Química - 6ª Edição

Fronts Quimica 1 Feltre LA 10062005 1612 Page 1 Composite C M Y CM MY CY CMY K JOHN WILLIAM BANAGAN THE IMAGE BANK GETTY IMAGES 6ª edição São Paulo 2004 Ilustrações Adilson Secco Nelson Matsuda Engenheiro Químico pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Doutor em Engenharia Química pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Professor de Química em cursos prévestibulares e em cursos superiores Título original QUÍMICA Ricardo Feltre 2004 Coordenação editorial José Luiz Carvalho da Cruz Edição de texto Alexandre da Silva Sanchez Flávia Schiavo Márcio Costa Colaboradora Soraya Saadeh Manual do Professor Revisão técnica Francisco Benedito Teixeira Pessini Soraya Saadeh Revisão editorial Maria Aiko Nishijima Preparação de texto Morissawa Casa de Edição ME Assistência editorial Joel de Jesus Paulo Rosane Cristina Thahira Regiane de Cássia Thahira Coordenação de design e projetos visuais Sandra Botelho de Carvalho Homma Projeto gráfico Marta Cerqueira Leite Sandra Botelho de Carvalho Homma Capa Luiz Fernando Rubio Foto Mulher trabalhando nas salinas Vietnã John William BanaganThe Image BankGetty Images Coordenação de produção gráfica André Monteiro Maria de Lourdes Rodrigues Coordenação de revisão Estevam Vieira Lédo Jr Revisão Daniela Bessa Puccini José Alessandre S Neto Coordenação de arte Wilson Gazzoni Agostinho Edição de arte Wilson Gazzoni Agostinho Editoração eletrônica Setup Bureau Editoração Eletrônica Coordenação de pesquisa iconográfica Ana Lucia Soares Pesquisa iconográfica Vera Lucia da Silva Barrionuevo As imagens identificadas com a sigla CID foram fornecidas pelo Centro de Informação e Documentação da Editora Moderna Coordenação de tratamento de imagens Américo Jesus Tratamento de imagens Américo Jesus Fabio N Precendo e Rubens M Rodrigues Saída de filmes Helio P de Souza Filho Marcio H Kamoto Coordenação de produção industrial Wilson Aparecido Troque Impressão e acabamento Reprodução proibida Art 184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 Todos os direitos reservados EDITORA MODERNA LTDA Rua Padre Adelino 758 Belenzinho São Paulo SP Brasil CEP 03303904 Vendas e Atendimento Tel 0 11 60901500 Fax 0 11 60901501 wwwmodernacombr 2005 Impresso no Brasil 1 3 5 7 9 10 8 6 4 2 Dados Internacionais de Catalogação na Publicação CIP Câmara Brasileira do Livro SP Brasil Feltre Ricardo 1928 Química Ricardo Feltre 6 ed São Paulo Moderna 2004 Obra em 3 v Conteúdo V 1 Química geral v 2 Físicoquímica v 3 Química orgânica Bibliografia 1 Química Ensino médio 2 Físicoquímica Ensino médio Problemas exercícios etc I Título 042879 CDD5407 Índices para catálogo sistemático 1 Química Ensino médio 5407 Ficha QUIMICA 1PNLEM 06072005 1523 2 APRESENTAÇÃO Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 Em seus três volumes esta obra procura contribuir para o ensino da Química entre os alunos do Ensino Médio Nela são apresentados os conhecimentos básicos da Química e suas aplicações mais importantes Continuamos nos guian do para a simplificação da teoria na articulação desta com os fatos do cotidiano e na diversificação dos exercícios Para atingir essa finalidade cada capítulo da obra foi dividido em tópicos que visam tornar a exposição teórica gradual e didática No final de cada tópico propusemos algumas perguntas cuja finalidade é a revisão das idéias principais aí desenvolvidas seguindose também uma série de exercícios sobre o que foi discutido Em todos os capítulos foram colocados em muitas opor tunidades boxes com curiosidades e aplicações da Química pequenas biografias de cientistas sugestões de atividades práticas e leituras A intenção dessas seções foi proporcio nar maior articulação dessa ciência com outras como a Ma temática a Física e a Biologia e também com os avanços tecnológicos Agradecemos aos professores e aos alunos que presti giam nossa obra e reiteramos que críticas e sugestões serão sempre bem recebidas O autor SumarioQF1PNLEM 6705 1405 3 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 SUMÁRIO 1 1 Observando a natureza 2 2 As transformações da matéria 3 3 A energia que acompanha as transformações da matéria 5 Box Veja o que a falta de energia pode provocar 7 4 Conceito de Química 7 5 A Química em nosso cotidiano 7 Atividades práticas pesquisa 8 Revisão 9 Exercícios 9 Leitura 10 Questões sobre a leitura 10 VOLUME 2 Capítulo PRIMEIRA VISÃO DA QUÍMICA 1 Capítulo CONHECENDO A MATÉRIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES 1 Como a matéria se apresenta Homogênea Heterogênea 12 2 Fases de um sistema 12 3 Como a matéria se apresenta Pura Misturada 13 Atividades práticas 14 Revisão 14 Exercícios 15 Exercícios complementares 15 4 Transformações da água 15 Revisão 18 Exercícios 18 Exercícios complementares 19 5 As observações e as experiências na ciência 20 51 Medições o cotidiano e o científico 20 52 Uma medição importante a densidade 23 53 A importância dos gráficos no diaadia 24 Atividades práticas 26 Revisão 26 Exercícios 26 Exercícios complementares 28 6 Substância pura ou espécie química 29 Revisão 30 Exercícios 30 7 Processos de separação de misturas 31 71 Filtração 32 72 Decantação 33 73 Destilação 35 Box Destilação do ar líquido 36 SumarioQF1PNLEM 30505 1053 4 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 Capítulo 3 74 Cristalização 36 75 Outros processos de desdobramento de misturas 36 8 Aprendendo mais sobre o laboratório de Química 37 9 A segurança nos laboratórios de Química 39 Atividades práticas 40 Revisão 40 Exercícios 41 Exercícios complementares 42 Leitura 43 Questões sobre a leitura 44 Desafio 45 EXPLICANDO A MATÉRIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES 1 Vale a pena explicar entender os fatos do cotidiano e da ciência 49 Box Conhecimento e poder 49 2 As tentativas de explicar a matéria e suas transformações 49 3 O nascimento da Química 50 31 A lei de Lavoisier 50 32 A lei de Proust 51 Atividades práticas 52 Revisão 52 Exercícios 52 4 A hipótese de Dalton 53 5 Os elementos químicos e seus símbolos 54 Revisão 55 Exercícios 55 6 Explicando a matéria As substâncias químicas 55 61 Substâncias simples 57 62 Substâncias compostas ou compostos químicos 58 7 Explicando a matéria As misturas 58 Atividades práticas pesquisa 59 Revisão 59 Exercícios 60 Exercícios complementares 60 8 Explicando as transformações dos materiais 61 81 As transformações físicas 61 82 As transformações químicas 61 É fácil reconhecer uma transformação química 62 Misturar ou reagir 63 9 As propriedades das substâncias 64 Atividades práticas 64 Revisão 65 Exercícios 65 Exercícios complementares 65 SumarioQF1PNLEM 30505 1053 5 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 4 Capítulo 10 Explicando as variações de energia que acompanham as transformações materiais 66 11 Segunda visão da Química 66 12 Como a ciência progride 67 Atividades práticas 69 Revisão 69 Exercícios 69 Leitura 70 Questões sobre a leitura 71 Desafio 72 A EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS 1 O modelo atômico de Thomson 75 2 A descoberta da radioatividade 77 3 O modelo atômico de Rutherford 78 Atividades práticas 80 Revisão 80 Exercícios 81 Exercícios complementares 81 4 A identificação dos átomos 81 41 Número atômico 82 42 Número de massa 82 43 Elemento químico 82 44 Íons 82 45 Isótopos isóbaros e isótonos 83 Revisão 84 Exercícios 85 Exercícios complementares 86 5 O modelo atômico de RutherfordBohr 86 51 Introdução 86 52 Um breve estudo das ondas 87 53 As ondas eletromagnéticas 88 54 O modelo de RutherfordBohr 90 Atividades práticas 92 Revisão 92 Exercícios 93 Exercícios complementares 93 6 O modelo dos orbitais atômicos 94 Box Podese ver o átomo 95 7 Os estados energéticos dos elétrons 96 71 Níveis energéticos 96 72 Subníveis energéticos 96 73 Orbitais 96 74 Spin 97 75 A identificação dos elétrons 98 Revisão 99 Exercícios 100 Exercícios complementares 101 SumarioQF1PNLEM 30505 1053 6 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 8 A distribuição eletrônica 101 81 Distribuição eletrônica em átomos neutros 101 82 Distribuição eletrônica nos íons 102 Exercícios 103 Exercícios complementares 104 Leitura 105 Questões sobre a leitura 107 Desafio 108 5 Capítulo A CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA DOS ELEMENTOS 1 Histórico 111 2 A classificação periódica moderna 113 Classificação periódica dos elementos 114 21 Períodos 115 22 Colunas grupos ou famílias 115 23 Os nomes dos elementos químicos 117 Revisão 118 Exercícios 118 Exercícios complementares 119 3 Configurações eletrônicas dos elementos ao longo da classificação periódica 119 Revisão 121 Exercícios 121 Exercícios complementares 123 4 Propriedades periódicas e aperiódicas dos elementos químicos 123 41 Introdução 123 42 Raio atômico 124 43 Volume atômico 126 44 Densidade absoluta 127 45 Ponto de fusão e de ebulição 127 46 Potencial de ionização 127 47 Eletroafinidade ou afinidade eletrônica 127 Atividades práticas 128 Revisão 128 Exercícios 128 Exercícios complementares 130 Leitura 131 Questões sobre a leitura 132 Desafio 133 6 Capítulo AS LIGAÇÕES QUÍMICAS 1 Introdução 136 2 Ligação iônica eletrovalente ou heteropolar 137 21 Conceitos gerais 137 22 A ligação iônica e a Tabela Periódica 139 23 O tamanho do íon 140 Revisão 141 Exercícios 141 Exercícios complementares 142 SumarioQF1PNLEM 30505 1053 7 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 3 Ligação covalente molecular ou homopolar 143 31 Ligação covalente 143 32 Caso particular da ligação covalente 145 33 Fórmulas de compostos covalentes 146 34 Compostos moleculares e compostos iônicos 147 35 Exceções à regra do octeto 148 Revisão 149 Exercícios 149 Exercícios complementares 150 4 Ligação metálica 151 41 Estrutura dos metais 151 42 A ligação metálica 152 43 Propriedades dos metais 152 Revisão 153 Exercícios 153 Leitura 154 Questões sobre a leitura 154 Desafio 155 7 Capítulo A GEOMETRIA MOLECULAR 1 A estrutura espacial das moléculas 157 11 Conceitos gerais 157 12 Moléculas com pares eletrônicos ligantes e nãoligantes 158 13 Teoria da repulsão dos pares eletrônicos da camada de valência 158 14 Macromoléculas covalentes 159 15 Alotropia 159 A alotropia do carbono 159 A alotropia do fósforo 160 A alotropia do enxofre 161 Revisão 161 Exercícios 162 Exercícios complementares 163 2 Eletronegatividadepolaridade das ligações e das moléculas 164 21 Conceitos gerais 164 22 Ligações polares e ligações apolares 165 23 Momento dipolar 166 24 Moléculas polares e moléculas apolares 167 Revisão 168 Exercícios 169 Exercícios complementares 170 3 Oxidação e redução 171 31 Conceitos de oxidação e redução 171 32 Conceito de número de oxidação 172 33 Números de oxidação usuais 173 34 Cálculo dos números de oxidação 173 Box A explosão do foguete brasileiro VLS1 Veículo Lançador de Satélites1 174 Revisão 174 Exercícios 175 Exercícios complementares 176 4 Forças ou ligações intermoleculares 176 41 Forças ou ligações dipolodipolo 176 SumarioQF1PNLEM 6705 1408 8 Capítulo 8 ÁCIDOS BASES E SAIS INORGÂNICOS 1 Introdução 188 11 Dissociação e ionização 189 12 Grau de ionização 189 Revisão 190 Exercícios 190 2 Ácidos 191 21 A definição de ácido de Arrhenius 191 22 Classificação dos ácidos 191 a De acordo com o número de hidrogênios ionizáveis 191 b De acordo com a presença ou não de oxigênio na molécula 192 c De acordo com o grau de ionização 192 23 Fórmulas dos ácidos 192 24 Nomenclatura dos ácidos 193 a Ácidos 193 b Oxidações 193 25 Ácidos importantes 194 a Ácido sulfúrico H2SO4 194 b Ácido clorídrico HCl 195 c Ácido nítrico HNO3 195 d Ácido fluorídrico HF 195 Revisão 196 Exercícios 196 3 Bases ou hidróxidos 198 31 Definição da base de Arrhenius 198 32 Classificações das bases 199 a De acordo com o número de hidróxidos OH 199 b De acordo com o grau de dissociação 199 c De acordo com a solubilidade em água 199 33 Fórmulas das bases 199 34 Nomenclatura das bases 199 a Quando o elemento forma apenas uma base 199 b Quando o elemento forma duas bases 199 35 Bases importantes 200 a Hidróxido de sódio NaOH 200 b Hidróxido de cálcio CaOH2 200 c Hidróxido de amônio NH4OH 201 Revisão 201 Exercícios 201 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 4 Comparação entre ácidos e bases 202 41 Propriedades funcionais 202 42 A medida do caráter ácido e do básico 203 Box Acidez do solo 204 Atividades práticas 204 Revisão 205 Exercícios 205 Exercícios complementares 205 5 Sais 206 Box Império do sal 206 51 Conceituação dos sais 207 52 Reação de neutralização totalSais normais ou neutros 207 a Fórmula geral dos sais normais 208 b Nomenclatura dos sais normais 208 c Solubilidade dos sais normais 209 53 Outros tipos de sais 209 a Sais ácidos ou hidrogenosais 209 b Sais básicos ou hidroxisais 209 c Sais duplos ou mistos 210 d Sais hidratados ou hidratos 210 e Sais complexos 210 Box O galo do tempo 210 54 Sais importantes 210 a Cloreto de sódio NaCl 210 b Carbonato de sódio Na2CO3 211 c Hipoclorito de sódio NaOCl 211 d Carbonato de cálcio CaCO3 211 Atividades práticas 211 Revisão 212 Exercícios 212 Exercícios complementares 213 Leitura 214 Questões sobre a leitura 215 Desafio 216 9 Capítulo ÓXIDOS INORGÂNICOS 1 Definição de óxido 219 2 Fórmula geral dos óxidos 219 3 Óxidos básicos 220 31 Nomenclatura dos óxidos básicos 220 4 Óxidos ácidos ou anidridos 221 41 Nomenclatura dos óxidos ácidos 222 5 Óxidos anfóteros 222 6 Óxidos indiferentes ou neutros 223 7 Óxidos duplos mistos ou salinos 224 8 Peróxidos 224 Box Água oxigenada 225 SumarioQF1PNLEM 30505 1053 10 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 9 Óxidos importantes 225 91 Óxido de cálcio CaO 225 92 Dióxido de carbono CO2 226 Revisão 226 Exercícios 227 Exercícios complementares 228 10As funções inorgânicas e a classificação periódica 228 Revisão 231 Exercícios 231 Exercícios complementares 232 Leitura 233 Questões sobre a leitura 235 Desafio 235 Capítulo 10 AS REAÇÕES QUÍMICAS 1 Introdução 238 11 Equações iônicas 239 2 Balanceamento das equações químicas 240 Revisão 241 Exercícios 241 3 Classificações das reações químicas 242 31 Reações de síntese ou de adição 242 32 Reações de análise ou de decomposição 243 33 Reações de deslocamento ou de substituição ou de simples troca 243 34 Reações de dupla troca ou de dupla substituição 244 Revisão 244 Exercícios 244 Exercícios complementares 245 4 Quando ocorre uma reação química 246 41 Reações de oxirredução 246 a Comportamento dos metais 246 b Comportamento dos nãometais 247 42 Reações que não são de oxirredução 248 a Quando um dos produtos for menos solúvel que os reagentes 248 b Quando um dos produtos for mais volátil que os reagentes 248 c Quando um dos produtos for menos ionizado que os reagentes 249 Revisão 249 Exercícios 250 Exercícios complementares 251 5 Resumo das principais reações envolvendo as funções inorgânicas 252 51 Reações entre os opostos 252 52 Outros tipos de reação 253 a Reações com o oxigênio 253 b Reações com o hidrogênio 253 c Reações com a água 253 d Comportamento diante do calor 254 Atividades práticas 255 Revisão 255 Exercícios 255 Exercícios complementares 256 Leitura 258 Questões sobre a leitura 258 Desafio 259 SumarioQF1PNLEM 30505 1053 11 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 12 Capítulo 11 Capítulo ESTUDO DOS GASES 1 Introdução 278 2 O estado gasoso 278 3 O volume dos gases 278 4 A pressão dos gases 279 5 A temperatura dos gases 280 Box Zero absoluto 281 Revisão 281 Exercícios 281 6 As leis físicas dos gases 282 61 Lei de BoyleMariotte 282 Box As leis da ciência só valem dentro de certos limites 283 62 Lei de GayLussac 283 63 Lei de Charles 284 7 Equação geral dos gases 286 8 Condições normais de pressão e temperatura CNPT 286 9 Teoria cinética dos gases 286 10Gás perfeito e gás real 287 Atividades práticas 287 Revisão 288 Exercícios 288 Exercícios complementares 290 11Leis volumétricas das reações químicas leis químicas dos gases 291 111 Leis volumétricas de GayLussac 291 MASSA ATÔMICA E MASSA MOLECULAR 1 Unidade de massa atômica u 263 2 Massa atômica 263 21 Massa atômica dos elementos químicos 264 22 Determinação moderna das massas atômicas 264 23 Regra de DulongPetit 265 Revisão 265 Exercícios 265 3 Massa molecular 266 Revisão 267 Exercícios 267 4 Conceito de mol 268 5 Massa molar M 269 Revisão 270 Exercícios 270 Exercícios complementares 273 Leitura 274 Questões sobre a leitura 276 Desafio 276 SumarioQF1PNLEM 30505 1054 12 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 13 Capítulo 112 Hipótese ou lei de Avogadro 291 Revisão 293 Exercícios 293 Exercícios complementares 294 12Volume molar 294 13Equação de Clapeyron 295 Revisão 297 Exercícios 297 Exercícios complementares 300 14Misturas gasosas 301 141 Conceitos gerais 301 a Relação entre os gases iniciais e a mistura final 302 b Situação dentro da mistura final 302 Box As pressões parciais em nosso organismo 302 c Relacionando valores parciais com o valor total 303 Box Medidas da poluição 304 142 Massa molar aparente de uma mistura gasosa 304 Revisão 304 Exercícios 305 Exercícios complementares 310 15Densidade dos gases 311 151 Densidade absoluta 311 152 Densidade relativa 312 Atividades práticas 313 Revisão 313 Exercícios 314 Exercícios complementares 315 16Difusão e efusão dos gases 316 Atividades práticas 317 Revisão 317 Exercícios 317 Leitura 318 Questões sobre a leitura 320 Desafio 320 CÁLCULO DE FÓRMULAS 1 As fórmulas na Química 323 2 Cálculo da fórmula centesimal 323 Revisão 325 Exercícios 325 Exercícios complementares 326 3 Cálculo da fórmula mínima 326 Revisão 328 Exercícios 328 Exercícios complementares 328 4 Cálculo da fórmula molecular 328 41 Cálculo da fórmula molecular a partir da fórmula mínima 329 42 Cálculo direto da fórmula molecular 330 Revisão 330 Exercícios 330 Exercícios complementares 331 Leitura 331 Questões sobre a leitura 334 Desafio 335 SumarioQF1PNLEM 30505 1054 13 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 CÁLCULO ESTEQUIOMÉTRICO 1 Introdução 337 2 Casos gerais de cálculo estequiométrico 339 21 Quando o dado e a pergunta são expressos em massa 339 Exercícios 339 Exercícios complementares 340 22 Quando o dado é expresso em massa e a pergunta em volume ou viceversa 341 Exercícios 341 Exercícios complementares 343 23 Quando o dado e a pergunta são expressos em volume 343 Exercícios 344 24 Quando o dado é expresso em massa e a pergunta em mols ou viceversa 344 Exercícios 344 Exercícios complementares 345 25 Quando o dado é expresso em massa e a pergunta em números de partículas ou viceversa 345 Exercícios 346 26 Havendo duas ou mais perguntas 346 Exercícios 347 3 Casos particulares de cálculo estequiométrico 347 31 Quando aparecem reações consecutivas 347 Exercícios 348 Exercícios complementares 349 32 Quando são dadas as quantidades de dois ou mais reagentes 350 Exercícios 351 Exercícios complementares 352 33 Quando os reagentes são substâncias impuras 353 Exercícios 355 Exercícios complementares 356 34 Quando o rendimento da reação não é total 356 Exercícios 358 Exercícios complementares 358 35 Quando há participação do ar nas reações químicas 359 a Cálculo do volume do ar necessário à combustão 359 b Cálculo do volume total dos gases no final da reação 359 Exercícios 360 36 Quando os reagentes são misturas 360 Exercícios 362 Leitura 362 Questões sobre a leitura 365 Desafio 365 Respostas 369 Lista de siglas 376 Tabelas auxiliares 378 Sugestões de leitura para os alunos 381 Museus brasileiros ligados à Ciência 382 Referências bibliográficas 384 14 Capítulo SumarioQF1PNLEM 30505 1054 14 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 ÍNDICE DAS BIOGRAFIAS Antoine Laurent de Lavoisier capítulo 3 50 Joseph Louis Proust capítulo 3 51 John Dalton capítulo 3 53 Joseph John Thomson capítulo 4 77 Ernest Rutherford capítulo 4 78 Niels Henrik David Bohr capítulo 4 91 Linus Carl Pauling capítulo 4 101 Dimitri Ivanovitch Mendeleyev capítulo 5 112 Gilbert Newton Lewis capítulo 6 144 Svante August Arrhenius capítulo 8 188 Evangelista Torricelli capítulo 12 279 William Thomson Lord Kelvin of Largs capítulo 12 280 Robert Boyle e Edme Mariotte capítulo 12 282 Joseph Louis GayLussac capítulo 12 283 Jacques Alexandre César Charles capítulo 12 284 Amedeo Avogadro capítulo 12 291 Benoit Pierre Émile Clapeyron capítulo 12 295 Thomas Graham capítulo 12 316 ÍNDICE DAS LEITURAS O planeta Terra capítulo 1 10 O ciclo da água na Terra capítulo 2 43 O meio ambiente em perigo capítulo 3 70 Usos das radiações eletromagnéticas capítulo 4 105 Três famílias importantes capítulo 5 131 Ligas metálicas capítulo 6 154 Semicondutores capítulo 7 183 O tratamento da água capítulo 8 214 A chuva ácida capítulo 9 233 O vidro e o cimento capítulo 10 258 História das medições capítulo 11 274 A camada de ozônio capítulo 12 318 O efeito estufa capítulo 13 331 Produção do ferro e do aço capítulo 14 362 SumarioQF1PNLEM 30505 1054 15 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 ELEMENTOS QUÍMICOS As massas atômicas entre parênteses são dos isótopos mais estáveis dos elementos radioativos De acordo com as últimas recomendações da IUPAC Actínio Ac 89 227 Alumínio Al 13 269815 Amerício Am 95 243 Antimônio Sb 51 12175 Argônio Ar 18 39948 Arsênio As 33 749216 Astato At 85 210 Bário Ba 56 13734 Berquélio Bk 97 247 Berílio Be 4 90122 Bismuto Bi 83 209 Bóhrio Bh 107 2621 Boro B 5 10811 Bromo Br 35 79909 Cádmio Cd 48 11240 Cálcio Ca 20 4008 Califórnio Cf 98 251 Carbono C 6 1201115 Cério Ce 58 14012 Césio Cs 55 132905 Chumbo Pb 82 20719 Cloro Cl 17 35453 Cobalto Co 27 5893 Cobre Cu 29 6355 Criptônio Kr 36 8380 Cromo Cr 24 51996 Cúrio Cm 96 247 Darmstácio Ds 110 269 Disprósio Dy 66 16250 Dúbnio Db 105 262 Einstêinio Es 99 252 Enxofre S 16 32064 Érbio Er 68 16726 Escândio Sc 21 44956 Estanho Sn 50 11869 Estrôncio Sr 38 8762 Európio Eu 63 15196 Férmio Fm 100 257 Ferro Fe 26 55847 Flúor F 9 189984 Fósforo P 15 309738 Frâncio Fr 87 223 Gadolínio Gd 64 15725 Gálio Ga 31 6972 Germânio Ge 32 7259 Háfnio Hf 72 17849 Hássio Hs 108 265 Hélio He 2 40026 Hidrogênio H 1 100797 Hólmio Ho 67 164930 Índio In 49 11482 Iodo I 53 1269044 Irídio Ir 77 1922 Itérbio Yb 70 17304 Ítrio Y 39 88905 Lantânio La 57 13891 Elemento Símbolo Número Massa Atômico Atômica Laurêncio Lr 103 260 Lítio Li 3 6941 Lutécio Lu 71 17497 Magnésio Mg 12 24312 Meitnério Mt 109 269 Manganês Mn 25 549380 Mendelévio Md 101 258 Mercúrio Hg 80 20059 Molibdênio Mo 42 9594 Neodímio Nd 60 14424 Neônio Ne 10 20183 Netúnio Np 93 237 Nióbio Nb 41 92906 Níquel Ni 28 5869 Nitrogênio N 7 140067 Nobélio No 102 259 Ósmio Os 76 1902 Ouro Au 79 196967 Oxigênio O 8 159994 Paládio Pd 46 1064 Platina Pt 78 19509 Plutônio Pu 94 244 Polônio Po 84 209 Potássio K 19 39098 Praseodímio Pr 59 140907 Prata Ag 47 107870 Promécio Pm 61 145 Protactínio Pa 91 231 Rádio Ra 88 226 Radônio Rn 86 222 Rênio Re 75 1862 Ródio Rh 45 102905 Roentgênio Rg 111 272 Rubídio Rb 37 8547 Rutênio Ru 44 10107 Rutherfórdio Rf 104 261 Samário Sm 62 15035 Seabórgio Sg 106 2631 Selênio Se 34 7896 Silício Si 14 28086 Sódio Na 11 229898 Tálio Tl 81 20437 Tantálio Ta 73 180948 Tecnécio Tc 43 98 Telúrio Te 52 12760 Térbio Tb 65 158924 Titânio Ti 22 4790 Tório Th 90 2320 Túlio Tm 69 168934 Tungstênio W 74 18385 Urânio U 92 238 Vanádio V 23 50942 Xenônio Xe 54 13138 Zinco Zn 30 6538 Zircônio Zr 40 9122 Elemento Símbolo Número Massa atômico atômica SumarioQF1PNLEM 30505 1054 16 PRIMEIRA VISÃO DA QUÍMICA 1 Capítulo Apresentação do capítulo Un alquimista obra de Adriaen van Ostade 1661 Tópicos do capítulo 1 Observando a natureza 2 As transformações da matéria 3 A energia que acompanha as transformações da matéria 4 Conceito de Química 5 A Química em nosso cotidiano Leitura O planeta Terra NATIONAL GALLERY COLLECTION BY KIND PERMISSION OF THE TRUSTEES OF THE NATIONAL GALLERY LONDON CORBISSTOCK PHOTOS Imaginemos um filme sobre a evolução da humanidade desde o ser humano mais primitivo até os dias atuais Notaríamos que o desenvolvimento material da humanidade ocorreu graças ao melhor aproveitamento e ao desenvolvimento das técnicas de transformação dos recursos disponíveis na natureza Com o advento da Revolução Industrial o trabalho artesanal foi em grande parte substituído por técnicas cada vez mais sofisticadas de produção em série Do mesmo modo as observações sobre os acontecimentos do cotidiano foram dando origem a teorias científicas crescentemente avançadas Nesse contexto como todo ramo do conhecimento humano a Química também tem acompanhado a evolução histórica da humanidade Com relação ao título deste capítulo Primeira visão da Química devemos esclarecer que a visão aqui apresentada é por enquanto bastante simplificada e incompleta O objetivo deste capítulo é exatamente o de dar algumas idéias de matéria suas transformações e da energia que estas envolvem Capitulo 01QF1PNLEM 29505 1808 1 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 2 1 OBSERVANDO A NATUREZA Desde o início da civilização até hoje a humanidade pôde observar que a natureza é formada por materiais muito diferentes entre si O solo em que pisamos pode ser de terra vermelha terra preta areia pedras etc Os vegetais também apresentam enorme variedade existem desde os minúsculos musgos até árvores gigantescas a madeira pode ser mais mole ou mais dura as flores têm cores muito diversificadas há grandes diferenças entre os frutos e assim por diante O mesmo ocorre com os ani mais existem aves mamíferos peixes etc de formas tamanhos e constituições muito diferentes entre si Todos esses materiais que nos rodeiam a terra as pedras a água e os seres vivos constituem o que chamamos matéria Daí dizemos que Matéria é tudo que tem massa e ocupa lugar no espaço isto é tem volume Massa e volume são então propriedades gerais da matéria É bom lembrar também que a maté ria pode se apresentar sólida por exemplo as pedras líquida por exemplo a água ou gasosa por exemplo o ar que respiramos O trabalho de separação dos diferentes materiais encontrados na natureza foi uma atividade mui to importante para a humanidade Um primeiro cuidado do homem primitivo deve ter sido o de reco nhecer os alimentos comestíveis e os venenosos bem como o de encontrar as plantas que podiam curar suas enfermidades Com o passar dos séculos os seres humanos foram aperfeiçoando as técnicas de extração e sepa ração de materiais úteis ao seu diaadia Assim por exemplo dos vegetais extraíram as tintas para pintar seus corpos e seus utensílios da terra separaram metais como a prata e o ouro do leite a gordura para fabricar a manteiga e assim por diante Podemos então dizer que Separações são os processos que visam isolar os diferentes materiais encontrados numa mistura As pedras se apresentam na forma sólida A água se apresenta na forma líquida O ar se apresenta na forma gasosa O garimpeiro com sua peneira separa diamantes do cascalho existente no fundo do rio A cozinheira cata o feijão separando os grãos de má qualidade CID CID CID EDUARDO SANTALIESTRA RUIZ RUIZ DE VELASCO CID Capitulo 01QF1PNLEM 6705 1410 2 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 3 Capítulo 1 PRIMEIRA VISÃO DA QUÍMICA 2 AS TRANSFORMAÇÕES DA MATÉRIA Ao longo do tempo a humanidade tem observado que sob certas condições a matéria se trans forma A própria natureza se encarrega de muitas transformações Assim por exemplo o frio intenso transforma a água em gelo o fogo transforma uma árvore em cinzas com o tempo os frutos apodre cem o ferro se enferruja e até nosso corpo envelhece Dizemos então que Transformação material é toda e qualquer alteração sofrida pela matéria As transformações da matéria são também chamadas de fenômenos materiais ou simplesmente fenômenos sendo que nessa expressão a palavra fenômeno significa apenas transformação não significando nada de extraordinário fantástico ou sobrenatural É muito importante lembrar também que os seres humanos têm provocado transformações na matéria em seu próprio interesse Assim por exemplo com o fogo conseguiu assar a carne dos animais para melhorar sua alimentação cozer vasos de barro para guardar água ou alimentos cozer blocos de barro transformandoos em tijolos para construir suas casas etc Exemplos de transformações ou fenômenos materiais A explosão de fogos de artifício A água se transformando em vapor ao ser aquecida em um béquer A ferrugem formada em tambores CID ESGUEVA CID CID 2003 TRIBUNE MEDIA INTERCONTINENTAL PRESS AC johnny hart Capitulo 01QF1PNLEM 29505 1808 3 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 4 Usando técnicas cada vez mais avançadas os seres humanos conseguiram com o passar dos sécu los transformar por exemplo fibras vegetais ou pêlos de animais em tecidos para se abrigarem produtos vegetais em corantes para colorir seus tecidos minérios em metais como o cobre o ferro o chumbo etc Atualmente a Química está presente em todas as situações de nosso cotidiano De fato grande parte dos avanços tecnológicos obtidos pela civilização ocorreu graças à curiosidade e ao esforço em desenvolver novas técnicas para separar e transformar os materiais encontrados na natureza Do mesmo modo que ao longo do tempo os cozinheiros procuraram transformar os alimentos em pratos cada vez mais saborosos os técnicos e os cientistas experimentaram novos caminhos para transformar os mate riais da natureza em produtos que permitem melhorar a qualidade de vida das pessoas Podemos então dizer que um dos conceitos de experiência em Química referese às tentativas de separar e reconhecer alguns materiais e em seguida tentar transformálos em novos produtos Por meio dessas técnicas podemos fabricar adubos inseticidas e diversos insumos que aumentam a produção agrícola produtos que permitem conservar os alimentos por mais tempo fibras e tecidos para produzir desde roupas delicadas até coletes à prova de balas cosméticos e perfumes para embelezar as pessoas medicamentos específicos para o tratamento de inúmeras doenças materias variados para a construção de casas e edifícios veículos carros ônibus aviões navios etc para o transporte de pessoas e cargas chips de computadores que revolucionaram a vida moderna pois armazenam milhares de informações Cozinha industrial Laboratório químico moderno CID CID ANTONIO VIÑAS VALCARCEL CID MICHAEL ROSENFELD STONEGETTY IMAGES Capitulo 01QF1PNLEM 29505 1808 4 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 5 Capítulo 1 PRIMEIRA VISÃO DA QUÍMICA PAWS INC ALL RIGHTS RESERVED DIST BY ATLANTIC SYNDICATION LAERTE 3 A ENERGIA QUE ACOMPANHA AS TRANSFORMAÇÕES DA MATÉRIA A descoberta do fogo foi um dos passos mais importantes na evolução da humanidade O fogo controlado surgiu quando o ser humano aprendeu a acender uma fogueira na hora desejada Nesse caso a energia se apresenta nas formas de luz e calor Com a luz o homem primitivo iluminou suas noites e afugentou os animais perigosos e com o calor aprendeu a assar seus alimentos a cozer o barro e muitos séculos depois a extrair os metais dos minérios Atualmente sabemos que algumas transformações são passageiras ou reversíveis isto é podem ser desfeitas Transformações desse tipo recaem em geral no que chamamos de transformações físicas ou fenômenos físicos Exemplificando em montanhas muito altas a água se congela mas com um pouco de calor a neve ou o gelo se derretem facilmente voltando à forma líquida num termômetro o mercúrio se dilata com o calor e se contrai com o frio mas continua sendo sempre o mesmo mercúrio o sal que dissolvemos na água pode ser recuperado bastando que ocorra a evaporação da água Outras transformações são mais profundas e freqüentemente irreversíveis isto é tornase difícil e às vezes impossível retornar à situação inicial São em geral transformações fenômenos ou reações químicas Exemplos depois de se queimar um pedaço de madeira é impossível juntar as cinzas e a fumaça finais e refazer a madeira inicial depois de se preparar um ovo frito é impossível fazer o ovo voltar à forma original se um objeto de ferro se enferruja é muito difícil reverter o processo raspar o objeto antes de pintálo significa apenas jogar a ferrugem fora e não recuperar a porção de ferro oxidado O progresso da civilização foi também devido à procura de novas formas de obtenção de ener gia Como exemplo podemos citar que os primeiros seres humanos dependiam de seus músculos para obter energia Mais tarde animais foram domesticados e atrelados a moendas a carroças passando a ser utilizados como fonte de energia GARFIELD JIM DAVIS Capitulo 01QF1PNLEM 29505 1808 5 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 6 A energia proveniente de quedas dágua foi aproveitada para movimentar as rodas dágua e as turbinas das modernas hidroelétricas e a energia proveniente dos ventos para acionar os moinhos e as modernas turbinas eólicas Atualmente o consumo de energia é cada vez maior e sua produção crescentemente diversificada a queima do carvão e dos derivados de petróleo movimenta caldeiras automóveis aviões etc a energia elétrica ilumina nossas ruas e edifícios e aciona um grande número de aparelhos domés ticos e industriais a energia química de pilhas e baterias é fundamental para o funcionamento de aparelhos portá teis rádios telefones celulares etc a energia nuclear defendida por alguns e combatida por outros talvez se torne importante no futuro Evolução no aproveitamento dos ventos O mesmo vento que move moinhos em alguns países da Europa move as turbinas eólicas modernos geradores de eletricidade A foto mostra prédios comerciais iluminados no horário em que poucos funcionários estão trabalhando Assim concluímos que ocorre desperdício de energia Usina nuclear Angra I Angra dos Reis RJ E afinal o que é energia É difícil definila por se tratar de algo que não é material mas nem por isso duvidamos de sua existência De fato até hoje ninguém viu a energia elétrica passando por um fio mas mesmo assim evitamos o contato direto com fios desencapados Costumase dizer de modo geral que Energia é a propriedade de um sistema que lhe permite realizar um trabalho CID GESTENGA CID DUDU CAVALCANTI CID DELFIM MARTINS PULSAR Capitulo 01QF1PNLEM 29505 1808 6 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 7 Capítulo 1 PRIMEIRA VISÃO DA QUÍMICA Enfim reconhecemos a existência da energia pelo efeito trabalho que ela produz Por exemplo a energia térmica calor pode realizar o trabalho de dilatar um corpo a energia elétrica eletricidade pode realizar o trabalho de movimentar um motor elétrico a energia química de uma explosão pode realizar o trabalho de demolir um prédio 4 CONCEITO DE QUÍMICA Considerando os conceitos vistos nas páginas anteriores podemos agora dizer que Química é o ramo da ciência que estuda a matéria as transformações da matéria e a energia envolvida nessas transformações O estudo que iniciamos agora visa detalhar e aprofundar cada um desses tópicos 5 A QUÍMICA EM NOSSO COTIDIANO A Química ou melhor a matéria e suas transformações está sempre presente em nosso diaadia nos alimentos no vestuário nos edifícios nos medicamentos e assim por diante Não têm sentido certas propagandas que anunciam alimento natural sem Química pois o próprio alimento em si já é uma mistura química Talvez o exemplo mais ligado a nosso cotidiano seja o funcionamento de nosso próprio organismo O corpo humano é um laboratório em que ocorrem durante todo o tempo fenômenos químicos muito sofisticados a saber ingerimos vários materiais alimentos água ar pela respiração etc há muitas transformações desses materiais no estômago nos intestinos etc auxiliadas por produtos químicos específicos existentes no suco gástrico na bile do fígado etc há produção de energia utilizada nas movimentações de nosso corpo e também para manter a temperatura do organismo em torno de 3637 C etc há recombinação dos alimentos para a manutenção de nossos ossos tecidos órgãos etc após inúmeras transformações o organismo elimina os produtos residuais por meio das fezes urina suor etc Enfim nesse processo da vida notamos ainda um perfeito entrosamento dos fenômenos que são estudados pela Química Física Biologia e por novos ramos da ciência Uma das críticas mais constantes na atualidade é a de que a Química é perigosa responsável por toda a poluição existente no mundo Isso não é verdade Seus produtos são projetados para serem úteis à humanidade O problema reside no mau uso desses produtos Assim por exemplo o petróleo é útil na produção da gasolina do diesel etc mas tornase nocivo quando derramado nos mares devido aos acidentes marítimos VEJA O QUE A FALTA DE ENERGIA PODE PROVOCAR Em geral só percebemos a importância de alguma coisa quando ela nos falta Na tarde de 14 de agosto de 2003 faltou energia elétrica em Nova York e em grande parte da região leste dos Estados Unidos e do Canadá durante aproximadamente 24 horas O blecaute deixou 50 milhões de norteamericanos às escuras sem elevadores sem metrô e trens elétricos e sem comunicação telefônica Milhares de pessoas dormiram nas ruas Sob forte onda de calor os aparelhos de arcondicionado não funcionaram os alimentos se deterioraram nas geladeiras e muitos incêndios foram provocados pelo uso de velas O prejuízo foi de milhões de dólares Capitulo 01QF1PNLEM 29505 1808 7 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 8 O problema não está no uso mas no abuso da utilização dos produtos químicos É o que aconte ce por exemplo com o uso excessivo de carros para satisfazer o conforto da vida moderna mas que acarreta a poluição do ar das grandes cidades Enfim a culpa não é da Química mas da ignorância da incompetência ou da ganância das pessoas que a usam Em um lixão podem ser encontrados desde restos de comida até materiais tóxicos e infectados Praia de Atafona em São João da Barra RJ atingida pelos produtos químicos da fábrica de celulose Cataguazes de Minas Gerais em 04042003 Note como é importan te conhecer a Química e evi dentemente outros ramos da ciência para compreender melhor o mundo em que vi vemos O conhecimento evi tará que você seja enganado por produtos e propagandas tornandose um cidadão mais consciente e o levará sem dúvida a evitar o consumo excessivo de materiais e de energia Por fim o conheci mento irá conscientizálo da necessidade de reciclagem de materiais como o papel o vi dro os metais etc Usina de reciclagem de lixo de Campinas Estado de São Paulo ATIVIDADES PRÁTICAS PESQUISA 1a Identifique cinco produtos utilizados em sua casa que contenham componentes químicos 2a Procure saber por que há nos postos dois ou mais tipos de gasolina com preços diferentes 3a Faça uma relação de equipamentos existentes em sua casa que possuam chips eletrônicos CID FÁBIO MOTTA AE MARCOS PERON KINO 4a Compare os rótulos de vários cremes dentais Procu re verificar se há componentes químicos em comum 5a Imagine uma experiência para provar que o ar tem massa Capitulo 01QF1PNLEM 6705 1411 8 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 9 Capítulo 1 PRIMEIRA VISÃO DA QUÍMICA a O que é matéria b Como pode se apresentar a matéria c O que são separações e para que servem d O que são transformações materiais e O que se costumam realizar especialmente os cientistas na tentativa de separarar e reconhecer alguns materiais e tentar transformálos em novos produtos f O que é fenômeno físico g O que é fenômeno químico h O que é energia i O que a Química estuda J O que o abuso no uso de matéria