 : Al(OH)3 Fe(OH)3 • apresentam sabor adstringente; • tornam a pele lisa e escorregadia; • conduzem a corrente elétrica em solução aquosa. • tornam azul o papel róseo de tornassol.

3. Reação de neutralização e sal É a reação entre um ácido e uma base que origina um sal e água. ÁCIDO HCl

→

BASE

SAL

ÁGUA

NaOH H2O

solução aquosa de cloreto de hidrogênio (HCl ) ou ácido clorídrico: HCl H+ + Cl -

solução aquosa de hidróxido de sódio (NaOH): NaOH Na+ + OH-

sólido branco de NaCl

aquecimento HCl + NaOH

NaCl + H 2 O sal

4. Reação de neutralização (Arrhenius) ácido + base → sal + água Diminuição da acidez estomacal (HCl) por leite de magnésia (Mg (OH)2). 2HCl + Mg(OH)2 → MgCl2 + 2H2O

5. Reações de dupla-troca (sal com ácido) I) AgNO3 + HCl → ↓AgCl + HNO3 solúvel insolúvel II) K2S + 2HCl → 2KCl + H2S forte fraco III) 2NaCl + H2SO4 → Na2SO4 + 2HCl Δ fixo volátil

228

IV)Diminuição da acidez estomacal por bicarbonato de sódio (NaHCO3). HCl + NaHCO3 → NaCl + H2O + CO2

6. Reações de dupla-troca (sal com base) No tratamento de água utiliza-se hidróxido de alumínio para flocular as impurezas em suspensão. O hidróxido de alumínio é preparado reagindo-se sulfato de alumínio com água de cal. 1Al2(SO4)3 + 3Ca(OH)2 → 3CaSO4 + 2Al(OH)3

7. Reações de deslocamento (simples-troca) Alcalinos, alcalinoterrosos Al Zn Fe … H Cu Hg Ag Pt Au ←⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ ←⎯⎯⎯⎯⎯→ mais reativos (menos nobres) menos reativos (mais nobres) F2 > O2 > Cl2 > Br2 > I2 I) Zn0 + Cu2+SO4 → Zn2+SO4 + Cu0 A reação ocorre porque o potencial de redução do Cu2+ é maior que o potencial de redução do Zn2+. 0

1–

II) Cl2 + 2KI → 2KCl + I2 III) A reação de metais alcalinos com água 2K + 2HOH → 2KOH + H2

8. Reações de oxidorredução Reações em que ocorre transferência de elétron e consequentemente variação de número de oxidação. Na siderurgia, o minério de ferro é reduzido pelo monóxido de carbono.

oxidação

oxidante

Fe2O3 + 3 CO

redutor

redução

2Fe + 3CO2 0

A reação de potássio com água forma hidróxido de potássio (que torna a fenolftaleína vermelha) e hidrogênio (que sofre combustão).

9. Reações dos óxidos básicos e óxidos ácidos I) Na2O + HOH → 2NaOH II) CaO + H2SO4 → CaSO4 + H2O → H CO III) CO2 + H2O ← 2 3 IV)SO3 + H2O → H2SO4 V) 2NaOH + SO3 → Na2SO4 + H2O VI)Formação da chuva ácida

229

Um combustível fóssil (carvão, petróleo) tem enxofre como impureza. 1/2O2 H2O S + O2 → SO2 ⎯⎯⎯→ SO3 ⎯⎯⎯→ H2SO4 O2 H2O N2 + O2 → 2NO ⎯⎯⎯→ 2NO2 ⎯⎯⎯→ HNO3

10. Compostos Orgânicos Introdução Química Orgânica é a química dos compostos do elemento químico carbono. Os elementos mais frequentes em compostos orgânicos são C, H, O, N que são chamados de elementos organógenos. A tetravalência do átomo de carbono, a capacidade de formar cadeias, a formação de ligações simples, duplas e triplas e a ligação do carbono com elementos mais ou menos eletronegativos explicam o enorme número de compostos orgânicos. Funções orgânicas Hidrocarbonetos: CxHy a) Alcano: CnH2n + 2 CH4 (metano), H3C — CH3 (etano) b) Alceno: CnH2n — CH — CH3 (propeno) H2C — c) Alcino: CnH2n – 2 — C— CH — CH (3-metilbut-1-ino) H— C — 3

CH3 d) Alcadieno: CnH2n – 2 — CH — CH — — CH — CH3 (penta-1,3-dieno) H2C — e) Ciclano: CnH2n CH2 H2C

CH — CH3 (metilciclopropano)

f) Cicleno: CnH2n – 2 HC CH2

CH2 (ciclobuteno)

g) Hidrocarbonetos aromáticos: HC CH

CH ou

230

(benzeno)

Álcool: — OH em C saturado H3C — CH2 — CH2 — OH (propan-1-ol) Fenol:

— OH em C de núcleo benzênico OH

Éter:

hidroxibenzeno

| | | —C—O—C— | | |

H3C — CH2 — O — CH2 — CH3 (etoxietano) Etanol

Aldeído: — C — H || O O (etanal) (aldeído acético)

H3C — C H

| | Cetona: — C — C — C — | || | O H3C — C — CH2 — CH2 — CH3 (2 pentan-2-ona) || O O || Ácido carboxílico: — C — O — H O (ácido etanoico) H3C — C (ácido acético) O—H

Éster:

O || I —C—O—C— O || H3C — CH2 — C — O — CH3

(propanoato de metila)

Amina: R — NH2, R — NH — R, R — N — R | R H3C — N — CH2 — CH3 (etilmetilamina) | H

231

O || Amida: — C — N — | O || H3C — C — NH2 (etanamida) Reações orgânicas a) Combustão: C2H6O + 3O2 → 2CO2 + 3H2O b) Oxidação de álcool: H3C — CH2 — OH + [O] → O [O] H2O + H3C — C ⎯→ H3C — COOH H c) Esterificação: H3C — COOH + HO — CH2 — CH3 ← → H3C — COO — CH2 — CH3 + H2O d) Saponificação H3C — COO — CH2 — CH3 + NaOH → H3C — COONa + HO — CH2 — CH3

11. Soluções Definição Solução é qualquer mistura homogênea. Coeficiente de solubilidade (Cs) ou solubilidade (S) Cs é a maior massa de soluto que pode ser dissolvida em uma dada massa de solvente, a uma dada temperatura. Classificação das soluções • Solução saturada é aquela cuja massa de substância dissolvida é igual a Cs, naquela temperatura. Observação: Excesso de soluto, em relação ao valor do Cs, não se dissolve, e constituirá o corpo de fundo.

Cs (g/100g H2 O) KNO 3 A O Na2 SO4 0H 2 SO Na 2

Ce2(SO4 )3 t

232

°C

• Solução insaturada é aquela cuja massa de substância dissolvida é menor que o Cs, naquela temperatura. • Solução supersaturada é uma solução instável, que contém dissolvida uma massa de soluto maior que o Cs, naquela temperatura.

12. Curvas de Solubilidade Curva de solubilidade mostra a variação do Cs em função da temperatura. Substâncias diferentes apresentam curvas de solubilidade diferentes.

13. Solubilidade de Gases em Líquidos A solubilidade dos gases em líquidos depende da temperatura e da pressão. A solubilidade de um gás em um líquido diminui com o aumento da temperatura.

Em temperatura constante, a solubilidade de um gás em um líquido é diretamente proporcional à pressão do gás acima do líquido (Lei de Henry).

Concentração

gramas por litro g/L mols por litro mol/L

Título (τ) e porcentagem em massa de soluto (p)

Partes por milhão (ppm)

Fórmula

Indica

Unidade

msoluto C = ––––––––– Vsolução

Massa do soluto, em gramas, dissolvida em 1L de solução

g/L

nsoluto M = ––––––––– Vsolução

Quantidade em mols do soluto dissolvidos em 1L de solução

mol/L

Massa do soluto, em gramas, dissolvida em 100g de solução

adimensional

msoluto τ = ––––––––– msolução p = τ . 100

Massa do soluto, msoluto (mg) em gramas, 6dissolvida em 10 g de ppm = –––––––––––– msolução (kg) solução

adimensional

233

Exercício Explicativo 1 Uso de água sanitária para desinfetar a água para beber •

• •

Para desinfetar 1000 litros de água, adicione cinco colheres de sopa de água sanitária, e misture bem. Após trinta minutos, a água pode ser consumida. Para desinfetar 20 litros de água, adicione uma colher das de chá de água sanitária, e espere trinta minutos para usá-la. Para um litro, use duas gotas.

Com base nessas instruções, a água de um poço foi tratada com água sanitária da seguinte maneira: – Para cada 10 litros de água foram adicionadas 10 gotas de água sanitária. Analisando a descrição do procedimento sobre o tratamento de água de poço com água sanitária, pode-se afirmar que a) b) c) d) e)

o procedimento foi correto. foram colocadas 10 gotas de água sanitária a mais. foram colocadas 10 gotas de água sanitária a menos. foram colocadas 20 gotas a menos. foram colocadas 5 gotas de água sanitária a menos.

Comentário O procedimento correto seria: 1L de água ––––––– 2 gotas de água sanitária 10L de água ––––––– x x = 20 gotas de água sanitária Portanto, foram colocadas 10 gotas de água sanitária a menos. Resposta: C

Exercício Explicativo 2 Muitas pessoas associam a palavra ácido a substâncias químicas que corroem materiais e que são prejudiciais à saúde. Para mostrar que tal associação é equivocada, basta lembrar que são classificados como ácidos a) c) e)

vinagre e suco de laranja. sal de cozinha e açúcar. vinagre e sabão.

b) bicarbonato de sódio e vaselina. d) sabão e detergente.

Comentário No vinagre existe o ácido acético (ou etanóico) enquanto o suco de laranja contém ácido cítrico. Bicarbonato de sódio, sabão e detergente têm caráter básico ou alcalino, enquanto vaselina, sal de cozinha e açúcar têm caráter neutro. Resposta: A

234

Exercício Explicativo 3 Para retirar a camada de ferrugem (óxido hidratado) que se forma sobre objetos de ferro, eles podem ser mergulhados em uma solução diluída de ácido sulfúrico (incolor), por alguns minutos, e, em seguida, lavados em água corrente para retirar a solução salina amarelada e o ácido que ainda resta. A representação que melhor resume a reação que ocorre na limpeza desses objetos, segundo o enunciado, é: a) c) e)

óxido + ácido → sal. sal + óxido → ácido. óxido + ácido → base.

b) base + ácido → óxido. d) sal + ácido → base.

Comentário Pelo enunciado, a ferrugem (óxido) reage com ácido sulfúrico formando sal. A reação rigorosa é: óxido + ácido → sal + água Resposta: A

Exercício Explicativo 4 Receita de pão caseiro salgado Ingredientes – 2 tabletes de fermento biológico – ½ copo de água morna – 1 colher de sopa de açúcar – 1 pitada de sal – 2 colheres de sopa de óleo – 1 ovo – farinha de trigo para dar consistência à massa Observe que a receita é de pão salgado e, ainda assim, ela leva açúcar. Isto se justifica porque o açúcar a) b) c) d) e)

diminui o sabor mais forte que o fermento dá ao pão. é a fonte energética para os micro-organismos. contribui para dar sabor ao pão. aumenta a acidez do pão. mata os micro-organismos.

