Livro didático público de química, Manuais, Projetos, Pesquisas de Química

Baixe Livro didático público de química e outras Manuais, Projetos, Pesquisas em PDF para Química, somente na Docsity! QUÍMICA ENSINO MÉDIO SECRETARIA DE ESTADO DA EDUCAÇÃO Este livro é público - está autorizada a sua reprodução total ou parcial. Governo do Estado do Paraná Roberto Requião Secretaria de Estado da Educação Mauricio Requião de Mello e Silva Diretoria Geral Ricardo Fernandes Bezerra Superintendência da Educação Yvelise Freitas de Souza Arco-Verde Departamento de Ensino Médio Mary Lane Hutner Coordenação do Livro Didático Público Jairo Marçal Depósito legal na Fundação Biblioteca Nacional, conforme Decreto Federal n.1825/1907, de 20 de Dezembro de 1907. É permitida a reprodução total ou parcial desta obra, desde que citada a fonte. SECRETARIA DE ESTADO DA EDUCAÇÃO Avenida Água Verde, 2140 - Telefone: (0XX) 41 3340-1500 e-mail: dem@seed.pr.gov.br 80240-900 CURITIBA - PARANÁ Catalogação no Centro de Editoração, Documentação e Informação Técnica da SEED-PR Química / vários autores. – Curitiba: SEED-PR, 2006. – p. 248 ISBN: 85.85380-40-3 1. Química. 2. Ensino médio. 3. Ensino de química. 4. Biogeoquímica. 5. Matéria. I. Fo- lhas. II. Material de apoio pedagógico. III. Material de apoio teórico. IV. Secretaria de Estado da Educação. Superintendência da Educação. V. Título. CDU 54+373.5 2ª. Edição IMPRESSO NO BRASIL DISTRIBUIÇÃO GRATUITA Aos Estudantes Agir no sentido mais geral do termo significa tomar ini- ciativa, iniciar, imprimir movimento a alguma coisa. Por constituírem um initium, por serem recém-chegados e ini- ciadores, em virtude do fato de terem nascido, os homens tomam iniciativa, são impelidos a agir. (...) O fato de que o homem é capaz de agir significa que se pode esperar de- le o inesperado, que ele é capaz de realizar o infinitamente improvável. E isto, por sua vez, só é possível porque cada homem é singular, de sorte que, a cada nascimento, vem ao mundo algo singularmente novo. Desse alguém que é singular pode-se dizer, com certeza, que antes dele não havia ninguém. Se a ação, como início, corresponde ao fa- to do nascimento, se é a efetivação da condição humana da natalidade, o discurso corresponde ao fato da distinção e é a efetivação da condição humana da pluralidade, isto é, do viver como ser distinto e singular entre iguais. Hannah Arendt A condição humana Este é o seu livro didático público. Ele participará de sua trajetória pelo Ensino Médio e deverá ser um importante recurso para a sua formação. Se fosse apenas um simples livro já seria valioso, pois, os livros re- gistram e perpetuam nossas conquistas, conhecimentos, descobertas, so- nhos. Os livros, documentam as mudanças históricas, são arquivos dos acertos e dos erros, materializam palavras em textos que exprimem, ques- tionam e projetam a própria humanidade. Mas este é um livro didático e isto o caracteriza como um livro de en- sinar e aprender. Pelo menos esta é a idéia mais comum que se tem a res- peito de um livro didático. Porém, este livro é diferente. Ele foi escrito a partir de um conceito inovador de ensinar e de aprender. Com ele, como apoio didático, seu professor e você farão muito mais do que “seguir o li- vro”. Vocês ultrapassarão o livro. Serão convidados a interagir com ele e desafiados a estudar além do que ele traz em suas páginas. Neste livro há uma preocupação em escrever textos que valorizem o conhecimento científico, filosófico e artístico, bem como a dimensão his- tórica das disciplinas de maneira contextualizada, ou seja, numa lingua- gem que aproxime esses saberes da sua realidade. É um livro diferente porque não tem a pretensão de esgotar conteúdos, mas discutir a realida- de em diferentes perspectivas de análise; não quer apresentar dogmas, mas questionar para compreender. Além disso, os conteúdos abordados são alguns recortes possíveis dos conteúdos mais amplos que estruturam e identificam as disciplinas escolares. O conjunto desses elementos que constituem o processo de escrita deste livro denomina cada um dos tex- tos que o compõem de “Folhas”. Em cada Folhas vocês, estudantes, e seus professores poderão cons- truir, reconstruir e atualizar conhecimentos das disciplinas e, nas veredas das outras disciplinas, entender melhor os conteúdos sobre os quais se debruçam em cada momento do aprendizado. Essa relação entre as dis- ciplinas, que está em aprimoramento, assim como