e energia pode causar ao planeta EXERCÍCIOS 1 Cite três materiais comuns retirados do solo 2 Costumase dizer que a água é um líquido Isso é sempre verdade 3 Cite três materiais gasosos que você conhece 4 Como se costuma retardar o processo de enferrujamento por exemplo de um portão de ferro 5 Antigamente tubos de ferro eram utilizados em instala ções de água nas residências Hoje preferemse tubos de plástico Por quê 6 Por que são empregados aditivos nos alimentos 7 De que modo o fogo ajudou os seres humanos primitivos 8 Cite uma forma de produção de energia e uma de suas aplicações 9 Cite três produtos normalmente encontrados no lixo domiciliar 10 Você considera que a Química é responsável por toda a poluição existente no planeta 11 MackenzieSP A alternativa que contém um fenômeno físico observado no diaadia é a a queima de um fósforo b o derretimento do gelo c a transformação do leite em coalhada d o desprendimento de gás quando se coloca sal de frutas em água e o escurecimento de um objeto de cobre 12 UFPE Considere as seguintes tarefas realizadas no diaa dia de uma cozinha e indique aquelas que envolvem trans formações químicas 1 Aquecer uma panela de alumínio 2 Acender um fósforo 3 Ferver água 4 Queimar açúcar para fazer caramelo 5 Fazer gelo a 1 3 e 4 b 2 e 4 c 1 3 e 5 d 3 e 5 e 2 e 3 13 UFPE Em quais das passagens grifadas abaixo está ocor rendo transformação química 1 O reflexo da luz nas águas onduladas pelos ventos lembravalhe os cabelos de seu amado 2 A chama da vela confundiase com o brilho nos seus olhos 3 Desolado observava o gelo derretendo em seu copo e ironicamente comparavao ao seu coração 4 Com o passar dos tempos começou a sentirse como a velha tesoura enferrujando no fundo da gaveta Estão corretas apenas a 1 e 2 b 2 e 3 c 3 e 4 d 2 e 4 e 1 e 3 REVISÃO Responda em seu caderno Capitulo 01QF1PNLEM 29505 1809 9 O PLANETA TERRA A espaçonave chamada PLANETA TERRA é uma esfera com cerca de 12600 km de diâmetro que pesa cerca de 61021 toneladas e se desloca no espaço com uma velocidade de aproximadamente 106000 kmh No entanto na vastidão do universo nosso planeta é apenas uma partícula de poeira Essa espaçonave carrega mais de 6 bilhões de seres humanos e um número enorme de vegetais e animais Na verdade todos os seres vivos habitam apenas uma película da Terra que se assembleia em propósitos à casca de uma maçã Essa película é uma região denominada biosfera do grego bios vida sphaira esfera É importante também notar que todos os seres vivos só existem à custa do que é retirado do ar atmosfera da água hidrosfera e do encolhido sólido litósfera Porém não chega a energia solar sem a qual não existiria na Terra a vida tal qual a conhecemos A atmosfera é formada principalmente por nitrogênio e oxigênio A hidrosfera é a capa de água que envolve a Terra Encontrase na forma sólida gelo nas altas montanhas nos glaciares nos icebergs etc na forma líquida oceanos rios lagos água subterrânea etc ou na forma gasosa como uma unidade de ar por exemplo A litosfera é quase totalmente composta de rochas minerais minérios etc e aparece em maior quantidade ao ocupar os níveis mais superficiais da crosta da Terra Isso é tudo o que a humanidade dispõe para viver porém não gaste a Terra como esses excessivos tarados que geram uma lata de lixo com demasiada obsolescência CONHECENDO A MATÉRIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES 2 Capítulo Apresentação do capítulo No capítulo 1 falamos da matéria e de suas transformações de um modo muito superficial Neste vamos aprofundar nossos conhecimentos desse assunto Falaremos sobre como a matéria se apresenta aos nossos olhos homogênea e heterogênea É o que chamamos de uma visão macroscópica da matéria Estudaremos as chamadas mudanças de estado físico da matéria Veremos também os processos que permitem separar os diferentes tipos de matéria existentes numa mistura até se chegar a várias substâncias isoladas umas das outras Falaremos ainda da medida de propriedades características das substâncias como ponto de fusão ponto de ebulição densidade etc que permitem distinguir uma substância de outra Erupção do vulcão Etna Sicília Itália 2001 Tópicos do capítulo 1 Como a matéria se apresenta homogênea heterogênea 2 Fases de um sistema 3 Como a matéria se apresenta pura misturada 4 Transformações da água 5 As observações e as experiências na ciência 6 Substância pura ou espécie química 7 Processos de separação de misturas 8 Aprendendo mais sobre o laboratório de Química 9 A segurança nos laboratórios de Química Leitura O ciclo da água na Terra GIUSEPPE GIORCELLI CID Capitulo 02AQF1PNLEM 29505 1811 11 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 12 1 COMO A MATÉRIA SE APRESENTA HOMOGÊNEA HETEROGÊNEA Quando observamos e estudamos uma porção limitada da matéria passamos a chamála de sistema em estudo Veremos então que alguns sistemas se apresentam uniformes como a água límpida o leite um fragmento de ouro etc e outros nãouniformes como uma pedra que possui pontos claros e pontos escuros um pedaço de madeira com veios de diferentes cores etc Em decorrência dessas observações surgiu a seguinte classificação sistemas homogêneos os que se apresentam uniformes e com características iguais em todos os seus pontos sistemas heterogêneos os que não se apresentam uniformes nem têm características iguais em todos os seus pontos É importante notar que o critério de diferenciação entre homogêneo e heterogêneo é relativo pois depende da aparelhagem de que dispomos para nossas observações Assim à medida que vão sendo construídos microscópios mais potentes vamos notando que muitos sistemas que nos pareciam homogêneos são na realidade heterogêneos Agora você já começa a compreender por que a ciência exige muitas vezes o uso de aparelhos sofisticados 2 FASES DE UM SISTEMA Considere os exemplos abaixo A água límpida é um exemplo de sistema homogêneo Tronco de árvore seccionado no qual se vêem veios de diferentes cores Exemplo de sistema heterogêneo Óleo de cozinha flutuando sobre água há duas porções líquidas e homogêneas Se você observar cuidadosamente um pedaço de granito verá três porções sólidas e homogêneas JAVIER JAIME CID CID JAVIER JAIME CID JOSÉ JUAN BALBUENA CID Capitulo 02AQF1PNLEM 29505 1811 12 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 13 Capítulo 2 CONHECENDO A MATÉRIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES Em um sistema heterogêneo as porções homogêneas são denominadas fases No exemplo do sistema águaóleo temos duas fases líquidas no caso do granito temos três fases sólidas o conjunto dos pontos brilhantes o conjunto dos pontos escuros e a massa acinzentada Assim quanto ao número de fases os sistemas são classificados como sistemas monofásicos têm uma única fase logo são homogêneos sistemas polifásicos possuem mais de uma fase portanto sempre heterogêneos Os sistemas polifásicos podem ser bifásicos formados por duas fases como o sistema águaóleo trifásicos como o granito e assim por diante 3 COMO A MATÉRIA SE APRESENTA PURA MISTURADA Comparando um copo com água pura isto é que não contenha mistura com um copo com água e açúcar totalmente dissolvido nossa visão não irá notar nenhuma diferença mas pelo paladar perce bemos a diferença entre uma e outra Note que pela visão distinguimos os materiais homogêneos dos heterogêneos pelo paladar distinguimos salgado doce azedo ou amargo pelo olfato percebemos desde um perfume até um odor extremamente desagradável OBSERVAÇÕES É muito importante não confundir as fases com os componentes existentes em um sistema Assim no exemplo ao lado temos a três fases uma sólida que é o gelo outra fase sólida que é o sal nãodissolvido e uma fase líquida formada pelo sal dissol vido e pela própria água b apenas dois componentes a água líquida ou na forma de gelo e o sal dissolvido ou depositado no fundo do recipiente É também importante notar que uma fase pode estar subdividi da em muitas porções Se tivermos por exemplo um sistema formado por água líquida e cinco pedaços de gelo teremos mes mo assim apenas duas fases uma líquida a água e outra sólida que é o gelo Gelo Água salgada Sal nãodissolvido Água pura incolor e transparente Água com açúcar incolor e transparente Há diferença As propriedades que impressionam nossos sentidos são chamadas propriedades organolépticas Considerando que nunca se deve provar ou cheirar substâncias desconhecidas pois isto pode até representar risco de morte a Ciência desenvolveu aparelhos e medidas com essa finalidade como veremos ainda neste capítulo Capitulo 02AQF1PNLEM 6705 1413 13 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 14 Resumindo o que foi dito até agora chegamos ao seguinte esquema Matéria Sistema homogêneo uma só fase Substância pura um só componente Mistura homogênea ou solução mais de um componente Mistura heterogênea Substância pura um componente em formas sólida líquida ou gasosa diferentes Sistema heterogêneo mais de uma fase ATENÇÃO Não cheire nem experimente substância alguma utilizada nesta atividade Materiais 1 copo de vidro ou de plástico transparente 1 colher de café de sal de cozinha 1 colher de café de areia 1 colher de café de açúcar 1 colher de café de raspas de giz 1 colher de café de limalha de ferro 1 colher de café de tinta guache 1 cubo de gelo água 1 colher de sopa Procedimento Coloque água até a metade do copo e adicione o sal Agite bem ATIVIDADES PRÁTICAS Observe o que acontece e anote em seu caderno todos os dados observados experimentalmente número de componentes utilizados número de fases observadas Repita o procedimento com a areia o açúcar as raspas de giz a limalha de ferro a tinta guache e o cubo de gelo Analise os dados coletados e classifique os sistemas e as misturas em homogêneos e heterogêneos apon tando o número de fases e de componentes de cada um dos sistemas Perguntas 1 Quais sistemas você classificou como homogêneo e quais como heterogêneo 2 Quais misturas você classificou como homogênea e quais como heterogênea 3 Se um sistema apresenta duas fases você pode afir mar que esse sistema é uma mistura heterogênea Por quê a O que é sistema b O que é sistema homogêneo c O que é sistema heterogêneo d O que são fases e Como é denominado um sistema com duas fases E com três fases f O que são propriedades organolépticas g Quantos componentes uma substância pura apresenta h Quantos componentes formam uma mistura i O que é solução REVISÃO Responda em seu caderno Capitulo 02AQF1PNLEM 29505 1812 14 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 15 Capítulo 2 CONHECENDO A MATÉRIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES 1 Ufac A mistura de água e álcool é a homogênea gasosa b heterogênea líquida c homogênea líquida d heterogênea sólidalíquida e simples 2 UFSMRS Considere as misturas I areia e água II sangue III água e acetona IV iodo dissolvido em álcool etílico Classificamse como homogêneas a apenas I e II b apenas I e III c apenas II e IV d apenas III e IV e apenas I II e III 3 Ufes Em um sistema bem misturado constituído de areia sal açúcar água e gasolina o número de fases é a 2 b 3 c 4 d 5 e 6 4 Ufes Observe a representação dos sistemas I II e III e seus componentes O número de fases em cada um é respectivamente 5 UCDBMS Em um laboratório de Química foram prepa radas as seguintes misturas I água gasolina II águasal III águaareia IV gasolinasal V gasolinaareia Quais dessas misturas são homogêneas a Nenhuma c II e III e II e IV b Somente II d I e II 6 MackenzieSP Constitui um sistema heterogêneo a mis tura formada de a cubos de gelo e solução aquosa de açúcar glicose b gases N2 e CO2 c água e acetona d água e xarope de groselha e querosene e óleo diesel Observação Os gases sempre formam misturas homo gêneas 7 Misturando agitando bem e deixando um certo tempo em repouso diga quantas fases surgirão em cada um dos sistemas a água e álcool b água e éter c água álcool e acetona d água álcool e mercúrio e água gasolina e areia 8 UGFGO No sistema representado pela figura a seguir os números de fases e componentes são respectivamente a 2 e 2 b 2 e 3 c 3 e 2 d 3 e 3 e 3 e 4 I III II Óleo água e gelo Água gaseificada e gelo Óleo gelo água salgada e granito a 3 2 e 4 c 2 2 e 4 e 3 3 e 6 b 3 3 e 4 d 3 2 e 5 Óleo Cubos de gelo Água 4 TRANSFORMAÇÕES DA ÁGUA Observamos em nosso cotidiano que o gelo derrete sob a ação do calor transformandose em água e que a água ferve sob a ação de calor mais intenso transformandose em vapor dágua Gelo sólido Calor Água líquido Água vapor Chaleira A nuvem branca é formada por gotículas de água líquida em suspensão no ar EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno Capitulo 02AQF1PNLEM 6705 1413 15 Esses três estados sólido líquido e gasoso são chamadas de estados físicos ou estados de agregação da matéria e as transformações de um estado para outro são denominadas mudanças de estado físico da matéria Essas mudanças receberam os nomes gerais mostrados no esquema abaixo Vaporização evaporação ex água SÓLIDO ex gelo Fusão Solidificação LÍQUIDO ex água Liquefação condensação GÁS ou VAPOR ex vapor de água Sublimação O esquema resume as seguintes definições Fusão é a passagem do estado sólido para o líquido Solidificação é o inverso Vaporização é a passagem do estado líquido para o gasoso gás ou vapor Evaporação é a vaporização lenta que ocorre na superfície do líquido sem agitação nem surgimento de bolhas Ebulição é a vaporização rápida com agitação do líquido e aparecimento de bolhas Calefação é uma vaporização muito rápida com gotas do líquido pulando em contato com uma superfície ultraaquecida Liquefação ou Condensação é a passagem do gás ou vapor para o estado líquido Sublimação é a passagem do estado sólido diretamente para o gasoso e menos frequentemente usada para a transformação inversa Se acompanharmos as mudanças dos estados físicos da água com um termômetro que permita registrar as temperaturas durante o processo de aquecimento ao nível do mar iremos notar que o gelo puro derrete a 0 C temperatura ao ponto de fusão do gelo e a água pura ferve a 100 C temperatura ao ponto de ebulição da água Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 17 Capítulo 2 CONHECENDO A MATÉRIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES Se estas observações forem transportadas para um gráfico teremos o chamado diagrama de mudança de estados físicos Neste gráfico notamos dois trechos horizontais dois patamares O primeiro patamar do gráfico exprime o fato de que a fusão do gelo ocorre à temperatura constante de 0 C que é a temperatura de fusão ou ponto de fusão PF do gelo Do mesmo modo o segundo patamar indica que a ebulição da água ocorre à temperatura constante de 100 C que é a temperatura de ebulição ou ponto de ebulição PE da água No resfriamento da água o gráfico será invertido Temperatura C Neste trecho só existe gelo sólido cuja temperatura está subindo Trecho de fusão coexistem gelo e água em temperatura constante 0 C Neste trecho só existe água líquido cuja temperatura está subindo Trecho de ebulição coexistem água e vapor em temperatura constante 100 C Neste trecho só existe vapor dágua cuja temperatura está subindo Gelo Gelo água Água Água vapor Vapor dágua Tempo Início da fusão 0 C Fim da ebulição 100 C Início da ebulição 100 C Fim da fusão 0 C PE 100 C temperatura de ebulição PF 0 C temperatura de fusão Se tivermos uma mistura ou substância impura os patamares mostrados acima não serão mais encontrados Assim por exemplo uma mistura de água e sal terá um intervalo ou faixa de fusão abaixo de 0 C e um intervalo ou faixa de ebulição acima de 100 C ao nível do mar como se vê abaixo Temperatura C 100 C 0 C Gelo Ebulição Tempo Fusão Água Vapor Tempo Vapor Condensação Água Solidificação Gelo Temperatura C Temperatura Final da ebulição Início da ebulição Final da fusão Início da fusão Tempo Faixa de fusão Faixa de ebulição Aquecimento da água Resfriamento da água Capitulo 02AQF1PNLEM 29505 1812 17 Existem misturas especiais que acabam se comportando como se fossem substâncias puras diante dos fenômenos de fusãosolidificação ou de ebuliçãocondensação No primeiro caso temos uma mistura eutética ou simplesmente um eutético que se fundesolidifica em temperatura constante como no caso da liga metálica que contém em massa 62 de estanho e 38 de chumbo que se funde a temperatura constante de 183 C no segundo caso temos uma mistura azeotrópica ou simplesmente um azeotrópico que fervese condensa em temperatura constante como ocorre com a mistura contendo em volume 96 de álcool comum e 4 de água que ferve à temperatura constante de 781 C Para finalizar devemos fazer uma generalização importante tudo o que acabamos de explicar para a água pura ocorre também com outros materiais puros De fato ao nível do mar cada líquido álcool acetona etc e também cada sólido como os metais chumbo ferro etc desde puros irão se fundir e ferver em temperaturas bem definidas Ao nível do mar por exemplo temos Substância Ponto de fusão C Ponto de ebulição C Álcool 1141 785 Acetona 940 565 Chumbo 3270 1740 Ferro 15350 28620 Na vida diária usamos várias medições para controlar por exemplo as relações comerciais de compra e venda nosso estado de saúde e assim por diante Exemplificando tecidos são vendidos a metro m reflexões são cobradas a quilogramas kg velocidades são controladas em quilômetros por hora kmh a massa de nosso corpo é um dos índices de saúde até o ritmo de nossa vida é controlado em dias horas minutos etc Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 22 Por fim devemos lembrar que as medições só são possíveis com o auxílio de aparelhos instrumen tos convenientes Tanto no diaadia como na ciência esses instrumentos vêm evoluindo através dos tempos Assim usamos relógios cada vez mais precisos para medir o tempo Ampulheta Relógio gótico do século XV Relógio digital de pulso balanças cada vez mais precisas para medir as massas Balança romana Balança de dois pratos Balança eletrônica 2003 TRIBUNE MEDIA INTERCONTINENTAL PRESS GARCIAPELAYO CID ORONOZ JAVIER JAIME CID JAVIER JAIME CID MATTON BILD SL CID GARCIAPELAYO CID O MAGO DE ID PARKER HART Capitulo 02AQF1PNLEM 6705 1416 22 As medições são tão importantes na ciência que o cientista William Thomson Lord Kelvin 18241907 disse Afirmo muitas vezes que se você medir aquilo de que está falando e expressar em números você conhece alguma coisa sobre o assunto mas quando você não pode exprimilo em números seu conhecimento é pobre e insatisfatório Um caso particular importante é o da medição das densidades dos líquidos que é feita diretamente pelos densímetros Esse instrumento é um tubo de vidro como mostrado a seguir cuja parte inferior é mais larga e pesada do que a superior que consiste em uma haste graduada em densidades Colocando num líquido o densímetro afunda mais ou menos e a graduação da haste que coincide com o nível líquido dá diretamente a densidade do líquido Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 25 Capítulo 2 CONHECENDO A MATÉRIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES Diariamente encontramos nos jornais e nas revistas uma série de gráficos mostrando relações entre fatos do nosso cotidiano 1973 1979 1985 1991 1995 1996 1997 1998 1999 20 50 70 90 10 30 60 40 458 360 579 309 293 292 331 333 303 98 96 317 361 402 456 488 580 653 270 675 626 654 712 764 818 894 927 80 100 Em milhões de m3 BRASIL EVOLUÇÃO DO SETOR DE PETRÓLEO 19731999 Consumo Importação Produção COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA CROSTA TERRESTRE 452 17 10 07 do peso total 274 80 58 51 28 23 Oxigênio O Silício Si Alumínio Al Ferro Fe Cálcio Ca Magnésio Mg Sódio Na Potássio K Titânio Ti Outros EMISSÕES ANUAIS NA ATMOSFERA DE CARBONO E CFC Carbono Milhões de toneladas CFC Mil toneladas 100 500 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0 20 40 60 80 100 120 6500 5000 4000 3000 672 595 289 120 100 100 44 12 10 6 África Regiões América do Sul América do Norte e Central Ásia Antiga URSS Oceania Europa Gráfico de linhas Fontes Ministério das Minas e Energia Almanaque Abril 2001 São Paulo Abril 2001 p 83 Gráfico de setores ou de pizza Fonte THE OPEN UNIVERSITY Os recursos físicos da Terra Bloco 1 Recursos economia e geologia uma introdução Campinas Unicamp 1994 p 33 Série Manuais Gráfico de barras ou de colunas Fonte NAGLE Garret e SPENCER Kris Advanced geography Oxford Oxford University Press 1997 p 137 Capitulo 02AQF1PNLEM 29505 1813 25 Coloque cerca de 200 mL de água no copo e adicione cuidadosamente o ovo Observe e faça um desenho sem caderno do que acontece Retire o ovo do copo com água com cuidado Adicione o sal ao copo com água Agite bem e recoloque o ovo no copo Observe a façam em seu caderno um desenho do que acontece Analise as observações e os desenhos feitos Perguntas 1 No início utilizando água e o ovo quem apresentou maior densidade 2 O ovo permanece na mesma posição inicial quando adicionado sal à água O que mudou Por quê 3 O que aconteceu a O que é unidade b Quais são as unidades de tempo massa e comprimento no Sistema Internacional de Unidades SI d Quais são as unidades usuais de volume e O que é densidade O que é densidade a massapressão b pressãotemperatura c pressãovolume d massatemperatura 29 FMUFiamFaamFispSP Um vidro contém 200 cm³ de mercúrio com densidade 136 gcm³ A massa de mercúrio contido no vidro é a 080 kg b 272 kg c 68 kg d 68 kg e 272 kg Resolução Dizer que a densidade do mercúrio é 136 gcm³ significa dizer que 1 cm³ de mercúrio pesa 136 g Daí surge a relação 1 cm³ mercúrio 136 g x 200 cm³ mercúrio x 2720 kg ou 272 kg Alternativa UFUMG Em condições ambientes a densidade do mercúrio é de aproximadamente 13 gcm³ A massa deste dado que uma garimpeiro de Poconé MT necessita para completar um frasco de meio litro de capacidade é a 2600 g b 3200 g c 4800 g d 3000 g e 6500 g 33 MackenzieSP No preparo de uma limonada em duas etapas foram feitas as seguintes observações 1ª etapa misturar 1 Ao se espremer o limão sobre a água uma semente escapou e caiu no copo 2ª observação Na mistura obtida dissolveramse três colheres de açúcar 34 EnemMEC Um estudo sobre o problema do desemprego na Grande São Paulo no período 19851996 realizado pelo SeadeDiese apresentou o seguinte gráfico sobre taxa de desemprego total Média anual da taxa de desemprego total Grande São Paulo 19851996 Analisando o gráfico podese concluir que no período considerado a a taxa de desemprego foi de 140 a maior do que de 1995 foi o menor do período b a partir de 1992 a taxa de desemprego é considerada até 8 e 16 e a taxa de desemprego foi crescente no período compreendido entre 1988 e 1991 Composição química provável Sulfato de cálcio 00038 mgL Bicarbonato de cálcio 00167 mgL O ar é formado predominantemente por nitrogênio e oxigênio além de pequenas quantidades de gases nobres Esses gases são retirados do ar por destilação fracionada processo Linde Isso é conseguido submetendoo a várias compressões e resfriamentos até que chegue ao estado líquido o que ocorre a cerca de 200 C abaix Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 31 Capítulo 2 CONHECENDO A MATÉRIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES 7 PROCESSOS DE SEPARAÇÃO DE MISTURAS Os materiais encontrados na natureza são em geral misturas de várias substâncias Mesmo em laboratório quando tentamos preparar uma só substância acabamos normalmente chegando a uma mistura de substâncias Tornase então importante nos laboratórios e também nas indústrias quími cas separar os componentes das misturas até que cada substância pura fique totalmente isolada das demais Essa separação chamase desdobramento ou fracionamento ou resolução ou ainda aná lise imediata da mistura Por exemplo No final do desdobramento devemos verificar se as substâncias foram realmente bem separadas Para essa verificação usamos as constantes físicas como já foi explicado na página 30 No exemplo acima se a água ficou realmente pura ela deverá ao nível do mar congelar a 0 oC ferver a 100 oC etc É interessante lembrar que no cotidiano são usados vários métodos de separação como já expli camos na página 2 e como ainda exemplificamos abaixo Água e sal Sal puro somente NaCl Desdobramento ou Água pura somente H2O fracionamento Quando preparamos café ou chá a água quente faz a extração de componentes do pó de café ou das folhas do chá dando origem à bebida e em seguida fazemos uma filtração para separar o pó do líquido Quando lança para cima a mistura de arroz e palha de arroz a lavradora deixa que a corrente de ar arraste a palha Ela está fazendo uma ventilação Ao passar a areia pela peneira separandoa de pedregulhos e outros materiais grosseiros o pedreiro está fazendo uma peneiração ou tamisação JUCA MARTINS PULSAR EDUARDO SANTALIESTRA JUCA MARTINS PULSAR 45 MackenzieSP A dureza de um mineral reflete a resistência deste ao risco Uma das escalas utilizadas para verificar a dureza de um mineral é a escala de Mohs Escala de Mohs minerais em ordem crescente de dureza 1 talco 3 calcita 5 apatita 7 quartzo 9 coríndon 2 gesso 4 fluorita 6 ortoclásio 8 topázio 10 diamante De acordo com essa escala é incorreto afirmar que a o diamante é o mineral mais duro d o topázio e a fluorita riscam a calcita b apenas o coríndon risca o diamante e o mineral menos duro é o talco c a apatita é riscada pelo quartzo Capitulo 02BQF1PNLEM 29505 1817 31 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 32 Nas páginas seguintes resumiremos os principais processos de separação de misturas usados no diaadia nos laboratórios e nas indústrias químicas 71 Filtração É um processo mecânico que serve para desdobrar mistu ras heterogêneas de um sólido disperso em um líquido ou em um gás como nos exemplos práticos mostrados ao lado Em laboratório a filtração mais simples é feita com um funil do tipo comum em geral de vidro no qual é colocada uma folha de papel de filtro convenientemente dobrada O aspirador de pó filtra o ar retendo a poeira O coador retém as partículas sólidas do café Na indústria filtrações também são muito utilizadas Um exemplo é o dos filtros adaptados às chaminés das fábricas para evitar que a poeira que acompanha os gases industriais seja lançada à atmosfera Outro exemplo importante é a filtração da água antes de ser distribuída pelas canalizações de uma cidade essa filtração é feita em geral obrigandose a água a atravessar os chamados filtros de areia nos quais camadas de areia conseguem reter as partículas sólidas presentes na água CID JUCA MARTINS PULSAR Folha inicial de papel de filtro Dobrada ao meio Dobrada em quatro Já formado o cone Já adaptado ao funil de filtração Mistura sólido líquido Funil com papel de filtro Sólido separado Líquido separado Béquer Bastão de vidro Dobragem do papel de filtro Montagem final Capitulo 02BQF1PNLEM 29505 1817 32 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 33 Capítulo 2 CONHECENDO A MATÉRIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES Há casos em que a filtração é muito demorada Para apressála usase a filtração a vácuo ou melhor dizendo a filtração à pressão reduzida 72 Decantação É também um processo mecânico que serve para desdobrar misturas heterogêneas de um sólido num líquido ou de dois líquidos imiscíveis entre si Por exemplo a areia que está em suspensão na água vai lentamente se depositando no fundo do recipiente processo chamado sedimentação no final a água pode ser separada ou por inclinação cuidadosa do recipiente processo de decantação ou então por aspiração com auxílio de um sifão processo de sifonação Em processos industriais é comum ace lerar a filtração comprimindose a mistura lí quida que passa pelo filtro Assim em fábricas de cerâmicas e porcelanas por exemplo mói se a argila barro em suspensão na água e a seguir filtrase a pasta por compressão para eliminar o excesso de água Nessas operações são usados os chamados filtrosprensa Filtroprensa Sedimentação Decantação Sifonação Evidentemente se colocarmos uma mistura de areia e serragem em água a areia irá ao fundo e a serragem flutuará na água Temos então uma sedimentação fracionada que nos permitirá separar a serragem da areia CORTESIA DA NETZSCH DO BRASIL IND COM LTDA Círculo de papel de filtro Fundo perfurado Rolha de borracha Sólido separado Vácuo Sucção de ar Líquido separado Aparelho montado Frasco de Kitasato vidro Funil de Buchner porcelana Capitulo 02BQF1PNLEM 29505 1817 33 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 34 Podese também acelerar o processo da sedimentação com o uso da centrifugação uma centrífu ga imprime rotação rápida ao recipiente em que está o sistema de um sólido em suspensão em um líquido com a aceleração provocada pela rotação as partículas sólidas sedimentam mais depressa Nos laboratórios empregamse os funis de separação ou de decantação ou de bromo para separar líquidos imiscíveis de densidades diferentes após a separação espontânea abrese a torneira e escoase apenas o líquido mais denso Sólido líquido Fase sólida Fase líquida Tubos em repouso Tubos em rotação Centrífuga de laboratório Em certas indústrias químicas existem câmaras de poeira em um circuito em ziguezague as partículas sólidas perdem velocidade e se depositam Esquema de funcionamento de centrífuga Gás limpo Gás poeira Partículas sólidas Líquido menos denso Líquido mais denso Torneira Funil de decantação CID Capitulo 02BQF1PNLEM 29505 1817 34 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 35 Capítulo 2 CONHECENDO A MATÉRIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES 73 Destilação É um processo físico que serve para desdobrar as misturas homogêneas como as soluções de sólidos em líquidos destilação simples ou as soluções de dois ou mais líquidos destilação fracionada Em laboratório a aparelhagem normalmente utilizada é a seguinte Quando destilamos dois líquidos miscíveis entre si a separação tende a ser melhor quanto maior for a diferença entre as temperaturas de ebulição dos dois líquidos nesse caso o líquido mais volátil destila em primeiro lugar Evidentemente a separação não será possível no caso das misturas azeotrópicas É o que acontece com uma mistura de aproximadamente 96 de álcool comum e 4 de água em volume que destila inalterada a 781 C Os processos de destilação são muito usados nas indústrias Um dos mais simples é o do alambi que para fabricação de aguardente Termômetro Mistura a ser fracionada digamos dois líquidos miscíveis entre si Tela de aquecimento tela metálica revestida com amianto Bico de Bunsen Suportes de ferro Entrada de água de resfriamento Líquido mais volátil que já se destilou Garras de ferro Condensador Saída de água de resfriamento Balão de destilação Muito mais complicadas são as torres de destilação do petróleo que possibilitam separar vários de seus derivados como a gasolina o querosene o óleo diesel etc Torres de destilação em uma refinaria de petróleo Fogo Garapa fermentada em destilação Tacho de aquecimento Entrada de água de resfriamento Saída de água de resfriamento Serpentina de resfriamento Aguardente SERIDEC PHOTOIMAGENE CID Capitulo 02BQF1PNLEM 29505 1818 35 A cristalização é um processo físico que serve para separar e purificar sólidos A água do mar contém vários sais Em uma salina entretanto com a evaporação lenta da água o sal comum cloreto de sódio cristalizase antes dos outros sais e assim é separado Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 37 Capítulo 2 CONHECENDO A MATÉRIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES A sublimação é aplicável quando apenas um dos componentes da mistura é sublimável É como se purifica o iodo A dissolução fracionada é aplicável quando apenas um dos componentes da mistura é solúvel num dado líquido Por exemplo colocandose uma mistura de sal comum e areia em água o sal irá se dissolver enquanto a areia não por decantação separamos a solução de sal e água da areia e por evaporação recuperamos o sal A extração é em geral o processo em que se utiliza um líquido que conse gue retirar um componente de uma mistura Por exemplo a água de bromo água que contém pequenas quantidades de bromo em solução Agitandose a água de bromo com clorofórmio e deixandose o conjunto em repouso for mamse duas camadas líquidas a inferior contém bromo dissolvido em clorofór mio e a superior contém água praticamente sem bromo Dizemos então que o clorofórmio extraiu o bromo da água A separação magnética é aplicável quando um dos componentes da mistura é magnético como é o caso das partículas de ferro Podese então retirar essas partículas com o auxílio de um ímã ou eletroímã 8 APRENDENDO MAIS SOBRE O LABORATÓRIO DE QUÍMICA Além do que já foi descrito no item 7 os laboratórios comuns de Química dispõem de muitos outros equipamentos aparelhos e dispositivos para facilitar o trabalho Há equipamentos de ferro e de outros metais de vidro de porcelana etc Vejamos alguns importantes equipamentos de ferro Béquer Iodo impurezas Aquecimento Cápsula com água para resfriamento Cristais do iodo purificado por sublimação Impurezas Água Bromo e clorofórmio Tubo Abertura para entrada de ar Entrada de gás Base Bico de Bunsen Funciona a gás e serve para o aqueci mento de materiais nãoinflamáveis Possui em sua par te inferior uma janela cuja abertura é regulada giran dose um anel Quando a janela está fechada a en trada de ar é mínima e a chama do gás tornase ama relada quando a janela está aberta a chama torna se azulada pois a combustão do gás é mais completa e atinge a temperatura máxima cerca de 1100 C Suportes garras e argolas de fer ro Servem para a montagem e sustentação dos aparelhos de la boratório Tela de aquecimento É um trançado de fios de ferro tendo no centro um material adequado ao aquecimento Recebendo por baixo o calor do bico de Bunsen ela distribui esse calor uni formemente para os recipientes que são colocados sobre ela evitando a quebra dos equipamentos de vidro Tripé de ferro Serve como apoio para a tela de amianto e para os equipa mentos que são colocados sobre ela Capitulo 02BQF1PNLEM 29505 1818 37 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 38 Além dos que já foram mencionados nos processos de separação das substâncias outros importan tes utensílios de vidro são Trompa de vácuo Sua forma visa aproveitar uma corrente de água para arrastar o ar por meio de uma abertura lateral É empregada nas filtrações a vácuo Bureta Para medir volumes de líquidos ou soluções por es coamento Balão volumétrico Para preparar volu mes de soluções com maior precisão Pipeta graduada Para medir e trans ferir volumes variáveis de líquidos ou soluções com precisão maior que a da proveta Pipeta volumétrica Para medir e trans ferir um volume fixo de um líquido ou solução com maior precisão do que a da pipeta graduada Proveta ou cilindro graduado Para medir e transferir volumes de líquidos e soluções não é de muita precisão Balão de fundo redondo De uso se melhante ao anterior porém mais apro priado aos processos de destilação Balão de fundo chato Usado para aque cer e preparar soluções e realizar rea ções com desprendimento de gases Tubo de ensaio Usado para testar rea ções com pequenas quantidades de reagentes Vidro de relógio Usado para pesar pequenas quantidades de substân cias para evaporar pequenas quanti dades de soluções e para cobrir béqueres e outros recipientes Erlenmeyer Usado para preparar e guardar soluções Água Ar Água e ar 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Capitulo 02BQF1PNLEM 29505 1818 38 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 39 Capítulo 2 CONHECENDO A MATÉRIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES 9 A SEGURANÇA NOS LABORATÓRIOS DE QUÍMICA Os laboratórios de Química são construídos de acordo com as experiências que se pretende realizar e contam com instalações adequadas de água gás eletricidade ar comprimido sistemas de exaustão de gases venenosos etc Devido ao perigo de certas substâncias e de suas reações devese sempre ter placas de sinalização Alguns utensílios de porcelana são Corrosivo Tóxico Altamente inflamável Material radioativo 2003 TRIBUNE MEDIA INTERCONTINENTAL PRESS Cadinho de porcelana Usado para aquecimento e fusão de sólidos a altas temperaturas Triângulo de porcelana Serve de suporte para cadinhos quan do aquecidos diretamente na chama de gás Porcelana Cápsula de porcelana Usada para concentrar e secar so luções Almofariz e pistilo Usados para trituração de sólidos O MAGO DE ID PARKER HART regras de segurança Use sempre aparelhagem limpa e que não esteja quebrada nem trincada Conheça as propriedades das substâncias que vai usar Não pegue com as mãos não cheire não prove o sabor de produtos químicos Use sempre óculos de proteção e luvas Não deixe frascos abertos ou em locais de onde possam cair Use sistema de exaustão para gases venenosos Tenha sempre extintor de incêndio apropriado à mão Capitulo 02BQF1PNLEM 29505 1818 39 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 40 Cuidado ao descartar produtos Procure sempre saber qual é o descarte mais adequado a cada um deles Lave as mãos logo após cada experiência tabelas ou livros com as propriedades e antídotos das principais substâncias que são usadas Exemplos a Como é chamada a separação dos componentes de uma mistura b Para que serve a filtração c O que ocorre no processo de decantação d Para que servem a destilação simples e a destilação fracionada e O que ocorre na cristalização f O que ocorre na extração g O que se deve conhecer para trabalhar com segurança em um laboratório de Química REVISÃO Responda em seu caderno ATIVIDADES PRÁTICAS ATENÇÃO Não cheire nem experimente substância alguma utilizada nesta atividade 1a Materiais 1 copo sal de cozinha água 1 colher 1 prato raso Procedimento Dissolva a maior quantidade possível de sal em meio copo com água mexendo bem para auxiliar a dissolução Trans fira a solução para o prato tomando o cuidado de não transferir o sal nãodissolvido que estará no fundo do copo Coloque o prato com a solução em um local bem ventilado Após alguns dias observe o que acon teceu se possível examine com uma lente de aumento Perguntas 1 Qual o conteúdo do prato no início e no final do expe rimento 2 A mistura inicial colocada no prato era homogênea ou heterogênea Qual o número de fases e quais os componentes que ela apresentava 3 O que ocorreu com os componentes iniciais da mistura 4 O resultado final teria sido o mesmo se o prato tivesse sido tampado com um filme plástico Por quê ATENÇÃO Não cheire nem experimente substância alguma utilizada nesta atividade Este experimento deve ser realizado com supervi são de um adulto pois haverá a necessidade de manipular objetos quentes podendo haver risco de queimaduras 2a Materiais chá preto 1 panela com tampa água 1 copo Procedimento Com a supervisão de um adulto prepare em uma panela com tampa um pouco de chá preto bem con centrado Durante o preparo do chá retire a tampa várias vezes e transfira o conteúdo líquido da tampa para um copo Anote no caderno as observações Perguntas 1 Qual o aspecto da mistura que está na panela Essa mistura é homogênea ou heterogênea Quais são os componentes presentes nela 2 Onde está ocorrendo a ebulição e por que ela ocorre 3 Qual o aspecto do líquido recolhido e transferido para o copo 4 Onde está ocorrendo a condensação e por que ela ocorre 