Comentário

Como o fermento é biológico, uma levedura produz uma enzima que catalisa a decomposição do açúcar em álcool e gás carbônico. levedura C6H12O6 ⎯⎯⎯⎯→ 2C2H6O + 2CO2 + energia Portanto, o açúcar é fonte energética para os micro-organismos. Resposta: B

235

Exercício Explicativo 5 Cachaça, vinho e cerveja são bebidas muito apreciadas que têm coloração, sabor e aroma característicos. Na produção dessas bebidas, sob a ação de micro-organismos, os carboidratos da cana de açúcar, da uva e do malte são convertidos em etanol em concentrações que variam de bebida para bebida. O conjunto de transformações que leva à obtenção do etanol com liberação de CO2 é conhecido como a) alcoolização. d) condensação.

b) fermentação. e) saponificação

c) pasteurização.

Comentário O carboidrato, sob a ção de enzima fabricada por micro-organismos, se decompõe formando etanol (álcool comum) e gás carbônico. Exemplo: C6H12O6 ⎯⎯⎯→ 2 C2H6O + 2 CO2 A esse processo dá-se o nome de fermentação alcoólica. Resposta: B

Exercício Explicativo 6 Suponha que um agricultor esteja interessado em fazer uma plantação de girassóis. Procurando informação, leu a seguinte reportagem: Solo ácido não favorece plantio Alguns cuidados devem ser tomados por quem decide iniciar o cultivo do girassol. A oleaginosa deve ser plantada em solos descompactados, com pH acima de 5,2 (que indica menor acidez da terra). Conforme as recomendações da Embrapa, o agricultor deve colocar, por hectare, 40 kg a 60 kg de nitrogênio, 40 kg a 80 kg de potássio e 40 kg a 80 kg de fósforo. O pH do solo, na região do agricultor, é de 4,8. Dessa forma, o agricultor deverá fazer a "calagem". (Folha de S. Paulo)

Suponha que o agricultor vá fazer calagem (aumento do pH do solo por adição de cal virgem – CaO). De maneira simplificada, a diminuição da acidez se dá pela interação da cal (CaO) com a água presente no solo, gerando hidróxido de cálcio (Ca(OH)2), que reage com os íons H+ (dos ácidos), ocorrendo, então, a formação de água e deixando íons Ca2+ no solo. Considere as seguintes equações: I. CaO + 2H2O → Ca(OH)3

II. CaO + H2O → Ca(OH)2

III. Ca(OH)2 + → + 2H2O IV. Ca(OH)2 + H+ → CaO + H2O O processo de calagem descrito acima pode ser representado pelas equações: 2H+

a) I e II

Ca2+

b) I e IV

c) II e III

d) II e IV

e) III e IV

Comentário A interação de cal virgem, CaO, com a água presente no solo pode ser descrita pela equação II: CaO + H2O → Ca(OH)2 A diminuição da acidez (aumento do pH) pela reação do hidróxido de cálcio com os íons H+ presentes no solo é descrita na equação III: Ca(OH)2 + 2H+ → Ca2+ + 2H2O Resposta: C

236

Caracterizar materiais ou substâncias, identificando etapas, rendimentos ou implicações biológicas, sociais, econômicas ou ambientais de sua obtenção ou produção. Mol e Massa Molar 1. Mol Mol é a unidade de quantidade de matéria que contém 6,02 . 1023 partículas (átomos, moléculas, íons etc. ...)

Cada 6,02 . 1023 partículas contam 1 mol.

Dessa maneira, podemos dizer que: • 1 mol de átomos = 6,02 . 1023 átomos • 1 mol de moléculas = 6,02 . 1023 moléculas • 1 mol de elétrons = 6,02 . 1023 elétrons Exemplos Um mol de carbono (C) significa um mol de átomos de C, ou seja, 6,02 . 1023 átomos de C.

1 mol de água

Um mol de água (H2O) significa um mol de moléculas de H2O, ou seja, 6,02 . 1023 moléculas de H2O.

2. Massa molar (M)

gramas

É a massa em gramas de um mol, isto é, 6,02 . 1023 partículas. A unidade é g/mol. 23

6,02 x 10

moléculas

Exemplo MH O = 18g/mol 2

237

3. Quantidade de matéria ou de substância (n) Indica a quantidade de partículas em mols numa determinada massa de substância.

1 mol –––––––––––––––––––– M n mol –––––––––––––––––––– m m n = ––– M

6,02.10 moléculas

18g 1 mol

3,01.1023 moléculas

9g 0,5 mol

1,5 mol de água

Exemplo Se temos 27g de água, e sabendo que sua massa molar é 18g/mol, temos: 27g n = –––––––– = 1,5 mol (de moléculas de água) 18g/mol

4. Equação de estado do gás É uma equação que relaciona P, V, T e n. PV = n R T ou

m PV = ––– RT M

P = pressão do gás V = volume do gás n = quantidade de matéria do gás T = temperatura em kelvin T = t + 273

5. Volume molar (VM) É o volume ocupado por um mol de substância (qualquer estado físico). O volume molar no estado gasoso e nas CNTP é igual a 22,4L/mol. Condições normais de temperatura e pressão (CNTP) P = 1 atm = 760 mmHg T = 273K ou t = 0°C

6. Hipótese de Avogadro Volumes iguais de gases diferentes contêm igual número de moléculas numa mesma pressão e temperatura.

238

VPT

CO2

nH = nCO 2

Cálculo estequiométrico – Estequiometria 1. Finalidade da e Estequiometria em uma reação química Calcular as quantidades dos reagentes ou produtos de uma reação química.

2. Proporção dos coeficientes de uma equação química Considere a reação química entre o gás nitrogênio e o gás hidrogênio produzindo amônia gasosa.

Observe que a proporção entre as moléculas participantes é 1 : 3 : 2. A equação química do processo é:

239

1N2 + 3 H2 → 2 NH3 1, 3, 2 = coeficientes

A proporção dos coeficientes de uma equação química pode ser representada pelas seguintes grandezas:

2CO(g)

vácuo

Pv = 442 mmHg

1O2(g)

→ 2CO2(g)

mols

2 mols

1 mol

2 mols

massa

2 . 28g

1 . 32g

2 . 44g

volume nas CNTP

2 . 22,4L ou 2 . 22, 4dm3

1 . 22,4L ou 1 . 22,4dm3

2 . 22,4L ou 2 . 22, 4dm3

Propriedades Coligativas das Soluções 1. Pressão máxima de vapor (PMV)

20°C éter

Pressão de vapor de um líquido é a pressão que o vapor exerce quando em equilíbrio com o líquido correspondente. Exemplos

vácuo

Pv = 17,5mmHg

20°C água

→ H O(v) Pv = 17,5 mmHg (20°C) H2O(l) ← 2 O vapor d’água exerce pressãomais igualvolátil a 17,5 o mmHg a 20°C. maioruma Pv ⎯⎯→ líquido

O vapor d’água exerce uma pressão igual a 17,5 mmHg a 20°C.

240

Pv depende da

natureza do líquido

{ temperatura

Um líquido entra em ebulição quando a sua pressão de vapor se iguala à pressão atmosférica.

ílic

Pv (mmHg)

t ie

ét

ág

760

35°

100°

t (°C)

Ao nível do mar (760 mmHg): éter: PE = 35°C água: PE = 100°C

2. Propriedade coligativa de uma solução Depende apenas do número de partículas de soluto e não da natureza do soluto.

Principais efeitos coligativos (EC) Efeitos

Adição de soluto não-volátil ao solvente

Tonoscópico

Diminuição da pressão de vapor (Pv) do solvente

Ebulioscópico

Aumento do ponto de ebulição (PE) do solvente

Crioscópico

Diminuição do ponto de congelação (PC) do solvente

241

ar úc

aç

23,8 1L

água pura mais volátil evapora mais

ág

adição de 1mol de açúcar 1L

Pv = 23,4mmHg

25°C

ág

Pv = 23,8mmHg

Pv (mmHg) 25°C

23,4

água + açúcar (solução) menos volátil evapora menos

25°

t (°C)

AO NÍVEL DO MAR

adição de 1mol de açúcar molécula de água 1L

água pura

água + açúcar (solução)

molécula de açúcar

água ferve a 100°C (PE = 100°C) água congela a 0ºC (PC = 0°C)

água ferve acima de 100°C (PE = 100,52°C) água congela abaixo de 0°C (PC = -1,86°C)

3. Intensidade dos efeitos coligativos (EC) A intensidade dos efeitos coligativos depende do número de partículas dispersas do soluto (np), número esse que é expresso em mol/L. maior np → maior EC Comparando-se duas ou mais soluções, a que tiver maior np terá

}

menor Pv maior PE menor PC

Exemplos Solução aquosa 0,1 mol/L de C6H12O6 Soluto não se dissocia, np = 0,1 mol/L Solução aquosa 0,1 mol/L de NaCl Soluto dissocia-se NaCl → Na+ + 0,1 mol/L 0,1 mol/L np = 0,2 mol/L

Cl– 0,1 mol/L

4. Pressão osmótica Membrana semipermeável é aquela que permite a passagem do solvente e não permite a passagem do soluto.

242

MSP

tempo

H 2O H 2O água pura

solução 5% de açúcar 95% de água

(

água pura

(

solução mais diluída

O fluxo de água é mais intenso no sentido da solução. Quando os fluxos de água se igualarem, não haverá alteração externa nos níveis dos líquidos. Osmose é a passagem do solvente (água) pela membrana semipermeável (MSP). MSP

A pressão osmótica (π) é a pressão que deve ser exercida sobre a solução para evitar a entrada do solvente. Quanto maior a pressão osmótica, maior a tendência do solvente para entrar na solução. A pressão osmótica (propriedade coligativa) depende da concentração, em mol/L do número total de partículas dispersas do soluto (M) e da temperatura em kelvin da solução (T). π=MRT

água pura

solução

em que R é a constante universal dos gases ideais

Dinâmica das Transformações Químicas 1. Definição Cinética química é o capítulo que estuda a velocidade (rapidez) com que uma reação química se realiza.

2. Velocidade média É calculada para um dos participantes da reação. Δn vmédia = –––– Δt

em que:

Δn = variação da quantidade em mols do participante Δt = intervalo de tempo

3. Condições para ocorrer reação a) Energia de ativação (ΔHa) Energia necessária para a reação começar. b) Orientação no choque Existe maior probabilidade de formar o complexo ativado, se o choque tiver uma orientação privilegiada.

Osmose reversa.

243

H2+I2

2HI

Uma molécula de hidrogênio em colisão com uma molécula de iodo, com energia cinética suficiente e orientação apropriada, combinam-se para formar o complexo ativado H2I2. A energia da colisão provoca distensão das ligações I –– I e H –– H e suas rupturas, com a formação de duas moléculas de HI.

4. Tipos de reações químicas A + B reagentes

→

C + D produtos

a) Exotérmica (Δ H < 0) (produtos menos energéticos que reagentes) Energia

Complexo ativado

Δ H > 0) b) Endotérmica (Δ (produtos mais energéticos que reagentes) Energia

DHa

A+B

DH<0

C+D C+D

A+B

Caminho da reação Caminho da reação

Quanto maior a energia de ativação (ΔHa), menor a velocidade da reação.