deve ser todo o pro- cesso de conhecimento, mostra que os saberes específicos de cada uma delas se aproximam, e navegam por todas, ainda que com concepções e recortes diferentes. Outro aspecto diferenciador deste livro é a presença, ao longo do tex- to, de atividades que configuram a construção do conhecimento por meio do diálogo e da pesquisa, rompendo com a tradição de separar o espaço de aprendizado do espaço de fixação que, aliás, raramente é um espaço de discussão, pois, estando separado do discurso, desarticula o pensamento. Este livro também é diferente porque seu processo de elaboração e distribuição foi concretizado integralmente na esfera pública: os Folhas que o compõem foram escritos por professores da rede estadual de en- sino, que trabalharam em interação constante com os professores do De- partamento de Ensino Médio, que também escreveram Folhas para o li- vro, e com a consultoria dos professores da rede de ensino superior que acreditaram nesse projeto. Agora o livro está pronto. Você o tem nas mãos e ele é prova do valor e da capacidade de realização de uma política comprometida com o pú- blico. Use-o com intensidade, participe, procure respostas e arrisque-se a elaborar novas perguntas. A qualidade de sua formação começa aí, na sua sala de aula, no traba- lho coletivo que envolve você, seus colegas e seus professores. 10 Apresentação Ensino Médio Apresentação A você, estudante: Na maioria das vezes você acha que aquilo que está aprendendo na escola não tem “nada a ver” com a sua vida. E você se pergunta: “O que estou fazendo aqui”? “Para que e por que, preciso disso”? Nós, da Equipe de Química, pretendemos que você estude de uma maneira mais empolgante, para que perceba e compreenda que no mundo a sua volta há muito de Química. Assim, estamos propondo este material que procura abordar os con- teúdos escolhidos de uma forma diferenciada e inovadora em relação a outros materiais de ensino, geralmente disponíveis para os estudantes. Os textos não estão organizados na seqüência que tradicionalmen- te se encontram nos livros didáticos usuais. Os professores podem es- colher o texto conforme a necessidade do momento. Pretendemos que você se aproprie de conhecimentos de um modo mais crítico e, também, produza novas idéias que o ajudem a articular aquilo que você aprende na sala de aula com o que vive lá “fora”. Você precisa participar junto com o professor, usando sua criativi- dade, expondo suas idéias, trazendo para sala de aula as novidades que você ouve e lê. Estamos lhe propondo estudar Química sem perder de vista os co- nhecimentos trabalhados nas outras disciplinas, buscando uma visão ampla do conhecimento químico. A p r e s e n t a ç ã o 11 Química O diálogo com as outras áreas do conhecimento leva você a refletir sobre o seu modo de pensar, sobre os saberes que você já traz consi- go, frutos da sua realidade social, cultural e econômica. Pensando em interagir os conteúdos de química com outras disci- plinas e com a sua realidade, vamos lhe apresentar algumas situações problema que o levem a reflexão através de leituras, atividades, deba- tes, discussões. A experimentação será uma ferramenta para auxiliá-lo na investiga- ção, na elaboração e na compreensão dos conceitos. Os conteúdos escolhidos representam o resultado de uma seleção feita a partir da “experiência” de um grupo de professores da rede pú- blica do Estado do Paraná, abordados de forma a conectá-los com ques- tões relevantes da nossa sociedade ou do cotidiano do estudante. Trata-se de uma delimitação de conteúdos e temas dentro de uma to- talidade que é a ciência Química. Outros professores poderiam escolher um outro conjunto de conteúdos. Isto não significa que o que foi esco- lhido é mais importante do que um conteúdo que não foi. Entretanto, a forma de abordagem escolhida marca um diferencial importante. Acreditamos que os conteúdos selecionados representam o alicerce para construir uma visão mais ampla para a Química. Eles são um “re- corte” importante de cada assunto, mas apenas um “recorte”. Há mui- to a investigar, há muito a estudar. Com esta nova proposta esperamos oferecer-lhe um material de apoio que facilite o seu relacionamento com o mundo, que o ajude a continuar seus estudos e que subsidie a defesa dos seus direitos de su- jeito transformador. Este material representa somente o primeiro de muitos degraus que você irá subir em seu estudo do mundo químico que o