5 Qual é o nome do processo que você utilizou para separar os componentes da mistura inicial 6 Por que temos de tampar a panela para executar esse processo 7 Qual a diferença entre esse processo de separação e o utilizado no 1o experimento Em acidentes ocorridos com essas substâncias é importante procurar atendimento médico com urgência Substância Características Antídoto Ácido súlfurico pouco volátil altamente corrosivo muito leite de magnésia Ácido clorídrico volátilsufocante altamente corrosivo muito leite de magnésia Soda cáustica cáusticomuito tóxico muito vinagre ou suco de limão Hidróxido de amônia volátilsufocante cáusticotóxico muito vinagre ou suco de limão Capitulo 02BQF1PNLEM 6705 1420 40 I IV II V III II IV III a evaporação e filtração Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 43 Capítulo 2 CONHECENDO A MATÉRIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES LEITURA O CICLO DA ÁGUA NA TERRA A água é a substância mais abundante na superfície da Terra Encontrase na forma sólida gelo nas altas montanhas nas geleiras nos icebergs etc na forma líquida oceanos rios lagos água subterrânea etc ou na forma gasosa como na umidade do ar por exemplo Além disso todos os seres vivos são constituídos por grandes porcentagens de água de modo que sem ela a vida tal qual a conhecemos não existiria na Terra Uma das águas mais puras que existem na natureza é a água da chuva No entanto ela já contém dissolvidos os componentes do ar além de certa quantidade de poeira Quando a água da chuva penetra no solo ela dissolve novos componentes especialmente sais mais ou menos solúveis Por esse motivo quando a água brota da terra pode surgir como a chamada água mineral do tipo magnesiano ou ferruginoso ou sulfuroso etc conforme contenha compostos de magnésio ferro enxofre etc Pode também surgir como água salobra contendo quantidade excessiva de sais com gosto ruim e imprópria para o consumo humano Do subsolo a água é retirada por meio de poços comuns ou poços artesianos Escoando pelo solo a água corre para os rios arrastando consigo terra e muitas outras substâncias para finalmente chegar aos mares e oceanos Praticamente três quartos da superfície do nosso planeta são cobertos pelos mares e oceanos Cada quilograma de água do mar contém em média cerca de 35 g de sais dissolvidos principalmente o sal comum cloreto de sódio Parte do rótulo de uma garrafa de água mineral com informações sobre a composição química e as características físicoquímicas Obs No rótulo mgl significa mgL REPRODUÇÃO Distribuição de água na Terra Localização em massa Oceanos 94 Gelo e neve 42 Subsolo 12 Solo 04 Atmosfera 0001 Seres vivos 000003 Capitulo 02BQF1PNLEM 12705 1939 43 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 44 64 O que é água mineral 65 O que é água salobra 66 O que é o ciclo da água 67 EnemMEC 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 super ficialmente ou infiltrase no solo indo alimentar rios e la gos Esse processo é chamado de ciclo da água Evaporação Evaporação Lago Vapor transportado Terra Rio Transpiração Chuvas Infiltração Oceano Chuvas Fluxo de água subterrânea Ciclo da água A água evapora dos oceanos rios e lagos forma nuvens volta a cair na superfície terrestre em forma de chuvas e recomeça seu ciclo 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 ocor rem 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 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 2003 KING FEATURES INTERCONTINENTAL PRESS HAGAR Chris Browne Dos mares lagos e rios a água volta a evaporar forma as nuvens torna a cair como chuva e o processo todo recomeça formando o chamado ciclo da água na natureza como vemos no esquema abaixo Note que a natureza já repete há bilhões de anos o processo de destilação que efetuamos em labora tório isto é o calor solar evapora a água da superfície terrestre o vapor dessa água se condensa nas camadas altas e frias da atmosfera formando as nuvens e a água volta a destilar para a superfície terrestre na forma de chuva Responda em seu caderno Questões sobre a leitura Capitulo 02BQF1PNLEM 29505 1818 44 I e IV Dada a tabela a seguir em relação ao estado físico das substâncias pressão 1 atm a alternativa correta é Ufes II é sólido a 30 C EXPLICANDO A MATÉRIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES 3 Capítulo Apresentação do capítulo No capítulo anterior vimos como os vários materiais existentes na natureza se apresentam e se transformam Neste terceiro capítulo vamos explicar o longo caminho percorrido pela humanidade nas tentativas de explicar como é a matéria por dentro e o que acontece durante as transformações materiais Mostraremos que há somente cerca de 200 anos os cientistas conseguiram realizar experiências capazes de fundamentar a existência do átomo Veremos então como o mundo invisível do átomo mundo microscópico torna possível explicar todos os tipos de matéria e de transformações que vemos diariamente mundo macroscópico bem como as trocas de energia associadas a essas transformações A idéia do átomo ajudou a consolidar a Química como ciência cujo desenvolvimento possibilitou a criação de milhares de novos materiais medicamentos tecidos corantes etc que transformaram a existência da humanidade nos dois últimos séculos As alterações nas cores de algumas folhas no inverno indicam transformações que ocorrem na natureza Tópicos do capítulo 1 Vale a pena explicar entender os fatos do cotidiano e da ciência 2 As tentativas de explicar a matéria e suas transformações 3 O nascimento da Química 4 A hipótese de Dalton 5 Os elementos químicos e seus símbolos 6 Explicando a matéria as substâncias químicas 7 Explicando a matéria as misturas 8 Explicando as transformações materiais 9 As propriedades das substâncias 10 Explicando as variações de energia que acompanham as transformações materiais 11 Segunda visão da Química 12 Como a ciência progride Leitura O meio ambiente em perigo SERIDEC PHOTOIMAGE CID Capitulo 03QF1PNLEM 29505 1821 48 Ufes I é líquido a 100 C Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 49 Capítulo 3 EXPLICANDO A MATÉRIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES 1 VALE A PENA EXPLICAR ENTENDER OS FATOS DO COTIDIANO E DA CIÊNCIA Sim vale Imagine a seguinte situação Você sozinho guiando um automóvel numa estrada deser ta De repente o carro enguiça e pára Se você não conhece a mecânica nem a parte elétrica do automóvel provavelmente vai ficar parado muito tempo na estrada até conseguir ajuda Mas se tiver algum conhecimento disso terá chances de descobrir o defeito e talvez até consiga corrigilo mesmo que seja para quebrar o galho até a próxima cidade Esse exemplo nos mostra como é importante conhecer as coisas por dentro saber como elas funcionam Afinal é com o conhecimento que conse guimos progredir em qualquer campo de nossas atividades Considere um segundo exemplo agora no campo científico Embora ainda não seja possível controlar todas as doenças até há pouco tempo a situação era bem pior Esse quadro começou a mudar somente a partir do século XIX quando Pasteur verificou que seres microscópicos os microorganismos podiam infectar pessoas e animais dando origem a diversas doenças A partir dessa descoberta passouse a desinfetar as mãos e os utensílios que en tram em contato com os doentes o que representou um passo enorme em direção ao que hoje chamamos de medicina preven tiva Além disso sabendo qual é o microorganismo que provoca determinada doença tornase muito mais fácil procurar um medi camento que o combata e restabeleça a saúde dos infectados Hoje sabemos que nem todas as doenças são causadas por microorganismos Algumas têm origens diferentes e não totalmente conhecidas como é o caso do câncer No entanto sempre que surge uma nova doença a norma é procurar o agente causador foi o caso da AIDS causada pelo vírus HIV Louis Pasteur em seu laboratório 2 AS TENTATIVAS DE EXPLICAR A MATÉRIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES Ao longo dos séculos no trabalho de obter novos materiais e nas tentativas de explicar essas obtenções podemos destacar os seguintes fatos históricos Entre aproximadamente os anos 500 e 1500 da era cristã desenvolveuse entre árabes e euro peus o trabalho dos alquimistas muitos deles movidos pelo sonho de obter o elixir da longa vida que poderia tornar o ser humano imortal e a pedra filosofal que teria o poder de transfor mar metais baratos em ouro CONHECIMENTO E PODER É importante pensar que em geral maior conhecimento leva pessoas e povos a terem mais poder O primeiro homem que dominou o fogo levou vantagem sobre os demais o primeiro povo que desenvolveu a agricultura e domesticou os animais levou vantagem sobre os demais Muitas guerras foram ganhas pelo maior conhecimento do terreno ou das fraquezas do inimigo Daí a grande impor tância do estudo e da educação INSTITUTO PASTEUR PARIS LAERTE PIRATAS DO TIETÊ Laerte Capitulo 03QF1PNLEM 29505 1821 49 Ufes III é líquido a 25 C Ufes IV é líquido a 280 C Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 51 Capítulo 3 EXPLICANDO A MATÉRIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES A lei de Lavoisier portanto pode ser enunciada também da seguinte maneira A soma das massas antes da reação é igual à soma das massas após a reação Ou ainda Na natureza nada se perde nada se cria a matéria apenas se transforma 32 A lei de Proust Quase na mesma época de Lavoisier Joseph Louis Proust efetuando também uma grande série de pesagens em inúmeras experiências chegou à seguinte conclusão Uma determinada substância composta é formada por substâncias mais simples uni das sempre na mesma proporção em massa Por exemplo observase que o gás carbônico é sempre formado por carbono e oxigênio e verifica se também que 1 a experiência 3 g de carbono C se unem a 8 g de oxigênio O2 produzindo 11 g de gás carbônico CO2 2 a experiência 6 g de carbono C se unem a 16 g de oxigênio O2 produzindo 22 g de gás carbônico CO2 Veja que na 1a experiência a proporção entre as massas é de 3 8 11 Na 2a experiência é de 6 16 22 Nesta última os números mudaram mas obedecendo à relação 6 é o dobro de 3 16 é o dobro de 8 e 22 é o dobro de 11 Enfim os números mudaram mas a proporção é a mesma como se diz em Matemática Essa conclusão é chamada de lei de Proust ou lei das proporções constantes ou fixas ou definidas As duas leis enunciadas a de Lavoisier e a de Proust são denominadas leis ponderais porque falam em massa das substâncias envolvidas São leis importantíssimas pois marcam o início nascimento da Química como ciência Joseph Louis Proust Nasceu em Angers França em 1754 Estudou Química e Farmácia e foi chefe da farmácia do Hospital de Salpetrière em Paris Em 1789 fu gindo da Revolução Francesa mudouse para a Espanha Em 1801 formulou a lei das proporções constantes que foi combatida por cientistas da época só em 1808 reconheceuse que a razão estava em Proust Sua lei ajudou a fortalecer na Química a idéia do átomo Morreu em sua cidade natal em 1826 O R O N O Z PAWS INC ALL RIGHTS RESERVED DIST BY ATLANTIC SYNDICATION GARFIELD Jim Davis Capitulo 03QF1PNLEM 6705 1421 51 Ufes IV é gasoso a 2400 C Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 52 EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno ATIVIDADES PRÁTICAS ATENÇÃO Não cheire nem experimente substância alguma utilizada nesta atividade Este experimento deve ser realizado com a super visão de um adulto pois haverá a necessidade de manipular objetos quentes podendo haver risco de queimaduras 1a Materiais 1 balança 1 panela 1 ovo água Procedimento Pese com o auxílio de uma balança um ovo cru Ano te a massa no caderno Cozinhe o ovo com a super visão de um adulto e peseo novamente Anote a massa no caderno Perguntas 1 Qual o tipo de fenômeno sofrido pelo ovo Justifique sua resposta 2 Compare as massas do ovo cru e do ovo cozido Hou ve alguma diferença nelas 2a Materiais 1 balança 2 béqueres 1 vela 1 rolha fósforo água Procedimento Em um béquer com um pouco de água coloque uma vela pequena presa sobre uma rolha flutuando sobre a água Inverta um segundo béquer sobre o conjunto Pese com o auxílio de uma balança a massa do conjunto e ano tea no caderno Acenda a vela retirando e colocando rapidamente o segundo béquer Observe o que ocorre e anote em seu caderno Pese novamente o conjunto e anote a massa no caderno Perguntas 1 Qual o tipo de fenômeno ocorrido Justifique sua res posta 2 Houve diferença nas massas anotadas 3 Se realizássemos uma outra experiência na qual o se gundo béquer não fosse colocado o fenômeno seria o mesmo O que teria sido diferente Por quê Exercício resolvido 1 CeetepsSP A queima de uma amostra de palha de aço produz um composto pulverulento de massa a menor que a massa original da palha de aço b igual à massa original da palha de aço c maior que a massa original da palha de aço d igual à massa de oxigênio do ar que participa da reação e menor que a massa de oxigênio do ar que participa da reação 2 FuvestSP Os pratos A e B de uma balança foram equili brados com um pedaço de papel em cada prato e efe tuouse a combustão apenas do material contido no pra to A Esse procedimento foi repetido com palha de aço em lugar de papel Após cada combustão observouse 3 Uespi Qualquer que seja a procedência ou processo de preparação do NaCl podemos afirmar que sua compo sição é sempre 3932 de sódio e 6068 de cloro com base na lei de a Lavoisier c Proust e Avogadro b Dalton d Richter A B 4 Numa 1a experiência 2 g de A combinamse com 8 g de B Numa 2a experiência 125 g de A combi nase com 5 g de B Estão esses valores de acordo com a lei de Proust Resolução Sim pois o quociente 2 8 é igual a 025 e coincide com o quociente 125 5 que também é igual a 025 5 Numa 1a experiência 15 g de A combinase com 05 g de B Numa 2a experiência juntamos 49 g de A com 14 g de B Os valores da 2a experiência estão de acordo com a lei de Proust Com papel Com palha de aço a A e B no mesmo nível A e B no mesmo nível b A abaixo de B A abaixo de B c A acima de B A acima de B d A acima de B A abaixo de B e A abaixo de B A e B no mesmo nível a O que os alquimistas pretendiam obter com o elixir da longa vida b O que os alquimistas pretendiam obter com a pedra filosofal c Qual era o principal objetivo da Iatroquímica d Quais eram os quatro elementos fundamentais de Aristóteles e No pensamento de Demócrito como a matéria era formada f O que afirma a lei de Lavoisier g O que afirma a lei de Proust REVISÃO Responda em seu caderno Capitulo 03QF1PNLEM 6705 1422 52 Com base nessas informações podese afirmar que a I é líquido puro e II é uma solução b I é uma solução e II é um líquido puro 4 A HIPÓTESE DE DALTON Para explicar os fatores experimentais observados nas duas leis ponderais vistas anteriormente o cientista inglês John Dalton imaginou a seguinte hipótese Todo e qualquer tipo de matéria é formado por partículas indivisíveis chamadas átomos Para entendermos a relação entre essa hipótese e as leis ponderais com os mesmos dados utilizadas dos nas páginas 50 e 51 imagine o átomo de carbono representado por e considere na sua estabelecida arbitrariamente neste exemplo em g e o átomo de oxigênio representado por 4 g a massa total que permanecerá inalterada A lei de Proust seria explicada da seguinte maneira 1ª experiência 3 g 8 g 11 g 2ª experiência 6 g 16 g 22 g Da 1ª experiência para a 2ª a quantidade de átomos dobrou como consequência todas as massas duplicaram Atualmente com técnicas avançadíssimas já é possível ter uma visão do átomo Desde o século XIX muitas experiências confirmam a existência do átomo Capítulo 3 EXPLICANDO A MATÉRIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 54 Podemos também dizer que Dalton criou um modelo para o átomo hoje chamado de modelo atômico de Dalton Grãozinho de ferro Representação esquemática de átomos de ferro Para Dalton cada átomo seria uma partícula extremamente pequena maciça indivisível e eletricamente neutra OBSERVAÇÕES 5 OS ELEMENTOS QUÍMICOS E SEUS SÍMBOLOS Apesar de conhecermos uma infinidade de materiais diferentes os cientistas só conhecem até hoje pouco mais de uma centena de tipos de átomos quimicamente diferentes Cada um desses tipos representa um elemento químico Um conceito mais exato de elemento químico será visto no capítu lo 4 e a lista completa dos elementos químicos é encontrada no início do livro após o sumário Cada elemento químico recebe um nome e uma abreviação chamada símbolo Por exemplo 1a Os átomos são tão pequenos que em 1 g de ferro por exemplo existem aproximadamente 10800000000000000000000 átomos desse metal Isso equivale a dizer que se a cabeça de um alfinete tivesse o tamanho do nosso planeta o átomo teria o tamanho de uma bola de futebol Podemos então afirmar que nosso mundo visível mundo macroscópico pode ser explicado pela existência de partículas invisíveis mundo microscópico 2a Hoje sabemos que os átomos podem ser divididos Mas esse fato só começou a ser observado experimentado medido e explicado praticamente um século depois de enunciada a hipótese de Dalton detalhes sobre esse assunto aparecerão no próximo capítulo Os símbolos foram introduzidos na Química pelo cientista sueco Jöns Jacob Berzelius em 1813 para facilitar a escrita e a comunicação entre os químicos Não é necessário decorar todos esses nomes e símbolos os mais comuns e importantes você irá aprendendo no decorrer do nosso curso Fazendo uma comparação podemos dizer que os símbolos são tão úteis para os químicos como as notas musicais para os músicos Pa ra béns a vo Nes da ta que ri da cê ta Átomo Elemento químico Símbolo Hidrogênio H Carbono C Cálcio Ca são usadas duas letras para não confundir com o carbono Cádmio Cd idem Potássio K do latim kalium Chumbo Pb do latim plumbum representação Capitulo 03QF1PNLEM 29505 1822 54 c I é líquido puro e II é um azeótropo Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 55 Capítulo 3 EXPLICANDO A MATÉRIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES 7 Você não é obrigado a saber de cor os nomes e os símbo los de todos os elementos químicos Entretanto é útil co nhecer os nomes e os símbolos dos elementos mais comuns Sendo assim responda com o auxílio da lista de elemen tos químicos que se encontra no início do livro após o su mário quais são os símbolos dos seguintes elementos a hidrogênio f potássio b carbono g fósforo c cálcio h chumbo d cádmio i flúor e cromo j ferro 8 Como no exercício anterior escreva os nomes dos se guintes elementos químicos a Na f Cl b S g Br c Si h Al d Sn i Ag e Au j Hg 9 Vunesp Os nomes latinos dos elementos chumbo pra ta e antimônio dão origem aos símbolos químicos desses elementos Esses símbolos são respectivamente a P Ar Sr b Pm At Sn c Pb Ag Sb d Pu Hg Si e Po S Bi 10 UFPI Durante a formação de pepitas de ouro a elas se incorporam vários elementos como cádmio chumbo telúrio e zinco As quantidades e os tipos de impureza desses elementos na amostra de ouro variam de acordo com a localização de onde o ouro foi extraído Essas in formações podem ser utilizadas para investigar roubo ou falsificação de objetos de ouro apresentados como anti güidade Indique a opção que apresenta corretamente o símbolo dos elementos acima citados a Ca Cm Te e Zn b Cd Pb Te e Zn c Cm Sb Tl e Sn d Cm Pb Tl e Zn e Cd Pb Te e Sn 11 UniforCE Os átomos I diferem de elemento para elemento II são as unidades envolvidas nas transformações quí micas III são indivisíveis IV consistem de unidades com um núcleo e uma eletros fera onde se localizam os elétrons Dessas afirmações estão incluídas na teoria atômica de Dalton 1808 somente a I d II III e IV b I e II e I II e III c III e IV 6 EXPLICANDO A MATÉRIA AS SUBSTÂNCIAS QUÍMICAS A hipótese de Dalton e o reconhecimento de que existem cerca de 90 elementos químicos áto mos diferentes na natureza levam a uma pergunta muito importante por que existe uma variedade tão grande de materiais na natureza Porque esses átomos além de permanecerem isolados podem se reunir das mais variadas maneiras formando uma infinidade de agrupamentos diferentes que podem ser moléculas ou aglomerados de íons como explicaremos mais adiante íons são átomos ou grupos de átomos com carga elétrica Cada molécula e cada aglomerado iônico passa então a representar uma substância pura ou espécie química bem definida Cada substância por sua vez é representada por uma abreviação denominada fórmula a O que afirma a hipótese de Dalton b Como a hipótese de Dalton explica a lei de Lavoisier c Como a hipótese de Dalton explica a lei de Proust d Do ponto de vista químico o que representam todos os átomos idênticos e O que é símbolo químico f Como são formados os símbolos químicos REVISÃO Responda em seu caderno EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno Capitulo 03QF1PNLEM 29505 1822 55 d I e II são líquidos puros com diferentes composições químicas e I e II são soluções com mesmo solvente e soluto mas I é um sólido mais concentrado do que II Considere o exemplo da água Hoje sabemos que a água é formada por moléculas onde estão reunidos um átomo de oxigênio com dois átomos de hidrogênio Podese portanto representar a molécula da água da seguinte maneira H₂O Como decorrência a fórmula da água será H₂O onde aparecem os símbolos do hidrogênio e do oxigênio além do índice 2 que indica a presença de dois átomos de hidrogênio na molécula de água A tabela seguinte nos dá mais alguns exemplos Substância Representação da molécula ou aglomerado iônico coresfantasia Fórmula Hidrogênio Gás incolor combustível menos denso que o ar por isso usado em balões meteorológicos Molécula de hidrogênio H₂ Oxigênio Gás incolor existente no ar e indispensável à respiração dos animais e vegetais Molécula de oxigênio O₂ Enxofre Gás amarelo muito usado para fabricar outras substâncias tóxicas terras vulcanizadas da borracha etc S₈ Gás carbônico Gás incolor usado em extintores de incêndio em bebidas refrigerantes etc Molécula de gás carbônico CO₂ Álcool comum Líquido incolor usado em bebidas alcoólicas como combustível etc Molécula de álcool CH₃CH₂OH Sal comum Sólido branco também chamado sal de cozinha muito importante na alimentação NaCl Aglomerado iônico de Na e Cl que forma o sal de cozinha Nos exemplos acima você notou que em cada molécula encontramos um certo número de átomos ligados entre si Nos aglomerados iônicos existem os chamados íons que são átomos ou grupo de átomos carregados eletricamente Por exemplo no sal de cozinha existem íons positivos chamados de cátions de sódio Na e íons negativos chamados de ânions de cloro Cl Nas substâncias iônicas não existem moléculas mas aglomerados de um grande número de íons positivos e negativos que se mantêm reunidos em virtude da atração elétrica Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 57 Capítulo 3 EXPLICANDO A MATÉRIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES Agora é fácil entender por que com poucos átomos elementos diferentes entre si podemos obter milhares de moléculas substâncias distintas Isso explica o grande número de substâncias dife rentes existentes na natureza OBSERVAÇÕES 1a Há átomos que permanecem isolados Um exemplo é o átomo de hélio que representa simultaneamente o elemento químico hélio e a substância sim ples hélio Assim um átomo de hélio representa uma molécula de hélio 2a Há átomos que podem se agrupar de maneiras diferentes formando pois subs tâncias distintas Por exemplo dois átomos do elemento químico oxigênio for mam uma molécula da substância simples oxigênio no entanto três átomos formam uma molécula da substância simples ozônio Esse fenômeno é denomi nado alotropia dizendose então que O2 e O3 são formas alotrópicas do elemento químico oxigênio O He O O O O O Oxigênio O2 Hélio He Ozônio O3 2004 TRIBUNE MEDIA INTERCONTINENTAL PRESS O Mago de ID Brant Parker and Johnny Hart 3a Chamase atomicidade o número de átomos existentes em uma molécula de substância simples Dessa definição decorre a seguinte classificação moléculas monoatômicas quando têm um átomo exemplo He moléculas diatômicas quando têm dois átomos exemplo O2 moléculas triatômicas quando têm três átomos exemplo O3 e assim por diante 61 Substâncias simples Substâncias simples são formadas por átomos de um mesmo elemento químico É o que ocorre por exemplo nos casos do hidrogênio H2 do oxigênio O2 e do enxofre S8 citados na tabela da página anterior Sendo formada por átomos de um mesmo elemento químico não é possível dividir uma substância simples em outras substâncias ainda mais simples H H O O Hidrogênio H2 Oxigênio O2 Capitulo 03QF1PNLEM 6705 1423 57 No gráfico que se segue foram projetados dados de massa e volume para três líquidos A B e água Sabendose que o líquido A é insolúvel tanto em água e que o líquido B é solúvel em água Ufes Uma barra de certo metal de massa igual a 378 g foi introduzida num cilindro graduado contendo água O nível da água contido no cilindro antes 1 e após 2 a imersão da barra metálica é mostrado na figura 62 Substâncias compostas ou compostos químicos Substâncias compostas ou compostos químicos são formadas por átomos ou íons de elementos diferentes E o que ocorre por exemplo nos casos do gás carbônico CO₂ álcool comum CH₃CH₂OH e do sal comum NaCl citados na tabela da página 56 Sendo formada por átomos ou íons de elementos químicos diferentes geralmente uma substância composta pode ser dividida em substâncias mais simples Água H₂O Gás carbônico CO₂ OBSERVAÇÃO Substância pura é qualquer substância simples ou composta formada por átomos moléculas ou aglomerados iônicos todos iguais entre si Uma substância pura por comodidade é chamada simplesmente de substância e sempre tem a propriedades características e bem definidas incluindoas aqui as chamadas constantes físicas da substância que já mencionamos na página 29 como por exemplo que a água é sempre um líquido incolor e odorido nãoinflamável e PE 100 C a nível do mar etc b quando a água é sempre uma mistura com relação bem definida estudando seus componentes Pois bem essas substâncias podem ser apresentadas misturadas de uma infinidade de maneiras diferentes complicado ainda mais o estudo e a compreensão dos materiais que vemos todos os dias Ex exemplos ao lado Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 59 Capítulo 3 EXPLICANDO A MATÉRIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES Com a idéia da hipótese de Dalton e esses modelos moleculares você agora está apto a entender a estrutura da matéria É também interessante notar que o mundo material que vemos visão macroscópica da natureza é explicado pelo mundo invisível dos átomos visão microscópica da natureza Com o conhecimento do conceito de elemento químico podemos agora completar um esquema mostrando a organização geral da matéria Para finalizar faremos uma comparação entre a organização dos átomos na natureza e a organiza ção das letras em nossa linguagem Matéria Substâncias puras ou espécies químicas Misturas homogêneas ou soluções Substâncias simples Elementos químicos Substâncias compostas Neste sentido a complexidade dos sistemas aumenta Homogênea Heterogênea mistura heterogênea Com as letras do alfabeto formamos as palavras Com os átomos dos elementos químicos formamos as moléculas ou os aglomerados iônicos que representam as substâncias ou compostos químicos Juntando as moléculas ou os aglomerados iônicos de substâncias diferentes formamos as misturas Juntando as palavras formamos um grande número de frases parágrafos e livros inteiros 1a Faça uma lista dos elementos e substâncias químicas que você já conhece Procure conhecer alguns ou tros anotando algumas de suas características como estado físico cor etc 2a Consultando jornais revistas informativos econômi cos etc procure saber o preço de alguns elementos químicos como por exemplo alumínio ferro cobre zinco prata ouro chumbo etc Calcule e compare os preços desses elementos por quilograma ATIVIDADES PRÁTICAS PESQUISA a De que é formada uma substância b De que são formadas as substâncias iônicas c Qual é o nome da representação escrita de cada substância d O que é uma substância simples e O que é uma substância composta f O que é uma mistura REVISÃO Responda em seu caderno Capitulo 03QF1PNLEM 6705 1424 59 CeetepsSP Uma barra de certo metal podese afirmar que o metal da barra metálica é provavelmente a Agd 1050 gcm3 H₂PO₄ é a fórmula da substância sendo a mesma composta por Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 61 Capítulo 3 EXPLICANDO A MATÉRIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES 8 EXPLICANDO AS TRANSFORMAÇÕES DOS MATERIAIS Já falamos na transformação dos materiais na página 5 e dissemos que as transformações físicas são em geral mais superficiais e passageiras enquanto as transformações químicas são em geral mais profundas e muitas vezes irreversíveis Agora com a teoria atômica de Dalton podemos explicar essas diferenças 81 As transformações físicas As transformações físicas ou fenômenos físicos não modificam a natureza do material Os átomos íons ou moléculas não são alterados eles são apenas agitados desarrumados reordenados etc É o caso por exemplo das mudanças de estado físico Outros exemplos de fenômenos físicos são a dilatação de um metal pelo calor a dissolução de uma substância em líquido a expansão de um gás etc 82 As transformações químicas Observemos agora a queima do carvão O fenômeno não é mais passageiro isto é depois de queimado não é possível recuperar o carvão inicial dizemos também que o fenômeno é irreversível Essa é uma transformação fenômeno ou reação química As coisas se passam assim porque as moléculas iniciais reagentes são quebradas e seus átomos se reagrupam para formar as novas moléculas produtos da reação Na queima do carvão temos Esses estados físicos podem ser explicados admitindose que Moléculas de gás carbônico CO2 são produzidas Moléculas de oxigênio O2 do ar são consumidas Átomos de carbono C são consumidos ESTADOS FÍSICOS Sólido Líquido Gasoso Esta é a interpretação microscópica que procura explicar o fenômeno observado Esta é a observação macroscópica isto é o fenômeno que enxergamos Calor Calor No estado líquido as moléculas se movi mentam com certa li berdade No estado sólido as moléculas permane cem em posições fixas formando um reticula do cristalino No estado gasoso as moléculas se movi mentam em todas as direções com alta ve locidade e grande li berdade Essas são interpreta ções teóricas em que admitimos certas ca racterísticas microscó picas que não pode mos enxergar Essas são observações experimentais que po demos enxergar são portanto característi cas macroscópicas da substância O gás ou vapor tem volume variável e for ma variável O líquido tem volume constante e forma variável O sólido tem volume constante e forma constante Na prática verificamos que Capitulo 03QF1PNLEM 29505 1822 61 b Ad 270 gcm3 a 2 elementos b 3 elementos c 4 elementos c Fe d 787 gcm3 a 8 átomos bolinhas presentes b Temos 2 elementos as bolinhas claras e as escuras d Mg d 174 gcm3 c Há 3 substâncias representadas por d o número de moléculas é 4 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 64 9 AS PROPRIEDADES DAS SUBSTÂNCIAS Sendo submetida a agentes como calor luz etc ou entrando em contato com outras substâncias cada substância química apresentará um comportamento diferente conhecido como propriedades da substância Falase então em propriedades físicas e em propriedades químicas conforme venha a resultar em um fenômeno físico ou químico Assim por exemplo o éter comum tem a propriedade física de se evaporar facilmente o que não acontece com um óleo lubrificante para automóveis o ferro tem a propriedade química de se enferrujar mas o ouro não às vezes falamos também em propriedades organolépticas das substâncias que são as proprie dades percebidas pelos nossos sentidos como o cheiro o sabor etc A tabela dada a seguir resume as propriedades das substâncias que explicamos até agora ATIVIDADES PRÁTICAS ATENÇÃO Não cheire nem experimente substância alguma utilizada nesta atividade Materiais 6 copos 3 porções de palha de aço 3 pedaços de papel alumínio 2 colheres de café de sal de cozinha 2 colheres de sopa de vinagre água 1 caneta de retroprojetor ou 6 pedaços de fita adesiva ou 6 etiquetas Procedimento Identifique cada um dos copos utilizando para isso a caneta de retroprojetor ou a fita adesiva ou a etiqueta co locando na identificação a data entre parênteses e escre vendo separadamente água e palha de aço água e alu mínio água com sal e palha de aço água com sal e alumí nio água com vinagre e palha de aço água com vinagre e alumínio Pegue os seis copos e coloque em cada um deles água até a metade Coloque separada e respecti vamente uma porção de palha de aço e um pedaço de papel alumínio nos dois copos com as etiquetas água e palha de aço e água e papel alumínio Pegue os dois copos etiquetados com água com sal e palha de aço e água com sal e alumínio e adicione separada e respecti vamente uma colher de café de sal mais uma porção de palha de aço e uma colher de café de sal mais um peda ço de papel alumínio Pegue os dois copos etiquetados com água com vinagre e palha de aço e água com vinagre e alumínio e adicione separada e respectivamen te uma colher de sopa de vinagre mais uma porção de palha de aço e uma colher de sopa de vinagre mais um pedaço de papel alumínio Observe o que ocorre com cada uma das fases em cada copo por dois dias seguidos e anote em seu caderno as observações feitas a cada dia Perguntas 1 Ocorreu algum fenômeno em algum dos copos Se ocorreu identifique em qual copo ocorreu o tipo e o dia que foi observado o fenômeno 2 Por que foi necessário colocar as datas nas etiquetas Propriedades físicas dizem respeito aos fenômenos e medidas físicas como por exemplo a temperatura de fusão a temperatura de ebulição a densidade o calor específico etc Propriedades químicas dizem respeito aos fenômenos químicos como por exemplo a combustão do carvão o enferrujamento do ferro etc Propriedades organolépticas são as que impressionam nossos sentidos como por exem plo a cor o sabor o odor o brilho etc Propriedades das substâncias Massa é medida em uma balança Extensão é o volume ocupado pela substância Impenetrabilidade dois corpos não podem ocupar simultaneamente o mesmo lugar no espaço por exemplo colocandose um objeto qualquer em um copo cheio de água é extravasado um volume de água correspondente ao volume do objeto adicionado Compressibilidade podemos comprimir os gases como acontece com o ar no pneu de um automóvel um líquido é pouco compressível no freio de um carro a pressão exercida sobre o pedal é transmitida integralmente pelo fluido de freio para as rodas do carro etc Nos capítulos 8 e 9 estudaremos as principais funções inorgânicas ácidos bases sais e óxidos que são quatro grupos de substâncias cada qual com propriedades próprias bem definidas e denominadas propriedades funcionais Propriedades gerais São apresentadas por todas as substâncias e por isso chama das também de propriedades gerais da matéria Propriedades funcionais São apresentadas por grupos de substâncias Propriedades específicas São apresentadas por cada subs tância pura individualmente Capitulo 03QF1PNLEM 6705 1425 64 e Pb d 1130 gcm3 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 65 Capítulo 3 EXPLICANDO A MATÉRIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES 24 PUCRS Uma transformação química pode ser exemplificada pela a evaporação da água do mar b fusão do gelo c digestão dos alimentos d sublimação do naftaleno e liquefação do ar atmosférico 25 UFRGSRS Entre as transformações citadas a seguir aque la que não representa um fenômeno químico é a o cozimento de um ovo b a queima do carvão c o amadurecimento de uma fruta d o azedamento do leite e a formação de orvalho 26 PUCMG Dos processos abaixo o que não envolve rea ção química é a a planta clorofilada produzindo alimentos a partir de gás carbônico e água em presença de luz solar b obtenção de sal a partir de água do mar c enferrujamento de um prego exposto ao ar d a combustão da gasolina no motor de um automóvel e azedamento do leite 27 PUCMG Observe atentamente os processos cotidianos abaixo I a secagem da roupa no varal II a fabricação caseira de pães III a filtração da água pela vela do filtro IV o avermelhamento da palha de aço umedecida V a formação da chama do fogão a partir do gás de cozinha Constituem fenômenos químicos a II e V apenas d I II e III apenas b II IV e V apenas e I II III IV e V c I III e IV apenas 28 UFSC Os fenômenos abaixo que envolvem reaçãoões químicas ésão 01 digestão dos alimentos 02 enferrujamento de uma calha 04 explosão da dinamite 08 fusão do gelo 16 queda da neve 32 combustão do álcool de um automóvel 64 sublimação da naftalina Dê como resposta a soma dos números das proposições corretas 29 UFPE Considere as seguintes tarefas realizadas no diaa dia de uma cozinha e indique aquelas que envolvem trans formações químicas 1 Aquecer uma panela de alumínio 2 Acender um fósforo 3 Ferver água 4 Queimar açúcar para fazer caramelo 5 Fazer gelo a 1 3 e 4 c 1 3 e 5 e 2 e 3 b 2 e 4 d 3 e 5 30 MackenzieSP Nos diferentes materiais I a V expostos ao ar verificase que I sobre uma lâmina metálica formase uma película es cura II bolinhas de naftalina vão diminuindo de tamanho III o leite azeda IV um espelho fica embaçado se respirarmos encosta dos a ele V uma banana apodrece Podemos dizer que são observados fenômenos a físicos somente b físicos em I II e V e químicos em III e IV c físicos em II e IV e químicos em I III e V d físicos em III e V e químicos em I II e IV e químicos somente 31 UFPE Em qual dos eventos mencionados abaixo não ocorre transformação química a Emissão de luz por um vagalume b Fabricação de vinho a partir da uva c Crescimento da massa de pão d Explosão de uma panela de pressão e Produção de iogurte a partir do leite EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno a Ocorre alteração das moléculas em um fenômeno físico b Ocorre alteração das moléculas em um fenômeno químico c Como são denominadas as substâncias iniciais e as finais participantes de um fenô meno químico d Como é denominada a escrita especial que indica uma reação química e Quais são as manifestações mais freqüentes e perceptíveis que indicam a ocorrência de uma reação química REVISÃO Responda em seu caderno Capitulo 03QF1PNLEM 29505 1823 65 UninassauRS A seguir está esquematizado o fluxograma relativo a separação dos componentes de uma mistura composta por água açúcar e totalmente dissolvido Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 66 10 EXPLICANDO AS VARIAÇÕES DE ENERGIA QUE ACOMPANHAM AS TRANSFORMAÇÕES MATERIAIS Durante os fenômenos físicos e químicos outro fato importante que podemos notar é a liberação ou a absorção de energia Por exemplo 32 UFPI Classifique as transformações a seguir como fenô menos físicos ou fenômenos químicos I dissolução do açúcar na água II envelhecimento de vinhos III preparação de cal a partir do calcário a físico físico e químico respectivamente b físico químico e físico respectivamente c físico químico e químico respectivamente d químico físico e físico respectivamente e químico químico e físico respectivamente 33 FEISP Quando uma substância composta sofre um fe nômeno físico podemos afirmar que a suas