244

DH>0

5. Fatores que alteram a velocidade das reações a) Estado de agregação Os gases originam reações mais rápidas. b) Superfície de contato Sólidos pulverizados reagem mais rapidamente. c) Temperatura Quanto mais alta, maior a velocidade. Regra de van’t Hoff: um aumento de 10oC faz dobrar (ou triplicar) a velocidade da reação.

Energia

d) Catalisador

R P

Substância que, adicionada ao sistema, aumenta a velocidade da reação, sem ser consumida. O catalisador diminui a energia de ativação.

Caminho da reação

e) Concentração dos reagentes Quanto maior a concentração, maior o número de choques e maior a velocidade.

6. Determinação experimental da equação que rege a velocidade da reação Lei de Guldberg-Waage: aA + bB → cC v = k . [ A ]x . [ B ]y Os expoentes x e y são determinados experimentalmente, ou são obtidos na etapa mais lenta do processo. Exemplo: A + 2B → AB2 (lenta) AB2 + B → AB3 (rápida) + ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– v A + 3B → AB3 (equação global) v = k [ A ]1 [ B ]2 Ordem da reação com relação a A : 1 Ordem da reação com relação a B : 2 Ordem total da reação: 1 + 2 = 3

245

Transformações Químicas e Equilíbrio 1. Reação reversível É uma reação que pode realizar-se em ambos os sentidos. reação direta ⎯⎯⎯⎯⎯→ aA + bB ←⎯⎯⎯⎯⎯ cC + dD reação inversa

2. Conceito de equilíbrio Todo sistema que reage de maneira reversível procura espontaneamente o equilíbrio. Seja a reação reversível: v1 ⎯⎯⎯⎯⎯→ cC + dD aA + bB ←⎯⎯⎯⎯⎯ v2 Quando a velocidade da reação direta v1 se igualar à velocidade da reação inversa v2, dizemos que foi atingido o equilíbrio. As concentrações dos reagentes e produtos variam à medida que o tempo passa até atingir o equilíbrio químico.

mol/L

Velocidades H2

A D

v1 = v2

B C

v2 HI I2

Ínício

t eq

Tempo

t eq

Tempo

Equilíbrio

3. Características do equilíbrio • A velocidade da reação direta v1 é igual à velocidade da reação inversa v2. • O equilíbrio é dinâmico, ambas as reações continuam ocorrendo com velocidades iguais. • As concentrações de todas as substâncias presentes no equilíbrio não variam mais. • As propriedades macroscópicas do sistema não mais se alteram. • A energia armazenada pelo sistema é a menor possível, daí o equilíbrio ser procurado espontaneamente.

246

4. Constantes de Equilíbrio a) Kc – constante de equilíbrio em termos de unidades de concentrações em quantidade de matéria (mol/L). É dada pelo quociente [Produtos]p Kc = –––––––––––– [Reagentes]r De sua expressão, não participam substâncias que apresentam concentração constante como, por exemplo, um sólido, e o seu valor varia com a temperatura. Exemplo → cC(g) + dD(g) aA(g) + bB(g) ← [C]c . [D]d Kc = ––––––––––– [A]a . [B]b

b) Kp – constante de equilíbrio em termos de unidades de pressões parciais (atm ou mmHg). É dada pelo quociente (Pprodutos)p Kp = –––––––––– (Preagentes)r De sua expressão, só participam substâncias gasosas, e o seu valor também varia com a temperatura. Exemplo → cC(g) + dD(g) aA(g) + bB(g) ← (pC)c . (pD)d Kp = –––––––––––– (pA)a . (pB)b

5. Deslocamento de equilíbrio É regido pelo princípio de Le Chatelier: “Quando uma força atua sobre um equilíbrio, este se desloca no sentido de fugir da ação da força.” No equilíbrio temos v1 = v2. Deslocar um equilíbrio é fazer com que v1 fique diferente de v2.

6. Fatores que deslocam equilíbrios aumentando a temperatura → favorece a endotérmica Aumentando a pressão → vai para o menor volume

247

Aumentando a concentração → vai para o lado oposto à adição exo ⎯⎯⎯⎯⎯→ ←⎯⎯⎯⎯⎯ Exemplos: N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) endo • Aumentando a temperatura, desloca o equilíbrio para a formação de reagentes. • Aumentando a pressão, desloca o equilíbrio para a formação de produtos. • Aumentando a concentração do N2, desloca o equilíbrio para a formação de produtos. • Diminuindo a concentração do N2, desloca o equilíbrio para a formação de reagentes.

7. Equilíbrio iônico a) Constante de ionização (Ki) + – HCl + H2O → ← H3O + Cl [H3O+] [Cl –] Ki = –––––––––––– [HCl] Observações: – Ki depende da temperatura. – quanto maior o Ki, mais forte é o ácido ou a base.

8. pH e pOH das soluções aquosas a) Produto iônico da água + – HOH → ← H + OH ou + – HOH + HOH → ← H3O + OH Kw = [H+] [OH–] = [H3O+] . [OH–] ∴

[H+] . [OH–] = 1,0 . 10–14

(a 25oC)

b) Caráter das soluções aquosas (a 25°C) • Solução ácida: [H+] > 10–7 mol/L e [OH–] < 10–7 mol/L • Solução básica: [H+] < 10–7 mol/L e [OH–] > 10–7 mol/L • Solução neutra: [H+] = 10–7 mol/L e [OH–] = 10–7 mol/L c) pH e pOH pH = – log [H+] e pOH = – log [OH–]

248

pH + pOH = 14 a 25°C

d) pH e pOH das soluções aquosas a 25oC: • Solução ácida:

pH < 7 e pOH > 7

• Solução básica: pH > 7 e pOH < 7 • Solução neutra: pH = 7 e pOH = 7

Exercício Explicativo 1 Os seres humanos têm enfrentado o problema da preservação de alimentos por séculos. Confira algumas soluções encontradas: I.

os egípcios e os romanos envolviam pedaços de carne em uma quantidade de sal extraído da água do mar; II. os índios americanos amarravam fatias de bisão e de veado no alto de uma tenda fechada, sobre uma fogueira colocada no centro da tenda; III. os colonos americanos armazenavam alimentos perecíveis em cavernas e fontes. Comparando estas soluções com os métodos modernos de preservação dos alimentos, pode-se considerar que a)

os métodos modernos não incorporaram nenhuma das soluções apontadas em I, II ou III. b) embora com mais tecnologia e apesar de usarmos outros métodos, ainda hoje recorremos à refrigeração, conforme já faziam os colonos americanos. c) apesar de usarmos outros métodos, ainda hoje fazemos o mesmo que os índios americanos, mas abandonamos o princípio de conservação usado pelos egípcios. d) a despeito do nosso avanço tecnológico, não foram introduzidos métodos de conservação baseados em princípios diferentes dos utilizados nos exemplos apresentados. e) os métodos modernos não incorporam apenas a solução apontada em I.

Comentário Os métodos modernos incorporaram as três soluções apontadas em I, II e III. I – A salga (adição de grandes quantidades de cloreto de sódio, facilmente extraído da água do mar) de carnes permite conservá-las por muito mais tempo. O excesso de sal faz as células dos micro-organismos que poderiam deteriorar esses alimentos perderem água por osmose, num processo que acaba por matá-los. II – A defumação é uma técnica de preservação de carnes que consiste na exposição ao calor da fumaça. A fumaça da queima da madeira contém metanal (aldeído fórmico) que destrói as bactérias. III – Nas cavernas e fontes a temperatura é mais baixa. Diminuindo a temperatura, diminui a velocidade com que o alimento deteriora. Portanto, embora com mais tecnologia, ainda hoje recorremos à refrigeração, conforme já faziam os colonos americanos. Resposta: B

249

Exercício Explicativo 2 O brometo de metila, H3CBr , é um gás que age como inseticida e fumigante, utilizado para tratamento de solo, controle de formigas e fumigação de produtos de origem vegetal. O Brasil está implantando um programa que pretende eliminar o uso desse produto na agricultura, pois, de acordo com pesquisas, o brometo de metila contribui para a diminuição da camada de ozônio. O efeito do brometo de metila é devido ao fato de que a)

essa substância acelera a capacidade de fotossíntese dos vegetais, o que aumenta o consumo de ozônio na atmosfera. b) essa substância, em contato com o vapor de água, produz metanol, que reage com o ozônio para formar água e dióxido de carbono. c) suas moléculas são decompostas pela radiação solar em átomos de bromo livres (Br•), que transformam o ozônio em oxigênio gasoso. d) essa substância, ao atingir a estratosfera, provoca o deslocamento do ozônio para camadas mais baixas, por ser um gás muito estável. e) essa substância, na troposfera, provoca o deslocamento do ozônio para camadas mais altas.

Comentário O ozônio se forma na estratosfera de acordo com as reações: luz O2 ⎯⎯⎯→ 2O O + O2 ⎯⎯⎯→ O3 Ele se decompõe da seguinte maneira: O3 + O → 2O2 As moléculas de CH3Br se decompõem pela radiação solar em átomos de bromo (Br •). Estes catalisam a decomposição do ozônio. luz H3C Br ⎯⎯⎯→ H3C + Br Br + O3 ⎯→ BrO + O2 BrO + O → Br + O2 Resposta: C

Exercício Explicativo 3 A deterioração de um alimento é resultado de transformações químicas que decorrem, na maioria dos casos, da interação do alimento com micro-organismos ou, ainda, da interação com o oxigênio do ar, como é o caso da rancificação de gorduras. Para conservar por mais tempo um alimento deve-se, portanto, procurar impedir ou retardar ao máximo a ocorrência dessas transformações. Os processos comumente utilizados para conservar alimentos levam em conta os seguintes fatores: I. micro-organismos dependem da água líquida para sua sobrevivência. II. micro-organismos necessitam de temperaturas adequadas para crescerem e se multiplicarem. A multiplicação de micro-organismos, em geral, é mais rápida entre 25°C e 45°C, aproximadamente.

250

III. transformações químicas têm maior rapidez quanto maior for a temperatura e a superfície de contato das substâncias que interagem. IV. há substâncias que acrescentadas ao alimento dificultam a sobrevivência ou a multiplicação de micro-organismos. V. no ar há micro-organismos que encontrando alimento, água líquida e temperaturas adequadas crescem e se multiplicam. Em uma embalagem de leite "longa-vida", lê-se: "Após aberto é preciso guardá-lo em geladeira" Caso uma pessoa não siga tal instrução, principalmente no verão tropical, o leite se deteriorará rapidamente, devido a razões relacionadas com a) o fator I, apenas. c) os fatores II ,III e V , apenas. e) os fatores I, II ,III , IV e V.

b) o fator II, apenas. d) os fatores I,II e III, apenas.

Comentário O leite se deteriorará mais rapidamente quando aberto e não guardado em geladeira devido aos seguintes fatores: II. A multiplicação de micro-organismos, em geral, é mais rápida acima de 25°C. III. Quanto maior a temperatura, maior a rapidez das transformações químicas que causam a deterioração do leite. V. No ar há micro-organismos que, encontrando alimento, água líquida e temperaturas adequadas, crescem e se multiplicam. Resposta: C

Exercício Explicativo 4 No processo de fabricação de pão, os padeiros, após prepararem a massa utilizando fermento biológico, separam uma porção de massa em forma de “bola” e a mergulham num recipiente com água, aguardando que ela suba, como pode ser observado, respectivamente, em I e II do esquema abaixo. Quando isso acontece, a massa está pronta para ir ao forno.