cerca. A você, uma boa escalada. Q U Í M I C A 12 Introdução Ensino Médio Matéria e sua Natureza Desde a antiga Grécia que o homem tenta explicar o mundo em que vive. Ele observa o mundo em sua volta, levanta hipóteses e elabora teo- rias para ajudar a compreender as coisas presentes em sua vida. A matéria que encontramos diariamente em nossas atividades é for- mada por substâncias ou misturas de substâncias usadas para produ- zir objetos ou para provocar transformações. Esses materiais podem ser diferenciados através de suas proprieda- des, como cor, cheiro, maleabilidade, ponto de fusão, ponto de ebuli- ção, densidade, solubilidade, condutividade elétrica. Algumas propriedades desses materiais podem ser explicadas pe- las forças que mantém os átomos unidos formando uma molécula de uma dada substância. As interações entre as moléculas também são responsáveis por outras propriedades. Algumas ainda decorrem da própria constituição dos átomos dos elementos químicos e outras do enorme conjunto de átomos ou moléculas que formam o conjunto de um dado material. I n t r o d u ç ã o 15Liofilizados, Desidratados, Dessalinizados Química 1 LIOFILIZADOS, DESIDRATADOS, DESSALINIZADOS... Elisabete Soares Cebulski1 erá que a água dessalinizada tem o mesmo gosto da água potável? Fonte: http://www.sxc.hu 1Colégio Estadual Avelino Antônio Vieira - Curitiba - PR 16 Matéria e Sua Natureza Ensino Médio Você lembra do navegador solitário, Amyr Klink? Em suas viagens, por meses a fio, Amyr leva consigo um aparelho para dessalinizar a água, chamado dessalinizador e, como no meio do oceano não pode contar com uma fonte fixa de energia, utiliza a energia solar, bastante abundante, para fazer esse equipamento funcionar. Você gostaria de embarcar na aventura dele? Como sobreviver em condições extremas, com frio, calor, chuva, vento, alimentos liofili- zados, desidratados, água dessalinizada? Quando falamos em quente, frio, sólido, lí- quido, podemos lembrar das propriedades dos materiais. Você alguma vez já deve ter queimado a língua com um alimento quente. Imagine-se tomando uma xícara de chocolate bem quente, “pelando” a língua! Com certeza, quando vo- cê tomar o segundo gole de chocolate, o gos- to (ou paladar) não será o mesmo! O que acontece quando você sente o cheiro de alguma coisa e, no entanto, está comendo outro alimento que não tem nada a ver com as substâncias relativas ao cheiro que você está sentindo? Ou, se você morde algum alimento apimentado ou muito salgado, sem estar avisa- do disso? Provavelmente, algumas dessas duas situações já devem ter aconte- cido, e talvez você nem se lembre disso! Faça o seguinte experimento: Sinta o cheiro de uma laranja e depois prove um pedaço de pão. Preste muita atenção no que acontece quando você come algum alimento doce, salgado, apimen- tado ou azedo. ATIVIDADE Fonte: http:www.sxc.hu Converse com os colegas e verifique se as sensações que eles tive- ram foram parecidas com as que você teve; anote as suas sensações e depois, leia o texto seguinte para compreender melhor porque as pes- soas têm percepções diferentes de paladar e olfato! Há regiões e pontos na língua específicos para cada percepção. Es- sas regiões e pontos, onde você sentiu os sabores são as chamadas pa- pilas gustativas. 17Liofilizados, Desidratados, Dessalinizados Química As papilas gustativas são constituídas por células epilteliais loca- lizadas em torno de um poro central na membrana mucosa basal da língua. Na superfície de cada uma das células gustativas, observam-se prolongamentos finos como pêlos, projetando-se em direção da cavi- dade bucal; são chamados microvilosidades. São essas estruturas que favorecem a superfície receptora para o paladar. Na superfície da lín- gua existem dezenas de papilas gustativas, que podem distinguir os quatro sabores primários: amargo, azedo ou ácido, salgado e doce. Da combinação destes quatro, resultam centenas de sabores diferentes. Assim cada tipo de comida ativa uma diferente combinação de sa- bores elementares, ajudando a torná-lo único. A língua também é o órgão responsável por outras modalidades sensoriais que contribuem na experiência gustativa, por exemplo a textura e a temperatura dos alimentos. Mas, qual a relação entre olfato e paladar? Para que possamos sentir os diferentes sabores dos alimentos há uma interação entre os receptores gustativos e olfativos. Os receptores gustativos são excitados por substâncias existentes nos