moléculas se alteram b seus átomos se alteram c a substância se transformará em outra mais simples d a transformação poderá ser repetida com a mesma substância e a substância se transformará em outra substância composta Os fenômenos que liberam energia são chamados de exotérmicos do grego exo para fora e os que absorvem energia são denominados endotérmicos do grego endon para dentro De modo geral os fenômenos químicos liberam ou absorvem mais energia do que os fenômenos físicos Assim por exemplo a queima do carvão libera mais calor do que o vapor de água ao se condensar um carvão em brasa queima mais a mão do que o vapor de água que sai pelo bico de uma chaleira com água fervendo Isso ocorre porque o fenômeno químico altera mais profundamente a essência da matéria Resumidamente o que acontece durante uma reação química é uma contabilidade de energia de acordo com a seguinte idéia existe uma certa quantidade de energia armazenada energia potencial no interior das molécu las iniciais reagentes quando as moléculas iniciais são quebradas durante a reação química essa energia é liberada no entanto gastase energia para montar as moléculas finais produtos o saldo de energia que sobra ou falta é a energia que a reação química irá liberar ou deverá absorver para que de fato a reação venha a ocorrer 11 SEGUNDA VISÃO DA QUÍMICA No primeiro capítulo deste livro denominado Primeira visão da Química demos uma primeira idéia do que é a Química o estudo da matéria das transformações da matéria e da energia que a acompanha No segundo capítulo procuramos então conhecer a matéria e suas transformações um pouco mais profundamente Neste terceiro capítulo iniciamos as explicações do que é afinal a maté ria e o que ocorre em suas transformações Com os conhecimentos assim adquiridos podemos agora detalhar melhor o campo da atividade da Química Energia térmica calor Energia luminosa luz Energia elétrica eletricidade Liberada numa pilha elétrica comum Absorvida na carga de uma bateria de automóvel Liberada na combustão de uma vela Absorvida na fotossíntese dos vegetais Liberada na queima do carvão Absorvida para evaporar a água Capitulo 03QF1PNLEM 29505 1823 66 MackenzieSP Sal de cozinha Areia Limão de ferro Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 67 Capítulo 3 EXPLICANDO A MATÉRIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES Na Química podemos distinguir duas atividades a prática e a teórica A atividade prática ocorre no manuseio e transformação de substâncias nos laboratórios e nas indústrias quando então se traba lha em nível macroscópico isto é com coisas visíveis A atividade teórica se verifica quando se procura explicar a matéria o seu comportamento e as suas transformações nesse caso são utilizados conceitos em nível microscópico como por exemplo a idéia do átomo Costumase também chamar a atividade teórica de Química pura e a atividade prática de Química aplicada É muito importante notar também que em decorrência desse casamento da prática com a teoria houve um grande desenvolvimento das técnicas de análise e de síntese químicas A aná lise química procura determinar quais são quantos são e como os elementos átomos es tão reunidos nas substâncias moléculas a sín tese química procura explicar como podemos transformar as substâncias de maneira a produzir novas substâncias Para atingir seus objetivos a síntese química está sempre à procura de novos caminhos novas reações para chegar a novas substâncias ou mesmo a substâncias já conheci das de maneira mais fácil e mais econômica Essa complementação da prática com a teoria e viceversa continuou e continua se aprofundando até hoje Por isso tivemos nos últimos cem anos um progresso fabuloso da Química Com recursos modernos computadores raio laser etc a Química teórica tem conseguido deter minar as estruturas dos átomos e das moléculas com precisão cada vez maior Também a Química experimental evoluiu extraordinariamente conseguese produzir atualmente cerca de 200000 novos compostos químicos por ano Tudo isso acabou sendo aplicado nas indústrias resultando numa vasta tecnologia química com a fabricação de milhares e milhares de novos produtos plásticos tecidos borrachas sintéticas medica mentos tintas corantes etc Concluindo diremos que Tecnologia química é a aplicação dos conhecimentos da Química nas indústrias químicas visando melhorar os materiais encontrados na natureza produtos naturais e fabricar os novos produtos descobertos pela Química produtos sintéticos O desenvolvimento tecnológico de uma descoberta científica pode levar muito tempo Assim por exemplo da descoberta até a aplicação da penicilina decorreram quase 30 anos da energia nuclear 26 anos do nylon 12 anos da fotografia 56 anos do radar 32 anos da cópia xerox 15 anos No entanto o próprio desenvolvimeto tecnológico está fazendo com que o intervalo de tempo decorrido entre a descoberta e a sua aplicação se torne cada vez menor Química trabalhando em laboratório de análises químicas KAIBIDE Y DE CARLOS CID 12 COMO A CIÊNCIA PROGRIDE Embora no passado muitas descobertas tenham sido obra do acaso atualmente elas representam o trabalho de grande número de cientistas e vultosos investimentos financeiros De modo geral porém alguns passos são quase sempre seguidos nas descobertas científicas Vamos explicar essa idéia por meio de um fenômeno físico bastante comum que é a queda dos corpos Observação a humanidade sempre observou que os objetos caem procurando atingir o solo Os frutos caem das árvores as pedras rolam montanha abaixo etc Experiência vários testes foram feitos ao longo dos séculos com objetos menores ou maiores menos ou mais densos etc para verificar o tipo de queda desses objetos Capitulo 03QF1PNLEM 29505 1823 67 Os nomes dos processos I II e III representados pelo fluxograma acima e referentes à separação dos componentes da mistura são respectivamente Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 68 OBSERVAÇÕES EXPERIÊNCIAS LEIS EXPERIMENTAIS HIPÓTESES TEORIAS e MODELOS ATIVIDADES PRÁTICAS PESQUISA ATENÇÃO Este experimento deve ser realizado com a supervisão de um adulto pois haverá a necessidade de manipular objetos quentes podendo haver risco de queimaduras Nenhum dos reagentes deve entrar em contato com a pele a boca e os olhos nem deve ser aproximado do nariz Óculos de segurança luvas e aventais protetores são altamente recomendados Materiais 3 copos 1 ponta de espátula de cloreto de sódio sal de cozinha 1 ponta de espátula de cloreto de amônio NH4Cl 1 ponta de espátula de cloreto de cálcio CaCl2 água três pedaços de fita adesiva ou três etiquetas Lei experimental por fim os físicos puderam ve rificar experimentalmente que no vácuo todos os corpos caem com a mesma aceleração Esta é uma lei da natureza que foi chamada lei da Gra vidade Hipótese teoria e modelo é a explicação e re presentação do fato que foi observado e da análise dos dados coletados experimentalmente Hoje sa bemos que os objetos caem devido à atração gravitacional da Terra que é um caso particular da lei da gravitação universal que rege o movimento das estrelas e dos planetas É na lei e na teoria da gravidade que se fundamen tam os cálculos de lançamento e retorno das naves espa ciais como acontece com os ônibus espaciais O esquema ao lado resume o desenvolvimento da ciência como acabamos de comentar Enfim é importante compreender que todo o processo descrito nesse esquema se repete contínua e indefinidamente como resultado do tra balho de sucessivas gerações de cientistas A evolução da ciência é dinâ mica e está ocorrendo todos os dias nos laboratórios e indústrias de todo o mundo Cada vez mais as descobertas e invenções são fruto de trabalho em equipe e não se devem a um único cientista Com o passar do tempo algumas explicações científicas se mostram corretas e são aceitas outras se mostram incorretas e são abandonadas Sendo as sim a ciência nunca está terminada isto é nunca existe uma explica ção final e definitiva para as coisas que são observadas Pelo contrário a ciência está diariamente se completando e se aperfeiçoando Podemos ainda dizer que as atividades científicas só se desenvolvem com muita rapi dez no mundo moderno em virtude da rápida comunicação que existe entre os cientistas principalmente por meio de revistas especializadas e da internet É importante também entender que a ciência nunca é neutra descobrir só por descobrir Na verdade ela está sempre ligada aos interesses humanos interesse econômico das empresas que desenvolvem novos materiais e produtos para aumentar seus lucros interesse militar dos países que defendem sua paz ou que se preparam para uma guerra e assim por diante CID Lançamento de ônibus espacial Capitulo 03QF1PNLEM 29505 1823 68 a decantação centrifugação e filtração Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 69 Capítulo 3 EXPLICANDO A MATÉRIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES 35 Dentre os fenômenos abaixo quais são os que liberam e quais os que consomem energia a queima de gasolina b evaporação do álcool c derretimento do gelo d explosão da pólvora e subida de um foguete 36 A liberação ou consumo de energia a só ocorre em transformações físicas b só ocorre em transformações químicas c em geral é menor nos fenômenos físicos do que nos químicos d em geral é maior nos fenômenos físicos do que nos químicos e nunca ocorre nas transformações materiais 37 O que é menos importante na realização de uma ex periência a A possibilidade de repetila freqüentemente b O uso de bons aparelhos de medição c A existência de explicações para o fenômeno d A coleta e a seleção dos dados obtidos e A participação de observadores qualificados e bem treinados 38 AEUDF Analisando os resultados de vários experimen tos um aluno chegou à seguinte conclusão quando se coloca uma vela acesa em um recipiente fechado ela se apaga Essa conclusão é a uma hipótese b uma experimentação c uma generalização d uma teoria e um modelo 39 OsecSP Um estudante estava pesquisando um fenô meno e queria seguir corretamente as etapas do método científico Em qual das seqüências abaixo estão citadas em ordem correta porém não necessariamente consecu tiva quatro etapas que ele teria seguido a Observação experimentação formulação de leis e criação de teoria b Criação de teoria formulação de leis experimenta ção e observação c Experimentação levantamento de hipóteses criação de teoria e observação d Levantamento de hipóteses organização de dados observação e formulação de leis e Observação criação de teoria formulação de leis e organização de dados Exercício resolvido 34 Nos sistemas mencionados abaixo ocorrem trans formações de um tipo de energia em outro Mencio ne quais são as transformações principais no funcio namento de a uma bateria de automóvel b uma lâmpada elétrica c um motor a explosão d uma turbina elétrica Resolução a A energia química transformase em elétrica b A energia elétrica transformase em luminosa c A energia química transformase em mecânica d A energia mecânica transformase em elétrica Procedimento Pegue os três copos e identifique com as etiquetas cada um deles anotando os nomes cloreto de sódio cloreto de amônio e cloreto de cálcio Coloque em cada copo a respectiva substância Observe cada um deles e anote em seu caderno Adicione cerca de um dedo de água no primeiro copo Coloque levemente a mão do lado de fora do copo e anote as observações em seu caderno Repita o procedimento nos outros dois copos a O que são reações exotérmicas b O que são reações endotérmicas c O que é análise química e para que é utilizada REVISÃO Responda em seu caderno EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno Perguntas 1 O processo de dissolução das substâncias sólidas utili zadas é físico ou químico 2 O processo de dissolução observado ocorreu da mes ma maneira nos três copos Por quê 3 Qualis processos observados absorveuram e qualis liberouaram energia Pesquisa Com o auxílio de livros revistas enciclopédias etc pro cure fazer um levantamento das fontes de energia e do consumo de energia no Brasil e no mundo Calcule as porcentagens de cada item em relação ao total d O que é síntese química e Quais são as etapas usuais de uma pesquisa científica Capitulo 03QF1PNLEM 29505 1823 69 b separação magnética filtração e destilação Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 70 LEITURA O MEIO AMBIENTE EM PERIGO Atualmente falase muito em ecologia citandose como principais problemas a poluição e a degrada ção do meio ambiente Como surgiram esses problemas Vamos procurar explicar as idéias mais gerais Já falamos bastante de matéria e energia No que diz respeito à matéria a humanidade dispõe apenas da matéria que é encontrada no planeta Terra Como vimos pela lei de Lavoisier a matéria não pode ser criada apenas transformada conseqüentemente a humanidade para garantir sua sobrevivência só pode transformar os materiais já existentes na Terra E notem também que alguns recursos materiais como por exemplo os vegetais podem ser renovados rapidamente e por isso são chamados de recursos renováveis outros porém como o petróleo o carvão mineral etc são recursos nãorenováveis pois a natureza levou milhões de anos para produzilos e se nós os gastarmos não haverá reposição porque as condições climá ticas que os produziram não mais se repetirão Matéria Energia Energia desperdiçada Consumidor POLUIÇÃO preço que pagamos pelo conforto Rejeitos lixo E a energia de onde vem Praticamente toda a energia que consumimos na Terra vem do Sol De fato a energia consumida no mundo atual provém por exemplo de usinas hidrelétricas mas é a luz solar que faz a água evaporar provoca as chuvas e forma os rios que foram represados do petróleo e do carvão mineral mas foi a luz solar que há milhões de anos fez crescerem as plantas e animais que deram origem ao petróleo e ao carvão atuais Mais uma vez a humanidade aqui também procura transformar um tipo de energia em outro para melhorar sua sobrevivência e conforto Acontece que com o passar dos séculos a população humana foi crescendo precisando cada vez mais de maiores quantidades de alimentos e procurando sempre melhores condições de saúde conforto segurança lazer etc e ainda à custa de esforços físicos cada vez menores Esse conforto da vida moderna provoca o uso de quantidades cada vez maio res de automóveis trens aviões rádios televisores telefones etc Ora na prática isso se traduz na necessidade de transfor marmos quantidades cada vez maiores de matéria e energia Lembrese agora de quantas coisas nós mesmos joga mos fora diariamente restos de comida papel plásticos recipientes de vidro fraldas descartáveis etc aliás material descartável representa para muitas pessoas sinônimo de rapidez conforto limpeza e modernidade Na verdade tudo isso representa poluição e tende a aumentar à medida que crescem a população a vontade de desfrutar de maiores confortos e também a concentração de pessoas em grandes cidades Afinal é preciso criar alternativas ao esquema geral No lixo doméstico há muitos materiais recicláveis TRECE POR DIECIOCHO CID FRANK ERNEST by Bob Thaves 2004 UNITED MEDIA INTERCONTINENTAL PRESS Capitulo 03QF1PNLEM 29505 1823 70 c filtração separação magnética e destilação d cristalização decantação e centrifugação Para termos um mundo com desenvolvimento econômico sustentável serão necessárias grandes mudanças visando conservar os solos agrícolas aumentar os reflorestamentos reciclar materiais evitando desperdícios inúteis desenvolver formas de energia renováveis aumentar a eficiência das conversões de energia controlar o crescimento populacional etc Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 72 45 MackenzieSP Água mineral engarrafada propanona C3H6O e gás oxigênio são classificados respectivamen te como a substância pura composta substância pura simples e mistura homogênea b substância pura composta mistura homogênea e subs tância pura simples c mistura heterogênea substância pura simples e subs tância pura simples d mistura homogênea substância pura composta e subs tância pura composta e mistura homogênea substância pura composta e subs tância pura simples 46 Ufes Considere os seguintes sistemas I nitrogênio e oxigênio II etanol hidratado III água e mercúrio Indique a alternativa correta a Os três sistemas são homogêneos b O sistema I é homogêneo e formado por substâncias simples c O sistema II é homogêneo e formado por substâncias simples e compostas d O sistema III é heterogêneo e formado por substân cias compostas e O sistema III é uma solução formada por água e mer cúrio 47 UnivaliSC No esquema a seguir estão representados cinco sistemas formados por moléculas constituídas por três tipos de átomos representados por as amostras são misturas Diante disso tornouse neces sária uma classificação para a matéria seja ela natural ou sintética Isso nos permite afirmar I Uma substância pura pode ser definida como aquela cujas propriedades não podem ser modificadas por processos de purificação II O ouro e o diamante são casos especiais de materiais que ocorrem naturalmente na forma de substâncias puras III Uma mistura homogênea ou solução pode ser desdo brada através de métodos físicos adequados IV Em uma amostra de material classificado como hete rogêneo suspensão as propriedades são iguais em toda a sua extensão Das afirmações acima somente são corretas a I e II d III e IV b I e III e II e IV c I II e III 49 UFGGO São características das reações químicas es colha as alternativas corretas a formarem novos materialis ou substâncias b serem reconhecidas pelas diferenças entre proprieda des físicas dos reagentes e produtos c ocorrerem com conservação de massas e segundo proporções fixas entre reagentes e produtos d serem representadas por equações químicas e ocorrerem com rearranjos de átomos f ocorrerem absorvendo ou liberando energia 50 UFMG As seguintes mudanças de cor são evidências de reações químicas em todos os casos exceto a a palha de aço úmida passa com o tempo de acinzen tada para avermelhada b o filamento de uma lâmpada acesa passa de cinza para amarelo esbranquiçado c uma fotografia colorida exposta ao sol se desbota d água sanitária descora uma calça jeans e uma banana cortada escurece com o passar do tempo 51 UFMG Um estudante listou os seguintes processos como exemplos de fenômenos que envolvem reações químicas I adição de álcool à gasolina II fermentação da massa na fabricação de pães III obtenção de sal por evaporação da água do mar IV precipitação da chuva V queima de uma vela O número de erros cometidos pelo estudante é a 0 c 2 b 1 d 3 52 MackenzieSP Certas propagandas recomendam deter minados produtos destacando que são saudáveis por serem naturais isentos de química Um aluno atento percebe que essa afirmação é a verdadeira pois o produto é dito natural porque não é formado por substâncias químicas b falsa pois as substâncias químicas são sempre bené ficas c verdadeira pois a Química só estuda materiais artifi ciais d enganosa pois confunde o leitor levandoo a crer que química significa nãosaudável artificial e verdadeira somente se o produto oferecido não con tiver água Qual é a alternativa que identifica os sistemas I II III IV e V corretamente a Substância pura simples substância pura composta mistura de 2 componentes mistura de 3 componen tes mistura de 4 componentes b Substância pura simples substância pura composta mistura de 3 componentes mistura de 3 componen tes mistura de 4 componentes c Mistura de 2 componentes substância pura compos ta mistura de 3 componentes mistura de 3 compo nentes mistura de 4 componentes d Substância pura composta substância pura simples mistura de 3 componentes mistura de 3 componen tes mistura de 4 componentes e Mistura de 2 componentes substância pura compos ta mistura de 3 componentes mistura de 4 compo nentes mistura de 4 componentes 48 CetefPR A maior parte das amostras de matéria na na tureza é constituída por duas ou mais substâncias isto é I II III IV V DESAFIOS Registre as respostas em seu caderno Capitulo 03QF1PNLEM 29505 1824 72 e separação magnética decantação e filtração UFPB Ao preparar um terreno para cultivo seria ideal que agricultor solicitasse os serviços de um profissional qualificado a fim de fazer uma análise do solo para conhecer o conteúdo dos nutrientes presentes 40 Qual é a origem primária de todo o material que usamos 41 O que são recursos renováveis 42 Quais são os principais fatores que geram a poluição 43 EnemMEC 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 descartálas b promover a coleta seletiva a moda de reaproveitar as embalagens com o para seu descarte c aumentar o ritmo de decomposição d estudar a biodegradabilidade do material 44 Água a hidrologia e o ciclo dos substâncias im Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 74 A EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS 4 Capítulo Apresentação do capítulo O modelo de Dalton imaginando o átomo como uma bolinha maciça e indivisível fez a Química progredir muito no século XIX Mas a ciência e suas aplicações em nosso cotidiano não param de evoluir Ainda no século XIX vários cientistas descobriram uma série de fenômenos tais como a condução de corrente elétrica em certas soluções o raio X etc Originouse então a suspeita de uma possível ligação entre matéria e energia elétrica E surgiram perguntas como explicar a corrente elétrica E o raio X Seria o átomo imaginado por Dalton suficiente para explicar esses novos fenômenos Seria possível imaginar que o átomo tivesse alguma coisa por dentro ao contrário do que dizia Dalton Acontece que o átomo é extraordinariamente pequeno Como então provar que ele tem algo a mais por dentro A história dessa busca é uma verdadeira novela que se iniciou no final do século XIX e continua até hoje da qual alguns episódios serão detalhados a seguir Feixe de laser Tópicos do capítulo 1 O modelo atômico de Thomson 2 A descoberta da radioatividade 3 O modelo atômico de Rutherford 4 A identificação dos átomos 5 O modelo atômico de RutherfordBohr 6 O modelo dos orbitais atômicos 7 Os estados energéticos dos elétrons 8 A distribuição eletrônica Leitura Usos das radiações eletromagnéticas LAWRENCE MANNINGCORBISSTOCK PHOTOS Capitulo 04QF1PNLEM 29505 1828 74 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 75 Capítulo 4 A EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS 1 O MODELO ATÔMICO DE THOMSON Já no século VI aC o filósofo grego Tales de Mileto havia perce bido que atritando um bastão de resina chamada âmbar com um tecido ou pele de animal o âmbar passava a atrair objetos leves como folhas secas fragmentos de palha etc Daí surgiu o termo eletricida de derivado de elektron palavra grega que significa âmbar Na figura ao lado um bastão de vidro já atritado com um tecido de seda está atraindo a bolinha de papel Um bastão de plástico atritado também atrai um filete de água Um pente de plástico atritado com lã atrai pedacinhos de papel Uma explicação razoável para os fenômenos que ilustramos é de que toda matéria no estado normal contém partículas elétricas que se neutralizam mutuamente quando ocorre atrito algumas dessas partículas tendem a migrar de um corpo para outro tornandoos eletrizados Outra série de observações e experiências que abriu novos caminhos para o esclarecimento da estrutura atômica foi o estudo das descargas elétricas em gases O exemplo mais comum des ses fenômenos são os raios que saltam na atmosfera durante as tempestades Em 1854 Heinrich Geissler desenvolveu um tubo de descarga constituído de um vidro largo fechado e com eletrodos circulares em suas extremidades Geissler notou que quando pro duzia uma descarga elétrica no interior do tubo de vidro com gás sob baixa pressão a descarga deixava de ser barulhenta e apare cia no tubo uma luz cuja cor dependia do gás de sua pressão e da voltagem aplicada É isso que acontece nos tubos luminosos de néon e nas lâmpadas fluorescentes atuais Os tubos de néon são preenchidos com gases diferentes sob pressão muito baixa e quando submetidos a tensões elétricas elevadas produzem cores diferentes Gás Fonte de tensão Tubo de Geissler EDUARDO SANTALIESTRA CID FRANCISCO ORTE GRAÑE CID CID Bastão de vidro atraindo uma bolinha de papel Capitulo 04QF1PNLEM 29505 1828 75 Em 1875 William Crookes colocou gases muito rarefeitos isto é em pressões baixíssimas em ampolas de vidro Submetendo esses gases a voltagens elevadíssimas apareceram emissões que foram denominadas raios catódicos Quando submetidos a um campo elétrico uniforme e externo gerado por duas placas paralelas e carregadas esses raios sempre se desviam na direção e no sentido da placa que está carregada positivamente o que prova que os raios catódicos são negativos Outro dado muito importante é que esse desvio ocorre sempre do mesmo modo qualquer que seja o gás no interior da ampola Esses fatos levaram os cientistas a imaginar que os raios catódicos eram formados por pequenas partículas negativas e que essas partículas existem em todo e qualquer matéria Essas partículas foram denominadas elétrons Surgia assim pela primeira vez na história a ideia da existência de uma partícula subatômica isto é menor do que o átomo Considerando Dalton a ampola de Crookes serviria como dois parênteses para X os elementos modernos que agora dividimos Uma complementação às experiências de Crookes foi feita em 1886 por Eugen Goldstein que modificou a ampola de Crookes e descobriu os chamados raios anódicos ou canais Esses raios são formados pelos restos dos átomos do gás que sobram após terem seus elétrons arrancados pela descarga elétrica Para terem perdido elétrons cargas negativas as partículas que formam os raios anódicos são positivas o que pode ser demonstrado pelo desvio dessas partículas na presença de um campo elétrico ou de um campo magnético Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 77 Capítulo 4 A EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS Em particular quando o gás presente na ampola de Goldstein é o hidrogênio cujos átomos são os mais leves que se conhecem os raios canais apresentam o menor de todos os desvios verificados no campo elétrico ou no magnético Imaginouse então a existência de uma segunda partícula subatômica o próton com carga positiva de valor igual à do elétron capaz portanto de tornar o átomo de hidrogênio eletricamente neutro Para explicar os fenômenos anteriores Joseph John Thomson propôs em 1903 um novo modelo de átomo formado por uma pasta positiva recheada pelos elétrons de carga negativa o que garantia a neutralidade elétrica do modelo atômico esse modelo ficou conhecido como pudim de passas Começa vase então a admitir oficialmente a divisibilidade do átomo e a reconhecer a natureza elétrica da matéria O modelo atômico de Thomson explicava satisfatoriamente os seguintes fenômenos eletrização por atrito entendendose que o atrito separava cargas elétricas parte das positivas em um corpo e igual parte das negativas em outro como no caso do bastão atritado com tecido corrente elétrica vista como um fluxo de elétrons formação de íons negativos ou positivos conforme tivessem respec tivamente excesso ou falta de elétrons descargas elétricas em gases quando os elétrons são arrancados de seus átomos como na ampola de Crookes Representação do modelo atômico de Thomson Joseph John Thomson Filho de um livreiro nasceu em 1856 em Manchester Inglaterra Pretendia ser en genheiro mas dificuldades financeiras devidas à morte de seu pai o levaram a estudar Matemática Física e Química Tornouse professor em Cambridge onde organizou o laboratório Caven dish de grande importância nas pesqui sas sobre estrutura atômica Em 1906 re cebeu o prêmio Nobel por seus trabalhos en volvendo as propriedades dos elétrons Faleceu em 1940 2 A DESCOBERTA DA RADIOATIVIDADE Em 1896 o cientista francês Henri Becquerel descobriu que o elemento químico urânio emitia radiações semelhantes em certos aspectos aos raios X Esse fenômeno passou a ser conhecido como radioatividade Posteriormente o casal Curie descobriu radioatividade ainda mais forte nos elementos químicos polônio e rádio Em 1898 Ernest Rutherford verificou que algumas emissões radioativas se subdividiam quando submetidas a um campo elétrico Radiações β beta Radiações γ gama Radiações α alfa Emissão radioativa Campo elétrico 2004 UNITED MEDIA INTERCONTINENTAL PRESS G A R CI A P E L A Y O CI D Capitulo 04QF1PNLEM 29505 1829 77 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 78 Desconfiouse então de que as radiações α seriam formadas por partículas positivas pois são atraídas pelo pólo negativo e mais pesadas pois desviam menos as partículas β seriam partículas negativas e mais le ves e as radiações γ não teriam massa o que só foi explicado mais tarde Refletindo sobre esse fenômeno podemos con cluir o seguinte se a matéria é eletricamente neutra seus átomos são obrigatoriamente neutros conse qüentemente a saída de partículas elétricas só será possível se esses átomos estiverem sofrendo alguma divisão Note que reaparece aqui a idéia da divisi bilidade do átomo e a da natureza elétrica da matéria ou seja a relação entre matéria e energia Atualmente a radioatividade é muito usada em vá rios ramos da atividade humana Em medicina por exem plo materiais radioativos são usados na detecção de doenças do coração da tireóide do cérebro etc e tam bém em certos tratamentos especialmente do câncer 3 O MODELO ATÔMICO DE RUTHERFORD Em 1911 Rutherford fez uma experiência muito importante que veio alterar e melhorar profunda mente a compreensão do modelo atômico Resumidamente a experiência é descrita a seguir Radioterapia aplicada com o uso da bomba de cobalto no tratamento do câncer Acompanhando a figura acima vemos então que um pedaço do metal polônio emi te um feixe de partículas α que atravessa uma lâmina finíssima de ouro Rutherford obser vou então que a maior parte das partículas α atravessava a lâmina de ouro como se esta fosse uma peneira apenas algumas partícu las desviavam ou até mesmo retrocediam Como explicar esse fato Polônio Feixe de partículas α Bloco de chumbo Placa de chumbo com um orifício central Lâmina finíssima de ouro Papel fotográfico Impressões ou manchas fotográficas Ernest Rutherford Nasceu em Nelson Nova Zelândia em 1871 Foi professor no Canadá e na Inglaterra nas universidades de Manchester e Cambridge Trabalhou com ondas eletromagnéticas raios X radioatividade e teoria nuclear e reali zou a primeira transmutação artificial Recebeu o Prêmio Nobel de Química em 1908 Faleceu em 1937 Em sua ho menagem o elemento químico 104 foi chamado de rutherfórdio Rf MARTIN DOHRNSPLSTOCK PHOTOS GARCIAPELAYO CID Capitulo 04QF1PNLEM 29505 1829 78 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 79 Capítulo 4 A EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS Rutherford viuse obrigado a admitir que a lâmina de ouro não era constituída de átomos maciços e justapostos como pensaram Dalton e Thomson Ao contrário ela seria formada por núcleos pequenos densos e positivos dispersos em grandes espaços vazios como esquematizados a seguir Os grandes espaços vazios explicam por que a grande maioria das partículas α não sofre desvios Entretanto lembrando que as partículas α são positivas é fácil entender que no caso de uma partícula α passar próximo de um núcleo também positivo ela será fortemente desviada no caso extremo de uma partícula α chocar diretamente com um núcleo ela será repelida para trás Surge porém uma pergunta se o ouro apresenta núcleos positivos como explicar o fato de a lâmina de ouro ser eletricamente neutra Para completar seu modelo Rutherford imaginou que ao redor do núcleo estavam girando os elétrons Sendo negativos os elétrons iriam contrabalançar a carga positiva do núcleo e garantir a neutralidade elétrica do átomo Sendo muito pequenos e estando muito afastados entre si os elétrons não iriam inter ferir na trajetória das partículas α Em resumo o átomo seria semelhante ao sistema solar o núcleo represen taria o Sol e os elétrons seriam os planetas girando em órbitas circulares e formando a chamada eletrosfera A figura ao lado representa o modelo atômi co de Rutherford 1911 Hoje sabemos que o tamanho do átomo é 10000 a 100000 vezes maior que o de seu núcleo Para efeito de comparação podemos imaginar o núcleo atômico como sendo uma formiga no centro de um estádio como o Maracanã observe que o modelo apresentado acima está totalmente fora de proporção pois o núcleo representado é enorme em relação ao tamanho do átomo No modelo atômico de Rutherford surgiu porém uma dúvida muito importante se o núcleo atômico é formado por partículas positivas por que essas partículas não se repelem e o núcleo não desmorona A resposta veio em 1932 quando o cientista James Chadwick verificou que o núcleo do elemento berílio radioativo emite partículas sem carga elétrica e de massa praticamente igual à dos prótons Essa partícula foi denominada nêutron confirmandose assim a existência da terceira par tícula subatômica De certa maneira os nêutrons isolam os prótons evitando suas repulsões e o conseqüente desmoronamento do núcleo Partícula que retrocedeu Partícula desviada Feixe de partículas α Partículas com percurso inalterado Partícula que retrocedeu Átomos da lâmina de ouro Partícula desviada Representação esquemática do modelo atômico de Rutherford Nêutrons Prótons Representação do núcleo do átomo Capitulo 04QF1PNLEM 6705 1427 79 Podemos agora ilustrar esquematicamente a estrutura atômica de um átomo modificado Novos estudos foram feitos visando estabelecer as relações entre as massas e as intensidades das cargas elétricas dos prótons nêutrons e elétrons Concluiuse então que adotandose como padrão para o próton massa 1 e carga elétrica 1 resultam os seguintes valores aproximados Partícula Massa Carga elétrica Próton 1 1 Nêutron 1 0 Elétron 1 1 1836 1 Observe que a massa de um elétron é cerca de 1836 vezes menor que a de um próton ou de um nêutron Consequentemente a perda ou ganho de elétrons por parte de um átomo que irá transformarno num positivo ou negativo não irá praticamente alterar sua massa ATIVIDADES PRÁTICAS 1 Materiais 1 régua de plástico 1 bastão de vidro 1 pedaço de papel Procedimento Aproxime a régua de um pedacinho de papel Observe o que ocorre alguma coisa ao anexo em seu caderno Agora atire a régua em um pedaço de tecido de lã e coloquea próxima a um pedacinho de papel Anote as observações feitas em seu caderno Repita o procedimento substituindo o tecido de lã pela flanela Aproximando o bastão de vidro de um pedacinho de papel Observe o que ocorre alguma coisa ao anexo em seu caderno Agora atire o bastão de vidro em um pedaço de tecido de lã e coloqueo próximo a um pedacinho de papel Anote as observações em seu caderno Repita o procedimento substituindo o tecido de lã pela flanela Perguntas 1 O que aconteceu quando a régua foi colocada próxima ao filhete de papel antes e depois do atrito Tente explicitar Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 81 Capítulo 4 A EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS 1 FuvestSP Thomson determinou pela primeira vez a re lação entre a massa e a carga do elétron o que pode ser considerado como a descoberta do elétron É reconhecida como uma contribuição de Thomson ao modelo atômico a o átomo ser indivisível b a existência de partículas subatômicas c os elétrons ocuparem níveis discretos de energia d os elétrons girarem em órbitas circulares ao redor do núcleo e o átomo possuir um núcleo com carga positiva e uma eletrosfera 2 UCBDF Rutherford ao fazer incidir partículas radioati vas em lâmina metálica de ouro observou que a maioria das partículas atravessava a lâmina algumas desviavam e poucas refletiam Identifique dentre as afirmações a seguir aquela que não reflete as conclusões de Rutherford sobre o átomo a Os átomos são esferas maciças e indestrutíveis b No átomo há grandes espaços vazios c No centro do átomo existe um núcleo pequeno e denso d O núcleo do átomo tem carga positiva e Os elétrons giram ao redor do núcleo para equilibrar a carga positiva 3 OsecSP Eletrosfera é a região do átomo que a concentra praticamente toda a massa do átomo b contém as partículas de carga elétrica positiva c possui partículas sem carga elétrica d permanece inalterada na formação dos íons e tem volume praticamente igual ao volume do átomo 4 Vamos supor que 1 nêutron pesasse 1 kg Quanto pesaria aproximadamente um átomo com 11 pró tons 12 nêutrons e 11 elétrons Qual seria a carga desse átomo 5 UnivaliSC Leia o texto a seguir Há 100 anos a ciência dividiu o que era então conside rado indivisível Ao anunciar em 1897 a descoberta de uma nova partícula que habita o interior do átomo o elétron o físico inglês Joseph John Thomson mudou dois mil anos da história que começou quando filósofos gre gos propuseram que a matéria seria formada por dimi nutas porções indivisíveis uniformes duras sólidas e eter nas Cada um desses corpúsculos foi denominado áto mo o que em grego quer dizer nãodivisível A desco berta do elétron inaugurou a era das partículas elementa res e foi o primeiro passo do que seria no século seguinte uma viagem fantástica ao microuniverso da matéria Ciência Hoje vol 22 n 131 1997 A respeito das idéias contidas no texto está correta a alternativa a A partir da descoberta dos elétrons foi possível deter minar as massas dos átomos b Faz cem anos que se descobriu que os átomos não são os menores constituintes da matéria c Os elétrons são diminutas porções indivisíveis unifor mes duros sólidos eternos e são considerados as par tículas fundamentais da matéria d Os átomos apesar de serem indivisíveis são constituí dos por elétrons prótons e nêutrons e Com a descoberta do elétron com carga negativa pôdese concluir que deveriam existir outras partí culas os nêutrons para justificar a neutralidade elé trica do átomo 6 UFMG Na experiência de espalhamento de partículas alfa conhecida como experiência de Rutherford um feixe de partículas alfa foi dirigido contra uma lâmina finíssima de ouro e os experimentadores Geiger e Marsden observaram que um grande número dessas partículas atravessava a lâmina sem sofrer desvios mas que um pequeno número sofria desvios muito acentua dos Esse resultado levou Rutherford a modificar o mode lo atômico de Thomson propondo a existência de um núcleo de carga positiva de tamanho reduzido e com praticamente toda a massa do átomo Qual é a alternativa que apresenta o resultado que era previsto para o experimento de acordo com o modelo de Thomson a A maioria das partículas atravessaria a lâmina de ouro sem sofrer desvios e um pequeno número sofreria des vios muito pequenos b A maioria das partículas sofreria grandes desvios ao atravessar a lâmina c A totalidade das partículas atravessaria a lâmina de ouro sem sofrer nenhum desvio d A totalidade das partículas ricochetearia ao se chocar contra a lâmina de ouro sem conseguir atravessála 7 Se 1 prótron pesasse 1 t quanto pesaria aproxima damente 1 nêutron e 1 elétron 4 A IDENTIFICAÇÃO DOS ÁTOMOS A identificação de coisas e pessoas por meio de números é muito comum em nosso cotidiano Os automóveis são identificados pelo número da placa ou do motor ou do chassi As pessoas são identificadas pelo RG número da carteira de identidade ou pelo número do