Um professor de Química explicaria esse procedimento da seguinte maneira: “A bola de massa torna-se menos densa que o líquido e sobe. A alteração da densidade deve-se à fermentação, processo que pode ser resumido pela equação

C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2 + energia. glicose álcool comum gás carbônico

251

Considere as afirmações abaixo. I. A fermentação dos carboidratos da massa de pão ocorre de maneira espontânea e não depende da existência de qualquer organismo vivo. II. Durante a fermentação, ocorre produção de gás carbônico, que se vai acumulando em cavidades no interior da massa, o que faz a bola subir. III. A fermentação transforma a glicose em álcool. Como o álcool tem maior densidade do que a água, a bola de massa sobe. Dentre as afirmativas, apenas: a) I está correta. b) II está correta. c) I e II estão corretas. d) II e III estão corretas. e) III está correta.

Comentário I. Falsa.O processo da fermentação de carboidratos se dá devido à presença de enzima sintetizada por micro-organismos presentes no meio. II. Correta. No processo de fermentação, ocorre a produção de gás carbônico que se acumula no interior da massa, diminuindo a densidade da mesma. Quando essa densidade fica menor que a da água, a bola de massa sobe. III. Falsa. Embora a densidade do álcool seja menor que a da água somente essa substância não torna a bola de massa suficiente para adquirir densidade menor que da água e subir. Resposta: B

Exercício Explicativo 5 A adaptação dos integrantes da seleção brasileira de futebol à altitude de La Paz foi muito comentada em 1995, por ocasião de um torneio, como pode ser lido no texto abaixo. “A seleção brasileira embarca hoje para La Paz, capital da Bolívia, situada a 3.700 metros de altitude, onde disputará o torneio Interamérica. A adaptação deverá ocorrer em um prazo de 10 dias, aproximadamente. O organismo humano, em altitudes elevadas, necessita desse tempo para se adaptar, evitando-se, assim, risco de um colapso circulatório.” (Adaptado da revista Placar)

A adaptação da equipe foi necessária principalmente porque a atmosfera de La Paz, quando comparada à das cidades brasileiras, apresenta: a) menor pressão e menor concentração de oxigênio. b) maior pressão e maior quantidade de oxigênio. c) maior pressão e maior concentração de gás carbônico. d) menor pressão e maior temperatura. e) maior pressão e menor temperatura.

252

Comentário Quanto maior for a altitude de uma região, mais rarefeito será o ar e, consequentemente, menor será sua pressão e também menor será a pressão parcial (tensão) do oxigênio livre. Resposta: A

Exercício Explicativo 6 A chuva em locais não poluídos é levemente ácida. Em locais onde os níveis de poluição são altos, os valores do pH da chuva podem ficar abaixo de 5,5, recebendo, então, a denominação de “chuva ácida”. Este tipo de chuva causa prejuízos nas mais diversas áreas: construção civil, agricultura, monumentos históricos, entre outras. A acidez da chuva está relacionada ao pH da seguinte forma: concentração de íons hidrogênio = 10–pH, sendo que o pH pode assumir valores entre 0 e 14. Ao realizar o monitoramento do pH da chuva em Campinas (SP) nos meses de março, abril e maio de 1998, um centro de pesquisa coletou 21 amostras, das quais quatro têm seus valores mostrados na tabela: Mês

Amostra

Março

6.a

Abril

8.a

Abril

14.a

Maio

18.a

A análise da fórmula e da tabela permite afirmar que: I. da 6.a para a 14.a amostra ocorreu um aumento de 50% na acidez. II. a 18.a amostra é a menos ácida dentre as expostas. III. a 8.a amostra é dez vezes mais ácida que a 14.a . IV. as únicas amostras de chuvas denominadas ácidas são a 6.a e a 8.a . São corretas apenas as afirmativas a) I e II. b) II e IV. d) I, III e IV. e) II, III e IV.

c) I, II e IV.

Comentário I. Errada. 6.a amostra pH = 4 ⇒ [H+] = 10–pH ∴ [H+] = 10–4 mol/L 14.a amostra pH = 6 ⇒ [H+] = 10–6 mol/L A acidez (concentração de íons hidrogênio) diminuiu 100 vezes, de 10–4 (6.a amostra) para 10–6 (14.a amostra). II. Correta. Quanto maior o valor do pH, menor a concentração de íons hidrogênio e, portanto, menor a acidez. A 18.a amostra é a menos ácida dentre as citadas.

253

Comentário III. Correta. 8.a amostra: pH = 5 ⇒ [H+] = 10 – 5 mol/L 14.a amostra: pH = 6 ⇒ [H+] = 10 –6 mol/L [H+]8.a amostra = 10 . [H+]14.a amostra IV. Correta. Como são denominadas chuvas ácidas aquelas cujo pH é menor que 5,5 (de acordo com o texto), temos como amostras de chuvas ácidas a 6.a (pH = 4) e a 8.a (pH = 5). Resposta: E

Exercício Explicativo 7 “Dê-me um navio cheio de ferro e eu lhe darei uma era glacial”, disse o cientista John Martin (1935-1993), dos Estados Unidos, a respeito de uma proposta de intervenção ambiental para resolver a elevação da temperatura global; o americano foi recebido com muito ceticismo. O pesquisador notou que mares com grande concentração de ferro apresentavam mais fitoplâncton e que essas algas eram capazes de absorver elevadas concentrações de dióxido de carbono da atmosfera. Esta incorporação de gás carbônico e de água (H2O) pelas algas ocorre por meio do processo de fotossíntese, que resulta na produção de matéria orgânica empregada na constituição da biomassa e na liberação de gás oxigênio (O2). Para essa proposta funcionar, o carbono absorvido deveria ser mantido no fundo do mar, mas como a maioria do fitoplâncton faz parte da cadeia alimentar de organismos marinhos, ao ser decomposto devolve CO2 à atmosfera. Os sete planos para salvar o mundo. Galileu, n. 214, maio 2009. (com adaptações).

Considerando que a ideia do cientista John Martin é viável e eficiente e que todo o gás carbônico absorvido (CO2, de massa molar igual a 44 g/mol) transforma-se em biomassa fitoplanctônica (cuja densidade populacional de 100 g/m2 é representada por C6H12O6, de massa molar igual a 180 g/mol), um aumento de 10 km2 na área de distribuição das algas resultaria na emissão de 4,09 x 106 kg de gás carbônico para a atmosfera, bem como no consumo de toneladas de gás oxigênio da atmosfera. b) retirada de 1,47 x 106 kg de gás carbônico da atmosfera, além da emissão direta de toneladas de gás oxigênio para a atmosfera. c) retirada de 1,00 x 106 kg de gás carbônico da atmosfera, bem como na emissão direta de toneladas de gás oxigênio das algas para a atmosfera. d) retirada de 6,82 x 105 kg de gás carbônico da atmosfera, além do consumo de toneladas de gás oxigênio da atmosfera para a biomassa fitoplanctônica. e) emissão de 2,44 x 105 kg de gás carbônico para a atmosfera, bem como na emissão direta de milhares de toneladas de gás oxigênio para a atmosfera a partir das algas. a)

254

Comentário Considerando a ideia de John Martin viável e eficiente e que todo o CO2 absorvido seja transformado em glicose, C6 H12 O6 , temos: 1km = 103m 1km2 = 106m2 10km2 = 107m2 1m2 ––––– 100g de C6 H12 O6 107m2 –––––– x x = 10 9g de C6 H12 O6 Equação da fotossíntese: 6 CO2 + 6H2O → C6 H12 O6 + 6O2 ↓ ↓ 6 mol –––––––––– 1 mol 6 . 44g –––––––––– 180g y –––––––––– 10 9g y = 1,47 . 10 9 g = 1,47 . 10 6 kg

O aumento de 10km 2 na área de distribuição das algas resultaria na retirada de 1,47 . 10 6kg de CO2 da atmosfera e na emissão de toneladas de O2 para a atmosfera. Resposta: B

Avaliar implicações sociais, ambientais e/ou econômicas na produção ou no consumo de recursos energéticos ou minerais, identificando transformações químicas ou de energia envolvidas nesses processos. Combustíveis fósseis O petróleo, o carvão mineral e o gás natural são combustíveis não renováveis, isto é, a natureza demora muito tempo para fabricá-los. A utilização de combustíveis fósseis produz implicações na natureza conforme visto em outras habilidades. Uma das implicações é aumento do efeito estufa que provoca aquecimento global, pois o dióxido de carbono resultante da combustão é o principal causador do efeito estufa. Outra implicação é a formação de poluentes como o monóxido de carbono, óxidos de nitrogênio (NOx) e óxidos de enxofre (SOx) que são gases venenosos. Além disso, forma-se a chuva fortemente ácida que contém ácido nítrico (HNO3) e ácido sulfúrico (H2SO4).

255

Uma outra implicação é o “smog” fotoquímico, formação de ozônio na troposfera, onde ele é poluente. A poluição também é um dos causadores da diminuição da camada de ozônio na estratosfera, onde o ozônio absorve luz ultra-violeta proveniente do Sol, sendo um dos fatores da existência de vida no planeta.

Transformações Químicas e Energia Calorífica 1. Entalpia de um sistema (H) É o conteúdo energético do sistema. Variação de entapia (ΔH) R ⎯⎯→ P

ΔH = HP – HR

ΔH

2. Reação exotérmica (Libera calor): ΔH < 0 1H2(g) + 1/2O2(g) → H2O(l) + 68kcal 1H2(g) + 1/2O2(g) → H2O(l) ΔH = – 68kcal

3. Reação endotérmica (Absorve calor): ΔH > 0 H2(g) + I2(s) + 12kcal → 2HI(g) H2(g) + I2(s) → 2HI(g) – 12kal H2(g) + I2(s) → 2HI(g) ΔH = + 12kcal

4. Lei de Hess ou da aditividade dos calores de reação

B q=q +q 1

256

A variação de energia térmica em um processo químico é a mesma se o processo se realiza em um ou em diversos estágios, pois a variação de energia depende somente das propriedades das substâncias iniciais e finais. Cálculo do ΔH utilizando a Lei de Hess Dados: a) H2(g) + 1/2O2(g) → H2O(g) ΔH = – 58kcal b) C(s) + 2H2(g) → CH4(g) ΔH = – 18kcal c) C(s) + O2(g) → CO2(g) ΔH = – 94kcal

Calcular CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g) ΔH = ? Resolução: Inverter a equação b; manter a equação c, multiplicar a equação a por 2; somar: 2H2(g) + O2(g) → 2H2O(g)

ΔH = – 116kal

CH4(g) → C(s) → 2H2(g)

ΔH = + 18kcal

C(s) + O2(g) → CO2(g) ΔH = – 94kcal ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g) ΔH = – 192kcal

Transformações Químicas e Energia Elétrica As pilhas e baterias que contêm íons de metais pesados (Pb2+, Cd2+, Hg2+) provocam implicações terríveis na natureza. A deposição dessas pilhas no solo provoca a contaminação do solo e consequentemente da água. Esses íons ligam-se às proteínas provocando a sua desnaturação.