alimentos e os receptores olfativos são excitados por substâncias presentes no ar, sendo que o centro do cérebro combina as informa- ções sensoriais e olfativas “traduzindo-as”. Áreas gustativas da língua doce salgado ácido amargo odor epitélio olfativo Detecção dos odores bulbo olfatório nervo olfativo sinal do sabor sinal de odor Centro do olfato e do gosto 20 Matéria e Sua Natureza Ensino Médio A desidratação consiste na remoção da água do alimento por seca- gem ao sol e ao ar ou através da aplicação de calor (por exemplo, den- tro de uma estufa). A liofilização ou desidratação a frio (freeze dry) é um processo de conservação de produtos orgânicos que envolvem dois métodos de conservação de produtos biológicos: superfrio e secagem; não utili- zam conservantes ou produtos químicos e é o processo mais adequa- do para preservar células, enzimas, vacinas, vírus, leveduras, soros, derivados sanguíneos, algas, bem como frutas, vegetais, carnes, pei- xes e alimentos em geral. Na liofilização o produto é congelado a uma temperatura bem baixa (abaixo de – 20ºC), é submetido a uma pres- são muito baixa (alto vácuo), fazendo com que a água presente nesses produtos e que foi transformada em gelo, sublime, ou seja, passe dire- tamente do estado sólido para o estado gasoso, resultando em um pro- duto final com uma estrutura porosa livre de umidade e capaz de ser reconstituída pela simples adição de água. Desta forma, os produtos liofilizados não sofrem alteração de tamanho, textura, cor, sabor, aro- ma, teor de vitaminas, sais minerais, proteínas, etc,. Quando conserva- dos adequadamente, mesmo à temperatura ambiente resistem muito bem. Produtos liofilizados têm baixo peso, pois a maioria dos produ- tos naturais possui mais de 80% de água, se conservam mesmo à tem- peratura ambiente e, quando reconstituídos, retomam suas proprieda- des originais como nenhum outro produto desidratado. Junte embalagens de alimentos modificados (em pó, desidratados, liofilizados, congelados, etc) en- contrados no mercado e que são consumidos diariamente. Depois, confeccione cartazes com a turma e faça uma exposição na escola, colocando ao lado do tipo de alimento o processo pelo qual ele é modificado. ATIVIDADE Cada material tem um comportamento diferente quando são varia- das as condições de temperatura e pressão às quais estão submetidos. Esse comportamento é caracterizado por propriedades físico-químicas desses materiais. Essas propriedades servem para identificá-los. Para evitar que em cada trabalho tenhamos que calcular propriedades como essas, elas são, em geral, encontradas em tabelas. Solubilidade, densi- dade, ponto de fusão e ponto de ebulição, etc, são exemplos de pro- priedades físico-químicas dos materiais. Com o conhecimento das pro- priedades físico-químicas, podemos prever o comportamento de vários materiais usados na construção civil, nas aeronaves, navios, equipa- mentos médicos e odontológicos e muito mais! Você sabe a diferença entre alimentos desidratados e liofilizados? 21Liofilizados, Desidratados, Dessalinizados Química Vamos experimentar: Coloque em um recipiente, de preferência feito de vidro transparente, um pouco de água e sal, e em ou- tro recipiente um pouco de água e areia. Observe esses dois recipientes e perceba suas diferenças. ATIVIDADE A partir do que você já estudou sobre soluções, diferencie soluto e solvente. ATIVIDADE Vamos caracterizar essas propriedades físicas! Quando dissolvemos açúcar em água temos um exemplo de So- lubilidade (uma propriedade física) que é a capacidade de uma subs- tância de se dissolver em outra. Esta capacidade, no que diz respei- to a dissolução de um sólido em um líquido é limitada, ou seja, existe um máximo de soluto que podemos dissolver em uma certa quantida- de de um solvente. Você já observou que quando misturamos óleo e vinagre para sala- das, o óleo fica em cima do vinagre? Isso acontece porque o óleo tem uma densidade menor que o vinagre. A “Densidade” é uma outra pro- priedade física, e informa se a substância de que é feito um corpo é mais ou menos compacta: os corpos que possuem muita massa em pe- queno volume, como os de ouro e de platina, apresentam grande den- sidade. Os corpos que possuem pequena massa em grande volume, como é o caso do isopor, da cortiça e dos gasosos em geral, apresen- tam pequena densidade. A densidade de um corpo é o quociente de sua massa pelo volume delimitado por sua superfície externa. E o gelo derretendo, já observou? É a “Fusão”, outra propriedade física, que é a passagem do esta- do sólido para o líquido. Cada material tem seu ponto de fusão ca- racterístico. E a água da chaleira fervendo? É a “Ebulição”, que é a passagem do estado líquido para o gasoso. Ela ocorre quando fornecemos calor ao líquido. A água entra em ebulição a 100º C, quando estamos no nível do mar (onde a pressão é de 1,0 atmos- fera). As demais substâncias têm pontos de ebulição característicos. Interessante, não? Que tal verificarmos essas propriedades! 