CPF da Receita Federal O número de prótons de nêutrons e de elétrons constitui dado importante para identificar um átomo Por isso vamos definir alguns conceitos que estão diretamente relacionados a esses números EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno Capitulo 04QF1PNLEM 6705 1427 81 41 Número atômico Número atômico Z é o número de prótons existentes no núcleo de um átomo Num átomo normal cuja carga elétrica é zero o número de prótons é igual ao número de elétrons Quando se diz que o átomo de sódio Na tem número atômico 11 isso quer dizer que no núcleo desse átomo existem 11 prótons e consequentemente existem 11 elétrons na eletrosfera 42 Número de massa Número de massa A é a soma do número de prótons Z e de nêutrons N existentes num átomo Portanto A Z N É o número de massa que nos informa se um átomo tem massa maior que outro átomo Isso é lógico pois apenas os prótons e nêutrons têm massa significativa uma vez que a massa dos elétrons é desprezível se comparada a dessas partículas Vejamos o exemplo o átomo de sódio tem 11 prótons 12 nêutrons e 11 elétrons número de nêutrons N 12 número de massa A Z N 11 12 23 43 Elemento químico Elemento químico é o conjunto de átomos com o mesmo número atômico Z Veja que o número atômico é muito importante pois identifica o elemento químico o que foi proposto em 1914 por Moseley Assim quando falamos no elemento químico sódio estamos falando dos átomos com número atômico 11 Outros exemplos o número atômico 17 identifica os átomos de cloro o número atômico 26 identifica os átomos de ferro etc A notação geral de um átomo é Exemplo ³⁵Cl ou ¹₇C¹₁³⁵ indica um átomo de cloro que possui 17 prótons e 18 nêutrons no núcleo Seu número de massa é pois 17 18 35 44 íons Um átomo em seu estado normal é eletricamente neutro ou seja o número de elétrons na eletrosfera é igual ao número de prótons do núcleo e em consequência suas cargas se anulam Um átomo pode porém ganhar ou perder elétrons da eletrosfera sem sofrer alterações em seu núcleo resultando da partículas denominadas íons Quando um átomo ganha elétrons ele se torna um íon negativo também chamado ânion Por exemplo o átomo normal de cloro tem 17 prótons 18 nêutrons e 17 elétrons Ele pode ganhar 1 elétron e transformarse em ânion cloreto Cl que terá 17 prótons 18 nêutrons e 18 elétrons Quando um átomo perde elétrons ele se torna um íon positivo também chamado cátion Por exemplo o átomo sódio Na tem 11 prótons 12 nêutrons e 11 elétrons O sódio pode perder 1 elétron tornandose um cátion Na com 11 prótons 12 nêutrons e 10 elétrons Quando um átomo ganha elétrons seu tamanho aumenta na maioria dos casos sua massa permanece constante devido a diferentes números de elétrons e prótons A natureza nos ensina dia a dia Um perfeito equilíbrio dos íons Na e K e em células dos organismos Ao considerar os organismos colocam nos Na e Cl Examinando o número atômico Z o número de nêutrons N e o número de massa A de diferentes átomos podemos encontrar conjuntos de átomos com um outro número igual A partir daí surgiram alguns novos conceitos que agora passamos a definir Isótopos são átomos com mesmo número de prótons Z e diferente número de massa A Concluise facilmente que os isótopos são átomos do mesmo elemento químico que possuem diferentes números de nêutrons resultando da números de massa diferentes Exemplos ¹H Z 1 ²H ³H Isótopos de hidrogênio ¹⁶O ¹⁷O ¹⁸O Isótopos de oxigênio Cada isótopo é também chamado de nuclídeo Os três isótopos de hidrogênio ¹H ²H ³H têm nomes especiais a saber hidrogênio deutério e trítio respectivamente isso não acontece com os demais de modo que os três isótopos do oxigênio mencionados acima são conhecidos apenas como oxigênio16 oxigênio17 e oxigênio18 A isotopia é um fenômeno muito comum na natureza Podemos dizer praticamente todos os elementos da tabela periódica são formados por muitos isótopos Por exemplo o elemento cloro é formado por aproximadamente 75 de cloro35 ³⁵Cl e 25 de cloro37 ³⁷Cl em massa Observe qualquer composto exceto o cloro37 e 25 de cloro37 Na natureza existem cerca de 90 elementos químicos diferentes No entanto já são conhecidos milhares de isótopos diferentes sejam naturais sejam obtidos artificialmente Dentre os isótopos artificiais destacamse os radioativos que têm extensa aplicação prática em nossas vidas como na medicina iodo131 para mapeamento da tireoide na agricultura fósforo32 usado no estudo do metabolismo dos vegetais etc É importante também notar que os isótopos têm propriedades químicas iguais que dependem da estrutura da eletrosfera e propriedades físicas diferentes que dependem da massa do átomo Assim por exemplo embora o hidrogênio H e o deutério D sejam ambos gasosos a densidade propriedade física do deutério gasoso é o dobro da do hidrogênio Ambos reagem com o oxigênio formando água propriedade química o hidrogênio forma a água comum H2O de densidade igual a 10 gmL já o deutério forma a água pesada D2O cuja densidade é igual a 11 gmL Concluise que os isótopos são átomos de diferentes números de prótons elementos diferentes mas com um número de massa A semelhante UFPE Isótopos radioativos são empregados no diagnóstico e tratamento de doenças entradas Qual é a principal propriedade que caracterizaria um elemento químico a número de prótons b número de nêutrons c número de elétrons d energia de ionização e diferença entre o número de prótons e de nêutrons UFPE Isótopos radioativos de iodo são utilizados no diagnóstico e tratamento de problemas da tireoide e são em geral ministrados na forma de sais de iodeto O número de prótons nêutrons e elétrons no isótopo 131 I são respectivamente a 53 78 e 52 b 53 78 e 54 c 53 131 e 53 d 131 53 e 131 e 52 78 e 53 No entanto ao admitir o movimento de rotação dos elétrons em torno do núcleo Rutherford acabou criando outro paradoxo De fato diz a Física Clássica que aquela partícula elétrica em movimento circular como seria o caso dos elétrons está constantemente emitindo energia Ora se o elétron segue liberando perdendo energia sua velocidade de rotação ao redor do núcleo teria de diminuir com o tempo Desse modo o elétron acabaria indo de encontro ao núcleo descrevendo um movimento espiralado Como sair então desse impasse É o que explicaremos nos itens seguintes Essas últimas dúvidas servem para mostrar mais uma vez de que maneira a ciência evolui aos poucos enfrentando as contradições apontadas por novas observações e experiências sempre em busca de modelos mais satisfatórios 52 Um breve estudo das ondas A solução para os impasses apontados no item anterior começou a surgir com a mecânica quântica que veio fazer um estudo das ondas O exemplo mais simples é o das ondas Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 88 53 As ondas eletromagnéticas Para a continuação de nossos estudos é importante considerar agora as chamadas ondas eletromagnéticas Essas ondas são formadas pela oscilação simultânea de um campo elétrico e de um campo magnético perpendiculares entre si z y x Campo magnético Campo elétrico A ilustração acima mostra um espectro contínuo pois as cores vão variando gradativamente do vermelho ao violeta que são os dois limites extremos para nossa visão Fenômeno idêntico ocorre na formação do arcoíris em que as gotículas de água no ar agem sobre a luz do mesmo modo que o prisma de vidro A onda eletromagnética se desloca na direção do eixo x o campo elétrico oscila na direção do plano xy e o campo magnético na direção do plano xz Em nosso cotidiano o exemplo mais comum de onda ou oscilação eletromagnética é a luz Uma observação de grande importância é notar o comportamento da luz ao atravessar um prisma de vidro Um feixe de luz branca luz solar ou de uma lâmpada incandescente comum se decompõe em várias cores que formam o chamado espectro luminoso conforme mostramos na ilustração a seguir Vista frontal do anteparo Vermelho Alaranjado Amarelo Verde Azul Anil Violeta Anteparo Prisma Lâmpada incandescente Dispersão da luz branca através de um prisma J GUTIIERREZ SANCHEZ CID 2004 TRIBUNE MEDIA INTERCONTINENTAL PRESS OS BICHOS Capitulo 04QF1PNLEM 22605 1508 88 Qual é a diferença entre uma cor e outra Hoje sabemos que a diferença reside nos comprimentos de onda e nas frequências que variam para cada cor Em um semáforo por exemplo temos as cores verde com λ 530 nm amarelo com λ 580 nm vermelho com λ 700 nm nm nanômetro 10⁹ metros Essas cores são exemplos de luzes monocromáticas do grego monos um chroma cor Hoje sabemos também que o espectro completo das ondas eletromagnéticas é muito mais amplo do que o da luz visível isto é das ondas que podemos perceber por meio da visão O esquema seguinte procura dar uma ideia do espectro eletromagnético completo A velocidade de propagação v de todas as ondas eletromagnéticas no vácuo é igual e constante valendo aproximadamente 300000 quilômetros por segundo Essa é uma velocidade enorme tanto que a luz do Sol demora apenas 8 minutos e 30 segundos para chegar à Terra embora a distância média do Sol à Terra seja de aproximadamente 150 milhões de quilômetros Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 90 Voltemos agora à experiência de produzir um espectro luminoso fazendo a luz atravessar um pris ma de vidro como vimos na página 88 Se em vez da luz solar ou de uma lâmpada incandescente usássemos um tubo semelhante ao de Geissler página 75 contendo o gás hidrogênio a baixa pressão e sob alta tensão elétrica lâmpada de hidrogênio o fenômeno observado seria bem diferente Em lugar do espectro contínuo isto é contendo todas as cores vemos agora no anteparo apenas algumas linhas coloridas permanecendo o restante totalmente escuro Dizemos então que o espectro é descontínuo e chamamos as linhas luminosas de raias ou bandas do espectro A descontinuidade do espectro não ocorre só com o hidrogênio mas com todos os elementos quími cos É também muito importante notar que as raias do espectro são constantes para um dado elemento químico mas mudam de um elemento para outro como mostramos no esquema abaixo Vista frontal do anteparo Vermelho Azul Anil Violeta Anteparo Prisma Lâmpada de hidrogênio Pois bem no início do século XX surgiu a seguinte pergunta estariam essas raias do espectro descontínuo ligadas à estrutura atômica É o que esclareceremos no item seguinte 54 O modelo de RutherfordBohr O cientista dinamarquês Niels Bohr aprimorou em 1913 o modelo atômico de Rutherford utili zando a teoria de Max Planck Em 1900 Planck já havia admitido a hipótese de que a energia não seria emitida de modo contínuo mas em pacotes A cada pacote de energia foi dado o nome de quantum Surgiram assim os chamados postulados de Bohr os elétrons se movem ao redor do núcleo em um número limitado de órbitas bem definidas que são denominadas órbitas estacionárias movendose em uma órbita estacionária o elétron não emite nem absorve energia ao saltar de uma órbita estacionária para outra o elétron emite ou absorve uma quantidade bem definida de energia chamada quantum de energia em latim o plural de quantum é quanta Espectro de hidrogênio Espectro de hélio Espectro contínuo Espectro de sódio Vermelho Alaranjado Verde Amarelo Azul Anil Violeta Comprimento de onda crescente Alguns espectros da luz visível Cada elemento químico tem seu espectro característico como se fosse uma impressão digital Capitulo 04QF1PNLEM 29505 1830 90 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 91 Capítulo 4 A EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS Essa emissão de energia é explicada a seguir Recebendo energia térmica elétrica ou luminosa do exterior o elétron salta de uma órbita mais interna para outra mais externa a quan tidade de energia recebida é porém bem definida um quantum de energia Energia Pelo contrário ao voltar de uma órbita mais externa para outra mais interna o elétron emite um quantum de energia na forma de luz de cor bem definida ou outra radiação eletromagnética como ultravio leta ou raios X daí o nome de fóton que é dado para esse quantum de energia Esses saltos se repetem milhões de vezes por segundo produzindo assim uma onda eletromagnética que nada mais é do que uma sucessão de fótons ou quanta de energia Considerando que os elétrons só podem saltar entre órbitas bem definidas é fácil entender por que nos espectros descontínuos aparecem sempre as mesmas raias de cores também bem definidas Mais uma vez notamos a ligação entre matéria e energia nesse caso a energia luminosa No caso particular do átomo de hidrogênio temos um esquema com a seguinte relação entre os saltos dos elétrons e as respectivas raias do espectro Fóton 1 2 3 4 Acompanhando a figura anterior verifique que quan do o elétron volta da órbita número 4 para a de número 1 ele emite luz de cor azul da 3 para a 1 produz luz verde e da 2 para a 1 produz luz vermelha É fácil entender que átomos maiores tendo maior nú mero de elétrons darão também maior número de raias espectrais além disso quando o elemento químico é aque cido a temperaturas mais altas isto é recebe mais ener gia o número de saltos eletrônicos e conseqüentemen te o número de raias espectrais também aumenta no limi te as raias se juntam e formam um espectro contínuo como o produzido pela luz solar ou pelo filamento de tungstênio de uma lâmpada incandescente quando acesa Assim ao modelo atômico de Rutherford corrigido pelas ponderações de Bohr foi dado o nome de modelo atômico de RutherfordBohr 1913 Três possíveis saltos do elétron do elemento hidrogênio ERIC SCHALPIX INC TIME LIFE PICTURESGETTY IMAGES Niels Henrik David Bohr Nasceu em Copenha gue Dinamarca em 1885 Estudou na Di namarca e na Inglater ra Foi professor da Universidade e diretor do Instituto de Física Teórica de Copenha gue Por seus traba lhos sobre estrutura atômica recebeu o Prêmio Nobel de Físi ca de 1922 Estudou a fissão nuclear contribuindo assim para o desen volvimento da energia atômica Faleceu em 1962 Em sua homenagem o elemento químico 107 re cebeu o nome bóhrio Bh Capitulo 04QF1PNLEM 29505 1830 91 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 92 Estudos posteriores mostraram que as órbitas eletrônicas de todos os átomos conhecidos se agru pam em sete camadas eletrônicas denominadas K L M N O P Q Em cada camada os elétrons possuem uma quantidade fixa de energia por esse motivo as camadas são também denominadas estados estacionários ou níveis de energia Além disso cada camada comporta um número máximo de elétrons conforme é mostrado no esquema a seguir 2 8 18 32 32 18 2 M N O P Q K L Camada Número máximo de elétrons K 2 L 8 M 18 N 32 O 32 P 18 Q 2 1a Procure decompor a luz solar com um prisma de vi dro Use por exemplo uma janela pouco aberta para obter um feixe estreito de luz solar Façao passar por um prisma de vidro e projete o arcoíris formado sobre uma folha de papel branco 2a Observe a decomposição da luz solar ou de uma lâm pada na superfície de um CD São os pequenos sul cos existentes no CD que provocam esse fenômeno cuidado não dirija a luz solar refletida diretamente para seus olhos ATIVIDADES PRÁTICAS a Qual era o defeito do modelo atômico de Rutherford b O que é freqüência c O que é comprimento de onda d O que é velocidade de propagação e O que são ondas eletromagnéticas f A que corresponde o espectro luminoso completo g Qual é o valor da velocidade de propagação em kms de todas as ondas eletro magnéticas h Qual é o comportamento do espectro descontínuo para cada elemento químico i O que acontece com o elétron quando ele se move em uma órbita estacionária j O que ocorre com o elétron na passagem de uma órbita estacionária para outra k Quantas camadas eletrônicas podem existir nos átomos já conhecidos Como elas são denominadas REVISÃO Responda em seu caderno Capitulo 04QF1PNLEM 6705 1430 92 PUCMG Observe os dados abaixo 1 Dalton A Descoberta do núcleo e seu tamanho relativo 2 Rutherford B Átomos esféricos maciços indivisíveis 3 Niels Bohr C Modelo semelhante a um pudim de passas com cargas positivas e negativas em igual número 4 JJ Thomson D Os elétrons giram em torno do núcleo em determinadas órbitas Qual das sequências traz a relação correta entre os nomes dos cientistas e os modelos atômicos a 1A 2B 4C 3D b 1A 2B 3C 4D c 2A 1B 4C 3D d 2A 1B 3C 4D e 4A 1B 2C 3D Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 94 6 O MODELO DOS ORBITAIS ATÔMICOS Como já comentamos novas observações experiências e cálculos levam os cientistas a novas conclu sões Desse modo verificouse também que o elétron se comporta ora como partícula ora como onda dependendo do tipo de experiência Devemos portanto deixar de entender o elétron como uma boli nha em movimento rápido e assumilo como um ente físico que tem comportamento dual uma partículaonda De fato já em 1924 o físico francês Louis De Broglie havia lançado a hipótese de que se a luz apresenta natureza dual uma partícula também teria propriedades ondulatórias De Broglie tentou associar a natureza dual da luz ao comportamento do elétron enunciando o seguinte postulado A todo elétron em movimento está associada uma onda característica princípio da dualidade ou de De Broglie Outra consideração muito importante é a seguinte podemos medir com boa precisão a posição e a velocidade de corpos grandes como por exemplo de um automóvel numa estrada com um aparelho de radar O elétron no entanto é tão pequeno que se tentássemos determinar sua posição ou velocidade os próprios instrumentos de medição alterariam essas determinações Pense num exem plo grosseiro se para medir a velocidade de uma roda nós precisarmos encostar nela um velocímetro o atrito do velocímetro estará freando a roda e portanto alterando sua velocidade Por isso Werner Heisenberg em 1926 afirmou que quanto maior for a precisão na medida da posição de um elétron menor será a precisão da medida de sua velocidade e viceversa e enunciou o seguinte princípio Não é possível calcular a posição e a velocidade de um elétron num mesmo instante princípio da incerteza ou de Heisenberg 36 UGFRJ O físico dinamarquês Niels Bohr 18851962 enunciou em 1913 um modelo atômico que relacionou a quantidade de energia dos elétrons com sua localiza ção na eletrosfera Em relação à energia associada às transições eletrônicas um elétron ao absorver energia pode sofrer a seguinte transição a da órbita N para a órbita M b da órbita P para a órbita O c da órbita L para a órbita K d da órbita O para a órbita P e da órbita M para a órbita L 37 PUCRS Quando se salpica um pouco de cloreto de sódio ou bórax diretamente nas chamas de uma lareira ob têmse chamas coloridas Isso acontece porque nos áto mos dessas substâncias os elétrons excitados a absorvem energia sob forma de luz neutralizando a carga nuclear e ficando eletricamente neutros b retornam a níveis energéticos inferiores devolvendo energia absorvida sob forma de luz c recebem um quantum de energia e distribuemse ao redor do núcleo em órbitas mais internas d emitem energia sob forma de luz e são promovidos para órbitas mais externas e saltam para níveis energéticos superiores superando a carga nuclear e originando um ânion 38 UFPI O sulfeto de zinco ZnS tem a propriedade denomi nada fosforescência capaz de emitir um brilho amarelo esverdeado depois de exposto à luz Analise as afirmativas abaixo todas relativas ao ZnS e indique a opção correta a salto de núcleos provoca fosforescência b salto de nêutrons provoca fosforescência c salto de elétrons provoca fosforescência d elétrons que absorvem fótons aproximamse do núcleo e ao apagar a luz os elétrons adquirem maior conteú do energético 2004 UNITED MEDIA INTERCONTINENTAL PRESS FRANK ERNEST by Bob Thaves Capitulo 04QF1PNLEM 29505 1830 94 Devido à dificuldade de se prever a posição exata de um elétron na eletrosfera o cientista Erwin Schrödinger 1926 foi levado a calcular a região onde haveria maior probabilidade de se encontrar o elétron Essa região do espaço foi denominada orbital Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 96 7 OS ESTADOS ENERGÉTICOS DOS ELÉTRONS Devido às dificuldades expostas no item anterior os cientistas preferem atualmente identificar os elétrons por seu conteúdo de energia Por meio de cálculos matemáticos chegouse à conclusão de que os elétrons se dispõem ao redor do núcleo atômico de acordo com o diagrama energético abaixo Esse diagrama nos fornece alguns dados importantes como veremos a seguir 71 Níveis energéticos São as sete escadas que aparecem no diagrama anterior e onde os elétrons têm um conteúdo de energia crescente Esses níveis correspondem às sete camadas K L M N O P e Q do modelo de RutherfordBohr Atualmente eles são identificados pelo chamado número quântico principal n que é um número inteiro variando de 1 a 7 72 Subníveis energéticos São os degraus de cada escada existente no diagrama anterior De cada degrau para o seguinte há também aumento no conteúdo de energia dos elétrons Esses subníveis são identificados pelo chamado número quântico secundário ou azimutal l que assume os valores 0 1 2 e 3 mas que é habitualmente designado pelas letras s p d f respectivamente Note que no diagrama anterior nós já escrevemos um endereço sobre cada degrau Assim por exemplo se for mencionada a posição 3p devemos saber que se trata do segundo degrau da terceira escada no tocante ao nível de energia 73 Orbitais Completando o modelo atual da eletrosfera devemos acrescentar que cada subnível comporta um número diferente de orbitais de acordo com o diagrama energético mais completo que mostra mos a seguir Núcleo Q n 7 P n 6 O n 5 N n 4 M n 3 L n 2 7s K n 1 6s 5s 4s 3s 2s 1s 6p 5p 4p 3p 2p 6d 5d 4d 3d 5f 4f l 0 Aumento de energia Energia l 1 l 2 l 3 Números quânticos principais n s p d f Capitulo 04QF1PNLEM 29505 1831 96 Nesse diagrama cada orbital é representado simbolicamente por um quadradinho Vemos que os subníveis degraus s p d f contêm sucessivamente 1 3 5 7 sequência de números ímpares orbitais Os orbitais são identificados pelo chamado número quântico magnético Mₗ ou mₗ Dai a afirmação conhecida como princípio da exclusão de Pauli Um orbital comporta no máximo dois elétrons com spins contrários No preenchimento dos orbitais outra regra importante é a chamada regra de Hund ou da máxima multiplicidade que diz Em um mesmo subnível de início todos os orbitais devem receber seu primeiro elétron e só depois cada orbital irá receber seu segundo elétron Assim a ordem de entrada dos seis elétrons num orbital do tipo p será 1º elétron 2º elétron 3º elétron 4º elétron 5º elétron 6º elétron Por fim é importante não confundir elétron mais afastado do núcleo ou elétron de valência é aquele com maior valor do número quântico principal n elétron mais energético é aquele situado no nível n ou subnível l de maior energia o que é dado pela soma n l Por exemplo na distribuição eletrônica do átomo do escândio temos 1s45s2 3p2 3d0 4s2 4p0 4d0 4f0 5s2 Exercício resolvido 39 Olhando para o diagrama energético concluímos que a camada L que corresponde ao número quântico principal n 2 só pode apresentar os subníveis s e p 40 Quais são os subníveis que podem existir no nível energético de número quântico principal n igual a 4 Exercício resolvido 41 Qual o número máximo de orbitais que podem existir no nível energético M Resolução Pelo diagrama dos níveis energéticos vemos que o nível ou camada M n 3 poderá apresentar no máximo 9 orbitais 42 Qual o número máximo de elétrons que o nível N comporta 45tsp Espelhos abaixo 43 I em um subnível d há 7 orbitais II em um subnível f há 7 orbitais III em um subnível c cabem 2 elétrons IV em um orbital c cabem 6 elétrons a apenas I e II corretas b apenas I e III são corretas c apenas I e III são corretas Exercício resolvido 44 Um átomo possui numa camada os subníveis s p e d com o máximo de elétrons Quantos elétrons possui essa camada supondo que apenas os subníveis s p e d estejam presentes Resolução O subnível s contém no máximo 2 elétrons O subnível p contém no máximo 6 elétrons O subnível d contém no máximo 10 elétrons TOTAL 18 elétrons 45 Quantos elétrons tem um átomo que apresenta os subníveis 1s 2s 2p lotados UFSMRS Em relação à configuração eletrônica nos níveis e subníveis dos átomos analise as seguintes afirmativas I Quanto maior a distância de um elétron do núcleo maior será sua energia total K 2 L 8 M 14 Soma 26 elétrons 60 Utilizando o diagrama de Pauling e considerando o elemento químico tungstênio W de número atômico igual a 74 responda às seguintes questões a Qual a distribuição eletrônica do átomo de tungstênio por camadas ou níveis energéticos b Quais os elétrons mais extensos c Quais os elétrons com maior energia 64 UniforCE O átomo de um elemento químico tem 14 elétrons como o último nível é um nível quântico n 3 O número atômico desse elemento é a 14 b 26 c 36 d 24 UnBDF São dados os seguintes números quânticos para os elétrons de maior energia em um átomo do estado fundamental n 1 l ml mr 1 m 1 A representação correta para o subnível será a b d e c Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 106 Em comunicações dispomos de emissoras de rádio de televisão de telefonia celular etc Damos abaixo uma idéia das faixas de freqüência de emissão de alguns desses meios de telecomunicação Feixes de laser Na luz comum as ondas são emitidas fora de fase como uma multidão caminhando desordenadamente No laser as ondas caminham em fase como um batalhão de soldados marchando em formação Freqüência crescente comprimento de onda decrescente 1900 540 1800 900 800 500 216 175 108 88 1800 3ª geração Banda C Banda B Banda A MHz TV UHF MHz TV VHF MHz Rádio FM kHz Rádio AM Telefones celulares No cotidiano é comum o uso dos fornos de microondas nos quais há um gerador de ondas eletromagnéticas magnétron que emite na freqüência da ordem de 2450 MHz Essa freqüência agita as moléculas de água existen tes nos alimentos provocando assim o seu aquecimento é por isso que alimentos muito secos não são aquecidos de modo eficaz LAWRENCE MANNINGCORBISSTOCK PHOTOS CID L VAAMONDE MOSQUERA CID ESGUEVA CID POMPEU STUDIO 47 CID Nos raios laser as ondas eletromagnéticas têm um com portamento especial como mostramos abaixo Capitulo 04QF1PNLEM 29505 1832 106 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 107 Capítulo 4 A EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS Na ciência o uso das ondas eletromagnéticas é também muito comum Os dois exemplos abaixo dão uma idéia do emprego dessas ondas na identificação dos elementos químicos Concluindo podemos dizer que vivemos atualmente rodeados por ondas eletromagnéticas especial mente nas grandes cidades Esse é um tipo de poluição invisível e sem cheiro mas que pode afetar a saúde das pessoas É conhecido por exemplo o risco que os portadores de marcapasso cardíaco correm ao passar pelos detectores de metais existentes nos aeroportos e nas portas dos bancos Ainda não é bem conhecida a influência das radiações eletromagnéticas sobre a saúde humana depois de longos prazos de exposição Não há dúvida porém de que o aumento da freqüência e da potência das radiações acarreta um aumento de risco para nossa saúde como acontece com as pessoas que sofrem muitas exposições aos raios X O chamado teste de chama é um teste simples para identificar cátions em laboratório Um fio de platina limpo é mergulhado na amostra que se quer identificar e depois levado à chama azul de um bico de Bunsen Cada elemento produzirá à chama uma cor característica que aliás corresponde à cor apresentada na queima dos fogos de artifício azul cobre laranja sódio vermelho estrôncio e assim por diante A análise espectral é de certa forma uma sofisticação do teste de chama Com aparelhos especiais chamados espectrômetros conseguemse identificar os elementos químicos com grande precisão pela medição exata da posição relativa de suas raias espectrais Essa mesma idéia é utilizada para estudar a luz emitida pelas estrelas e descobrir quais são seus elementos químicos formadores Um exemplo interessante é o do gás hélio que foi descoberto no Sol 1868 27 anos antes de ser descoberto na Terra 1895 o nome hélio provém do nome do deus do Sol na mitologia grega 83 A que se deve a luz emitida por lâmpadas de sódio ou por lâmpadas fluorescentes 84 Qual a diferença entre a luz comum e a luz laser 85 O que transmite cores aos fogos de artifício 86 Qual é a fonte de calor num forno de microondas 87 O que é um espectrômetro de emissão KAIBIDE Y DE CARLOS CID GECO UK SPLSTOCK PHOTOS Responda em seu caderno Questões sobre a leitura Capitulo 04QF1PNLEM 29505 1832 107 UPFR Considerase o número quântico de spin N que apresenta a configuração eletrônica 1s2 2s2 3p6 para o último nível O número quântico do elemento A é a 8 c 16 d 18 e 10 16 UFCE Em um átomo neutro um elétron é excitado para a camada imediatamente superior Com essa informação podemos assegurar que as alternativas a Houve mudança nos 3 números quânticos que definem a posição do elétron b O número quântico principal foi alterado c Os valores dos 4 possíveis números quânticos não foram alterados d Somente o número quântico de spin sofreu alteração Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 110 A CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA DOS ELEMENTOS 5 Capítulo Apresentação do capítulo Nos calendários os dias são agrupados de sete em sete indicando as semanas De modo geral nossas atividades são organizadas segundo os dias da semana de segunda a sexta feira estudamos e trabalhamos aos sábados vamos às compras ou buscamos algum lazer e aos domingos passeamos ou descansamos Uma aula de natação todas as terças à noite por exemplo seria uma atividade periódica pois se repetiria a cada sete dias sempre na coluna da terçafeira Assim podemos prever que em um determinado mês iremos à natação nos dias 1 8 15 22 e 29 Enfim para todos nós cada dia da semana tem suas características e propriedades especiais que vão se repetindo periodicamente A partir do século XIX cientistas começaram a perceber que os elementos químicos assim como os dias em um calendário também poderiam ser agrupados em colunas formadas pela reunião de elementos com propriedades semelhantes É o que vamos abordar neste capítulo Tópicos do capítulo 1 Histórico 2 A Classificação Periódica moderna 3 Configurações eletrônicas dos elementos ao longo da Classificação Periódica 4 Propriedades periódicas e aperiódicas dos elementos químicos Leitura Três famílias importantes CID Uma aula de natação todas as terças é um evento periódico Capitulo 05QF1PNLEM 29505 1908 110 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 111 Capítulo 5 A CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA DOS ELEMENTOS 1 HISTÓRICO O número de elementos químicos conhecidos pelo homem aumentou com o passar dos séculos e aumentou bastante particularmente a partir do século XIX como podemos ver pelo gráfico e pela tabela dados abaixo 120 100 80 60 40 20 0 1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000 Número de elementos Ano Elementos conhecidos antes de 1650 Ag As Au C Cu Fe Hg Pb S Sb Sn Elementos sintéticos Classificação Periódica de Mendeleyev O grande aumento do número de elementos químicos no século XIX obrigou os cientistas a imagi narem gráficos tabelas ou classificações em que todos os elementos ficassem reunidos em grupos com propriedades semelhantes Em 1817 o cientista alemão Johann W Döbereiner agrupou alguns elementos em tríadas que eram grupos de três elementos com propriedades semelhantes Por exemplo lítio Li sódio Na potássio K cloro Cl bromo Br iodo I Em 1862 o cientista francês Alexander B de Chancourtois imaginou o agru pamento dos elementos químicos sobre um parafuso na ordem de suas massas atômicas Desse modo ao passarmos por uma certa vertical encontraremos elementos com propriedades semelhantes Essa arrumação foi denominada pa rafuso telúrico de De Chancourtois Em 1864 o cientista inglês John A R Newlands colocou os elementos químicos em ordem cres cente de massas atômicas e verificou que as propriedades se repetiam a cada oito elementos excluin dose o hidrogênio como as notas numa escala musical Sendo Newlands também músico essa regra passou a ser conhecida como lei das oitavas de Newlands Número de elementos químicos conhecidos Até o final do século XVII 14 XVIII 33 XIX 83 XX 112 Veja a lista completa dos ele mentos químicos no início do li vro após o sumário Li Na K Li Na 1 Be Mg 2 B Al 3 C Si 4 N P 5 O S 6 F Cl 7 DÓ RÉ MI FÁ SOL LÁ SI J GÓMEZ DE SALAZARCID Capitulo 05QF1PNLEM 29505 1908 111 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 112 Em 1869 trabalhando independentemente dois cientistas Julius L Meyer na Alemanha basean dose principalmente em propriedades físicas e Dimitri I Mendeleyev na Rússia baseandose princi palmente em propriedades químicas propuseram tabelas semelhantes para a classificação dos ele mentos químicos O trabalho de Mendeleyev foi porém mais meticuloso ele anotava as propriedades dos elementos químicos em cartões pregava esses cartões na parede de seu laboratório mudava as posições dos cartões até obter uma seqüência de elementos em que se destacasse a semelhança das propriedades Foi com esse quebracabeça que Mendeleyev chegou à primeira tabela periódica verificando então que havia uma periodicidade das propriedades quando os elementos químicos eram colocados em ordem crescente de suas massas atômicas Em uma de suas primeiras tabelas Mendeleyev colocou os ele mentos químicos conhecidos cerca de 60 na época em 12 linhas horizontais em ordem crescente de massas atômicas tomando o cuidado de colocar na mesma vertical os elementos de proprieda des químicas semelhantes Surgiu então a seguinte tabela Duas grandes ousadias de Mendeleyev provaram sua grande intuição científica Veja o final da linha série de número 7 Na seqüência das massas atômicas o I 127 deveria vir antes do Te 128 No entanto Mendeleyev desrespeitando seu próprio critério de ordenação inverteu as posições de ambos de modo que o I 127 viesse a ficar embaixo na mesma coluna dos elementos com propriedades se melhantes a ele o Cl 355 e o Br 80 Para se justificar Mendeleyev alegou que as medições das massas atômicas na época es tavam erradas Hoje sabemos que a ordem Te I é a correta como veremos adiante Outro grande tento de Mendeleyev foi dei xar certas casas vazias na tabela veja como exemplos na linha série número 4Ca 40 casa vazia Ti 48 para que o Ti fique abaixo do C com o qual se assemelha 6 7 8 9 10 11 12 Ag 108 Cd 112 In 113 Sn 118 Sb 122 Te 128 I 127 Cs 133 Ba 137 138 140 178 180 Ta 182 W 184 Au 199 Hg 200 Tl 204 Pb 207 Bi 208 Th 231 U 240 1 2 3 4 5 H 1 Li 7 Be 94 B 11 C 12 N 14 O 16 F 19 Na 23 Mg 24 Al 273 Si 28 P 31 S 32 Cl 355 K 39 Ca 40 44 Ti 48 V 51 Cr 52 Mn 55 Cu 63 Zn 65 68 72 As 75 Se 78 Br 80 Rb 85 Sr 87 88 Zr 90 Nb 94 Mo 96 100 Grupo I Grupo II Grupo III Grupo IV Grupo V Grupo VI Grupo VII Grupo VIII Série Fe56 Ni59 Co59 Ru104 Pd106 Rh104 Os195 Pt198 Ir197 Dimitri Ivanovitch Mendeleyev Nasceu em Tobolsk na Rússia em 1834 For mouse em Química em São Petersburgo e trabalhou na Alemanha na França e nos Estados Unidos Estudou as proprie dades do petróleo dos gases das so luções e dos explosivos Sua maior con tribuição para a ciência foi a Classifica ção Periódica dos elementos Em sua homenagem foi dado o nome de men delévio ao elemento químico de número atômico 101 Faleceu em São Petersburgo em 1907 J G O M E Z D E S A L A Z A R C I D Capitulo 05QF1PNLEM 29505 1908 112 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 113 Capítulo 5 A CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA DOS ELEMENTOS na linha série número 5 Zn 65 casa vazia casa vazia As 75 para que o As fique abaixo do P com o qual se assemelha A justificativa de Mendeleyev foi de que no futuro seriam descobertos novos elementos que preen cheriam esses lugares vazios De fato a História provou que ele estava certo em 1875 foi descoberto o gálio 68 em 1879 o escândio 44 e em 1886 o germânio 72 Mendeleyev foi além conseguiu prever com grande precisão as propriedades do escândio e do germânio alguns anos antes de esses elementos serem descobertos Assim por exemplo temos para o germânio Ge Resumindo as conclusões de Mendeleyev podemos dizer que ele estabeleceu a chamada lei da periodicidade Muitas propriedades físicas e químicas dos elementos variam periodicamente na seqüência de suas massas atômicas Na seqüência dos dados históricos que mostramos desde Döbereiner até Mendeleyev e na desco berta de vários novos elementos químicos você pode perceber como a evolução da ciência é gradativa exigindo muito esforço dos cientistas para irem reunindo e complementando novas descobertas novos conhecimentos e novas idéias a fim de tirar conclusões que possam explicar a natureza de maneira cada vez mais geral e abrangente Note por exemplo que a tabela de Mendeleyev engloba as tríadas de Döbereiner o parafuso de De Chancourtois e as oitavas de Newlands 2 A CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA MODERNA Além de ser mais completa que a tabela de Mendeleyev a Classificação Periódica moderna apre senta os elementos químicos dispostos em ordem crescente de números atômicos De fato em 1913 Henry G J Moseley estabeleceu o conceito de número atômico verificando que esse valor caracteriza va melhor um elemento químico do que sua massa atômica assim desapareceram inclusive as inver sões da tabela de Mendeleyev como no caso do iodo e do telúrio A partir daí a lei da periodicidade ganhou um novo enunciado Muitas propriedades físicas e químicas dos elementos variam periodicamente na seqüência de seus números atômicos Atualmente a apresentação mais comum da Classificação Periódica é a mostrada na página se guinte onde cada elemento ocupa um quadradinho ou casa da tabela Preferimos apresentar a tabela apenas até o elemento de número atômico 111 roentgênio símbolo Rg que é o último elemento com nome oficial Foi anunciado pela Iupac em 1o de novembro de 2004 Previsões de Mendeleyev Dados atuais obtidos na prática Massa atômica 72 726 Cor cinza cinza Densidade gcm3 55 532 Fórmula do óxido GeO2 GeO2 Densidade do óxido gcm3 47 423 Capitulo 05QF1PNLEM 29505 1908 113 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 114 CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA DOS ELEMENTOS com massas atômicas referidas ao isótopo 12 do carbono 57 71 SÉRIE DOS LANTANÍDIOS 89 103 SÉRIE DOS ACTNÍDIOS 1 1008 11 2300 12 2430 19 3910 20 4008 37 8547 38 8762 55 1329 56 1373 87 223 88 226 21 4496 22 4788 39 8891 40 9122 72 1785 104 2611 23 5094 24 5200 41 9291 42 9594 73 1809 74 1838 105 2621 106 2631 25 5494 26 5585 43 98 44 1011 75 1862 76 1902 107 2621 108 265 27 5893 28 5869 45 1029 46 1064 77 1922 78 1951 109 266 110 269 30 6538 48 1124 31 6972 32 7259 49 1148 81 2044 34 7896 52 1276 84 209 35 7990 36 8380 53 1269 54 1313 85 210 86 222 13 2698 14 2808 15 3097 17 3546 18 3995 5 1081 7 1401 8 1600 9 1900 10 2018 2 4003 57 1389 58 1401 59 1409 60 1442 61 145 62 1504 63 1520 64 1573 65 1589 66 1625 67 1649 68 1673 69 1689 70 1730 89 227 90 2320 91 231 92 2380 93 237 94 244 95 243 96 247 97 247 98 251 99 252 100 257 101 258 102 259 71 1750 103 260 3 6941 4 9012 6 1201 16 3206 29 6355 33 7492 47 1079 79 1970 80 2006 50 1187 82 2072 51 1217 83 2090 1 2 1 2 8 1 2 8 8 1 2 8 18 8 1 2 8 18 18 8 1 2 8 18 32 18 8 1 2 2 2 8 2 2 8 8 2 2 8 18 8 2 2 8 