1. Eletroquímica É a parte da Química que estuda a relação entre a energia química e a elétrica.

2. Potencial de oxidação (Eoxi) Cada metal tem uma capacidade para ceder elétrons diferente. A medida dessa capacidade é chamada potencial de oxidação. O valor numérico do potencial de oxidação é medido pela voltagem da pilha do metal com o gás hidrogênio (Eoxi = 0). A voltagem da pilha Zn e gás hidrogênio fornece o potencial de oxidação do zinco. Metais mais reativos que o hidrogênio: Eoxi > 0 Metais nobres: Eoxi < 0 Quanto maior o Eoxi, maior a capacidade para ceder elétrons. Alguns exemplos: Al → 3e– + Al3+ 1,66V H2 Cu

→ 2e– → 2e–

+ +

2H+ Cu2+

0,00V – 0,34V

3. Potencial de redução É o potencial de eletrodo padrão. Mede a capacidade da espécie para receber elétrons. Alguns exemplos: Cu2+

2e–

→

+ 0,34V

2H+

2e–

→

0,00V

3e–

→

– 1,66V

Al3+

257

Quanto maior o potencial de redução, maior a tendência da espécie química para receber elétron. Pela tabela vemos que o cátion Cu2+ tem tendência para receber elétron maior (+ 0,34V) que o cátion Al 3+ (–1,66V).

4. Pilha de Daniell Pilhas eletroquímicas são sistemas que produzem corrente contínua e baseiam-se nas diferentes tendências para ceder e receber elétrons das espécies químicas. A pilha de Daniell é constituída de uma placa de Zn em uma solução de ZnSO4 e uma placa de Cu em uma solução de CuSO4. As duas soluções são ligadas por uma ponte salina, ou por uma parede porosa.

Anodo -

Catodo + Zn

Cu + + + +

= + + Zn2+

+ +

+ + =

+ +

22SO4 Parede SO4 Cu2+ porosa

❑ Sentido dos elétrons Os elétrons circulam do eletrodo de maior potencial de oxidação para o de menor potencial de oxidação. No caso da pilha de Daniell os elétrons vão do zinco para o cobre.

❑ Polos da pilha Polo positivo – o de menor potencial de oxidação – Cu. Polo negativo – o de maior potencial de oxidação – Zn.

❑ Catodo e anodo Catodo – placa de menor potencial de oxidação – Cu. Onde ocorre redução. Anodo – placa de maior potencial de oxidação – Zn. Onde ocorre oxidação.

❑ Variação de massa nas placas Placa de maior potencial de oxidação – diminui – Zn. Placa de menor potencial de oxidação –aumenta – Cu.

5. Cálculo da voltagem (ΔV ou ΔE) de uma reação de oxidorredução A voltagem é dada pela fórmula: ΔV = Eoxi – Eoxi (cede) (recebe)

258

ΔV = Eoxi + Ered (cede) (recebe)

ΔV = Ered – Ered (recebe) (cede)

São dados os potenciais de oxidação: → Zn2+ + 2e– + 0,76V Zn0 ← 0 → Cu2+ + 2e– – 0,34V Cu ← Calcular a voltagem da reação abaixo: Zn0 + Cu2+ → Zn2+ + Cu0 redução recebe e oxidação: cede e ΔV = EoxiZn – EoxiCu (cede)

(recebe)

ΔV = + 0,76 – (– 0,34) ΔV = + 1,10 volt Observações: A voltagem também pode ser calculada pela soma das semirreações. A semirreação de menor potencial deve ser invertida, se a reação for espontânea. oxidação Zn0 → Zn2+ + 2e– + 0,76V redução + Cu2+ + 2e– → Cu0 + 0,34V –––––––––––––––––––––––––––––––––– Zn0 + Cu2+ → Zn2+ + Cu0 + 1,10V

6. Eletrólise a) Conceito Decomposição de uma substância pela corrente elétrica. b) Características Cátions se dirigem ao catodo sofrendo redução. Ânions se dirigem ao anodo sofrendo oxidação. Exemplo: catodo: H+ + e– → 1/2H2 anodo: 2OH–→ 2e– + H2O + 1/2O2 c) Eletrólise ígnea Material é fundido

259

Δ NaCl ⎯⎯⎯→ Na+ + Cl– catodo: Na+ + e– → Na0 anodo: Cl– → e– + 1/2Cl2 –––––––––––––––––––––––– Na+ + Cl– → Na0 + 1/2Cl2 d) Ordem de descarga de cátions Alc+, AlcT2+, Al3+, H2O, H+ , Zn2+, Fe2+, Cu2+, Ag+, Au3+ ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ ordem de descarga aumenta e) Ordem de descarga de ânions F– ânion oxigenados, H2O OH– ânions não-oxigenados ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ ordem de descarga aumenta f) Eletrólise em solução aquosa

Catodo

Anodo PILHA

Catodo -

A+

+ Anodo +

A água pode ser oxidada ou reduzida. • Oxidação da água (anodo) +1 2H2O(l) ⎯⎯⎯→ O2(g) + 4H+(aq) + e– –2

oxidação

• Redução da água (catodo) –2

–2

2H2O(l) + 2e– → H2(g) + 2OH–(aq) +1

260

redução

g) Previsão dos produtos de eletrólise em solução aquosa A previsão de quais reações ocorrerão nos eletrodos não é fácil de ser realizada. Podem ocorrer a oxidação e redução do solvente (água) e dos íons do soluto. A redução do cátion ou da água e a oxidação do ânion ou da água dependem da facilidade de ocorrerem essas reações. Analisemos as reações mais comuns.

7. Exemplo de eletrólise Eletrólise de solução aquosa de CuSO4 CuSO4 → Cu2+(aq) + SO2– 4 (aq) Catodo: Cu2+(aq) + 2e– → Cu(s) Anodo: H2O(l) → 1/2O2(g) + 2H+(aq) + 2e– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– H2O(l) + Cu2+(aq) → 1/2O2(g) + 2H+(aq) + Cu(s)

8. Equação de Faraday O cálculo pode ser feito utilizando as semirreações. Exemplo: Ag+ + 1e– → Ag 1 mol de elétrons produz 1 mol de prata

❑ Constante de Faraday (F) Q = 96 500C 1F 1 mol de e– = 6,02 . 1023 e–

Radioatividade É o fenômeno da emissão de radiações por núcleos instáveis. As radiações emitidas por elementos radioativos naturais são: 1) Partículas alfa: núcleos de hélio (2 prótons e 2 nêutrons): +24α 2) Partículas beta: elétrons formados na desintegração de nêutrons: 0 β –1 0 3) Ondas eletromagnéticas gama: γ 0 Quando um átomo emite uma partícula alfa, o número atômico diminui duas unidades e o número de massa diminui quatro unidades. 238 u 92

→

4 α +2

234 Th 90

Michael Faraday

Quando o átomo emite uma partícula beta, o número atômico aumenta uma unidade e o número de massa fica constante. 234 Th 90

→

0 β –1

234 Pa 91

Meia-vida (t1/2) é o tempo necessário para metade da amostra desintegrar-se. t1/2 m ––– m ⎯⎯⎯→ 2

261

Fissão nuclear: quebra de núcleos grandes com formação de núcleos menores. 235 U 92

+ 10n →

141 56Ba

92 + 36 Kr + 2 10n + energia

Fusão nuclear: união de núcleos pequenos com formação de núcleo maior. 2 H 1

3 H 1

→

4 He 2

+ 10n + energia

Esses dois processos poderão substituir a queima de combustíveis fósseis, mas a sua utilização deve ser feita com muito cuidado. Há ainda o problema do descarte do lixo nuclear.

Emissão de SOx (mil toneladas/ano) 70 60

Exercício Explicativo 1

50 40 30 20 10

le uc

du si

GOLDEMBERG, José. Energia, Meio Ambiente e Desenvolvimento.

tró

ás

vã

As chuvas ácidas que causam danos às plantações, lagos e monumentos históricos são causadas pelos gases SOx e NOx. Os gráficos ao lado mostram as emissões de óxidos de enxofre (SOx) e nitrogênio (NOx), produzidos na geração de 1000 megawatts de energia pelas usinas. Elas utilizam: carvão, gás natural, petróleo residual, madeira e material radioativo.

Dentre as usinas, a que mais contribui para o agravamento do fenômeno das chuvas ácidas é a que utiliza a) carvão mineral. b) petróleo residual. c) madeira. d) material radioativo. e) gás natural.

Emissão de NOx (mil toneladas/ano) 25 20 15

Comentário

10 5

ar uc le N

ei ad

re s o le

l id

ra l tu

na ró Pe t

ás

vã

Em um combustível fóssil (carvão e petróleo) existe enxofre como impureza. O enxofre queima formando óxidos de enxofre (SOx). S + O2 → SO2 SO2 + ½O2 → SO3 O SO3 reage com a água da chuva formando H2SO4. SO3 + H2O → H2SO4 Na queima de qualquer combustível formam-se óxidos de nitrogênio que formam no final ácido nítrico. temperatura água N2 + O2 ⎯⎯⎯⎯⎯→ NOX ⎯⎯→ HNO3 elevada Portanto, a que mais contribui para o agravamento do fenômeno das chuvas ácidas é a que utiliza carvão mineral (vide gráficos). Resposta: A

262

Exercício Explicativo 2 Com a expansão da telefonia celular aumentaram as vendas de aparelhos celulares. Esse aumento pode trazer problemas pelo descarte das baterias descarregadas, que contêm metais pesados como níquel e cádmio, prejudiciais à saúde. Considere as seguintes situações: I. contaminação da atmosfera; II. contaminação de rios próximos aos lixões; III. contaminação de águas subterrâneas; IV. aumento do teor destes metais no solo dos lixões. Implicações ambientais do descarte das baterias no lixo comum estão descritas apenas em a) I e III. b) I e IV. c) II e III. d) II, III e IV. e) I, II, III e IV

Comentário Como níquel e cádmio são sólidos, o descarte das baterias no lixo comum não provoca impacto ambiental na atmosfera. Resposta: D

Exercício Explicativo 3 Há diversas situações em que é necessário o uso residencial de dispositivos geradores de energia elétrica como alternativa à rede de distribuição pública. Alguns desses dispositivos são: I. Geradores a óleo dísel ou gasolina: convertem a energia térmica da queima de combustíveis em energia elétrica. II. Geradores eólicos: a energia do vento é convertida em energia elétrica. III. Geradores hidráulicos: uma roda d’água é acoplada a um dínamo, que gera energia elétrica. IV. Geradores eletroquímicos (pilhas e baterias): reações químicas geram energia elétrica. Alguns podem ser recarregáveis; outros não. O uso de cada um desses dispositivos tem vantagens e desvantagens. Identifique a linha da tabela abaixo que associa corretamente os dispositivos às suas características.

opção

geram resíduos poluidores os dispositivos

não geram resíduos poluidores os dispositivos

funcionam da mesma forma, independentemente do local, tempo, clima e época do ano, os dispositivos

II e III

I e IV

II e III

I e IV

II e III

I e IV

II e III

I e II

III e IV

I e II

263

Comentário Os dispositivos: geradores a óleo dísel e geradores eletroquímicos geram resíduos poluídores (I e IV). Os dispositivos: geradores eólicos e geradores hidráulicos não geram resíduos poluidores (II e III). Os dispositivos: geradores a óleo dísel e geradores eletroquímicos funcionam da mesma forma, independentemente do local, tempo, clima e época do ano (I e IV). Resposta: C

Exercício Explicativo 4 O pH informa a acidez ou a basicidade de uma solução. A escala abaixo apresenta a natureza e o pH de algumas soluções e da água pura, a 25°C.