22 Matéria e Sua Natureza Ensino Médio Repita a mesma atividade, agora usando em um recipiente, água e açúcar; em outro, água e óleo; em outro, água e vinagre e em outro, óleo, vinagre e areia. Verifique em quais deles você encontra- rá uma mistura homogênea e em quais será encontrada uma mistura heterogênea. Anote os resulta- dos e depois verifique com seus colegas e com o professor outras ocorrências de misturas em nos- so dia-a-dia, fazendo assim uma tabela com as misturas mais utilizadas. Que tal fazer uma lista com produtos que você utiliza diariamente, por exemplo, produtos de higie- ne, limpeza, alimentos e bebidas? Depois de concluir a lista, verifique se os produtos que você escolheu são formados por misturas homogêneas ou heterogêneas. Juntamente com seu professor e colegas, compare as listas da tur- ma verificando quais os tipos de misturas são mais utilizados por nós diariamente. ATIVIDADE Provavelmente, você percebeu que em um dos recipientes pode- mos facilmente saber o que está misturado, enquanto que no outro não. Só será possível descobrir se é só água ou é uma mistura de água com alguma outra substância se eu provar ou fizer alguns testes! Mas, como sabemos que provar coisas que não conhecemos, sem ao menos ter noção de que se trata é algo extremamente perigoso, é melhor re- alizar alguns testes! Bem, podemos verificar experimentalmente alguma propriedade! No caso da água salgada em relação à água que normalmente be- bemos (água potável) podemos observar que a água salgada é boa condutora de corrente elétrica enquanto a água potável não é. Quando se fala de pureza de um material, implicitamente está se falando de uma comparação entre uma situação ideal (uma amos- tra composta de 100% de uma única substância) e a real (quando re- almente temos a substância de interesse na amostra do material do qual estamos falando). A pureza de uma substância química depende dos procedimentos de purificação que foram utilizados em sua pre- paração, bem como a sua determinação está sujeita aos limites de de- tecção dos métodos de análise química disponíveis. No caso da água e sal, temos uma mistura homogênea, pois es- sa mistura resulta na formação de apenas uma fase (temos aqui o que chamamos de solução). No caso da água e areia, pela observação visu- al do sistema já podemos verificar a existência de duas fases (uma só- lida e uma líquida, com uma superfície de separação visível) e temos então uma mistura heterogênea. 25Liofilizados, Desidratados, Dessalinizados Química ANOTAÇÕES Matéria e sua Natureza26 Ensino Médio A Química do Cabelo Elétrico 27 Química 2 A QUÍMICA DO CABELO ELÉTRICO Elisabete Soares Cebulski1, Jussara Turin Politano2, Zecliz Stadler3 rovavelmente, você já deve ter vivido situações curiosas como estas: ao pentear os ca- belos, os fios são atraídos pelo pente, e o cabelo fica todo “espetado”; e ao tocar na porta de um automóvel, você, às vezes, leva um choque. O que acontece nesses casos? Há muitos anos, século V e IV a. C., os filósofos buscavam respostas para suas dúvidas querendo saber sobre a origem do universo e de si pró- prios, sobre o porquê do sofrimento e da morte, sobre a geração e a corrup- ção da vida e, além disso, queriam desvendar os mis- térios da matéria. 