18 18 8 2 2 8 18 32 18 8 2 2 8 9 2 2 8 18 9 2 2 8 11 2 2 8 18 12 1 2 8 10 2 2 8 18 18 9 2 2 8 18 32 18 9 2 2 8 18 32 11 2 2 8 13 1 2 8 18 13 1 2 8 18 32 12 2 2 8 13 2 2 8 18 14 1 2 8 18 32 13 2 2 8 14 2 2 8 18 15 1 2 8 18 32 14 2 2 8 15 2 2 8 18 16 1 2 8 18 32 15 2 2 8 16 2 2 8 18 18 2 8 18 32 17 1 2 8 18 1 2 8 18 18 1 2 8 18 32 18 1 2 8 18 2 2 8 18 18 2 2 8 18 32 18 2 2 8 18 3 2 8 18 18 3 2 8 18 32 18 3 2 8 18 4 2 8 18 18 4 2 8 18 32 18 4 2 8 18 5 2 8 18 18 5 2 8 18 32 18 5 2 8 18 6 2 8 18 18 6 2 8 18 32 18 6 2 8 18 7 2 8 18 18 7 2 8 18 32 18 7 2 8 18 8 2 8 18 18 8 2 8 18 32 18 8 2 8 4 2 8 5 2 8 6 2 8 7 2 8 8 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 2 8 3 2 3 2 8 18 20 8 2 2 8 18 32 18 10 2 2 8 18 21 8 2 2 8 18 32 20 9 2 2 8 18 22 8 2 2 8 18 32 21 9 2 2 8 18 23 8 2 2 8 18 32 22 9 2 2 8 18 24 8 2 2 8 18 32 24 8 2 2 8 18 25 8 2 2 8 18 32 25 8 2 2 8 18 25 9 2 2 8 18 32 25 9 2 2 8 18 27 8 2 2 8 18 32 27 8 2 2 8 18 28 8 2 2 8 18 32 28 8 2 2 8 18 29 8 2 2 8 18 32 29 8 2 2 8 18 30 8 2 2 8 18 32 30 8 2 2 8 18 31 8 2 2 8 18 32 31 8 2 2 8 18 32 8 2 2 8 18 32 32 8 2 2 8 18 32 9 2 2 8 18 32 32 9 2 Número atômico Massa atômica 2 8 18 32 10 2 2 8 18 10 2 111 272 Li Na K Rb Cs Fr Be Mg Ca Sr Ba Ra Sc Y Ti Zr Hf Rf V Nb Ta Db Cr Mo W Sg Mn Tc Re Bh Fe Ru Os Hs Co Rh Ir Mt Ni Pd Pt Cu Ag Au Zn Cd Hg Ga In Tl Al B Ge Sn Pb Si C As Sb Bi P N Se Te Po S O Br I At Cl F Kr Xe Rn Ar Ne He La Ce Pr Nd Pm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Sm H Lu Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Ac Lr Símbolo Ds Rg Elementos de transição Série dos lantanídios Série dos actinídios 1 1A 2 2A 13 3A 14 4A 15 5A 16 6A 17 7A 18 8A 3 3B 4 4B 5 5B 6 6B 7 7B 8 9 8B 10 11 1B 12 2B LANTÂNIO CÉRIO PRASEODÍMIO NEODÍMIO PROMÉCIO SAMÁRIO EURÓPIO GADOLÍNIO TÉRBIO DISPRÓSIO HÔLMIO ÉRBIO TÚLIO ITÉRBIO LUTÉCIO I II III IV V VI VII ELÉTRONS NAS CAMADAS NOME DO ELEMENTO HIDROGÊNIO LÍTIO SÓDIO POTÁSSIO RUBÍDIO CÉSIO FRÂNCIO BERÍLIO MAGNÉSIO CÁLCIO ESTRÔNCIO BÁRIO RÁDIO ESCÂNDIO ÍTRIO TITÂNIO ZIRCÔNIO HÁFNIO RUTHERFÓRDIO VANÁDIO NIÓBIO TÂNTALO DÚBNIO CRÔMIO MOLIBDÊNIO TUNGSTÊNIO SEABÓRGIO MANGANÊS TECNÉCIO RÊNIO BÓHRIO FERRO RUTÊNIO ÓSMIO HÁSSIO COBALTO RÓDIO IRÍDIO MEITNÉRIO NÍQUEL PALÁDIO PLATINA COBRE PRATA OURO ZINCO CÁDMIO MERCÚRIO ACTÍNIO TÓRIO PROTACTÍNIO URÂNIO NETÚNIO PLUTÔNIO AMERÍCIO CÚRIO BERQUÉLIO CALIFÓRNIO EINSTÊNIO FÉRMIO MENDELÉVIO NOBÉLIO LAURÊNCIO GÁLIO GERMÂNIO ÍNDIO ESTANHO TÁLIO CHUMBO ARSÊNIO SELÊNIO ANTIMÔNIO TELÚRIO BISMUTO POLÔNIO BROMO CRIPTÔNIO IODO XENÔNIO ASTATO RADÔNIO ALUMÍNIO SILÍCIO FÓSFORO ENXOFRE CLORO ARGÔNIO BORO CARBONO NITROGÊNIO OXIGÊNIO FLÚOR NEÔNIO HÉLIO DARMSTÁCIO numeração Iupac numeração antiga ROENTGÊNIO As massas atômicas indicadas entre parênteses são relativas à do isótopo mais estável Capitulo 05QF1PNLEM 29505 1908 114 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 115 Capítulo 5 A CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA DOS ELEMENTOS 21 Períodos As sete linhas horizontais que aparecem na tabela da página anterior são denominadas períodos Devemos notar que É importante notar também que No 6o período a terceira casa contém 15 elementos do lantânio ao lutécio que por comodi dade estão indicados numa linha fora e abaixo da tabela começando com o lantânio esses elementos formam a chamada série dos lantanídios Analogamente no 7o período a terceira casa também contém 15 elementos químicos do actínio até o laurêncio que estão indicados na segunda linha fora e abaixo da tabela começan do com o actínio eles formam a série dos actinídios 22 Colunas grupos ou famílias As dezoito linhas verticais que aparecem na tabela são denominadas colunas grupos ou famílias de elementos Devemos assinalar que algumas famílias têm nomes especiais a saber 1o período I Muito curto Tem 2 elementos H e He 2o período II Curto Tem 8 elementos Do Li ao Ne 3o período III Curto Tem 8 elementos Do Na ao Ar 4o período IV Longo Tem 18 elementos Do K ao Kr 5o período V Longo Tem 18 elementos Do Rb ao Xe 6o período VI Superlongo Tem 32 elementos Do Cs ao Rn 7o período VII Incompleto Tem 24 elementos Do Fr ao Ds 1A 1 Li Na K Rb Cs Fr Metais alcalinos do árabe alcali cinza de plantas 2A 2 Be Mg Ca Sr Ba Ra Metais alcalinoterrosos o termo terroso referese a existir na terra 6A 16 O S Se Te Po Calcogênios formadores de cobre pois minérios de cobre contêm oxigênio ou enxofre 7A 17 F Cl Br I At Halogênios formadores de sais 8A 18 He Ne Ar Kr Xe Rn Gases nobres ou raros ou inertes Número Elementos Nome da família da coluna É ainda importante considerar os seguintes aspectos O hidrogênio H1 embora apareça na coluna 1A não é um metal alcalino Aliás o hidrogênio é tão diferente de todos os demais elementos químicos que em algumas classificações prefere se colocálo fora da Tabela Periódica TRIBUNE MEDIAINTERCONTINENTAL PRESS johnny hart Capitulo 05QF1PNLEM 29505 1908 115 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 116 O alumínio Al13 é chamado freqüentemente de metal terroso pois é um constituinte encon trado na terra e no barro comum Essa designação se estende às vezes aos demais elementos da coluna 3A Ga In Tl Quando a família não tem nome especial é costume chamála pelo nome do primeiro elemento que nela aparece por exemplo os da coluna 5A são chamados de elementos da família ou do grupo do nitrogênio As colunas A são as mais importantes da tabela Seus elementos são denominados elementos típicos ou característicos ou representativos da Classificação Periódica Em cada coluna A a semelhança de propriedades químicas entre os elementos é máxima Os elementos das colunas 3B 4B 5B 6B 7B 8B 1B e 2B constituem os chamados elementos de transição Note que em particular a coluna 8B é uma coluna tripla 1A 2A Elementos de transição Elementos representativos 3B 4B 5B 6B 7B 8B 1B 2B 3A 4A 5A 6A 7A 8A Elementos de transição interna Série dos lantanídios Série dos actinídios Outra separação importante existente na Classificação Periódica é a que divide os elementos em metais nãometais ou ametais semimetais e gases nobres como podemos ver a seguir Os metais são elementos sólidos exceto o mercúrio em geral duros com brilho característico denominado brilho metálico densos de pontos de fusão e de ebulição altos bons condutores de calor e de eletricidade maleáveis podem ser transformados em lâminas finas dúcteis podem ser transformados em fios finos e que formam íons positivos cátions Os nãometais têm propriedades completamente opostas Os semimetais têm propriedades intermediárias entre os metais e os nãometais Os gases no bres ou gases raros têm comportamento químico específico Como podemos notar dos 111 elementos considerados na tabela da página 114 o número de metais 86 supera bastante o número de nãometais 11 semimetais 7 e gases nobres 6 Como já dissemos o hidrogênio devido às suas propriedades muito especiais deve ser deixado fora dessa classificação Metais Nãometais G a s e s N o b r e s Metais Série dos lantanídios Metais Série dos actinídios 1A H 8A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 3B 4B 5B 6B 7B 8B 1B 2B Semimetais B Si Ge As Sb Te Po Capitulo 05QF1PNLEM 29505 1908 116 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 117 Capítulo 5 A CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA DOS ELEMENTOS 23 Os nomes dos elementos químicos Os nomes dos elementos químicos conhecidos desde a Antigüidade foram dados arbitrariamente e variam de uma língua para outra Por exemplo Fe ferro iron inglês eisen alemão Cu cobre copper inglês rame italiano Pb chumbo lead inglês plomb francês S enxofre sulphur inglês azufre espanhol A partir do século XVIII acentuouse a freqüência das descobertas de novos elementos químicos O próprio cientista que produzia o novo elemento lhe dava nome Em geral esse nome lembrava uma proprie dade do elemento ou a região de onde o elemento provinha Como a comunicação entre os químicos havia se tornado mais eficiente esses nomes foram sendo adotados internacionalmente Por exemplo Mg magnésio alusão à Magnésia região da Grécia com minério de magnésio isolado em 1808 por Humphry Davy Inglaterra Al alumínio do latim alumen sal de alumínio 1825 Oersted Dinamarca Br bromo do grego bromos mau cheiro 1826 Balard França Rb rubídio do latim rubidium cor vermelhoescuro 1861 Bunsen Alemanha He hélio do grego helios Sol por ter sido descoberto a partir do espectro da luz solar 1895 Ramsay Inglaterra Po polônio alusão à Polônia terra natal de Marie Curie 1898 Marie Curie França No século XX quando começou a produção artificial dos elementos transurânicos foram dados inicialmente nomes lembrando planetas netúnio Np93 e plutônio Pu94 porque vinham de pois do urânio U92 Posteriormente foram dados nomes a outros elementos lembrando um con tinente amerício Am95 um estado norteamericano califórnio Cf98 uma universidade berkélio Bk97 e cientistas cúrio Cm96 einstênio Es99 férmio Fm100 mendelévio Md101 nobélio No102 e laurêncio Lr103 Em 1997 a IUPAC aprovou os seguintes nomes aportuguesados no Brasil entre parênteses a homenagem correspondente 104 Rf rutherfórdio Ernest Rutherford 105 Db dúbnio laboratório de Dubna na Rússia 106 Sg seabórgio Glenn Theodore Seaborg 107 Bh bóhrio Niels H D Bohr 108 Hs hássio província de Hasse na Alemanha 109 Mt meitnério Lise Meitner 110 Ds darmstácio Cidade de Darmstadt na Alemanha Em 2004 foi confirmada a produção do elemento 111 111 Rg roentgênio Wilhelm Röntgen Na tabela atual existem elementos naturais e elementos artificiais Naturais são os que existem na natureza ao contrário os artificiais devem ser produzidos em laboratórios especializados Dos artificiais dois estão situados na Tabela Periódica antes do urânio U92 e por isso são chama dos de elementos cisurânicos que são o tecnécio Tc43 e o promécio Pm61 Os outros artificiais vêm depois do urânio e são chamados de transurânicos OBSERVAÇÃO IUPAC International Union of Pure and Applied Chemistry União Internacional de Química Pura e Aplicada é uma organização científica internacional e nãogovernamental integrada por uma série de comitês e comissões que fazem recomendações sobre a no menclatura e símbolos que devem ser usados em publicações técnicas e científicas Capitulo 05QF1PNLEM 29505 1908 117 A IUPAC cumpre também regras para se darem nomes e símbolos provisoríos aos elementos de número atómico superior a 100 até chegar a um consenso sobre os nomes definitivos São empregados os prefixos latinos e gregos para designar os algarismos como indicamos abaixo Com esses prefixos partindo do número atómico do elemento montase o nome respectivo dandolhe a terminacão latina e do nome tirase o símbolo correspondente Por exemplo Tomando o número atómico do elemento pensamos em seus algarismos construímos o seu nome sem os hífens e temos o símbolo correspondente 101 um zero um un nil unium 102 um zero dois un nil biium 103 um zero três un nil trium 104 um zero quatro un nil quadrium Ge Z 32 Ar 4s² 3d¹⁰ 4p² 19 FGVSP Um elemento químico A apresenta propriedades químicas semelhantes ao oxigênio A pode ter configuração eletrônica a 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p³ b 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵ c 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹ d 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴ e 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p² 28 UFRJ As vitaminas A C e E possuem propriedades antioxidantes por isso são importantes no combate às radicais livres A vitamina E por exemplo quando interage com selênio origina uma potente ação inibidora desses radicais livres Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 125 Capítulo 5 A CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA DOS ELEMENTOS O raio atômico dos elementos é uma propriedade periódica pois seus valores variam periodica mente isto é aumentam e diminuem seguidamente com o aumento do número atômico Observe o esquema abaixo em que estão representados apenas os elementos das colunas A da Tabela Periódica O mesmo fato está representado no gráfico abaixo Raios atômicos medidos em picômetros símbolo pm que é um submúltiplo do metro 1 pm 1012 m 152 Li 112 Be 98 B 91 C 92 N 73 O 72 F 186 Na 160 Mg 143 Al 132 Si 128 P 127 S 99 Cl 227 K 197 Ca 135 Ga 137 Ge 139 As 140 Se 114 Br 248 Rb 215 Sr 166 In 162 Sn 159 Sb 160 Te 133 I 265 Cs 222 Ba 171 Tl 175 Pb 170 Bi 164 Po 142 At 70 98 Ar 112 Kr 131 Xe 140 Rn Ne 50 He 32 H 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 8A Sentido de crescimento dos raios atômicos Sentido de crescimento dos raios atômicos Li Na F K Rb Cs Eu Yb Pb Po Fr Ac Th 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Número atômico Raio atômico pm Períodos 300 250 200 150 100 50 0 Zn Br CL 2º 3º 4º 5º 6º 7º Capitulo 05QF1PNLEM 29505 1909 125 No esquema de Tabela Periódica ao lado as setas indicam o sentido de crescimento dos raios atômicos Note que na vertical os raios atômicos aumentam de cima para baixo porque os átomos têm nesse sentido um número crescente de camadas eletrônicas Na horizontal os raios atômicos aumentam para a esquerda Isso acontece porque para a direita as camadas eletrônicas são atraídas cada vez mais intensamente pelo núcleo pois a carga positiva do núcleo também cresce para a direita 43 Volume atômico Chamase volume atômico de um elemento o volume ocupado por 1 mol 602 10²³ átomos do elemento no estado sólido Observe que o volume atômico não é o volume de um átomo mas o volume de um conjunto 602 10²³ de átomos consequentemente no volume atômico influi não só o volume de cada átomo como também o espaçamento existente entre os átomos Examinemos o gráfico seguinte Podemos concluir que o volume atômico também varia periodicamente com o aumento do número atômico Notamos então que os elementos de maior volume atômico estão situados na parte inferior e nas extremidades da Tabela Observe também que em cada coluna da Tabela Periódica a variação do volume atômico é semelhante à do raio atômico veja o item 42 nos períodos à esquerda da linha tracejada o aumento do volume atômico acompanha o do raio atômico já à direita da linha tracejada a variação é oposta porque nos elementos mais situados principalmente nos nãometais o espaçamento entre os átomos é relativamente grande 44 Densidade absoluta Chamase densidade absoluta d ou massa específica de um elemento o quociente entre sua massa m e seu volume V Portanto d mV A variação da densidade absoluta no estado sólido é também uma propriedade periódica dos elementos químicos No esquema de Tabela Periódica à direita as setas indicam o aumento da densidade absoluta Como podemos ver os elementos mais densos situamse no centro e na parte inferior da Tabela Exemplo osm d 225 gcm³ e irídio d 224 gcm³ 45 Ponto de fusão e de ebulição As temperaturas nas quais os elementos entram em fusão ou em ebulição são também funções periódicas de seus números atômicos No esquema de Tabela Periódica ao lado novamente as setas indicam o aumento do ponto de fusão o carbono é o elemento de maior ponto de fusão igual a 3800 C Por exemplo com exceção do hidrogênio esses elementos estão situados à direita e na parte superior da Tabela Periódica ao lado No exemplo são gases hidrogênio nitrogênio oxigênio flúor cloro e gases nobres Dos elementos comuns só o bromo e o mercúrio são líquidos O mesmo acontece na Química Por exemplo fazendose o gráfico do número de elétrons na última camada eletrônica em função do número atômico teremos para os vinte primeiros elementos o resultado abaixo A partir do que foi exposto as seguintes observações são importantes nas colunas A da Tabela Periódica teremos um gráfico conforme o anterior nas colunas B da Tabela Periódica o gráfico será praticamente horizontal pois esses elementos têm quase sempre 2 elétrons na última camada Generalizando podemos dizer que muitas propriedades dos elementos químicos variam periodicamente ao longo da Tabela Periódica sendo por isso chamadas propriedades periódicas Como exemplo podemos citar o raio atômico o volume atômico a densidade absoluta a temperatura de fusão e de ebulição etc Esse fato é expresso pela lei da periodicidade de Moseley vista na página 113 Há contudo algumas propriedades cujos valores se aumentam com o número atômico e a seguir se mostram ATIVIDADES PRÁTICAS PESQUISA 1º Procure conhecer o número atômico possível de elementos químicos Comece pelos mais fáceis de encontrar Fe um prego de ferro Cu fios elétricos Al panela comum etc 2º Dos elementos que ficou conhecido na primeira atividade procure obter uma constante física REVISÃO Responda em seu caderno a O que é raio atômico b O que é volume atômico EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno 36 FeSpSP Constituem propriedades periódicas dos elementos a densidade volume atômico e massa atômica b ponto de fusão eletromagneticidade e calor específico c volume atômico massa atômica e ponto de fusão d massa atômica calor específico e ponto de fusão e ponto de ebulição e massa atômica Exercício resolvido 37 UFRGSRS X Y e Z representam três elementos da Tabela Periódica que têm raios em nanômetros nm X 0080 nm Y 0123 nm e Z 0157 nm 1 nm 10⁹ m Esses elementos podem ser respectivamente a Li Na e K b Li Na e Be c Na Li e Be d Na Li e Be e Be Li e Na Resolução Note que as cinco opções deste teste sempre indicam os elementos Li Be Na Na Tabela Periódica esses elementos estão colocados nas posições indicadas a seguir as setas indicam o sentido de aumentos dos raios atômicos Ora seguindo a ordem das setas devemos colocar X Y e Z também nas posições indicadas Portanto X Be Y Li e Z Na 40 UFRGSRS Pela posição ocupada na Tabela Periódica qual dos elementos é o mais denso a chumbo b dísio c mercúrio d urânio e bário 41 CesgranrioRJ Os pontos de fusão e de ebulição normais dos metais do bloco da Classificação Periódica são geralmente muito elevadas Constituemse exceções basicamente os metais desse bloco que têm os orbitais s e p completos Estes metais são a Cd Ag e Hg b Pt Pd e Au c Cr Pt e Hg d Ni Pd e Pt e Zn Cd e Hg Exercício resolvido 42 FuvestSP Considere os seguintes átomos neutros A 18 elétrons B 17 elétrons C 11 elétrons e D 2 elétrons a Quais famílias pertencem b Coloqueos em ordem crescente dos potenciais de ionização Resolução Na Tabela Periódica vemos que A com 18 elétrons é o argônio gás nobre B com 17 elétrons é o cloro halogênio C com 11 elétrons é o sódio metal alcalino D com 2 elétrons é o hélio gás nobre 43 MackenzieSP Qual é a alternativa na qual o átomo citado tem o maior potencial de ionização a He Z 2 b Be Z 4 c C Z 6 d O Z 8 e F Z 9 44 UniforCE Seja os seguintes átomos neutros representados pelos símbolos hipotéticos X Y Z e T e suas respectivas configurações eletrônicas X 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹ Z 1s² 2s² 2p⁶ 3s² Y 1s² 2s² 2p⁶ 3p⁶ T 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 4s² O que apresenta maior energia de ionização é a Y b Z c T d X 45 F F O DiamantinaMG Damos a seguir os 1º 2º 3º e 4º potenciais de ionização do Mg Z 12 B Z 5 e K Z 19 Esses elementos na tabela serão representados por X Y W mas não necessariamente na mesma ordem OS METAIS ALCALINOS COLUNA 1A Em ordem de importância destacamse primeiramente o sódio e depois o potássio O sódio é encontrado em vários compostos naturais sendo o principal o sal comum NaCl cloreto de sódio O sódio é produzido industrialmente pela ação da corrente elétrica eletrólise do NaCl fundido 2 NaCl 2 Na Cl₂ eletrólise O sódio é um sólido leve e mole como a cera podendo ser cortado com uma faca É extremamente reativo e perigoso pega fogo em contato com ar 4 Na O₂ 2 Na₂O devendo por isso ser guardado em recipientes que contenham querosene ou benzeno Chega a explodir quando em contato com água 2 Na 2 H₂O 2 NaOH H₂ devido à ignição do H₂ liberado Nunca devemos pegálo com as mãos só com pinças e luvas grossas de borracha pois provoca fortes queimaduras na pele É usado na produção de compostos orgânicos corantes perfumes medicamentos etc na produção de compostos inorgânicos cianeto de sódio peróxidos etc na transferência de calor em reatores atômicos em lâmpadas de sódio etc OS METAIS ALCALINOTERROSOS COLUNA 2A Em ordem de importância destacamse primeiramente o cálcio e depois o magnésio O cálcio é um sólido leve mole de cor brancaprateada e brilhante É muito abundante na natureza Existe na água do mar e na crosta terrestre na forma de vários minerais calcita CaCO₃ que constitui também o calcário o mármore etc anidrita CaSO₄ gipsol CaSO₄ 2 H₂O que é o gesso natural fluorita CaF₂ etc É produzido industrialmente pela eletrólise do CaCl₂ fundido CaCl₂ Ca Cl₂ eletrólise Tem grande importância biológica pois está presente nos ossos dentes carapaças de animais etc Seus compostos são muito importantes como por exemplo a cal virgem CaO a cal extinta CaOH₂ e o gesso usado para proteger fraturas ósseas O magnésio é um sólido leve prateado e maleável Ele existe na água do mar e em vários minerais como magnetita MgCO₃ dolomita CaCO₃ MgCO₃ e carnalita KCl MgCl₂ 6 H₂O É usado em ligas metálicas leves para aviação em rodas de magnésio para automóveis em reações da Química Orgânica em fogos de artifício e usado também como metal de sacrifício ligado a cascos de navios tubulações de aço etc ele sofre corrosão evitando a corrosão do aço O hidróxido de magnésio MgOH₂ é conhecido como leite de magnésia e é usado para combater a acidez estomacal azia a Eu não sei Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 135 Capítulo 6 AS LIGAÇÕES QUÍMICAS AS LIGAÇÕES QUÍMICAS 6 Capítulo Apresentação do capítulo Nos três últimos capítulos falamos bastante dos elementos químicos e dos átomos que os representam Vimos que os átomos na natureza raramente ficam isolados pois tendem a se unir uns aos outros formando tudo o que conhecemos na Terra das rochas aos seres vivos Neste capítulo vamos explicar de que maneira os átomos se unem para formar as substâncias químicas Já vimos que cada substância tem sua fórmula a da água é H2O a do sal comum NaCl a do gás carbônico é CO2 e assim por diante Mas como foi que os cientistas chegaram a essas fórmulas A História mostra que o caminho foi longo No início do século XIX Dalton imaginava que os átomos se uniam sempre um a um a fórmula da água seria HO Somente na metade do século XIX a partir das idéias de Avogadro e Canizzaro é que se consolidou a noção de molécula que conhecemos atualmente E só no início do século XX foi explicada a participação dos elétrons nas ligações químicas Tópicos do capítulo 1 Introdução 2 Ligação iônica eletrovalente ou heteropolar 3 Ligação covalente molecular ou homopolar 4 Ligação metálica Leitura Ligas metálicas CID Numa simples bolha de sabão existem ligações moleculares bastante complexas Capitulo 06QF1PNLEM 29505 1915 135 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 136 1 INTRODUÇÃO Você já verificou que alguns materiais são sólidos o carvão outros líquidos a água e outros gasosos o ar alguns são duros granito e outros moles cera alguns conduzem a corrente elétrica metais outros não borracha alguns quebramse facilmente vidro outros não aço e assim por diante Por que existe essa grande diferença de propriedades entre os materiais que conhecemos Isso se deve em grande parte às ligações existentes entre os átomos ligações químicas e à arrumação espacial que daí decorre estrutura geométrica do material É o que vamos estudar neste capítulo e no seguinte Hoje sabemos que em condições ambientes só os gases nobres são formados por átomos isola dos uns dos outros ou seja átomos que têm pouca tendência de se unir com outros átomos dizemos então que eles são muito estáveis pouco reativos Os átomos dos demais elementos químicos ao contrário atraemse não só mutuamente como também átomos de outros elementos formando agre gados suficientemente estáveis que constituem as substâncias compostas Assim por exemplo não existem sódio Na nem cloro Cl livres na natureza no entanto existem quantidades enormes de sal comum NaCl em que o sódio e o cloro aparecem unidos entre si As forças que mantêm os átomos unidos são fundamentalmente de natureza elétrica e são responsáveis por ligações químicas Na metade do século XX os cientistas já haviam percebido que o átomo de hidrogênio nunca se liga a mais de um outro átomo Já por exemplo o átomo de oxigênio pode ligarse a dois átomos de hidrogênio o de nitrogênio a três de hidrogênio o de carbono a quatro de hidrogênio como pode mos ver a seguir Surgiu então a idéia de valência entendida como a capacidade de um átomo ligarse a outros Dizemos que o hidrogênio tem uma valência é monovalente o oxigênio tem duas valências é bivalente o nitrogênio tem três valências é trivalente o carbono tem quatro valências é tetravalente e assim por diante No entanto foi somente em 1916 que os cientistas Gilbert N Lewis e Walter Kossel chegaram a uma explicação lógica para as uniões entre os átomos criando a teoria eletrônica da valência De fato consideremos as configurações eletrônicas dos gases nobres H O H H N H H H H H C H Com exceção do hélio constatamos que os átomos dos gases nobres têm sempre 8 elétrons na última camada eletrônica é o chamado octeto eletrônico Foi associando a observação de que os átomos dos gases nobres têm pouca tendência a se unirem entre si ou com outros átomos com a de que os átomos dos gases nobres têm o número máximo de elétrons na última camada em geral 8 elétrons ou 2 no caso do hélio que os cientistas Lewis e Kossel lançaram a hipótese os átomos ao se unirem procuram perder ganhar ou compartilhar elétrons na K L M N O P Hélio 2 Neônio 2 8 Argônio 2 8 8 Criptônio 2 8 18 8 Xenônio 2 8 18 18 8 Radônio 2 8 18 32 18 8 Capitulo 06QF1PNLEM 29505 1915 136 Um átomo adquirido estabelecida quando possuí 8 elétrons na camada eletrônica mais externa ou 2 elétrons quando possuí apenas a camada K Representações espaciais do NaCl Ligação iônica é a força que mantém os íons unidos depois que um átomo cede definitivamente um dois ou mais elétrons para outro átomo Eletrovalência é a carga elétrica do íon A ligação iônica é em geral bastante forte e mantém os íons firmemente presos no reticulado Por isso os compostos iônicos são sólidos e em geral têm ponto de fusão e ponto de ebulição elevados 22 A ligação iônica e a Tabela Periódica A ligação iônica ocorre em geral entre átomos de metais com átomos de nãometais pois os átomos dos metais possuem 1 2 ou 3 elétrons na última camada e têm forte tendência a perdêlos veja os casos do Na do Mg e do Al nos exemplos anteriores os átomos dos nãometais possuem 5 6 ou 7 elétrons na última camada e têm acentuada tendência a receber mais 1 2 ou 3 elétrons assim completar seus octetos eletrônicos veja o caso do F do Cl e do Br por exemplo Essa tabela é uma representação das propriedades dos elementos da Tabela Periódica Dos resultados dessas propriedades resultam as valências carga elétrica de alguns íons bastante importantes 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 8A H Li Na Mg2 Al3 K Ca2 Ga3 Rb Sr2 Cs Ba2 N3 O2 F P3 S2 Cl Se2 Br Te2 I Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 144 Consideremos como segundo exemplo a união entre dois átomos do elemento cloro Cl for mando uma molécula de gás cloro Cl2 Note que no esquema só estão representados os elétrons da última camada eletrônica do cloro isto é sua camada de valência x Cl Cl Cl x x x x x x x Cl x x x x x x ou Cl Cl Observamos que na molécula final Cl2 há um par de elétrons compartilhado pelos dois átomos de cloro Com isso podemos dizer que cada átomo de cloro dispõe de seus sete elétrons mais um elétron compartilhado perfazendo então o octeto que dá a cada átomo a configuração estável de um gás nobre Na molécula formada acima os elétrons da última camada que não participam do par eletrônico compartilhado são comumente chamados elétrons nãoligantes ou pares eletrôni cos isolados Consideremos como terceiro exemplo a formação da molécula da substância simples oxigênio O2 Cada átomo de oxigênio tem apenas seis elétrons na camada de valência Os dois átomos se unem compartilhando dois pares eletrônicos de modo que cada átomo exerça domínio sobre oito elétrons Formase assim uma ligação dupla entre os átomos que é indicada por dois traços na representação O O nos exemplos do H2 e do Cl2 o único par eletrônico comum constitui uma ligação simples Como quarto exemplo vejamos a formação da molécula da substância simples nitrogênio N2 x x O O x O x x x x x O ou x x x x O O Todos os exemplos dados até agora foram de substânciassimplesNoentantoasligaçõescovalentes aparecem ainda com maior freqüência entre as subs tâncias compostas como passamos a ilustrar Formação da molécula do cloridreto ou gás clorídrico HCl página ao lado uso de co resfantasia Gilbert Newton Lewis Nasceu nos Estados Unidos em 1875 Foi professor de Química na Universidade de Berkeley na Cali fórnia Lewis criou a teoria das liga ções covalentes imaginando os elé trons orientados em certas direções nas quais formariam ligações quími cas 1916 Importante também foi sua nova teoria ácidobase 1923 que ampliou os conceitos aceitos até então Lewis faleceu em 1946 x x x N x x N Fórmula de Lewis Fórmula estrutural plana Fórmula molecular N N2 N x Cl H Cl Hx ou H Cl BETTMANN CORBISSTOCK PHOTOS x x x N N x N x x x x x N x ou N N Cada átomo de nitrôgênio tem apenas cinco elétrons na camada periférica Eles se unem compar tilhando três pares eletrônicos Formase assim uma ligação tripla entre os átomos que é indicada pelos três traços na representação N N Desse modo cada átomo está com o octeto completo pois além de seus cinco elétrons compartilha três elétrons com o átomo vizinho Concluindo definimos Ligação covalente ou covalência é a união entre átomos estabelecida por pares de elétrons Nesse tipo de ligação a valência recebe o nome particular de covalência e corresponde ao número de pares de elétrons compartilhados As fórmulas em que os elétrons aparecem indicados pelos sinais e x são chamadas fórmulas eletrônicas ou fórmulas de Lewis Quando os pares eletrônicos covalentes são representados por traços chamamos essas repre sentações de fórmulas estruturais planas no último exemplo considerado Capitulo 06QF1PNLEM 6705 1436 144 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 148 35 Exceções à regra do octeto Hoje são conhecidos compostos que não obedecem à regra do octeto Em alguns casos as ligações se completam com menos de 8 elétrons Isso acontece com o berílio Be e o boro B que em certas moléculas não apresenta o octeto completo Exemplos Em outros casos as ligações perfazem mais do que 8 elétrons Ocorre geralmente com o fósforo P e o enxofre S que em certas moléculas aparecem com 10 e 12 elétrons na camada de valência Exemplos Cl P x x x x x x x x Clx x x x x x x xCl x x x x x x xClx x x x x xClx x x x x x PCl5 Aqui há 10 elétrons ao redor do fósforo S x F x x x x x x x F x x x x x x F x x x x x x x x F x x x x x x x F x x x x x x x F x x x x x x SF5 Aqui há 12 elétrons ao redor do enxofre Compostos dos gases nobres Embora no início deste capítulo tenhamos dito que os gases no bres têm pouca vontade de se unir a outros elementos a partir de 1962 foram produzidos vários compostos de gases nobres Exemplos x x O x x x x O x x x x x x N x x Cl x x N x x x x O N O O N O O x x x x e x x x x x x O Cl O O BeH2 H x Be x H Aqui há apenas 4 elétrons ao redor do berílio BF3 x B x x x F x x x x x x F x x x x x F x x x x x x Aqui há apenas 6 elétrons ao redor do boro Esses casos só ocorrem quando o átomo central é relativamente grande para que possa acomodar tantos elétrons ao seu redor Por isso essa chamada camada de valência expandida só aparece em elementos do 3º período da Tabela Periódica para baixo Há poucos compostos em que a camada de valência é completada com número ímpar de elétrons Por exemplo no caso dos compostos NO NO2 e ClO2 temos 7 elétrons ao redor do nitrogênio e do cloro XeF2 Aqui há 10 elétrons ao redor do xenônio XeF4 Aqui há 12 elétrons ao redor do xenônio Esses compostos também só ocorrem com os gases nobres de átomos grandes que comportam a camada expandida de valência F x x x x x x x F x x x x x Xe x x Xe F x x x x x x x x F x x x x x x x F x x x x x x x F x x x x x x Capitulo 06QF1PNLEM 6705 1438 148 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 151 Capítulo 6 AS LIGAÇÕES QUÍMICAS 4 LIGAÇÃO METÁLICA Os metais e as ligas metálicas são cada vez mais importantes em nosso diaadia 41 Estrutura dos metais No estado sólido os átomos dos metais e de alguns semimetais se agrupam de forma geometri camente ordenada dando origem às células ou grades ou reticulados cristalinos Os reticulados unitários mais comuns dentre os metais são mostrados nas representações com corfantasia abaixo O magnésio é leve e por isso empregado em rodas de automóveis partes de aviões etc O cobre é usado em fios elétricos e na construção de alambiques etc O alumínio também é usado em construções fabricação de utensílios domésticos latas etc O aço é muito empregado em construções na produção de veículos fogões geladeiras etc Hexagonal compacto HC Cúbico de faces centradas CFC Cúbico de corpo centrado CCC Cada reticulado metálico é na verdade formado por milhões e milhões de átomos Esse conjunto pode ser consi derado uma estrutura molecular gigante mas não passa em geral de um cristal microscópico Examinando um pe daço de metal ao microscópio perceberemos aspecto se melhante ao da figura ao lado em que notamos um amon toado de cristais dispostos de forma desordenada Aliás se você olhar com atenção uma folha de zinco limpa que é uma chapa de aço recoberta por uma fina camada de zinco enxergará mesmo a olho nu os cristais de zinco que for mam a superfície da chapa Imagem colorizada artificialmente da estrutura de uma amostra de aço com 035 de carbono vista ao microscópio com aumento de 125 vezes CID CID CID CID ASTRID HANNSFRIEDER MICHLER SPLSTOCK PHOTOS Capitulo 06QF1PNLEM 29505 1918 151 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 153 Capítulo 6 AS LIGAÇÕES QUÍMICAS Ductilidade é a propriedade que os metais apresentam de se dei xarem transformar em fios o que se consegue puxando o metal aquecido através de furos cada vez menores A explicação para isso é semelhante à da maleabilidade Os fios produzidos de maior ou menor diâmetro são muito usados nas construções em concreto armado ou como fios elétricos e arames de vários tipos O ouro é também o metal mais dúctil que se conhece com 1 grama de ouro é possível obter um fio finíssimo com cerca de 2 km de comprimento 37 FuvestSP As figuras abaixo representam esquema ticamente estruturas de diferentes substâncias à tempe ratura ambiente a 729 bolinhas d 1086 bolinhas b 984 bolinhas e 1200 bolinhas c 1000 bolinhas 40 Dos elementos cloro fósforo e mercúrio qual é o que apresenta caráter metálico mais pronunciado Por quê 41 UFU Entre as substâncias simples puras constituídas por átomos de S As Cd I e Br a que deve conduzir melhor a corrente elétrica é a substância a enxofre c cádmio e bromo b arsênio d iodo 42 PUCMG As propriedades ductilidade maleabilidade brilho e condutividade elétrica caracterizam a cloreto de potássio e alumínio b cobre e prata c talco e mercúrio d grafita e diamante e aço e PVC 43 UFCCE Nenhuma teoria convencional de ligação quí mica é capaz de justificar as propriedades dos compostos metálicos Investigações indicam que os sólidos metáli cos são compostos de um arranjo regular de íons positi vos no qual os elétrons das ligações estão apenas parcial mente localizados Isso significa dizer que se tem um ar ranjo de íons metálicos distribuídos em um mar de elé trons móveis Com base nessas informações é correto afirmar que os metais geralmente a têm elevada condutividade elétrica e baixa condu tividade térmica b são solúveis em solventes apolares e possuem baixas condutividades térmica e elétrica c são insolúveis em água e possuem baixa condutividade elétrica d conduzem com facilidade a corrente elétrica e são so lúveis em água e possuem elevadas condutividades elétrica e térmica Sendo assim as figuras I II e III podem representar res pectivamente a cloreto de sódio dióxido de carbono e ferro b cloreto de sódio ferro e dióxido de carbono c dióxido de carbono ferro e cloreto de sódio d ferro cloreto de sódio e dióxido de carbono e ferro dióxido de carbono e cloreto de sódio 38 EnemMEC Observe nas questões 38 e 39 o que foi feito para colocar bolinhas de gude de 1 cm de diâmetro numa caixa cúbica com 10 cm de aresta Uma pessoa arrumou as bolinhas em camadas super postas iguais tendo assim empregado a 100 bolinhas b 300 bolinhas c 1000 bolinhas d 2000 bolinhas e 10000 bolinhas 39 Uma segunda pessoa procurou encontrar outra maneira de arrumar as bolas na cai xa achando que seria uma boa idéia organizálas em camadas alternadas onde cada bolinha de uma camada se apoiaria em 4 bolinhas da camada inferior como mostra a figura Desse modo ela conse guiu fazer 12 camadas Portanto ela con seguiu colocar na caixa I II III EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno a Qual é a denominação dada à estrutura originada do ordenamento geométrico dos átomos dos metais b Quais são os três reticulados mais comuns entre os metais c O que é ligação metálica d O que é maleabilidade e O que é ductilidade REVISÃO Responda em seu caderno Capitulo 06QF1PNLEM 29505 1918 153 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 154 44 O que é uma liga metálica 45 Como são preparadas as ligas metálicas 46 Cite três fatores responsáveis pelas propriedades das ligas metálicas 47 Que são tratamentos térmicos nos metais LEITURA LIGAS METÁLICAS Ligas metálicas são uniões de dois ou mais metais podendo ainda incluir semimetais ou nãometais mas sempre com predominância dos elementos metálicos Podemos dizer que as ligas metálicas têm maiores aplicações práticas que os próprios metais puros Exemplos As ligas metálicas são preparadas em geral aquecendo conjuntamente os metais até sua fusão com pleta e depois deixandoos esfriar e solidificar completamente As propriedades físicas e químicas das ligas metálicas podem ser muito diferentes das propriedades dos elementos que lhes deram origem Isso vai depender de muitos fatores dentre os quais destacamos os próprios elementos que formam a liga a proporção em que eles estão misturados a estrutura crista lina da liga o tamanho e a arrumação dos cristais microscópicos assim formados e até mesmo dos tratamentos que a liga venha a sofrer como por exemplo martelamento laminação trefilação e vários tipos de tratamento térmico que consistem no aquecimento da liga seguido de um resfriamento mais rápido ou mais lento Na verdade esses tratamentos térmicos alteram as propriedades das ligas metá licas porque alteram o tamanho e a arrumação dos cristais microscópicos que as formam Mas é exata mente a possibilidade de ter as suas propriedades tão alteradas que faz com que as ligas metálicas tenham ampla aplicação Exemplos dissemos que os metais têm em geral condutividade elétrica elevada uma liga de níquel e cromo porém tem condutividade elétrica baixa e por esse motivo é usada nas resistências dos ferros elétricos chuveiros elétricos etc os metais têm em geral pontos de fusão elevados No entanto uma liga com 70 de estanho e 30 de chumbo funde a 192 C