Uma solução desconhecida estava sendo testada no laboratório por um grupo de alunos. Esses alunos decidiram que deveriam medir o pH dessa solução como um dos parâmetros escolhidos na identificação da solução. Os resultados obtidos estão na tabela a seguir.

264

Aluno

Valor de pH

Carlos

4,5

Gustavo

5,5

Simone

5,0

Valéria

6,0

Paulo

4,5

Wagner

5,0

Renata

5,0

Rodrigo

5,5

Augusta

5,0

Eliane

5,5

Da solução testada pelos alunos, o professor retirou 100mL e adicionou água até completar 200mL de solução diluída. O próximo grupo de alunos a medir o pH deverá encontrar para o mesmo: a) valores inferiores a 1,0. d) valores entre 5 e 3.

b) os mesmos valores. e) sempre o valor 7.

c) valores entre 5 e 7.

Comentário O valor do pH determinado pelo primeiro grupo de alunos está por volta de 5. É uma solução ácida, pois o pH é menor que 7. Quanto maior a concentração de íons H+, maior a acidez e, portanto, menor o pH. Diluindo a solução, diminui a concentração de íons H+, diminui a acidez e, portanto, aumenta o pH, isto é, fica maior que 5. O pH continua menor que 7, pois a solução é ácida. Portanto, o próximo grupo de alunos deverá encontrar para o pH valores entre 5 e 7. Resposta: C

Exercício Explicativo 5 Na música “Bye, bye, Brasil”, de Chico Buarque de Holanda e Roberto Menescal, os versos “puseram uma usina no mar talvez fique ruim pra pescar” poderiam estar se referindo à usina nuclear de Angra dos Reis, no litoral do Estado do Rio de Janeiro. No caso de tratar-se dessa usina, em funcionamento normal, dificuldades para a pesca nas proximidades poderiam ser causadas a) pelo aquecimento das águas, utilizadas para refrigeração da usina, que alteraria a fauna marinha. b) pela oxidação de equipamentos pesados e por detonações que espantariam os peixes. c) pelos rejeitos radioativos lançados continuamente no mar, que provocariam a morte dos peixes. d) pela contaminação por metais pesados dos processos de enriquecimento do urânio. e) pelo vazamento de lixo atômico colocado em tonéis e lançado ao mar nas vizinhanças da usina.

Comentário Para a refrigeração da usina coleta-se água do mar. Esta é devolvida ao mar aquecida. O aumento da temperatura da água diminui a solubilidade do ar na água. A diminuição da quantidade de O2 e CO2 dissolvidos afeta o fitoplâncton, que passa a realizar menos fotossíntese. Ocorrendo diminuição da população de fitoplâncton, toda a cadeia alimentar sofrerá alteração. Resposta: A

265

Avaliar propostas de intervenção no meio ambiente aplicando conhecimentos químicos, observando riscos ou benefícios.

DNA – A molécula da vida. A química estuda a estrutura das moléculas.

266

Tudo o que o ser humano toca, come, deve-se à química: matérias plásticas, ligas metálicas, cerâmicas, componentes eletrônicos, papel, adubos, detergentes, vidros, filmes etc. No campo da medicina, químicos isolaram os antibióticos, sintetizaram drogas para o tratamento da hipertensão, diabete, artrite, problemas mentais. “Produto químico” é qualquer material em cuja obtenção tenha ocorrido uma transformação química controlada pelo homem. Portanto, a química não pode ser intrinsecamente má, pois é fruto da atividade racional do ser humano. Devemos admitir que nem todos os efeitos da química têm sido positivos. O químico contribuiu para o aprimoramento de armas (do napalm às bombas nucleares), gases de combate, medicamentos para coagir indivíduos. A acidez das águas de chuva cresce, a taxa de dióxido de carbono na atmosfera aumenta (o que poderá modificar o clima), os detergentes poluem as águas dos rios, acidentes com produtos petrolíferos destroem a fauna e a flora de dezenas de quilômetros de costa, os clorofluorcarbonetos ajudam a diminuir a camada de ozônio. Deve-se, no entanto, salientar que a Química contribui para esses problemas, mas também ajuda a controlá-los. A maior parte das pesquisas visando ao controle e à prevenção da poluição é desenvolvida por químicos. Vejamos alguns exemplos de intervenções no meio ambiente aplicando conhecimentos químicos: 1) Prevenção, eliminação e tratamento de resíduos industriais tornaram-se um fator a ser levado, em conta. O SO2 formado na queima de combustíveis fósseis é absorvido por substâncias de caráter básico. Os efluentes de uma indústria sofrem tratamento antes de serem adicionados a um rio. 2) Os CFC (clorofluorcarbonos), que eram usados em aerossóis, geladeiras etc e um dos responsáveis pela diminuição da camada de ozônio, estão sendo substituídos. 3) Aplicação dos três erres: reduzir o consumo; reutilizar o material usado tantas vezes quanto possível; reciclar o material quando já não for útil. Em geral, os plásticos não são atacados por bactérias, ou seja, a sua degradação é lenta. A sua reciclagem já é utilizada. Atualmente estão sendo fabricados plásticos biodegradáveis. Muitos materiais são reciclados atualmente: metais, papel, plásticos etc. 4) Pilhas e baterias contendo íons de metais pesados (cádmio, chumbo e mercúrio) devem ser entregues aos estabelecimentos que as comercializam ou à rede de assistência técnica autorizada pelas indústrias. 5) Utilização de fontes de energia alternativas aos combustíveis fósseis: energia eólica (energia dos ventos), energia solar, biocombustíveis (etanol, biodiesel). … e muitas outras intervenções.

Exercício Explicativo 1 Com a expansão da telefonia celular, aumentaram as vendas de aparelhos celulares. Esse aumento pode trazer problemas, pelo descarte das baterias descarregadas, que contêm metais pesados como níquel e cádmio, prejudiciais à saúde. Para evitar futuros problemas ambientais decorrentes do descarte de baterias nos lixões, o consumidor deveria ser orientado a a) b) c) d) e)

devolvê-las para as fábricas para reciclagem. queimá-las, evitando a contaminação do solo. enterrá-las, evitando a ação da chuva. abri-las e retirar os metais de dentro. abri-las e enterrá-las.

Comentário O consumidor deveria ser orientado a devolvê-las para as fábricas para reciclagem. Resposta: A

Exercício Explicativo 2 Tem sido desenvolvida no Brasil tecnologia para a produção de plásticos biodegradáveis, ainda que em pequena escala. Entre esses plásticos, estão os polihidroxialcanoatos (PHA), que são polímeros produzidos por certas bactérias do solo a partir de carboidratos como o açúcar de cana. Algumas características desses polímeros estão descritas a seguir. • Sua durabilidade no ambiente é de alguns meses, que é pouco tempo, quando comparado aos polímeros derivados do petróleo, que chega a uma centena de anos. • O custo é maior do que o dos polímeros obtidos do petróleo, pois a escala de produção ainda é pequena. Entretanto, quando surgiram, os polímeros derivados do petróleo também tinham custo maior do que os dos materiais que substituíram. Considerando essas características, pode-se prever que, em um futuro próximo, se houver aumento da escala de produção, os PHA poderão substituir, de forma vantajosa, os polímeros atualmente utilizados na fabricação de diversos produtos, como, por exemplo, a) b) c) d) e)

sacos de lixo e embalagens descartáveis. para-choques e estofamentos de veículos. lentes e armações de óculos corretivos. tintas e vernizes para fachadas de residências. sacos de lixo e estofamentos de veículos.

Comentário É importante que os sacos de lixo e embalagens descartáveis sofram degradação no menor tempo possível. Para os demais materiais citados nas alternativas, é importante que sofram degradação depois de um longo tempo. Resposta: A

267

Exercício Explicativo 3 A combustão da gasolina nos motores de automóveis produz uma série de gases como dióxido de carbono, monóxido de carbono, óxidos de nitrogênio e hidrocarbonetos. Na camada mais baixa da atmosfera, ou seja, na troposfera, tais gases participam de diversas reações químicas que geram outras substâncias poluentes, como o ozônio que é gerado a partir de hidrocarbonetos e de óxidos de nitrogênio. Com o uso de conversores catalíticos (catalisadores) nos escapamentos, todos esses gases são convertidos em dióxido de carbono, vapor de água e nitrogênio. Sendo assim, o emprego desses conversores a) b) c) d) e)

diminui a formação de ozônio na troposfera. elimina a emissão de gases-estufa para a atmosfera. diminui os buracos da camada de ozônio da estratosfera. elimina a poluição do ar causada por veículos automotores. diminui a emissão de CO2 para a atmosfera.

Comentário

De acordo com o texto, para a formação do ozônio na troposfera são necessários hidrocarbonetos e óxidos de nitrogênio. Com o uso de conversores catalíticos esses gases são transformados em dióxido de carbono, vapor de água e nitrogênio. Portanto, diminui a formação de ozônio na troposfera. Resposta: A

Exercício Explicativo 4 A água é um recurso natural essencial para nossa sobrevivência e a de todas as espécies que habitam a Terra. A ameaça de falta de água permanente, em níveis que possam inviabilizar até a simples existência, pode parecer exagero, mas não é. Por isso, é preciso contribuir para o uso racional desse bem precioso. Mesmo pequenas medidas podem, quando adotadas por todos, contribuir para o uso racional da água. Considere as seguintes recomendações para diminuir o consumo de água tratada nas cidades. I. Dispor nas residências e edifícios de um sistema de coleta e armazenamento da água da chuva para ser usada em descargas de sanitários, limpeza de pisos e lavagem de automóveis. II. Trocar as válvulas de descarga por caixas de descarga nos banheiros, que limitam a quantidade de água utilizada em cada acionamento. III. Diminuir o tempo de banho de chuveiro, pois os chuveiros, quando abertos, consomem muita água. Estão corretas as afirmativas a) I e II, apenas. d) I, II e III.

b) II e III, apenas. e) III, apenas.

c) I e III, apenas.

Comentário Para diminuir o consumo de água tratada nas cidades todas as recomendações citadas são válidas. Resposta: D

268

Exercício Explicativo 5 O botulismo, intoxicação alimentar que pode levar à morte, é causado por toxinas produzidas por certas bactérias, cuja reprodução ocorre nas seguintes condições: é inibida por pH inferior a 4,5 (meio ácido), temperaturas próximas a 100°C, concentrações de sal superiores a 10% e presença de nitritos e nitratos como aditivos. A ocorrência de casos recentes de botulismo em consumidores de palmito em conserva levou a Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA) a implementar normas para a fabricação e comercialização do produto. No rótulo de uma determinada marca de palmito em conserva, encontram-se as seguintes informações: I. Ingredientes: Palmito açaí, sal diluído a 12% em água, ácido cítrico; II. Produto fabricado conforme as normas da ANVISA; III. Ecologicamente correto. As informações do rótulo que têm relação com as medidas contra o botulismo estão contidas em: a) II, apenas. d) II e III, apenas.

b) III, apenas. e) I, II e III.

c) I e II, apenas.