1Colégio Estadual Avelino Antônio Vieira - Curitiba - Pr 2Colégio Estadual Angelo Gusso - Curitiba - Pr 3Colégio Estadual Presidente Lamenha Lins - Curitiba - Pr Matéria e sua Natureza30 Ensino Médio Demócrito foi o responsável pelo surgimento de uma teoria conhe- cida como ATOMISMO. Para ele, além dos átomos, também, deveria existir o vazio, o vácuo. No pensamento de Demócrito, a atração ou repulsão de certos átomos eram atribuídas ao acaso. E esse agrupamento de átomos, imprevisível, seria a explicação para os diversos materiais diferentes conhecidos. Mas afinal, o que tudo isso tem a ver com o cabelo elétrico? Você consegue colar um canudinho na parede sem usar qualquer tipo de cola? Você sabe o que é eletrização por atrito? Tudo que existe no Universo desde um grão de milho até o próprio Universo é formado por minúsculas partículas chamadas de átomos. Em 1808, John Dalton, cientista inglês, apresentou sua teoria, seu modelo de átomo. Segundo ele, o átomo é uma partícula indi- visível e indestrutível. Para Dalton os materiais são formados pela combinação de diferentes átomos. O cientista inglês, Willian Crookes, ao usar ampolas (tubos) conten- do gás, observou que descargas elétricas saíam da extremidade negativa e “caminhavam” para a extremidade positiva da ampola. Esses raios lu- minosos (descargas elétricas) foram denominados de raios catódicos. Em 1898, Joseph John Thomson, cientista inglês, ao realizar expe- riências com as ampolas de Crookes, fez importantes descobertas. Ele observou que os raios catódicos eram constituídos de partículas nega- tivas menores que o átomo, que foram denominadas elétrons. As observações feitas por Thomson, e outras como a eletrização por atrito, permitiram que ele elaborasse um mo- delo para o átomo, pois estava compro- vado que o átomo não era indivisível como os gregos pensavam. Thomson sugeriu que os elétrons, cargas negativas, estariam incrus- tados na superfície de uma esfera de carga positiva, como ameixas em um pudim. E, também, a carga elétrica total de um átomo se- ria nula, pois o número de cargas positivas seria igual ao de car- gas negativas. Esse modelo ficou consagrado como o modelo atômico de Thomson. O modelo atômico de Thomson representava um grande avanço, pois identificava o elétron como partícula constituin- te do átomo. Modelo: “Descrição de situação com as quais dificil- mente interagiremos, e das quais conhecemos apenas os efeitos.” (Chassot, 2003, p.252) Modelo atômico: Esfera maciça Modelo atômico: Pudim com passas ânodo cátodo A Química do Cabelo Elétrico 31 Química O físico Ernest Rutherford, alguns anos mais tarde, ao trabalhar com a radiatividade (fenômeno descoberto por Henry Becquerel e de- senvolvido pelo casal Marie e Pierre Curie), fez sua maior descoberta. Rutherford realizou experimentos com uma pequena amostra do elemento químico polônio (material radioativo emissor de partículas alfa). Esse material foi colocado dentro de uma caixa de chumbo com um pequeno orifício, tendo à sua frente uma finíssima folha de ouro, envolvida por uma placa de material fluorescente (material com capa- cidade de brilhar quando exposto a raios luminosos), como mostra o desenho ao lado. Assim, Rutherford, ao colocar a folha de ou- ro entre a placa de material fluorescente e a caixa com o material radioativo, esperava que a folha de ouro bloqueasse a passagem da radiação (luz) de partícula alfa, positiva. Porém, para surpresa de Rutherford, a luz (eram partículas do átomo de hélio duplamente ionizado) apareceu do ou- tro lado da folha de ouro. Isto é, a partícula al- fa, “luz”, atravessou a folha de ouro como se ela não existisse. Ele, também, observou que outras partículas, em menor número, não passavam pe- la folha de ouro e então voltavam e, outras, ain- da, passavam e sofriam desvio. A partir dessas observações, Rutherford sugeriu que as partículas alfa que conseguiam atravessar a folha de ouro e não sofriam desvio, provavelmente, passavam por algum lugar vazio; as partículas que so- friam desvio depois de atravessarem a placa, batiam em “algo” que es- taria bloqueando a sua passagem. E sugeriu, ainda, que a carga elétrica desse “algo” deveria ser positiva tal como a carga da partícula alfa. O modelo atômico de Rutherford seria formado por uma região central denominada de núcleo, contendo os prótons com carga po- sitiva e partículas sem carga - os nêutrons - que dariam estabilidade ao núcleo e por uma região ao redor do centro, a eletrosfera, forma- da por partículas de cargas negativas, denomina- das de elétrons. O modelo atômico de Rutherford ficou famo- so com o nome de Modelo Planetário, uma vez que nele o átomo se assemelha ao Sistema Solar. Os elétrons giram ao redor do núcleo como os planetas giram ao redor do Sol, em órbitas fixas ou trajetórias fixas.Modelo atômico: Planetário fonte de partículas alfa partículas alfa partículas alfa espalhadas Folha de ouro anteparo Matéria e sua Natureza32 Ensino Médio Releia o texto a partir do trabalho de Dalton, Thomson e Rutherford. Proponha uma explicação (teo- ria) que mostre