sendo então usada como solda em aparelhos eletrônicos o aço comum liga de ferro com 01 a 08 de carbono tem maior resistência à tração do que o ferro puro o aço inoxidável por exemplo com ferro 01 de carbono 18 de cromo e 8 de níquel não enferruja como acontece com o ferro e o aço comum O aço inoxidável é uma liga de ferro carbono níquel e cromo É usado em balcões de supermercado talheres pias de cozinha vagões de metrô etc O bronze é uma liga de cobre e estanho É usado em estátuas sinos etc DANIEL CYMBALISTA PULSAR CID Responda em seu caderno Questões sobre a leitura Capitulo 06QF1PNLEM 29505 1918 154 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 156 A GEOMETRIA MOLECULAR 7 Capítulo Apresentação do capítulo No capítulo anterior vimos como os átomos se unem para formar as substâncias químicas Agora vamos falar da estrutura espacial das moléculas Existem moléculas formadas por milhares de átomos que assumem estruturas geométricas bastante complicadas É o caso por exemplo das proteínas que têm grande importância biológica Nesse particular é interessante notar que a proteína só é eficaz quando tem uma estrutura geométrica bem definida Além das ligações entre os átomos que ocorrem dentro das moléculas ligações intramoleculares existem também as ligações entre as próprias moléculas ligações intermoleculares Neste capítulo falaremos também dessas ligações intermoleculares e de suas influências sobre as propriedades físicas das substâncias Tópicos do capítulo 1 A estrutura espacial das moléculas 2 EletronegatividadePolaridade das ligações e das moléculas 3 Oxidação e redução 4 Forças ou ligações intermoleculares Leitura Semicondutores CID Representação da estrutura molecular da ribose Capitulo 07AQF1PNLEM 30505 921 156 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 157 Capítulo 7 A GEOMETRIA MOLECULAR 1 A ESTRUTURA ESPACIAL DAS MOLÉCULAS 11 Conceitos gerais A teoria das ligações covalentes de Lewis que vimos no capítulo anterior foi muito importante para o desenvolvimento da Química No entanto essa teoria não explicava a disposição arrumação dos áto mos na molécula Hoje sabemos que as moléculas bem simples como H2 O2 HCl H2O etc são molécu las planas As moléculas mais complexas porém são quase sempre tridimensionais isto é têm seus átomos arrumados em uma estrutura formato espacial Assim passouse a falar em geometria molecular Um caso bastante comum é o da existência de um átomo central rodeado no espaço por vários outros átomos Uma analogia bem simples pode ser feita com balões amarrados como nas figuras abaixo Por que os balões assumem espontaneamente essas arrumações Porque cada balão parece em purrar o balão vizinho de modo que no final todos ficam na disposição mais espaçada esparramada possível Dizemos também que essa é a arrumação mais estável para os balões Pois bem com os átomos acontece exatamente o mesmo quando formam as moléculas A tabela abaixo dá alguns exemplos comuns nos quais o átomo central ocupa o lugar do nó que é dado nos balões H Be H B F F F H C H H H Cl P Cl Cl Cl Cl Número de átomos ao redor do átomo central Tipo de estrutura molecular Modelo de preenchimento espacial ou de Stuart Modelo de bolas Fórmula molecular F F F S F F F SF6 PCl5 CH4 BF3 BeH2 6 5 4 3 2 Octaédrica é espacial Bipirâmide trigonal é espacial Tetraédrica é espacial Trigonal é plana Linear é plana Capitulo 07AQF1PNLEM 6705 1439 157 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 158 Na terceira coluna vemos o modelo de preenchimento espacial que indica a posição e o tama nho individual de cada átomo na molécula respeitando inclusive os raios covalentes dos átomos e os ângulos formados entre suas valências Nesse modelo se procura portanto representar a molécula da maneira mais real possível como se fosse uma fotografia da própria molécula A questão da geometria das moléculas pode dar origem a casos interessantes Por exemplo embora exista a substância PCl5 como vimos no esquema anterior não existe a substância análoga PI5 pois o átomo de iodo é muito maior que o átomo de cloro de modo que não há espaço para se colocar cinco átomos de iodo ao redor de um único átomo de fósforo Dizse então que a molécula de PI5 não pode existir por impedimento espacial 12 Moléculas com pares eletrônicos ligantes e nãoligantes Sabemos que a ligação covalente é a que ocorre pelo compartilhamento de pares eletrônicos nas camadas de valência dos átomos Esses pares são chamados de pares eletrônicos ligantes Por exem plo no CH4 temos quatro pares ligantes Em muitos casos sobram na camada de valência pares de elétrons que não participam de ligação alguma sendo chamados por isso de pares eletrônicos livres ou de pares nãoligantes Observe os exemplos do NH3 e do H2O x x x C x H H H H 13 Teoria da repulsão dos pares eletrônicos da camada de valência Esta teoria foi desenvolvida pelo cientista Ronald J Gillespie e é também conhecida pela sigla VSEPR do inglês valence shell electron pair repulsion Em linhas gerais esta teoria afirma que Ao redor do átomo central os pares eletrônicos ligantes e os nãoligantes se repelem tendendo a ficar tão afastados quanto possível Com esse afastamento máximo a repulsão entre os pares eletrônicos será mínima e portanto a estabilidade da molécula como um todo será máxima É exatamente o que ocorre nas situações mos tradas na figura da página 157 quando os balões se empurram se afastam o máximo possível Essa teoria explica as estruturas espaciais do CH4 PCl5 e SF6 vistas na tabela da página anterior E explica também a estrutura de muitas outras moléculas como por exemplo as de NH3 e de H2O Nesses casos admitese que os pares eletrônicos livres nãoligantes ocupam posições no espaço Assim temos as seguintes estruturas x x N x H H H x O x H H x Pares ligantes Pares nãoligantes H H H N Par eletrônico livre 107 107 H H O Par eletrônico livre Par eletrônico livre 105 A molécula de H2O tem forma de V e o ângulo entre os hidrogênios vale aproximadamente 105 forma angular A molécula de NH3 tem o formato de uma pirâmide trigonal e os ângulos entre os hidrogênios valem aproximadamente 107 Capitulo 07AQF1PNLEM 30505 921 158 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 160 Em 1985 os cientistas Harold W Kroto L F Cure e Richard E Smalley descobriram uma nova forma alotrópica do carbono formada por estruturas ocas em forma de bola de futebol com 60 áto mos de carbono ligados entre si como mostramos a seguir Essa estrutura esférica com 60 vértices e 32 faces sendo 20 hexágonos e 12 pentágonos regulares recebeu a sigla C60 e o nome fulereno60 Depois descobriramse novos fulerenos com 32 44 50 540 e 960 átomos de carbono Sendo assim podemos dizer que o carbono tem muitas formas alotrópicas Ainda com respeito ao carbono pesquisas recentes levaram à produção dos chamados nanotubos A estrutura mais simples de um nanotubo pode ser imaginada como resultado da própria estrutura da grafite que é plana enrolada de modo a formar um tubo extremamente pequeno Os cientistas já estão imaginando várias aplicações para os nanotubos desde fibras de alta resistência mecânica até como substitutos dos atuais chips de silício usados em computadores Os nanotubos moléculas constituídas de átomos de carbono podem vir a substituir os chips de silício em computadores muito menores que os atuais Estrutura do C60 Estrutura do C60 é semelhante à de uma bola de futebol A alotropia do fósforo Outro caso importante de alotropia é o do fósforo que apresenta duas formas alotrópicas principais o fós foro branco e o fósforo vermelho O fósforo branco formado por moléculas P4 é um sólido branco de aspecto semelhante ao da cera de densidade igual a 182 gcm3 que funde a 44 C e ferve a 280 C É muito reativo chega a pegar fogo quando exposto ao ar sendo por isso conservado dentro de água Quando o aquecemos em ausência de ar e a cerca de 300 C ele se converte lentamente em fósforo ver melho que é mais estável isto é menos reativo RODRIGUEZ GORDILLO CID CID SÉRIGIO DOTTA THE NEXT CID Semicondutor Quando o padrão dos anéis hexagonais em um nanotubo é deformado o nanotubo age como um semicondutor Isso significa que ele conduz eletricidade apenas depois que um certo limiar é atingido Deformação helicoidal Condutor Quando os anéis de carbono se alinham com o eixo principal de um nanotubo a molécula conduz eletricidade tão facilmente quanto o metal Eixo principal do nanotubo Pedaços de fósforo branco num béquer com água e fósforo vermelho num vidro de relógio Capitulo 07AQF1PNLEM 30505 922 160 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 161 Capítulo 7 A GEOMETRIA MOLECULAR A diferença entre o enxofre rômbico e o monoclínico está nas diferentes arrumações das moléculas S8 no espaço produzindo cristais diferentes Acompanhe no esquema abaixo a preparação e a diferen ça dos cristais dessas duas formas alotrópicas S S S S S S S S S S S S S S S S Molécula de S8 Vista lateral Vista superior As duas formas alotrópicas do enxofre fervem a 445 C Em condições ambientes ambas se apre sentam como um pó amarelo inodoro insolúvel em água e muito solúvel em sulfeto de carbono CS2 Evaporação lenta do CS2 Dissolução do enxofre em CS2 Cristal rômbico Fusão do enxofre Cristais monoclínicos Resfriamento rápido Preparação do enxofre rômbico Resultam cristais rômbicos de densidade 208 gcm3 e ponto de fusão de 1128 C Resultam cristais monoclínicos de densidade 196 gcm3 e ponto de fusão de 1192 C Preparação do enxofre monoclínico O fósforo vermelho é um pó amorfo isto é não apresenta estrutura cristalina de cor vermelho escura densidade 238 gcm3 e temperatura de fusão 590 C cada grão de pó é formado por milhões de moléculas P4 unidas umas às outras dando origem a uma molécula gigante P A alotropia do enxofre O último caso de alotropia que vamos citar é o do enxofre que também apresenta duas formas alotrópicas principais o enxofre ortorrômbico ou simplesmente rômbico e o enxofre monoclínico As duas formas alotrópicas são formadas por moléculas em forma de anel com oito átomos de enxofre S8 como mostramos abaixo P P P P P P P P P P P P Fósforo branco Fósforo vermelho a As moléculas geralmente têm estruturas planas ou tridimensionais b Do que dependem as estruturas moleculares c O que ocorre entre os pares eletrônicos ligantes e nãoligantes localizados ao redor do átomo central e como eles tendem a minimizar o ocorrido d O que são macromoléculas covalentes e O que é alotropia REVISÃO Responda em seu caderno Capitulo 07AQF1PNLEM 30505 922 161 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 179 Capítulo 7 A GEOMETRIA MOLECULAR 44 Relação entre as ligações e as propriedades das substâncias Completando as idéias apresentadas neste capítulo podemos dizer que de modo geral as ligações químicas iônica covalente e metálica que existem nas moléculas ou agregados iônicos intramoleculares são fortes e responsáveis pelas propriedades químicas das substâncias as ligações intermoleculares dipolodipolo ligações de hidrogênio e forças de Van der Waals ou forças de London que ocorrem entre as moléculas são mais fracas e responsáveis pelas propriedades físicas das substâncias Um resumo da correlação entre as propriedades físicas das substâncias e os vários tipos de ligação é dado na tabela seguinte Tipo de substância Partículas formadoras Atração entre as partículas Estado físico Pontos de fusão e ebulição Condutividade elétrica Dureza Solubilidade em solventes comuns Metálica Átomos e cátions Pelos elétrons livres Sólido exceção comum mercúrio Em geral altos Alta no estado sólido e líquido sem alteração da substância Dura porém maleável e dúctil Insolúvel Iônica Íons Eletrostática Sólido Em geral altos Alta fundidos ou em solução com decomposição da substância eletrólise Dura porém quebradiça Em geral solúvel em solventes polares Covalente polar Moléculas Dipolodipolo ou ligação de hidrogênio Líquido ou sólido quando tem moléculas grandes Baixos Praticamente nula quando pura Ou condutora quando em soluções apropriadas HCl em H2O Em geral solúvel em solventes polares Covalente apolar Moléculas Van der Waals London Gasoso ou líquido quando tem moléculas grandes Muito baixos Nula Em geral solúvel em solventes apolares ATENÇÃO Não cheire nem experimente substância alguma utilizada nesta atividade Este experimento deve ser realizado com a su pervisão de um adulto pois o etanol álcool co mum é inflamável e pode causar queimaduras e incêndios 1a Materiais 2 copos transparentes água óleo álcool comum Procedimento Coloque um pouco de água em um dos copos e adi cione o mesmo volume de álcool Anote as observa ções em seu caderno Em um outro copo repita o pro cedimento adicionando óleo em vez de álcool Anote as observações em seu caderno Perguntas 1 Em qual experiência a mistura resultante foi homo gênea 2 Relacione as observações feitas com as polaridades das substâncias utilizadas ATIVIDADES PRÁTICAS ATENÇÃO Não cheire nem experimente substância al guma utilizada nesta atividade 2a Materiais 1 frasco com saída bem estreita tipo jarra de suco para líquido óleo água 1 régua de plástico 1 pedaço de tecido de lã Procedimento Abra uma torneira de modo que se obtenha um filete fino e uniforme de água Aproxime sem encostar a ré gua de plástico previamente atritada no pano de lã do filete de água Anote as observações em seu caderno Repita o procedimento utilizando um filete de óleo em vez do filete de água Perguntas 1 Houve alguma diferença entre as observações quan do se utilizou a água e quando se utilizou o óleo Ten te explicar 2 Tente relacionar as observações feitas com a polari dade da molécula em cada caso Capitulo 07BQF1PNLEM 30505 927 179 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 180 56 CeetepsSP Para os compostos HF e HCl as forças de atração entre as moléculas ocorrem por a ligações de hidrogênio para ambos b dipolodipolo para ambos c ligações de Van der Waals para HF e ligações de hidro gênio para HCl d ligações de hidrogênio para HF e dipolodipolo para HCl e ligações eletrostáticas para HF e dipolo induzido para HCl 59 U F Santa MariaRS A temperatura de ebulição das substâncias normal mente aumenta à medi da que aumenta a sua massa molecular Anali sando o gráfico que mos tra a temperatura de ebu lição TE de ácidos halo genídricos percebese que o HF tem um comportamento anômalo Esse com portamento do ácido fluorídrico pode ser atribuído aà a fortes ligações covalentes entre os átomos b formação de cristais covalentes c interações do tipo forças de Van der Waals d interações do tipo pontes de hidrogênio e fortes ligações iônicas entre os átomos Exercício resolvido 57 UnicampSP As pontes de hidrogênio formadas en tre moléculas de água HOH podem ser representa das conforme modelo abaixo Com base nesse modelo represente as pontes de hidrogênio que existem entre moléculas de amô nia NH3 O H H H H H O H O H O H H O H Resolução A água tem dois pares de elétrons livres e pode apre sentar uma arrumação espacial como a apresentada no enunciado O NH3 tem somente um par de elé trons livres e conseqüentemente só poderá apresen tar uma arrumação linear como mostramos abaixo N H H H H N H H H N H H H N H H 58 CeetepsSP Um iceberg é composto por moléculas de água que se mantêm fortemente unidas por meio de in terações do tipo a dipolo induzidodipolo permanente b dipolo instantâneodipolo induzido c ligações covalentes dativas d ligações covalentes e ligações de hidrogênio TE Massa molecular HF HCl HBr HI Exercício resolvido 60 E E MauáSP As substâncias dadas pelas suas fór mulas moleculares CH4 H2S e H2O estão em ordem crescente de seus pontos de ebulição Explique por que do ponto de vista estrutural esses compostos estão nessa ordem Resolução Porque o CH4 é covalente apolar entre suas molé culas há forças de Van der Waals que têm pouca intensidade O H2S é covalente polar entre suas mo léculas há forças dipolodipolo que já são um pou co mais intensas Finalmente o H2O é covalente e fortemente polar entre suas moléculas há pontes de hidrogênio que são ligações bem mais intensas do que as anteriores 61 PUCMG Observe as duas colunas a seguir Substância Ligação 1 Ne A iônica 2 Fe B covalente polar 2 NH3 C covalente apolar 4 KF D metálica 5 O2 E Van der Waals Considerando os tipos de ligações para as espécies quí micas qual das alternativas traz a associação correta a 4A 3B 2C 5D 1E d 4A 3B 5C 2D 1E b 3A 4B 5C 1D 2E e 4A 5B 3C 1D 2E c 5A 2B 1C 4D 3E a O que é ligação dipolodipolo e quando ela ocorre b O que é ponte de hidrogênio e quando ela ocorre c O que são forças de Van der Waals e quando elas ocorrem d As ligações químicas dentro das moléculas ou agregados iônicos são mais fracas ou mais fortes que as ligações entre as moléculas Qual delas é responsável pelas proprie dades químicas e qual é responsável pelas propriedades físicas das substâncias REVISÃO Responda em seu caderno EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno Capitulo 07BQF1PNLEM 30505 927 180 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 183 Capítulo 7 A GEOMETRIA MOLECULAR Condução de corrente elétrica Amostra Ponto de fusão Ponto de ebulição a 25 C 1000 C A 801 C 1413 C isolante condutor B 43 C 182 C isolante C 1535 C 2760 C condutor condutor D 1248 C 2250 C isolante isolante 80 MackenzieSP A observação e o estudo da natureza das substâncias e de seu comportamento são intrigan tes e por isso fascinantes Leia com atenção os fatos reais relatados abaixo Em relação a esses fatos é in correto afirmar A água ao contrário da maioria das substâncias au menta de volume ao se solidificar A água apesar de líquida nas condições ambientes pode ser obtida pela reação entre os gases hidrogênio e oxigênio a A estrutura hexagonal da água mantida pelas pontes de hidrogênio no estado sólido provoca um vazio dentro do cristal de gelo tornandoo mais volumoso b A existência de dipolos elétricos na água faz com que as moléculas se atraiam fortemente levandoas ao es tado líquido c Ao contrário do que ocorre na água substâncias simples como o hidrogênio e o oxigênio apresentam grande força de atração entre suas moléculas portanto são gases d Substâncias simples como o hidrogênio e o oxigênio possuem forças de atração fracas entre suas molécu las portanto são gases e O estado físico das substâncias depende das forças de atração entre suas moléculas 81 PUCSP Analise as propriedades físicas na tabela abaixo Segundo os modelos da ligação química A B C e D po dem ser classificados respectivamente como a composto iônico metal substância molecular metal b metal composto iônico composto iônico substância molecular c composto iônico substância molecular metal metal d substância molecular composto iônico composto iônico metal e composto iônico substância molecular metal com posto iônico LEITURA Já vimos que os metais são bons condutores de eletricidade porque dispõem de uma nuvem de elétrons livres ver página 152 Sob a ação de um campo elétrico essa nuvem se desloca rapidamente o que constitui a corrente elétrica Os nãometais são isolantes isto é não conduzem a corrente elétrica porque não têm a nuvem eletrônica Os semimetais estão em uma situação intermediária Por exemplo o silício em temperaturas baixas abaixo de 100 C negativos é isolante em temperatura ambiente o silício é um condutor pobre daí o nome de semicondutor assim como ocorre com o elemento germânio A condutividade elétrica de um semimetal pode ser aumentada até 100000 vezes pela adição de pequenas quantidades de impu rezas apropriadas no processo chamado dopagem São exemplos dessas impurezas o fósforo P o arsênio As o antimônio Sb o boro B etc usadas em proporções muito baixas 1 átomo de im pureza para cada 1 milhão de átomos de silício por exemplo Em decorrência desse fato os semicondutores causaram uma grande revolução nos aparelhos eletrônicos A associação de vários semicondutores deu origem a diodos transistores etc que substituí ram as antigas válvulas eletrônicas Posteriormente criaramse com plexos circuitos eletrônicos integrados na forma de pequenos chips que constituem atualmente o cérebro dos relógios digitais das cal culadoras de bolso e dos computadores modernos Importantes também são as células solares feitas de silício que transformam a energia solar diretamente em energia elétrica Assim hoje já se obtém energia elétrica de forma limpa isto é não poluente Atualmente as células solares já estão sendo utilizadas em telefones em regiões desérticas e em veículos experimentais veícu los movidos a energia solar como se costuma dizer Até o momento os veículos desse tipo ainda não estão suficientemente desenvolvidos para substituir os convencionais dotados de motor a explosão mas não deixam de representar uma alternativa promissora Painel de energia solar em poste de iluminação GARCIAPELAYO CID SEMICONDUTORES Chip de computador CID Capitulo 07BQF1PNLEM 30505 927 183 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 186 99 UnBDF Para produzir a grande quantidade de materiais de que necessita o homem tem ao seu dispor cerca de 90 diferentes tipos de átomos sem contar com os elementos artificiais que não são utilizados pela indústria Para me lhor organizar as informações sobre os elementos quími cos o cientista russo Mendeleyev propôs a utilização de uma Tabela Periódica similar à que se utiliza hoje Na indústria de computadores dois elementos importan tíssimos são o silício elemento que constitui aproximada mente 272 da massa da crosta terrestre e o germânio ambos utilizados para a confecção dos chips Estes cada vez menores mais complexos e eficientes já são feitos tam bém a partir de diamantes sintéticos que são uma for ma alotrópica do carbono No caso da memória de um computador os chips possuem a seguinte estrutura Camada de silício Camada de dióxido de silício Camada de silício contaminada dopada com átomos de fósforo Com o auxílio das informações contidas no enunciado e na tabela fornecida nesta prova julgue os itens que se seguem 0 Os símbolos químicos do silício e do fósforo são res pectivamente S e F 1 Alguns elementos que constam da Tabela Periódica recebem o nome de gases nobres porque não rea gem com nenhuma substância 2 O silício e o fósforo são usados na fabricação dos chips porque pertencem à mesma família na Tabela Periódica 3 A utilização do germânio em vez do silício para con fecção de chips pode ser entendida a partir de uma análise da Tabela Periódica 100 EnemMEC Quando definem moléculas os livros ge ralmente apresentam conceitos como a menor parte da substância capaz de guardar suas propriedades A partir de definições desse tipo a idéia transmitida ao estudante é a de que o constituinte isolado moléculas contém os atributos do todo É como dizer que uma molécula de água possui densidade pressão de vapor tensão superficial ponto de fusão ponto de ebulição etc Tais propriedades pertencem ao conjunto isto é manifestamse nas relações que as moléculas mantêm entre si Adaptado de OLIVEIRA R J O mito da substância Química Nova na Escola n 1 1995 O texto evidencia a chamada visão substancialista que ainda se encontra presente no ensino da Química Abai xo estão relacionadas algumas afirmativas pertinentes ao assunto I O ouro é dourado pois seus átomos são dourados II Uma substância macia não pode ser feita de mo léculas rígidas III Uma substância pura possui pontos de ebulição e fusão constantes em virtude das interações entre suas moléculas IV A expansão dos objetos com a temperatura ocorre porque os átomos se expandem Dessas afirmativas estão apoiadas na visão substan cialista criticada pelo autor apenas a I e II b III e IV c I II e III d I II e IV e II III e IV Capitulo 07BQF1PNLEM 30505 927 186 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 187 Capítulo 8 ÁCIDOS BASES E SAIS INORGÂNICOS ÁCIDOS BASES E SAIS INORGÂNICOS 8 Capítulo Apresentação do capítulo Num supermercado a grande quantidade de tipos itens e marcas de mercadorias obriga a agrupálos em determinados corredores gôndolas e prateleiras as massas as bebidas os produtos de limpeza etc Essa arrumação classificação facilita muito a vida dos consumidores Na Química ocorre algo semelhante Atualmente são conhecidos vários milhões de substâncias diferentes É um número muito grande e que aumenta a cada dia Conseqüentemente tornase necessário agrupar as substâncias em famílias que apresentem propriedades semelhantes Essas famílias são denominadas funções Na Química Inorgânica as funções mais importantes são os ácidos as bases os sais e os óxidos assuntos deste e do próximo capítulos Tópicos do capítulo 1 Introdução 2 Ácidos 3 Bases ou hidróxidos 4 Comparação entre ácidos e bases 5 Sais Leitura O tratamento da água JOSE LUCAS RUIZ CID Salina na Ilha Cristina Huelva Espanha Capitulo 08AQF1PNLEM 30505 937 187 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 188 1 INTRODUÇÃO Tarefa das mais importantes na atividade científica é reunir substâncias semelhantes em classes ou grupos de modo a facilitar seu estudo Uma classificação fundamental nascida na metade do século XVIII é a que divide as substâncias em inorgânicas ou minerais e orgânicas Inicialmente diziase Substância inorgânica ou mineral é a que se origina dos minerais Substância orgânica é a que se origina dos organismos vivos vegetais e animais Posteriormente verificouse que todas as substâncias orgânicas contêm o elemento carbono e então passouse a dizer Substâncias orgânicas são as que contêm carbono Substâncias inorgânicas ou minerais são as formadas por todos os demais ele mentos químicos Dentro desse critério porém existem exceções de fato há compostos que contêm carbono mas que apresentam todas as características de substância inorgânica como CO CO2 Na2CO3 KCN etc Devido às suas características essas substâncias são consideradas inorgânicas As substâncias orgânicas serão estudadas no volume 3 desta obra No volume 1 vamos nos dedicar ao estudo das substâncias inorgânicas ou minerais Sabendo porém que o número de compostos inorgânicos é muito grande convém subdividilos em agrupamentos menores denominados funções químicas inorgânicas De modo geral dizemos que Função química é um conjunto de substâncias com propriedades químicas semelhan tes denominadas propriedades funcionais As principais funções químicas inorgânicas que iremos estudar são os ácidos as bases os sais e os óxidos Antes porém de iniciarmos o estudo das funções químicas inorgânicas devemos comentar a chamada teoria da dissociação iônica de Arrhenius Arrhenius verificou no fim do século XIX que algumas soluções aquosas conduziam corrente elétrica e outras não Por exemplo Solução de água e açucar Lâmpada apagada A lâmpada se mantém apagada provando que a solução de água e açúcar não permite a passagem da corrente elétrica solução nãoeletrolítica Solução de água e sal comum Lâmpada acesa A lâmpada se acende provando que a solução de água e sal permite a passagem da corrente elétrica solução eletrolítica Svante August Arrhenius Nasceu na Suécia em 1859 Em 1876 ingressou na Universidade de Upsala onde se dou torou em 1884 A partir de 1891 tornouse professor na Universidade de Estocolmo Já em 1884 propôs sua célebre teoria da dissociação iônica que revolucionou o mundo científico da época De fato suas idéias sobre a existência de íons foram de início muito combatidas pois na época era aceito o modelo atômico de Dalton que falava em partículas neutras e indivisíveis Aos poucos porém as idéias de Arrhenius não só foram aceitas como também contribuíram para o desenvolvimento das teo rias eletrônicas da matéria Por seus trabalhos Arrhenius recebeu em 1903 o Prêmio Nobel de Química G A R C I A P E L A Y O C I D Capitulo 08AQF1PNLEM 30505 937 188 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 215 Capítulo 8 ÁCIDOS BASES E SAIS INORGÂNICOS A água é um bem precioso Nas grandes cidades a captação da água seu tratamento e sua distribui ção estão se tornando cada vez mais difíceis Portanto não desperdice água abra pouco as torneiras tome banhos rápidos não abuse na descarga de aparelhos sanitários não lave automóveis desnecessaria mente etc Com o aumento da população da Terra dizem alguns técnicos que já neste século possivelmente haverá falta de água potável o que poderá até levar a humanidade a uma guerra pela água 70 De onde vem a água que bebemos 71 O que é água potável Quais são suas características 72 No que consiste o tratamento da água para o consumo público 73 EnemMEC A falta de água doce no planeta será possivelmente um dos mais graves problemas deste século Prevêse que nos próximos vinte anos a quantidade de água doce disponível para cada habitante será drasticamente reduzida Por meio de seus diferentes usos e consumos as atividades humanas interferem no ciclo da água alterando a a quantidade total mas não a qualidade da água disponível no planeta b a qualidade da água e sua quantidade disponível para o consumo das populações c a qualidade da água disponível apenas no subsolo terrestre d apenas a disponibilidade de água superficial existente nos rios e lagos e o regime de chuvas mas não a quantidade de água disponível no planeta 74 EnemMEC Considerando os custos e a importância da preservação dos recursos hídricos uma indústria decidiu purificar parte da água que consome para reutilizála no processo industrial De uma perspectiva econômica e ambiental a iniciativa é importante porque esse processo a permite que toda água seja devolvida limpa aos mananciais b diminui a quantidade de água adquirida e comprometida pelo uso industrial c reduz o prejuízo ambiental aumentando o consumo de água d torna menor a evaporação da água e mantém o ciclo hidrológico inalterado e recupera o rio onde são lançadas as águas utilizadas 75 Vunesp Nas estações de tratamento de água uma das etapas do tratamento para obtenção de água potável consiste na eliminação das impurezas que se encontram em suspensão Isto é feito produzindose hidróxido de alumínio e sulfato de cálcio na superfície da água a ser tratada O hidróxido de alumínio atua como floculante arrastando consigo as impurezas sólidas para o fundo do tanque de decantação Com base nas informações fornecidas os compostos utilizados nas estações de tratamento de água são a AlCl3 e NaOH c Al2SO43 e KOH e Al2SO43 e CaHCO32 b AlNO33 e KOH d Al2SO43 e Na2CO3 76 EnemMEC Visando adotar um sistema de reutilização de água uma indústria testou cinco sistemas com diferentes fluxos de entrada de água suja e fluxos de saída de água purificada Sistema I Sistema II Sistema III Sistema IV Sistema V Fluxo de entrada água suja 45 Lh 40 Lh 40 Lh 20 Lh 20 Lh Fluxo de saída água purificada 15 Lh 10 Lh 5 Lh 10 Lh 5 Lh Supondo que o custo por litro de água purificada seja o mesmo obtémse maior eficiência na purificação por meio do sistema a I b II c III d IV e V KING FEATURES INTERCONTINENTAL PRESS A Legião By Bill Don Wilder Responda em seu caderno Questões sobre a leitura Capitulo 08BQF1PNLEM 30505 945 215 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 218 ÓXIDOS INORGÂNICOS 9 Capítulo Apresentação do capítulo Os óxidos inorgânicos constituem uma família muito importante grande e diversificada de compostos químicos Basta lembrar da água e de muitos minérios de onde são extraídos metais de grande importância na vida diária São óxidos os principais poluentes de nossa atmosfera CO SO2 SO3 NO NO2 etc Neste capítulo iremos também relacionar as funções inorgânicas com a Classificação Periódica Mostraremos como a Classificação Periódica pode ajudar no problema de formulação e da nomenclatura dos compostos inorgânicos Por fim teremos uma leitura importante que diz respeito à formação da chamada chuva ácida Tópicos do capítulo 1 Definição de óxido 2 Fórmula geral dos óxidos 3 Óxidos básicos 4 Óxidos ácidos ou anidridos 5 Óxidos anfóteros 6 Óxidos indiferentes ou neutros 7 Óxidos duplos mistos ou salinos 8 Peróxidos 9 Óxidos importantes 10 As funções inorgânicas e a Classificação Periódica Leitura A chuva ácida RICARDO AZOURY PULSAR Extração de minério de ferro em Carajás Capitulo 09QF1PNLEM 30505 947 218 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 232 21 CesgranrioRJ São dadas as seguintes fórmulas Ca3PO42 CsCl e Rb2CrO4 Por analogia a opção que contém as fórmulas corretas das substâncias arsenato de magnésio fluoreto de lítio e molibdato de sódio é a Mg3AsO42 LiF2 Na2MoO4 b Mg3AsO42 Li2F Na2MoO4 c Mg3AsO42 LiF Na2MoO4 d Mg2AsO43 LiF NaMoO4 e MgAsO4 LiF NaMoO4 22 PUCRJ As fórmulas dos hidretos de alguns ametais e semimetais estão apresentadas a seguir AlH3 SiH4 PH3 GaH3 AsH3 InH3 SnH4 SbH3 Com base nesses dados e com o auxílio da Tabela Periódica podese dizer que a fórmula correta para o hidreto de germânio será a GeH c GeH3 e GeH5 b GeH2 d GeH4 a iônica sólido d covalente líquido b metálica sólido e covalente gasoso c covalente sólido 25 UlbraRS É possível prever teoricamente a existência de diferentes substâncias pela posição dos elementos que as formam na Tabela Periódica Assim é provável que não ocorra a Mg2P3 c SrO e K2S b SiCl4 d LiF 26 CesgranrioRJ Dois elementos X e T apresentam so mente covalências simples nos compostos oxigenados de fórmulas X2O e TO2 A opção correta é a X pode formar hidróxidos de fórmulas XOH e XOH2 b T pode formar ácidos de fórmulas HT e H2T c X pode formar oxiácidos de fórmulas HXO e HXO4 d T pode formar hidróxidos de fórmulas TOH e TOH3 e X e T podem ser calcogênios 27 CesgranrioRJ A opção que apresenta os óxidos em or dem crescente de caráter ácido é a MgO P4O10 Al2O3 Cl2O7 b MgO Cl2O7 P4O10 Na2O c Na2O Al2O3 SO3 SiO2 d Na2O Al2O3 SiO2 SO3 e Na2O Cl2O7 MgO P4O10 28 FMUSP Nos garimpos utilizase mercúrio para separar o ouro das impurezas Quando o mercúrio entra em con tato com a água dos rios causa uma séria contaminação é absorvido por microrganismos que são ingeridos pe los peixes pequenos os quais são devorados pelos peixes grandes que são usados na alimentação humana Pode mos prever com o auxílio da Tabela que um elemento com comportamento semelhante ao do mercúrio é a Na c Cd e Fe b C d Ca 29 VestRio Um médico atendeu um paciente com dores abdominais originadas de uma patologia denominada úlcera péptica duodenal Para tratamento desse pacien te o médico prescreveu um medicamento que contém um hidróxido metálico classificado como uma base fra ca Esse metal pertence de acordo com a Tabela Perió dica ao seguinte grupo a 1A c 6A e Zero b 3A d 7A Exercício resolvido 23 Vunesp Com base na distribuição eletrônica o ele mento de número atômico 19 combinase mais fa cilmente formando um composto iônico com o ele mento de número atômico a 11 c 18 e 27 b 17 d 20 Resolução Nesta questão os elementos químicos são mencio nados por seus números atômicos Podemos então identificálos facilmente olhando para a Tabela Periódica Temos assim dado 19 potássio K alcalino positivo a 11 sódio Na KCl b 17 cloro Cl halogênio negativo c 18 argônio Ar d 20 cálcio Ca e 27 cobalto Co Alternativa b 24 CeetepsSP À temperatura ambiente a ligação química e o estado físico de um composto binário constituído por elementos pertencentes a famílias extremas por exem plo 2A e 6A da tabela periódica são respectivamente 30 Escreva as fórmulas dos óxidos máximos óxido máximo é o que contém o elemento em seu Nox máximo de a vanádio V d zircônio Zr b germânio Ge e cromo Cr c manganês Mn 31 UFMG Considere os seguintes elementos hipotéticos cujos números atômicos estão dados nos índices inferiores 114G 115J 116L 117X e 118Z Entre seus compostos abaixo qual é o mais provável de um dia ser sintetizado a GO2 c FeL2 e Z2 b JCl4 d CaX 32 UFMG Considere os seguintes elementos e os seus res pectivos números atômicos alumínio 13 silício 14 enxofre 16 e bário 56 A alternativa que indica o hidreto menos provável de ser formado é a AlH2 c H2S b BaH2 d SiH4 33 PUCCampinasSP Considere os seguintes elementos químicos e suas localizações na Tabela Periódica A família 1A B família 5A C família 6A D família 7A Qual é a fórmula representativa de uma possível substân cia formada por dois dos elementos citados e cuja molé cula apresenta três ligações covalentes a AB3 c B3C e BD3 b A2B d AD EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno Capitulo 09QF1PNLEM 30505 950 232 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 234 Os efeitos da chuva ácida são múltiplos e sempre bastante nocivos Plantas absorvem substâncias venenosas Ácidos presentes no ar e na chuva prejudicam as pessoas Reações químicas na atmosfera H2SO4 e HNO3 caem como chuva ácida Gases e ácidos deterioram edifícios Lagos são envenenados matando plantas e animais aquáticos Gases ácidos danificam as árvores O solo se torna ácido Óxidos de enxofre e nitrogênio provenientes de fábricas e escapamentos de veículos entram na atmosfera Nos lagos a chuva ácida provoca a morte dos peixes nas florestas a destruição das árvores O próprio solo se altera quimicamente envene nando as plantações e reduzindo as colheitas As águas subterrâneas são contaminadas Há corrosão e desgaste dos prédios e dos monumentos Por fim a própria saúde do homem e dos animais é prejudicada com o aparecimento de várias enfermidades do sistema respiratório como tosse bronquite e enfisema pulmonar Um incidente triste ocorreu em Londres em dezembro de 1952 quando a cidade ficou coberta durante vários dias por uma nuvem de fumaça smoke e neblina fog conhecida pela abreviação smog aproximadamente 4000 pessoas principalmente crian ças e idosos acabaram morrendo por causa dessa forte poluição As soluções para a chuva ácida são caras e de aplicação complicada pois envolvem aspectos técnicos econômicos políticos sociais etc Do ponto de vista técnico recomendamse como medidas principais a purificação do carvão mineral antes de seu uso o emprego de caldeiras com sistemas de absorção de SO2 o uso de petróleo de melhor qualidade e a purificação de seus deri vados visando à eliminação de compostos de enxofre nas cidades o maior uso de transporte coletivo metrôs trens suburba nos ônibus etc e o desestímulo ao uso de carros particulares a construção de carros menores com motores mais eficientes e com escapamentos providos de catalisadores que decomponham os ga ses tóxicos e nocivos e muitas outras medidas aplicáveis às indústrias às residências aos transportes e ao nosso diaadia Efeitos da chuva ácida numa estátua em antigo edifício na Europa SPLSTOCK PHOTOS KING FEATURES INTERCONTINENTAL PRESS HAGAR Dik Browne Capitulo 09QF1PNLEM 30505 951 234 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 237 Capítulo 10 AS REAÇÕES QUÍMICAS AS REAÇÕES QUÍMICAS 10 Capítulo Apresentação do capítulo Nos capítulos iniciais deste livro falamos em matéria e em suas transformações Vimos que as transformações ou reações químicas produzem novos materiais e muitas vezes produzem também energia que é usada para movimentar máquinas e veículos Em seguida por meio da teoria atômica explicamos a estrutura dos átomos e suas ligações para formar as substâncias da natureza Mostramos também como os elementos químicos são agrupados na Tabela Periódica e como as substâncias inorgânicas são reunidas em funções Vivemos em um mundo rodeado de reações químicas Na cozinha o preparo dos alimentos envolve reações químicas muito complexas O próprio ato de comer dá início a uma série de reações químicas que ocorrem em nosso organismo e que sustentam a vida