Comentário A conservação do palmito em água, contendo 12% de sal dissolvido e ácido cítrico, para redução do pH, está de acordo com as normas de preservação do alimento, segundo a ANVISA. Resposta: C

Exercício Explicativo 6 A caixinha utilizada em embalagens como as de leite “longa vida” é chamada de “tetra brick”, por ser composta de quatro camadas de diferentes materiais, incluindo alumínio e plástico, e ter a forma de um tijolo (brick, em inglês). Esse material, quando descartado, pode levar até cem anos para se decompor. Considerando os impactos ambientais, seria mais adequado a) utilizar soda cáustica para amolecer as embalagens e só então descartá-Ias. b) promover a coleta seletiva, de modo a reaproveitar as embalagens para outros fins. c) aumentar a capacidade de cada embalagem, ampliando a superfície de contato com o ar para sua decomposição. d) constituir um aterro específico de embalagens “tetra brick”, acondicionadas de forma a reduzir seu volume. e) proibir a fabricação de leite “longa vida”, considerando que esse tipo de embalagem não é adequado para conservar o produto

Comentário Seria mais adequado promover a coleta seletiva, de modo a reaproveitar o material das embalagens para outros fins. Resposta: B

269

Exercício Explicativo 7 Em um debate sobre o futuro do setor de transporte de uma grande cidade brasileira com trânsito intenso, foi apresentado um conjunto de propostas. Entre as propostas reproduzidas abaixo, aquela que atende, ao mesmo tempo, a implicações sociais e ambientais presentes nesse setor é a) b) c) d) e)

proibir o uso de combustíveis produzidos a partir de recursos naturais. promover a substituição de veículos a diesel por veículos a gasolina. incentivar a substituição do transporte individual por transportes coletivos. aumentar a importação de diesel para substituir os veículos a álcool. diminuir o uso de combustíveis voláteis devido ao perigo que representam.

Comentário O crescimento das grandes cidades dificulta sobremaneira a aplicação de qualquer outra medida que não seja substituir o transporte individual pelo coletivo, amenizando o problema do trânsito e da poluição. Resposta: C

Exercício Explicativo 8 O debate em torno do uso da energia nuclear para produção de eletricidade permanece atual. Em um encontro internacional para a discussão desse tema, foram colocados os seguintes argumentos: I. Uma grande vantagem das usinas nucleares é o fato de não contribuírem para o aumento do efeito estufa, uma vez que o urânio, utilizado como “combustível”, não é queimado mas sofre fissão. II. Ainda que sejam raros os acidentes com usinas nucleares, seus efeitos podem ser tão graves que essa alternativa de geração de eletricidade não nos permite ficar tranquilos. A respeito desses argumentos, pode-se afirmar que a)

o primeiro é válido e o segundo não é, já que nunca ocorreram acidentes com usinas nucleares. b) o segundo é válido e o primeiro não é, pois de fato há queima de combustível na geração nuclear de eletricidade. c) o segundo é valido e o primeiro é irrelevante, pois nenhuma forma de gerar eletricidade produz gases do efeito estufa. d) ambos são válidos para se compararem vantagens e riscos na opção por essa forma de geração de energia. e) ambos são irrelevantes, pois a opção pela energia nuclear está-se tornando uma necessidade inquestionável.

Comentário A respeito desses argumentos, pode-se afirmar que ambos são válidos para se compararem vantagens e riscos na opção por essa forma de geração de energia. O urânio utilizado na usina nuclear sofre um processo chamado de fissão, pois ocorre a quebra de um núcleo grande (urânio), originando núcleos menores. Portanto, não há queima de combustível na geração nuclear de eletricidade. Resposta: D

270

Competência de área 8 – Apropriar-se de conhecimentos da biologia para, em situações problema, interpretar, avaliar ou planejar intervenções científico-tecnológicas.

Associar características adaptativas dos organismos com seu modo de vida ou com seus limites de distribuição em diferentes ambientes, em especial em ambientes brasileiros. As espécies vegetais e animais estão adaptadas ao meio ambiente em que vivem. Assim, no Brasil, podem ser observados vários biomas, tais como as florestas, o cerrado, a caatinga, o pantanal etc. Cada espécie apresenta em consequência uma série de adaptações que permitem a sua sobrevivência nesses ambientes.

Exercício Explicativo 1 “Eu carrego um sertão dentro de mim, e o mundo no qual vivo é também o sertão. As aventuras não têm tempo, não têm princípio nem fim. E meus livros são aventuras, para mim são a minha maior aventura. Escrevendo, descubro sempre um novo pedaço do infinito. Vivo no infinito, o momento não conta”. (João Guimarães Rosa)

Cerrado.

Guimarães Rosa identifica-se com o sertão, região de baixa pluviosidade, cujos vegetais possuem, como características adaptativas, a)

folhas com superfície reduzida, evitando grande perda de água, cutícula delgada que permite trocas gasosas e sistema radicular desenvolvido, facilitando a captação de água e nutrientes. b) folhas largas com estômatos em criptas, que reduzem a incidência de raios luminosos, cutícula espessa, reduzindo a transpiração cuticular, caules suberosos, evitando os efeitos da elevada temperatura. c) folhas com estômatos na região ventral, evitando a incidência de raios luminosos, com predominância de caules claros que refletem os raios luminosos, e raízes fasciculadas que diminuem a perda de água. d) folhas com estômatos pequenos e em pequeno número, parênquima amilífero que supre as necessidades energéticas e raízes com pneumatóforos e grande pressão osmótica, facilitando absorção de água. e) folhas transformadas em espinhos, reduzindo a perda de água por transpiração, parênquima aquífero e raízes cobrindo grandes superfícies, que contribuem para armazenamento e absorção de água.

Caatinga.

271

Comentário São características de plantas adaptadas ao ambiente árido: • folhas reduzidas ou transformadas em espinhos. • estômatos numerosos, rápidos no mecanismo de abertura e fechamento, abrem-se à noite e podem aparecer em criptas epidérmicas. • cutículas espessas. • parênquimas aquíferos. • raízes com grande superfície. • vacúolos muito concentrados. Resposta: E

Exercício Explicativo 2 Analise o texto a seguir: “O caramujo africano, Achatina fulica, é um espécie exótica, nativa do leste e nordeste da África e chegou ao Brasil na década de 1980, no estado do Pará. Foi importado ilegalmente, como uma alternativa econômica ao caramujo comestível tradicional “Escargot”. No entanto, os negócios fracassaram e, como se reproduzem rapidamente, os criadores começaram a soltá-los em rios, terrenos baldios, lixões etc. Hoje, o caramujo está presente em 22 estados brasileiros, estando incluído na lista das maiores causas de perda de biodiversidade do planeta. Além das doenças que pode transmitir, destrói plantações e entra em competicão por espaço e alimentos com outros animais da fauna nativa.” Assinale a alternativa que explica a expansão exagerada desse molusco, nas diferentes regiões brasileiras. a) Grande capacidade de adaptação e reprodução assexuada. b) Falta de um predador natural e grande capacidade de adaptação. c) Reprodução por hermafroditismo e ocupação de diferente nível trófico dos moluscos nativos. d) Grande oferta de alimentos e reprodução assexuada. e) Clima e predadores naturais semelhantes aos da África.

Comentário A introdução de uma espécie exótica pode provocar distúrbios ecológicos importantes, entre eles: – a espécie passa a ocupar um novo nicho ecológico; – apresenta uma grande capacidade de adaptação ao novo ambiente; – a espécie não tem um predador, o que leva a uma proliferação exagerada. Resposta: B

Exercício Explicativo 3 A atividade pesqueira é antes de tudo extrativista, o que causa impactos ambientais. Muitas espécies já apresentam sério comprometimento em seus estoques e, para diminuir esse impacto, várias espécies vêm sendo cultivadas. No Brasil, o cultivo de algas, mexilhões, ostras, peixes e camarões vem sendo realizado há alguns anos, com grande sucesso, graças ao estudo minucioso da biologia desses espécies. Os crustáceos decápodes, por exemplo, apresentam, durante seu desenvolvimento larvário, várias etapas com mudança radical de sua forma.

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Não só a sua forma muda, mas também a sua alimentação e hábitat. Isso faz com que os criadores estejam atentos a essas mudanças, porque a alimentação ministrada tem de mudar a cada fase. Se, para o criador, essas mudanças são um problema, para a espécie em questão, essa metamorfose apresenta uma vantagem importante para sua sobrevivência, pois a) b) c) d) e)

aumenta a predação entre os indivíduos. aumenta o ritmo de crescimento. diminui a competição entre os indivíduos da mesma espécie. diminui a quantidade de nichos ecológicos ocupados pela espécie. mantém a uniformidade da espécie.

Comentário Formas diferentes em cada muda, hábitats e alimentação diversos evitam a competição entre indivíduos da mesma espécie. Resposta: C

Exercício Explicativo 4 As condições climáticas da Terra variam em diferentes regiões geográficas. As plantas desenvolveram adaptações morfológicas e fisiológicas para sobreviver em diferentes condições ambientais. Essas adaptações geralmente são refletidas na estrutura das folhas. Com base na relação vegetal-água, as plantas são classificadas como xerófitas, mesófitas e hidrófitas. Assinale abaixo a opção que não contempla caracteres xerofíticos. a)

As folhas são, muitas vezes, bastante espessas e coriáceas, com uma cutícula bem desenvolvida. b) Maior densidade do sistema vascular e dos estômatos. c) Presença de numerosos tricomas e esclerênquima abundante. d) Redução dos tecidos de sustentação e numerosos espaços intercelulares grandes, que estão presentes entre as células do mesófilo. e) Presença de tecido armazenador de água (parênquima aquífero).

Comentário As xerófitas são plantas adaptadas a ambientes áridos e apresentam estruturas destinadas a evitar a perda excessiva de água por transpiração. Assim, a presença de espaços presentes entre as células das formas (mesófilo) tende a favorecer a perda de água por transpiração. Resposta: D

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Interpretar experimentos ou técnicas que utilizam seres vivos, analisando implicações para o ambiente, a saúde, a produção de alimentos, matérias primas ou produtos industriais. 1. Clonagem Um clone é uma cópia idêntica. Clonar significa fazer uma ou mais cópias de alguma coisa. Em biologia, o termo clone pode referir-se tanto a um organismo quanto a um gene. Gêmeos idênticos, por exemplo, são clones genéticos um do outro. Chamamos de biblioteca gênica à coleção de fragmentos de DNA clonados que representam a receita genética completa de um organismo.

2. Genoma Genoma é a totalidade do material genético de um organismo. No caso da espécie humana, é constituído pelo sequenciamento das base do DNA existentes nos 46 cromossomos, contidos no núcleo da célula.

Exercício Explicativo 1 A combinação de técnicas de biologia molecular e transferência de genes se constitui numa ferramenta poderosa para introduzir novas características em um determinado organismo (transgênico). Apesar de toda a polêmica, sua importância é reconhecida, em alguns casos. Sobre a importância dos transgênicos, é incorreto afirmar que a)

auxiliam estudos de função e regulação da expressão de diferentes genes em eucariontes. b) diminuem o tempo necessário para a transferência de genes usados no melhoramento genético. c) permitem a obtenção de proteínas utilizadas no tratamento de doenças da espécie humana, a um baixo custo financeiro. d) propiciam a produção de organismos geneticamente idênticos a partir de uma única célula. e) permitem a obtenção de indivíduos com características vantajosas, como a produção de substâncias de interesse para o homem.