o motivo pelo qual os modelos atômicos de Dalton e de Thomson devam ser substituí- dos pelo modelo atômico de Rutherford. ATIVIDADE Que tal realizar um experimento bastante fácil e interessante? Você vai precisar de: Um grampo de roupa de madeira, ou uma pinça de madeira; um clipe metálico; um bico de gás ou uma lamparina; solução de ácido clorídrico; sais de bário, cálcio e estrôncio (na forma de cloreto); um copo de béquer. Abra o clipe metálico e forme com uma de suas extremidades um anel, enquanto que a outra pon- ta deve ficar fixada em um grampo de roupa de madeira ou em uma pinça de madeira. Coloque no copo de béquer a solução de ácido clorídrico; molhe a haste que você confeccionou nesse ácido e, com ela, encoste num pouquinho de um dos sais e leve à chama do bico de gás ou lamparina. Repita esse procedimento para as outras duas substâncias, sempre anotando o que você observa. Anote as suas observações na tabela 01: ATIVIDADE Tabela 01 Substância Cor Inicial Cor de chama Elemento Químico E aí, você já descobriu por que seu cabelo fica elétrico? Ou como colar um canudinho de plástico na parede sem usar cola? Você já derrubou sal de cozinha na chama do fogão? O que aconteceu? Provavelmente, além de ouvir uma crepitação, isto é, um barulhinho de estalo, ocorreu também uma mudança na cor da chama do fogão, que de azul passa a amarela. A Química do Cabelo Elétrico 35 Química Voltando a discutir o modelo atômico proposto por Rutherford, que estabelecia que os átomos eram compostos de um núcleo denso e car- regado positivamente, circundado por elétrons carregados negativa- mente, podemos apontar que este modelo possuía um grande proble- ma, identificado por alguns cientistas da época. O problema de um modelo do tipo planetário (elétrons em órbita do núcleo tal como planetas em órbita do sol) é que ele não leva em conta a perda de energia dos elétrons nessa situação. Uma partícula carregada eletricamente e acelerada emite radiação eletromagnética e, portanto, perde energia nesse processo. Em conseqüência os elétrons não poderiam manter uma “órbita estável” e deveriam gradativamen- te se aproximar do núcleo, em uma “órbita em espiral” até, no final, se chocarem com ele. Como o “colapso atômico” descrito acima não se verifica no mundo real, Niels Henry David Bohr, em 1913, propôs um novo modelo pelo qual, além de resolver essa dificuldade básica do modelo de Ruther- ford, permitiu explicar teoricamente o espectro eletromagnético emiti- do pelo elemento químico hidrogênio, determinado experimentalmen- te. Um modelo teórico permite explicar, ou prever uma observação experimental de forma consistente, é de grande valor, e em vista disso, a proposta de Bohr teve um grande impacto na época. O modelo de Bohr é constituído pelas seguintes idéias básicas, que se fundamentam em idéias já trabalhadas por Planck e Einstein em ou- tros contextos: 1. Os elétrons ao redor do núcleo atômico se situam em níveis quan- tizados de energia; 2. As leis da mecânica clássica (leis de Newton) não são válidas para a passagem do elétron de um nível para o outro; 3. Quando ocorre a passagem (ou o salto) de um elétron entre ní- veis diferentes de energia, o elétron deve absorver ou emitir ener- gia (o elétron absorve energia se ele passa de um nível mais baixo de energia para um mais alto e emite energia no caso contrário) co- mo um fóton que deve ter energia exatamente igual à diferença de energia entre os respectivos níveis. 4. Os níveis permitidos de energia dependem de valores inteiros para o chamado número quântico principal n (n = 1, 2, 3, 4...). Segundo a equação L = n.(h/2 ) onde L é chamado de momento angular orbital, n é o número quântico principal, h é o constante de Planck e é o número pi. O modelo de Bohr explica de maneira razoável o sistema contendo um elétron (o átomo de hidrogênio), mas não permite explicar átomos com mais de um elétron. Matéria e sua Natureza36 Ensino Médio Ele agrega idéias de quantização com princípios da mecânica clás- sica. Apesar de representar um grande avanço em relação aos mode- los anteriores, possui problemas evidentes como: Ao assumir que a mecânica clássica não é válida no caso de transição eletrônica não propõe outras leis para explicar o processo. Não explica o porquê da quantização estabelecida no item 4 ante- riormente. Estes problemas do modelo de Bohr vão ser superados a partir dos anos de 1920 por meio dos trabalhos de Erwin Schrödinger, Louis de Broglie e Werner Heisenberg, dentre outros, que resultam no apareci- mento da Mecânica Quântica (que é uma área de estudos da física que trata do estudo do estado de sistemas em que não são válidos os prin- cípios da mecânica clássica) e de modelos de estrutura do átomo ba- seados em seus princípios. Para você entender um pouco mais sobre modelos atômicos, construa um modelo segundo a teo- ria de Rutherford - Bohr usando: cartolina colorida (duas cores diferentes), massa de modelar, tubo de látex, pedaço de papelão de mais ou menos 50cm, cola e tesoura. 