Na partida o ônibus espacial queima hidrogênio e gera nuvens de vapor dágua Nos capítulos anteriores já mencionamos várias reações químicas envolvendo ácidos bases sais e óxidos Agora vamos ampliar o estudo das reações Mostraremos como se pode prever e agrupar as reações químicas mais comuns Tópicos do capítulo 1 Introdução 2 Balanceamento das equações químicas 3 Classificações das reações químicas 4 Quando ocorre uma reação química 5 Resumo das principais reações envolvendo as funções inorgânicas Leitura O vidro e o cimento CID Partida do ônibus espacial Endeavour Capitulo 10AQF1PNLEM 29505 2016 237 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 262 MASSA ATÔMICA E MASSA MOLECULAR 11 Capítulo Tópicos do capítulo 1 Unidade de massa atômica u 2 Massa atômica 3 Massa molecular 4 Conceito de mol 5 Massa molar M Leitura História das medições EDUARDO SANTALIESTRA Quantas moléculas de sacarose existem em uma amostra de 342 g de açúcar Apresentação do capítulo Neste capítulo vamos começar a falar nas quantidades envolvidas nas reações químicas Lembrese de que diariamente lidamos com quantidades quilômetros percorridos numa viagem quilogramas de alimentos comprados num supermercado litros de combustível colocados no tanque de um carro e assim por diante O estudo das quantidades de reagentes e de produtos que participam de uma reação química exige o uso de grandezas e de unidades adequadas Os átomos e as moléculas são muito pequenos para serem pesados nas balanças de que dispomos mesmo nas mais sensíveis Tornouse então necessário estabelecer uma escala comparativa entre as massas dos diferentes átomos e moléculas Daí surgiram os conceitos de massa atômica e de massa molecular De importância também fundamental é o conceito de mol Capitulo 11QF1PNLEM 6705 1448 262 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 277 Capítulo 12 ESTUDO DOS GASES ESTUDO DOS GASES 12 Capítulo Apresentação do capítulo O estado gasoso tem grande importância teórica e prática Na prática os gases são importantes na vida dos vegetais e dos animais afinal respiramos assim como em indústrias e transportes O gás natural é um ótimo combustível e mais limpo que o carvão ou o petróleo O gás oxigênio além de seu uso hospitalar é usado na siderurgia nos maçaricos de cortar e soldar metais etc Do ponto de vista teórico podemos dizer que o entendimento do papel dos gases foi muito importante para a compreensão das reações químicas Tópicos do capítulo 1 Introdução 2 O estado gasoso 3 O volume dos gases 4 A pressão dos gases 5 A temperatura dos gases 6 As leis físicas dos gases 7 Equação geral dos gases 8 Condições normais de pressão e temperatura CNPT 9 Teoria cinética dos gases 10 Gás perfeito e gás real 11 Leis volumétricas das reações químicas leis químicas dos gases 12 Volume molar 13 Equação de Clapeyron 14 Misturas gasosas 15 Densidades dos gases 16 Difusão e efusão dos gases Leitura A camada de ozônio CID Festival de balonismo Capitulo 12AQF1PNLEM 29505 2037 277 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 282 6 AS LEIS FÍSICAS DOS GASES São leis experimentais que mostram como varia o volume de um gás quando a pressão e a temperatura desse gás variam Considerando que essas variações são transformações físicas concluí mos que essas leis são mais pertinentes à Física do que à Química Algumas expressões comumente usadas são estado de um gás são as condições de volume V pressão P e temperatura T em que esse gás se encontra variáveis de estado são as grandezas V P e T transformações gasosas são as variações de V P eou T 61 Lei de BoyleMariotte Se você apanhar uma bomba de encher pneu de bicicleta puxar o êmbolo total mente para fora fechar a saída de ar com um dedo e empurrar o êmbolo notará que é possível deslocálo um pouco para dentro quanto maior for a força que você con seguir exercer maior será esse deslocamento Pois bem os cientistas Boyle e Mariotte fizeram cada um a seu tempo uma experiência semelhante que veio a resultar na lei que leva seus nomes eles provocaram a variação da pressão de uma determinada massa de gás mas tendo o cuidado de mantêlo a temperatura constante É o que se chama de transformação isotérmica do grego iso igual thermo calor No cilindro ilustrado abaixo notamos que aumentando a pressão sobre o gás o volume deste diminui dando resultados como os que são mostra dos na tabela a seguir Na tabela abaixo podemos observar que o produto PV é constante Sir Robert Boyle Pressão P em atm Volume V em mL Produto PV 2 600 1200 4 300 1200 6 200 1200 8 150 1200 Observamos assim que dobrando triplicando etc a pressão sobre o gás seu volume se reduz à metade a um terço etc permanecendo constan te porém o produto PV Por isso dizemos mate maticamente que a pressão e o volume são gran dezas inversamente proporcionais Dessas observa ções vem o enunciado da lei de BoyleMariotte Sob temperatura constante o vo lume ocupado por determinada mas sa gasosa é inversamente proporcio nal à sua pressão Massa constante Temperatura constante 2º estado 1º estado V1 P1 V2 P2 Transformação isotérmica Robert Boyle e Edme Mariotte Filósofo e naturalista inglês nasceu em Lis more Castle em 1627 e faleceu em Lon dres em 1691 Boyle estudou os gases com afinco e é considerado um dos fun dadores da Química Seu livro O químico cético mudou a interpretação da Quími ca no seu tempo Boyle foi também um dos fundadores da Sociedade Real de Ciências da Inglaterra Em 1676 o físico francês Edme Mariotte 16201684 repetiu a experiência de Boyle e a divulgou na França dizendo honestamente que a descoberta fora devida ao cientista inglês B I B L I O T E C A N A C I O N A L M A D R I D C I D Capitulo 12AQF1PNLEM 29505 2038 282 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 287 Capítulo 12 ESTUDO DOS GASES 10 GÁS PERFEITO E GÁS REAL Gás perfeito ou gás ideal seria o gás que obedeceria rigorosamente às leis e fórmulas estudadas neste capítulo em quaisquer condições de pressão e temperatura e também deveria encaixarse perfei tamente no modelo descrito pela teoria cinética Na prática tal gás não existe Os gases comuns que chamaremos de gases reais sempre se afastam do comportamento de um gás perfeito principalmente a pressões muito altas eou temperaturas muito baixas Nesses casos o volume dos gases se reduz bastante e as partículas se avizinham passando umas a interferir no movimento das outras Como conseqüência o comportamento dos gases passa a se afastar daquele previsto pela teoria cinética Desse modo podemos concluir que um gás real se assemelha mais ao gás perfeito à medida que a pressão diminui e a temperatura aumenta em outras palavras o comportamento de um gás será tanto mais perfeito quanto mais rarefeito ele estiver 1a Materiais 1 saco de lixo de cor preta Procedimento Abra o saco de lixo para que entre ar dentro dele Fe cheo muito bem e deixeo sob o calor do sol Anote as observações no caderno Pergunta 1 O que ocorreu com o saco de lixo deixado ao sol Por quê 2a Materiais 1 seringa plástica sem agulha Procedimento Puxe o êmbolo da seringa até a metade para que o ar entre dentro dela e fechea na extremidade com o dedo Sempre com a extremidade da seringa fechada pressione aumente a pressão sobre o êmbolo para re duzir o volume de ar dentro da seringa Solte o êmbolo e observe anotando no caderno o que ocorre Ainda com a extremidade da seringa fechada puxe o êmbolo a fim de aumentar o volume de ar dentro dela Solte o êmbolo e observe anotando no caderno o que ocorreu Perguntas 1 Como varia o volume de ar dentro da seringa em rela ção à pressão exercida no êmbolo 2 O que ocorre com os balões cheios de gás hélio quan do eles escapam para a atmosfera Por quê 3a Materiais 1 balão de borracha do tipo usado em festas Procedimento Encha o balão de borracha e fecheo muito bem Co loque o balão cheio de ar no congelador ou no freezer por 1 hora Depois retire o balão do congelador e ano te imediatamente no caderno as observações Aguarde alguns minutos e observe novamente o balão anotando no caderno as observações Perguntas 1 Como varia o volume de ar dentro do balão em rela ção à temperatura Por quê 2 A pressão do ar dentro dos pneus de um automóvel é maior quando o carro está em movimento ou quando ele está parado Por quê 3 A pressão do ar dentro dos pneus de um automóvel é maior em dias mais quentes ou em dias mais frios Por quê ATIVIDADES PRÁTICAS a Sob temperatura constante qual a relação entre o volume ocupado por determina da massa gasosa e sua pressão b Sob pressão constante qual a relação entre o volume ocupado por determinada massa gasosa e sua temperatura absoluta c Sob volume constante qual a relação entre a pressão exercida por determinada massa gasosa e sua temperatura absoluta d Quais valores de pressão e temperatura correspondem às condições normais de pressão e temperatura CNPT e O que enuncia a teoria cinética f O que é gás perfeito ou ideal REVISÃO Responda em seu caderno Capitulo 12AQF1PNLEM 29505 2039 287 CÁLCULO DE FÓRMULAS 13 Capítulo Apresentação do capítulo Os cálculos do cientista Albert Einstein permitiram ampliar as bases da Física e mudaram o mundo Tópicos do capítulo 1 As fórmulas na Química 2 Cálculo da fórmula centesimal 3 Cálculo da fórmula mínima 4 Cálculo da fórmula molecular Leitura O efeito estufa Nos dois capítulos anteriores vimos cálculos importantes como os que envolvem a massa atômica o mol a massa molar e uma série de outros envolvendo os gases Agora vamos estudar o cálculo das fórmulas das substâncias Sem dúvida as fórmulas são muito importantes pois ajudam na identificação de cada substância Falaremos das fórmulas centesimal mínima e molecular BETTMANN CORBIS STOCK PHOTOS Capitulo 13QF1PNLEM 29505 2101 322 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 323 Capítulo 13 CÁLCULO DE FÓRMULAS TRIBUNE MEDIA INTERCONTINENTAL PRESS O MAGO DE ID Parker and Hart 1 AS FÓRMULAS NA QUÍMICA São conhecidas atualmente milhões de substâncias químicas Para identificálas são usados no mes e fórmulas Em capítulos anteriores já aprendemos os nomes e as fórmulas de muitas substâncias como por exemplo ácido sulfúrico H2SO4 ácido fosfórico H3PO4 óxido ferroso FeO óxido de cromo III Cr2O3 Estas são chamadas fórmulas moleculares ou simplesmente fórmulas pois representam de fato a molécula da substância considerada do ponto de vista tanto qualitativo como quantitativo As sim por exemplo quando dizemos que a fórmula molecular do ácido sulfúrico é H2SO4 isso indica que o ácido sulfúrico é formado por hidrogênio enxofre e oxigênio e que em cada molécula desse ácido existem 2 1 e 4 átomos dos elementos que o constituem respectivamente Como apareceram essas fórmulas na Química Elas surgiram na segunda metade do século XIX como conseqüência das leis das reações e da teoria atômicomolecular Sem dúvida a fórmula de uma substância é importante pois dá a idéia clara de sua composição química E atualmente como as fórmulas são determinadas É evidente que quando os químicos descobrem uma nova substância eles não conhecem a sua fórmula O caminho clássico nessas ocasiões é subme ter a substância a uma análise química A análise começa pela purificação da substância que é a chamada análise imediata Em seguida a substância já purificada é submetida a uma análise elemen tar qualitativa e quantitativa Na qualitativa determinamse quais são os elementos presentes na substância e na quantitativa quanto há de cada elemento Com esses dados podese então calcular a fórmula centesimal que passamos a explicar adiante 2 CÁLCULO DA FÓRMULA CENTESIMAL Em nosso diaadia encontramos porcentagens com grande freqüência Ouvimos diariamente fra ses do tipo A inflação do mês foi de 12 No último ano a população aumentou 13 O preço da gasolina subiu 23 etc Na Química acontece fato semelhante Dizemos por exemplo que a composição centesimal do metano CH4 é 75 de carbono e 25 de hidrogênio Isso significa que em cada 100 g de metano encontramos 75 g de carbono e 25 g de hidrogênio Capitulo 13QF1PNLEM 29505 2102 323 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 333 Capítulo 13 CÁLCULO DE FÓRMULAS Como conseqüência o efeito estufa vem se intensificando pois maiores quantidades de CO2 na at mosfera retêm cada vez mais radiações infravermelhas refletidas pela Terra impedindo essas radiações de escapar para o espaço exterior Além disso os cientistas constataram que não só o CO2 e o vapor de água retêm o calor refletido pela Terra mas também partículas em suspensão no ar e outros gases poluentes como o CO NOx O3 CFC CH4 metano etc Esses gases passaram a ser chamados de gases do efeito estufa e calculase que eles podem ser os responsáveis por até 50 desse efeito E quais são as ameaças do aumento do efeito estufa e do conseqüente aumento da temperatura da Terra São inúmeras e o que é pior de difícil previsão Vejamos alguns exemplos Um dos perigos desse problema é o derretimento de parte das calotas polares com o conseqüente aumento do nível médio dos oceanos e a inundação de regiões baixas à beiramar por exemplo cidades como o Rio de Janeiro Nova York Veneza etc e países como a Holanda Bangladesh etc Também representam perigo as modificações climáticas mais ou menos profundas como alteração no regime das chuvas regiões com muita chuva havendo deslizamento de morros e regiões com secas severas ocorrendo desertificação tempestades e furacões mais freqüentes e mais violentos temperaturas mais altas Ocorreriam alterações na agricultura não só devido às variações de temperatura e chuvas mas também pela proliferação de pragas e insetos Haveria ainda maior quantidade de CO2 dissolvido nos oceanos rios e lagos provocando alterações no desenvolvimento dos corais e das carapaças de animais aquáticos com reflexos em toda a vida vegetal e animal das águas As grandes cidades e as grandes aglomerações industriais sofrem ainda mais os efeitos da poluição atmosférica por ocasião de um fenômeno meteorológico conhecido como inversão térmica Icebergs Territórios do Nordeste Canadá Praça de São Marcos inundada Veneza Itália 17112002 Sem inversão Sem a inversão térmica a temperatura do ar vai diminuindo gradativamente com a altitude e os gases emitidos por fábricas e veículos sobem e se dispersam pois são mais quentes que o próprio ar Altitude Temperatura Com inversão Altitude Temperatura Com a inversão térmica a temperatura do ar aumenta abruptamente na chamada camada de inversão essa camada abafa a fumaça e sufoca a cidade Camada de inversão CID CHRISTOPHE LEPETIT GAMMA Capitulo 13QF1PNLEM 29505 2104 333 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 336 CÁLCULO ESTEQUIOMÉTRICO 14 Capítulo Apresentação do capítulo Indústria química em Runcorn Cheschire Inglaterra Tópicos do capítulo 1 Introdução 2 Casos gerais de cálculo estequiométrico 3 Casos particulares de cálculo estequiométrico Leitura Produção do ferro e do aço O padeiro estima a quantidade de farinha para fazer certo número de pães A montadora de automóveis calcula o número de peças que irá precisar no mês As equipes de Fórmula 1 calculam a quantidade de combustível para os carros completarem um certo número de voltas no circuito Num exame de sangue o laboratório calcula os índices pedidos pelo médico O banco calcula os juros a serem cobrados por um empréstimo E assim por diante Lembrese também que muitas profissões são baseadas em cálculos economistas administradores contadores engenheiros agrimensores projetistas etc Na Química não podia ser diferente Um dos interesses principais é o cálculo das quantidades de reagentes eou produtos de uma reação isto é o cálculo estequiométrico MARTIN BOND SPLSTOCK PHOTOS Capitulo 14aQF1PNLEM 29505 2108 336 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 337 Capítulo 14 CÁLCULO ESTEQUIOMÉTRICO 1 INTRODUÇÃO Tanto no laboratório como na indústria química é muito importante calcular as quantidades das substâncias que são utilizadas ou produzidas nas reações químicas Aliás esse cálculo é importante também em nosso cotidiano Ao preparar um bolo por exemplo devemos misturar os ingredientes farinha ovos açúcar etc numa proporção adequada Caso contrário ao levar o bolo ao forno a reação química que aí se processa não atingirá o resultado desejado De modo geral esses cálculos são simples Por exemplo se fizermos a seguinte pergunta Se para preparar um bolo precisamos de 3 ovos então quantos ovos serão necessários para preparar dois bolos Qualquer pessoa responderá de cabeça 6 ovos Esse é um cálculo típico entre duas grandezas bolos e ovos diretamente proporcionais Essa é também a idéia fundamental do cálculo estequiométrico Do ponto de vista matemático o cálculo estequiométrico exige apenas as quatro operações funda mentais soma subtração multiplicação e divisão O consumo de combustível depende do tamanho da potência e da velocidade do veículo Quando um bolo é preparado os ingredientes são misturados em quantidades muito bem definidas Daí a definição Cálculo estequiométrico ou estequiometria do grego stoikheion elemento metron medição é o cálculo das quantidades de reagentes eou produtos das reações químicas feito com base nas leis das reações e executado em geral com o auxílio das equações químicas correspondentes JACEK IWANICKI KINO EDUARDO SANTALIESTRA CID MAURÍCIO DE SOUSA PRODUÇÕES Capitulo 14aQF1PNLEM 29505 2108 337 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 364 O aço liga ferrocarbono como já vimos na página 362 é o produto siderúrgico mais importante e de maior utilidade no mundo moderno É obtido pela purificação do gusa que pode ser feita por vários processos atualmente o mais comum é o conversor a oxigênio no qual um jato de oxigênio queima as impurezas do gusa até chegar aos limites adequados ao aço adicionase também um pouco de fundente que reagirá com parte das impurezas formando a escória correspondente Vemos abaixo um esquema do conversor a oxigênio As características do aço comum dependem fundamentalmente de dois fatores a porcentagem de carbono aços com teores baixos de carbono são mais maleáveis e dúcteis aços com mais carbono são duros e tenazes o tratamento térmico chamamos de tratamento térmico ao aquecimento seguido de resfriamento do aço com intensidades e velocidades variáveis isso altera as propriedades do aço pois modifica sua estrutura cristalina Dois exemplos de tratamento térmico importantes são a têmpera é o aquecimento seguido de um resfriamento rápido do aço com esse tratamento o aço fica mais duro porém mais quebradiço o recozimento é o aquecimento seguido de um resfriamento mais lento do aço com isso ele fica mais elástico porém menos duro O aço comum é utilizado na forma de chapas para automóveis fogões geladeiras na construção civil fios arames cabos vergalhões para concreto perfis trilhos vigas para construções em várias formas eixos para máquinas e veículos O aço é também muito utilizado na produção de aços especiais ou açosliga que foram menciona dos na página 362 Interior de fundição vendose o caldeirão despejando metal derretido num forno USIS CID UNITED MEDIA INTERCONTINENTAL PRESS Entrada de oxigênio puro Lança de oxigênio Conversor Gases que irão passar por um purificador Chaminé Saída do aço purificado inclinase o conversor Aço fundido e escória Conversor a oxigênio FRANK ERNEST by Bob Thaves Capitulo 14cQF1PNLEM 29505 2122 364 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 376 LISTA DE SIGLAS AcafeSC Associação Catarinense das Fundações Educacionais AEUDF Associação de Ensino Unificado do Distrito Federal AmanRJ Academia Militar das Agulhas Negras CeetepsSP Centro Estadual de Educação Tecnológica Paula Souza CefetPR Centro Federal de Educação Tecnológica do Paraná CesgranrioRJ Fundação Cesgranrio EEMSP Escola de Engenharia Mauá EfoaMG Escola de Farmácia e Odontologia de Alfenas EnemMEC Exame Nacional de Ensino Médio EsalMG Escola Superior de Agronomia de Lavras EsanSP Escola Superior de Administração de Negócios EsefJundiaíSP Escola Superior de Educação Física de Jundiaí EstácioRJ Universidade Estácio de Sá F IberoAmericanaSP Faculdade IberoAmericana de Letras e Ciências Humanas F M Pouso AlegreMG Faculdade de Medicina de Pouso Alegre FaapSP Fundação Armando Álvares Penteado FaesaES Faculdades Integradas EspíritoSantenses FafeodMG Faculdade Federal de Odontologia de Diamantina FaspSP Faculdades Associadas de São Paulo FatecSP Faculdade de Tecnologia de São Paulo FCCBA Fundação Carlos Chagas da Bahia FCMSCSPSP Faculdade de Ciências Médicas da Santa Casa de São Paulo FEISP Faculdade de Engenharia Industrial FEPPA Fundação Educacional do Estado do Pará FEQCE Fundação Educacional Edson Queiroz FespPE Fundação do Ensino Superior de Pernambuco FespSP Faculdade de Engenharia de São Paulo FGVSP Fundação Getúlio Vargas FMItMG Faculdade de Medicina de Itajubá FMTMMG Faculdade de Medicina do Triângulo Mineiro FMUFiamFaamFispSP Faculdades Metropolitanas Unidas FUERN Fundação Universidade do Estado do Rio Grande do Norte FuvestSP Fundação Universitária para o Vestibular IMERJ Instituto Militar de Engenharia ITASP Instituto Tecnológico de Aeronáutica ITEBauruSP Instituto Toledo de Ensino MackenzieSP Universidade Presbiteriana Mackenzie OsecSP Organização Santamarense de Ensino e Cultura PUCCampinasSP Pontifícia Universidade Católica de Campinas PUCMG Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais PUCPR Pontifícia Universidade Católica do Paraná PUCRJ Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro PUCRS Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul PUCSP Pontifícia Universidade Católica de São Paulo U São JudasSP Universidade São Judas Tadeu UCBDF Universidade Católica de Brasília UCBMS Universidade Católica Dom Bosco UCGGO Universidade Católica de Goiás UCSalBA Universidade Católica de Salvador UCSRS Universidade de Caxias do Sul Uece Universidade Estadual do Ceará UELPR Universidade Estadual de Londrina 02SiglasQF1PNLEM 6705 1504 376 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 377 LISTA DE SIGLAS VOLUME 1 UEMG Universidade do Estado de Minas Gerais UEMPR Universidade Estadual de Maringá UEPGPR Universidade Estadual de Ponta Grossa Uerj Universidade Estadual do Rio de Janeiro Uespi Universidade Estadual do Piauí Ufac Fundação Universidade Federal do Acre Ufam Universidade Federal do Amazonas UFBA Universidade Federal da Bahia UFCCE Universidade Federal do Ceará Ufes Universidade Federal do Espírito Santo UFFRJ Universidade Federal Fluminense UFGGO Universidade Federal de Goiás UFJFMG Universidade Federal de Juiz de Fora UFMA Fundação Universidade Federal do Maranhão UFMG Universidade Federal de Minas Gerais UFPA Universidade Federal do Pará UFPB Universidade Federal da Paraíba UFPE Universidade Federal de Pernambuco UFPelRS Fundação Universidade Federal de Pelotas UFPI Fundação Universidade Federal do Piauí UFPR Universidade Federal do Paraná UFRGSRS Universidade Federal do Rio Grande do Sul UFRJ Universidade Federal do Rio de Janeiro UFRN Universidade Federal do Rio Grande do Norte UFRRJ Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro UFSC Universidade Federal de Santa Catarina UFSCarSP Fundação Universidade Federal de São Carlos UFSE Fundação Universidade Federal de Sergipe UFSM Universidade Federal de Santa Maria UFUMG Fundação Universidade Federal de Uberlândia UFVMG Fundação Universidade Federal de Viçosa UGFRJ Universidade Gama Filho UlbraRS Universidade Luterana do Brasil UMCSP Universidade de Mogi das Cruzes UnBDF Fundação Universidade de Brasília UnebBA Universidade Estadual da Bahia UnicampSP Universidade Estadual de Campinas UnicenpPR Centro Universitário Positivo UniceubDF Centro Universitário de Brasília UnicidSP Universidade Cidade de São Paulo UniderpMS Universidade para o Desenvolvimento do Estado e da Região do Pantanal UniFEISP Centro Universitário da Faculdade de Engenharia Industrial UnifenasMG Universidade de Alfenas UniFMUSP Faculdades Metropolitanas Unidas UniforCE Universidade de Fortaleza UnigranrioRJ Universidade do Grande Rio UnipSP Universidade Paulista UnirioRJ Fundação Universidade do Rio de Janeiro UnisinosRS Universidade do Vale do Rio dos Sinos Unitau Universidade de Taubaté Uniube Universidade de Uberaba UnivaliSC Universidade do Vale do Itajaí UVACE Universidade do Vale do Acaraú Vunesp Fundação para o Vestibular da Unesp 02SiglasQF1PNLEM 29505 2126 377 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 378 TABELAS AUXILIARES 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 7s 1 o H 1 1 He 2 2 Li 3 2 1 Be 4 2 2 B 5 2 2 1 2 o C 6 2 2 2 N 7 2 2 3 O 8 2 2 4 F 9 2 2 5 Ne 10 2 2 6 Na 11 2 2 6 1 Mg 12 2 2 6 2 Al 13 2 2 6 2 1 3 o Si 14 2 2 6 2 2 P 15 2 2 6 2 3 S 16 2 2 6 2 4 Cl 17 2 2 6 2 5 Ar 18 2 2 6 2 6 K 19 2 2 6 2 6 1 Ca 20 2 2 6 2 6 2 Sc 21 2 2 6 2 6 1 2 Ti 22 2 2 6 2 6 2 2 V 23 2 2 6 2 6 3 2 Cr 24 2 2 6 2 6 5 1 Mn 25 2 2 6 2 6 5 2 Fe 26 2 2 6 2 6 6 2 Co 27 2 2 6 2 6 7 2 4 o Ni 28 2 2 6 2 6 8 2 Cu 29 2 2 6 2 6 10 1 Zn 30 2 2 6 2 6 10 2 Ga 31 2 2 6 2 6 10 2 1 Ge 32 2 2 6 2 6 10 2 2 As 33 2 2 6 2 6 10 2 3 Se 34 2 2 6 2 6 10 2 4 Br 35 2 2 6 2 6 10 2 5 Kr 36 2 2 6 2 6 10 2 6 Rb 37 2 2 6 2 6 10 2 6 1 Sr 38 2 2 6 2 6 10 2 6 2 Y 39 2 2 6 2 6 10 2 6 1 2 Zr 40 2 2 6 2 6 10 2 6 2 2 Nb 41 2 2 6 2 6 10 2 6 4 1 Mo 42 2 2 6 2 6 10 2 6 5 1 Tc 43 2 2 6 2 6 10 2 6 6 1 Ru 44 2 2 6 2 6 10 2 6 7 1 Rh 45 2 2 6 2 6 10 2 6 8 1 5 o Pd 46 2 2 6 2 6 10 2 6 10 Ag 47 2 2 6 2 6 10 2 6 10 1 Cd 48 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2 In 49 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2 1 Sn 50 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2 2 Sb 51 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2 3 Te 52 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2 4 I 53 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2 5 Xe 54 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2 6 Número de elementos por período Número atômico Período Elemento CONFIGURAÇÕES ELETRÔNICAS DOS ELEMENTOS Número de elétrons em cada subcamada 1a série de transição 2a série de transição 2 8 8 18 18 03TabelasQF1PNLEM 29505 2127 378 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 379 TABELAS AUXILIARES VOLUME 1 Número de elementos por período Número atômico Período Elemento CONFIGURAÇÕES ELETRÔNICAS DOS ELEMENTOS Número de elétrons em cada subcamada 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 7s Cs 55 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2 6 1 Ba 56 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2 6 2 La 57 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2 6 1 2 Ce 58 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2 2 6 2 Pr 59 2 2 6 2 6 10 2 6 10 3 2 6 2 Nd 60 2 2 6 2 6 10 2 6 10 4 2 6 2 Pm 61 2 2 6 2 6 10 2 6 10 5 2 6 2 Sm 62 2 2 6 2 6 10 2 6 10 6 2 6 2 Eu 63 2 2 6 2 6 10 2 6 10 7 2 6 2 Gd 64 2 2 6 2 6 10 2 6 10 7 2 6 1 2 Tb 65 2 2 6 2 6 10 2 6 10 9 2 6 2 Dy 66 2 2 6 2 6 10 2 6 10 10 2 6 2 Ho 67 2 2 6 2 6 10 2 6 10 11 2 6 2 Er 68 2 2 6 2 6 10 2 6 10 12 2 6 2 Tm 69 2 2 6 2 6 10 2 6 10 13 2 6 2 6º Yb 70 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 2 Lu 71 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 1 2 Hf 72 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 2 2 Ta 73 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 3 2 W 74 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 4 2 Re 75 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 5 2 Os 76 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 6 2 Ir 77 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 7 2 Pt 78 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 9 1 Au 79 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 1 Hg 80 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 2 Tl 81 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 2 1 Pb 82 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 2 2 Bi 83 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 2 3 Po 84 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 2 4 At 85 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 2 5 Rn 86 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 2 6 Fr 87 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 2 6 1 Ra 88 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 2 6 2 Ac 89 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 2 6 1 2 Th 90 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 2 6 2 2 Pa 91 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 2 2 6 1 2 U 92 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 3 2 6 1 2 Np 93 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 4 2 6 1 2 Pu 94 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 6 2 6 2 7º Am 95 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 7 2 6 2 Cm 96 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 7 2 6 1 2 Bk 97 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 9 2 6 2 Cf 98 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 10 2 6 2 Es 99 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 11 2 6 2 Fm 100 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 12 2 6 2 Md 101 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 13 2 6 2 No 102 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 14 2 6 2 Lr 103 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 14 2 6 1 2 32 Lantanídios 3a série de transição Actinídios 4a série incompleta de transição 03TabelasQF1PNLEM 29505 2127 379 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 381 SUGESTÕES DE LEITURA VOLUME 1 SUGESTÕES DE LEITURA PARA OS ALUNOS Ecologia 1 Samuel Murgel Branco O desafio amazônico 2a edição 2004 Editora Moderna 2 José Lutzenberger Manual de ecologia do jardim ao poder 1a edição 2004 Editora LPM Editores 3 Ronaldo Rogério de Freitas Mourão Ecologia Cós mica Uma visão cósmica da ecologia 1a edição 2000 Editora Itatiaia 4 Núbia Melhem Santos e outros Burle Marx Jardins e ecologia 1a edição 2002 Editora SenacRio 5 Samuel Murgel Branco Água origem uso e preser vação 2a edição 2004 Editora Moderna 6 Zysman Neiman Era verde 9a edição 1989 Edi tora Atual 7 Vera Lúcia Novaes Ozônio aliado e inimigo 1a edi ção 1997 Editora Scipione 8 Beatriz Marcondes e Maria Elisa Marcondes Helene Evolução e biodiversidade o que nós temos com isso 1a edição 1996 Editora Scipione Energia 1 Valdir Montanari Energia nossa de cada dia 2a edi ção 2003 Editora Moderna 2 Paulo Roberto Moraes Fontes de energia 1a edi ção 2002 Editora Harbra 3 JeanMarie Martim A economia mundial da energia 1a edição 1992 Editora Unesp Escolha profissional 1 Dulce Whitaker A escolha da carreira e globalização 2a edição 1997 Editora Moderna 2 Eliane Arbex Rodrigues Escolher a profissão 1a edi ção 2004 Editora Scipione História da Química Ciência e Tecnologia 1 Attico Chassot A ciência através dos tempos 2a edi ção 2004 Editora Moderna 2 José Atílio Vanin Alquimistas e químicos 1a edi ção 1994 Editora Moderna 3 Bernard Vidal História da Química 1a edição 1986 Edições 70 4 Robson Fernandes de Farias e outros História da Química no Brasil 1a edição 2004 Editora Átomo 5 Andrea Guerra Galileu e o nascimento da ciência moderna 1a edição 1998 Editora Atual 6 Roberto de Andrade Martins O universo teoria sobre sua origem e evolução 1a edição 1994 Editora Moderna 7 Silvério Crestana Centros e museus de ciência vi sões e experiências 1a edição 1998 Editora Saraiva 8 Cientistas do Brasil 1a edição Depoimentos 1998 SBPC Poluição 1 M Elisa Marcondes Helene Poluentes atmosféri cos 1a edição 1994 Editora Scipione 2 Paulo Jorge Moraes Figueiredo A sociedade do lixo 2a edição 1995 Editora Unimep 3 John Barnes Chuva ácida 1a edição 1993 Editora Scipione 4 Francisco Capuano Scarlato Joel Arnaldo Pontin Do nicho ao lixo 5a edição 1992 Editora Atual 5 Mário Tolentino Romeu Filho Roberto da Silva A atmosfera terrestre 2a edição 2004 Editora Moderna 6 Joel Arnaldo Pontin e Francisco Capuano Scarlato O ambiente urbano 1a edição 1999 Editora Atual 7 Samuel Murgel Branco e Eduardo Murgel Polui ção do ar 2a edição 2004 Editora Moderna 8 S Massaro E J Pontin Poluição química 3a edição 1994 Editora Brasiliense Química Geral 1 André Guinier A estrutura da matéria do céu azul ao material plástico 1a edição 1996 Edusp 2 Hans Christian von Baeyer Arcoíris flocos de neve quarks 1a edição 1994 Editora Campus 3 Valdir Montanari Viagem ao interior da matéria 5a edição 1993 Editora Atual Química Inorgânica Descritiva 1 Aécio Pereira Chagas Argilas as essências da terra 1a edição 1996 Editora Moderna 2 Eduardo Leite do Canto Minerais minérios metais De onde vêm Para onde vão 2a edição 2004 Editora Moderna 3 Ivone Mussa Esperidião Olímpio Nóbrega Os metais e o homem 1a edição 1999 Editora Ática 04LeituraQF1PNLEM 29505 2128 381 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 382 MUSEUS BRASILEIROS LIGADOS À CIÊNCIA Casa da Ciência Centro Cultural de Ciência e Tecnologia da UFRJ Rua Lauro Müller 3 Botafogo 22290160 Rio de Janeiro RJ telfax 021 25427494 email casadacienciacasadacienciaufrjbr site httpwwwcasadacienciaufrjbr Natureza Pública Data de criação 1995 Especialidade Ciências Coleção de Fósseis Minerais e Rochas Universidade Estadual Paulista Instituto de Biociências Letras e Ciências Exatas Rua Cristóvão Colombo 2265 15054000 São José do Rio Preto SP tel 017 2212350 fax 017 2212356 Natureza Pública Data de criação 1963 Especialidade Rochas Minerais Fósseis Espaço Ciência Secretaria de Ciência Tecnologia e Meio Ambiente Complexo de Salgadinho 53111960 Olinda PE telfax 081 33016139 3301615433016151 email pavaoufpebr site httpwwwespacocienciapegovbr Natureza Pública Data de criação 1994 Especialidade Ciências Estação Ciência Universidade de São Paulo PróReitoria de Cultura e Extensão Universitária Rua Guaicurus 1274 05033002 São Paulo SP tel 011 36737022 fax 011 36732798 site httpwwwecienciauspbr Natureza Pública Data de criação 1987 Especialidade Ciências Museu de Minerais e Rochas Carlos Isotta Departamento Nacional de Produção Mineral Av André Araújo 2150 Aleixo 69060001 Manaus AM tel 092 6111112 fax 092 6111723 Natureza Pública Data de criação 1982 Especialidade Minerais Rochas Mineração Metalurgia Gemas Museu de Ciência e Tecnologia Universidade Estadual da Bahia Av Jorge Amado sn 41710050 Salvador BA tel 071 2319368 Natureza Pública Data de criação 1977 Especialidade Ciência Tecnologia Museu de Energia Companhia Paranaense de Energia Copel Rua Desembargador Motta 2347 80420190 Curitiba PR tel 041 3314407 3105050 ramal 4407 fax 041 2331592 Natureza Pública Data de criação 1994 Especialidade Ciências Museu de Minerais Dr Odorico Rodrigues de Albuquerque Secretaria Estadual de Turismo Rua Senador Pompeu 350 Centro 60025000 Fortaleza CE tel 085 2313566 fax 085 2181167 Natureza Pública Data de criação 1975 Especialidade Minerais Pedras ornamentais Museu de Geociências Universidade de Brasília Instituto de Geociências Campus Universitário Darcy Ribeiro 70910900 Brasília DF tel 061 2734735 fax 061 3474062 Natureza Pública Data de criação 1960 Especialidade Geociências Museu de História Natural e Jardim Botânico da UFMG Universidade Federal de Minas Gerais Rua Gustavo da Silveira 1035 Santa Inês 31080010 Belo Horizonte MG tel 031 34617666 fax 031 34617486 Natureza Pública Data de criação 1968 Especialidade Ciências naturais Ciências da terra Museu de Mineralogia Prefeitura Municipal de Congonhas Fundação Municipal de Cultura Lazer e Turismo Al Cidade Matozinhos de Portugal 153 Romaria 36406000 Congonhas MG tel 031 37311300 ramal 302 fax 031 37313133 Natureza Pública Data de criação 1996 Especialidade Mineralogia Fósseis Museu de Ciência e Técnica Universidade Federal de Ouro Preto Escola de Minas Praça Tiradentes 20 35400000 Ouro Preto MG tel 035 35591526 fax 031 35591528 Natureza Pública Data de criação 2002 Especialidade Mineralogia 05MuseusQF1PNLEM 29505 2128 382 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 383 MUSEUS VOLUME 1 Museu de Minerais e Rochas Universidade Federal de Uberlândia Centro de Ciências Humanas e Artes Geografia Av Universitária sn Bloco Q Campus Santa Mônica 38400902 Uberlândia MG tel 034 32394229 fax 034 32394506 Natureza Pública Data de criação 1987 Especialidade Paleontologia Mineralogia Geologia Museu de Geologia Universidade Estadual de Maringá Centro de Ciências Humanas Letras e Artes Geografia Av Colombo 5790 Campus Universitário 87020900 Maringá PR telfax 044 2614290 ramal 290 Natureza Pública Data de criação 1993 Especialidade Geologia Museu Amsterdam Sauer de Pedras Preciosas e Minerais Raros Rua Garcia DAvila 105 Ipanema 22421010 Rio de Janeiro RJ tel 021 25121132 fax 021 22944728 Natureza Privada Data de criação 1989 Especialidade Pedras preciosas Minerais raros Museu de Geologia Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais Superintendência Regional de Porto Alegre Departamento de Gerência de Relações Institucionais e Desenvolvimento Rua Banco da Província 105 Santa Teresa 90840030 Porto Alegre RS tel 051 32337311 fax 051 32337772 email paportowebgovbr Natureza Pública Data de criação 1995 Especialidade Geologia Mineralogia Gemologia Petrografia Museu de Geociências Universidade de São Paulo Instituto de Geociências Rua do Lago 562 Cidade Universitária 05508080 São Paulo SP tel 011 30913952 fax 011 30914670 site httpwwwigcuspbr Natureza Pública Data de criação 1934 Especialidade Geociências Museu de Rochas Minerais e Minérios Universidade de São Paulo Escola Politécnica Av Prof Martins Rodrigues 2373 Butantã 05508900 São Paulo SP tel 011 30915435 Natureza Pública Data de criação década de 1940 Especialidade Rochas Minerais Minérios Museu Vivo de Ciência e Tecnologia de Campina Grande Secretaria Especial de Tecnologia e Informática Prefeitura Municipal de Campina Grande Largo do Açude Novo sno Centro 58100000 Campina Grande PB tel 083 3106171 3106319 3106323 email betecaglobocom Natureza Pública Data de criação 1997 Especialidade Ciências Seara da Ciência Universidade Federal do Ceará Rua Paulino Nogueira 315 bloco 1 térreo Benfica 60020270 Fortaleza CE tel 085 2887375 2887376 2888391 fax 085 2888333 email searanpdufcbr site httpwwwsearadacienciaufcbr Natureza Pública Data de criação 1999 Especialidade Ciências 05MuseusQF1PNLEM 29505 2128 383 Reprodução proibida Art184 do Código Penal e Lei 9610 de 19 de fevereiro de 1998 384 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS A Project of the American Chemical Society ChemCom Chemistry in the Community 2 ed Dubuque KendallHunt Publishing Company 1993 A Project of the American Chemical Society Chemistry in Context Applying Chemistry to Society 1 ed Dubuque Wm C Brown Publishers 1994 ATKINS P JONES L Chemistry Molecules Matter and Change New York W H Freeman Co 1997 BROWN T L LE MAY JR H E BURSTEN B E Chemistry the central Science 7 ed Upper Saddle River PrenticeHall 1997 CHANG R Química 5 ed Lisboa McGrawHill 1994 COTTON F A Advanced Inorganic Chemistry 6 ed New York John Wiley Sons Inc 1999 COX P A The Elements on Earth Inorganic Chemistry in the Environment 1 ed Oxford Oxford University Press 1995 EMSLEY J The consumers Good Chemical Guide 1 ed Oxford W H Freeman Co 1994 GILLESPIE R J Atoms Molecules and Reactions an Introduction to Chemistry New Jersey Prentice Hall 1994 GREENWOOD N N EARNSHAW A Chemistry of the Elements 2 ed Oxford Butterworth Heinemann 1997 HILL J W Chemistry for Changing 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