Comentário A produção de organismos geneticamente idênticos a partir de uma única célula corresponde a um processo de clonagem. Resposta: D

Exercício Explicativo 2 Em 1997, foi noticiado pela mídia o produto de clonagem de mamíferos, uma ovelha que recebeu o nome de Dolly. O processo de clonagem consiste basicamente em

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retirar o núcleo de uma célula somática e colocá-lo em um citoplasma de um óvulo sem núcleo e induzir o desenvolvimento do embrião. b) retirar o núcleo de um espermatozoide e colocá-lo no citoplasma de um óvulo sem núcleo e induzir o desenvolvimento do embrião. c) retirar o núcleo de um óvulo e colocá-lo no citoplasma de um espermatozoide sem núcleo e induzir o desenvolvimento do embrião. d) retirar o núcleo de um espermatozoide e colocá-lo no citoplasma de uma célula somática sem núcleo e induzir o desenvolvimento do embrião. e) retirar o núcleo de um óvulo e colocá-lo no citoplasma de uma célula somática sem núcleo e induzir o desenvolvimento do embrião.

Comentário Na clonagem de Dolly o núcleo de uma célula somática foi implantado num óvulo anucleado que, induzido, originou o embrião. Resposta: A

Exercício Explicativo 3 Venter se refere ao genoma como o sistema operacional da célula, pois corresponde a um conjunto de instruções que coordenam o desenvolvimento e o funcionamento de todos os seres vivos. Os genomas são constituídos de a)

ácidos nucleicos capazes de determinar quando e quais polipeptídeos uma célula sintetiza. b) um conjunto de enzimas que realizam todas as reações químicas que ocorrem nas células. c) ácidos ribonucleicos que sintetizam todas as enzimas presentes nas células. d) um conjunto de proteínas capazes de armazenar toda a informação hereditária. e) ácidos desoxirribonucleicos que catalisam as reações químicas que ocorrem na célula.

Comentário Os genomas são constituídos de DNA e RNA codificadores de proteínas. Resposta: A

Exercício Explicativo 4 No artigo “Retrato molecular do Brasil” (Ciência Hoje, 2001), Sérgio Penna, pesquisador da Universidade Federal de Minas Gerais, revelou que a contribuição dos europeus na composição genética do povo brasileiro fez-se basicamente por meio de indivíduos do sexo masculino, enquanto a contribuição genética de povos indígenas e africanos deu-se por meio das mulheres. Tais conclusões são possíveis com base em estudos moleculares, respectivamente, do DNA do cromossomo a) X e de autossomos. d) Y e mitocondrial.

b) Y e de autossomos. e) X e mitocondrial.

c) Y e do cromossomo X.

Comentário O DNA presente no cromossomo Y é herdado exclusivamente da linhagem paterna. O DNA mitocondrial é herdado da linhagem materna, por estar presente apenas no citoplasma do óvulo. Resposta: D

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Avaliar propostas de alcance individual ou coletivo, identificando aquelas que visam à preservação e a implementação da saúde individual, coletiva ou do ambiente. – Saneamento básico: conjunto de medidas utilizadas para tratamento de esgotos, prevenindo dessa maneira a transmissão de doenças veiculadas por elementos infecciosos contidos na água. – Higiene: regra práticas e importantes na manutenção da saúde individual e coletiva. – Consciência a respeito dos principais tipos de alimentos benéficos para a saúde. – Divulgação dos prejuízos provocados pelo uso de álcool, cigarro e medicamentos (automedicação).

Exercício Explicativo 1 Projeto obriga escola a ter só merenda “saudável”. Proposta na Câmara dos deputados, em Brasília, abrange ensino infantil e fundamental, público ou privado e incentiva as escolas a consumir alimento saudável. Assim, coxinhas, balas e refrigerantes podem ficar no passado do lanche nas escolas. Para o Conselho Federal de Nutricionistas, alimentos com muito sal, gordura ou açúcar e principalmente os industrializados deveriam ser vetados. (Folha de S. Paulo, 30/08/2009) Analise os itens a seguir referentes à “merenda saudável”. I. Os alunos devem consumir mais leguminosas, derivados de cereais e frutas, pois esses alimentos proporcionam fibras e vitaminas. II. As fibras vegetais melhoram o trânsito do alimento no tubo digestório, protegendo-o contra certos tipos de câncer. III. O excesso de alimentos energéticos (açúcares e gorduras) e a pequena atividade física podem levar à obesidade, o que pode acarretar doenças cardíacas e diabetes. IV. A redução do consumo de sal contribui para a prevenção da hipertensão arterial, responsável por muitas mortes. Estão corretas as frases: a) apenas I, II e III. d) apenas I, III e IV.

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b) apenas II, III e IV. e) I, II, III e IV.

c) apenas III e IV.

Comentário Todos os itens são corretos. Uma pessoa deve ingerir uma dieta equilibrada com alimentos em proporções adequadas. Assim, deve ingerir os alimentos plásticos, energéticos e reguladores. Os alimentos plásticos são aqueles que fornecem as substâncias necessárias para a manutenção estrutural do organismo. Esses alimentos são ricos em proteínas (leite e seus derivados, peixes, carnes e ovos). Os alimentos energéticos fornecem energia para o organismo. São os carboidratos e os lipídios. Os alimentos reguladores são imprescindíveis para as reações químicas que ocorrem no interior das células. São as vitaminas e os sais minerais. Resposta: E

Exercício Explicativo 2 Um fumante que consome vários cigarros por dia acaba com o tempo adquirindo uma doença muito grave, entre outras, conhecida como “enfisema pulmonar”, que se caracteriza pela substituição de tecido normal por grandes formações císticas que contêm ar, destruindo, portanto, os alvéolos pulmonares. Que consequências podem surgir dessa situação? a) Ocorre maior absorção de CO2 que O2, prejudicando a respiração mitocondrial; b) Fica comprometido o processo de hematose, prejudicando consideravelmente a oxigenação dos tecidos; c) Os pulmões passam a absorver maior quantidade de nitrogênio molecular, prejudicando a síntese de aminoácidos; d) O fumante passa a ter tosse crônica, porém a hematose ocorre normalmente sem interferir na respiração celular; e) Aumento da hematose, diminuindo a troca de sangue venoso pelo arterial.

Comentário O enfisema pulmonar caracteriza-se pela destruição da parede dos alvéolos e perda da elasticidade dos pulmões. A consequência dessa doença é uma diminuição da capacidade da realização das trocas gasosas entre o sangue e os alvéolos. O sangue passa a apresentar baixa oxigenação prejudicando a atividade respiratória das células do organismo. Resposta: B

Exercício Explicativo 3 “Matéria publicada em jornal diário discute o uso de anabolizantes (apelidados de “bombas”) por praticantes de musculação. Segundo o jornal, “os anabolizantes são hormônios que dão uma força extra aos músculos. Quem toma consegue ganhar massa muscular mais rápido que normalmente. Isso porque uma pessoa pode crescer até certo ponto, segundo sua herança genética e independentemente do quanto ela se exercite. Um professor de musculação diz: ‘Comecei a tomar bomba por conta própria. Ficava nervoso e tremia. Fiquei impotente durante uns seis meses. Mas como sou lutador de vale-tudo, tenho de toma.”

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A respeito desta matéria, dois amigos fizeram os seguintes comentários: I.

O maior perigo da automedicação é seu fator anabolizante, que leva à impotência sexual. II. O crescimento corporal depende tanto dos fatores hereditários quanto do tipo de alimentação da pessoa, se pratica ou não esportes, se dorme as 8 horas diárias. III. Os anabolizantes devem ter mexido com o sistema circulatório do professor de musculacão, pois ele até ficou impotente. IV. Os anabolizantes são mais perigosos para os homens, pois as mulheres, além de não correrem o risco da impotência, são protegidas pelos hormônios femininos. Tomando como referência as informações da matéria do jornal e o que se conhece da fisiologia humana, pode-se considerar que estão corretos os comentários: a) I, II, III e IV; d) II e III apenas;

b) I, II e IV, apenas; e) I, II e III, apenas.

c) III e IV, apenas;

Comentário Anabolizantes são substâncias que promovem o anabolismo, isto é, a construção no organismo de compostos químicos complexos a partir de compostos mais simples. A testosterona, hormônio masculino, encontrado em pequenas quantidades nas mulheres, é produzido em grandes quantidades na adolescência. Nos homens, é um anabolizante natural, responsável pela diferenciação das características físicas masculinas ante as do sexo feminino, sendo o hormônio que determina, por exemplo, o aumento de massa muscular no menino em relação à menina. O uso artificial da testosterona (por meio de anabolizantes esteroides) é extremamente prejudicial ao organismo. O excesso de testosterona bloqueia a ação da hipófise, acarreta diminuição da produção de espermatozoides, atrofia dos testículos e impotência sexual. Além disso, a testosterona em excesso sofre uma reação química, com várias consequências danosas ao organismo, entre as quais: o coração pode aumentar de tamanho, predispondo-o ao infarto; os rins e o fígado ficam sobrecarregados, levando ao aparecimento de tumores. Nas mulheres, os efeitos androgênicos também são acentuados. A distribuição da gordura corporal muda e o corpo fica mais parecido com o dos homens. Cresce o clítoris, aparecem pelos por todo o corpo, a voz fica mais grave, há aumento da agressividade, fortes tonturas, dores de cabeça, entre muitos outros efeitos. Resposta: D

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Exercício Explicativo 4 Maravilha da Amazônia “Alimento básico do nortista. Os índios comem com farinha há milênios. Na década de 1980, surfistas do sul descobriram seu valor energético e nutritivo. Fala-se do açaí, fruto do açaizeiro, uma palmeira que se espalha pela Amazônia, mais nas margens dos rios. Sua fruta, dizem os estudiosos, parece que foi criada em laboratório sob encomenda da ‘geração saúde’.” (Mylton Severiano. Adaptado) Informações sobre a composição química e o valor nutricional do açaí. COMPOSIÇÃO

UNIDADE

QUANTIDADE

g(1)

13,00

Lipídios totais

g/100 g(1)

458,00

Açúcares totais

g/100 g(1)

1,50

g(1)

34,00

g/100 g(1)

3,50

Proteína

Fibras brutas Cinzas

g/100

g(2)

0,25

Vitamina E

mg/100 g(2)

45,00

Energia

kcal/100 g

66,30

Vitamina B1

mg/100

(1)Matéria seca; (2)Cálculo por diferença. (http://sistemaproducao.cnptia.embrapa.br) O açaí é um alimento de alto valor calórico. Os dados da tabela permitem afirmar que essa propriedade deve-se à presença de a) b) c) d) e)

proteínas, que são convertidas em energia. açúcares, que favorecem a absorção de calor. vitaminas, que aceleram a degradação das fibras brutas. lipídeos, que geram energia por oxidação dos ácidos graxos. minerais, que deixam resíduos quando submetidos à combustão.

Comentário Os lipídios são compostos orgânicos ricos em energia, pois podem ser oxidados durante a respiração celular mitocondrial, liberando, por unidade de massa, maior quantidade de energia do que os açúcares e as proteínas. Resposta: D

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