1. Faça círculos nas cartolinas com diâmetros de 5cm e 25cm na mesma cor e 15cm e 35cm em ou- tra cor. 2. Recorte com a tesoura e cole no papelão alternando as cores, conforme o esquema 02: Pedaço de papelão Círculos de cartolina em cores e tamanhos diferentes Foto: Icone Audiovisual 3. Corte o tubo de látex em anéis finos. Cole os anéis de látex nas linhas de cada círculo. Coloque um anel no centro para o núcleo; dois anéis na linha do primeiro círculo; oito anéis na linha do segundo círculo; dezoito anéis no terceiro e 32 anéis no quarto. Divida os espaços de modo que os anéis fi- quem distribuídos de maneira simétrica. 4. Faça bolinhas com a massa de modelar no tamanho necessário para encaixar nos anéis de látex. Coloque uma bolinha no centro para o núcleo de cor diferente das demais. Coloque as demais boli- nhas para representar os elétrons. Lembre-se de que o número de bolinhas (elétrons) em cada cír- culo depende do tipo de átomo que você irá representar. ATIVIDADE A Química do Cabelo Elétrico 37 Química O modelo quântico (modelo atômico atual) é um modelo matemá- tico - probabilístico que, em linhas gerais, tem por base: O princípio da incerteza de Heisenberg: não é possível determinar com precisão a posição e a velocidade de um elétron num mesmo instante. O princípio da dualidade de Louis de Broglie: o elétron apresenta característica dual, ou seja, comporta-se como partícula-onda. Você sabia que no átomo não há somente prótons, nêutrons e elétrons? Há outras par- tículas já identificadas como os neutrinos, o pósitron e o méson (pi). Você sabia que a partícula méson foi descoberta em 1947, pelo brasileiro, curitibano, César Lattes, hoje reconhecido internacionalmente? O modelo quântico permite por exemplo, explicar o funcionamento dos raios laser utilizados em cirurgias, em indústrias e em leitura óptica. Estamos tão acostumados a conviver com uma série de aparelhos que nos ajudam a ter conforto que raramente paramos para nos perguntar: co- mo será que o televisor funciona? Ou o forno de microondas, o rádio? Será que esses equipamentos possuem algo em comum? Em nosso dia-a-dia, estamos interagindo o tempo todo com dife- rentes tipos de radiação. Quando ficamos expostos ao sol, estamos re- cebendo radiação ultravioleta, uma forma de radiação eletromagnéti- ca, e que não é visível. Se você quebrar um dedo e precisar de uma radiografia para verificar a gravidade do caso, estará se expondo a ou- tro tipo de radiação eletromagnética (os raios x). Ao assistir a um pro- grama de televisão ou ao usar o celular, as radiações eletromagnéticas continuarão a acompanhá-lo. E agora, já descobriu por que seu cabelo fica elétrico? Conseguiu colar o canudinho de plástico na parede sem usar cola? Por que o “choque” ao tocar no automóvel? Matéria e sua Natureza40 Ensino Médio Foto: Icone Audiovisual A Química de Todo Dia 41 Química 3 A QUÍMICA DE TODO DIA Zecliz Stadler1 ocê já sentiu um “dragão” cus- pindo fogo em seu estômago? Como dominar esse “dragão”? 1Colégio Estadual Presidente Lamenha Lins - Curitiba - PR Matéria e sua Natureza42 Ensino Médio Você sabia que o nosso corpo funciona graças a uma série de rea- ções químicas? Na digestão os alimentos sofrem ação de enzimas, como a pepsina, que quebram as moléculas de proteínas, muito grandes, em moléculas menores, os aminoácidos. As células que revestem internamente a parede do estômago hu- mano produzem constantemente o suco gástrico, que também contém ácido clorídrico, com a finalidade de facilitar a ação das enzimas na di- gestão e eliminar o crescimento de bactérias. Mas para evitar que a própria parede do estômago seja destruída, as células também produzem um muco protetor. A produção de ácido clorídrico (HCl) aumenta quando ingerimos alimentos como: café, refrigerantes, frutas cítricas (laranja, abacaxi), fri- turas, etc., ou quando sentimos o cheiro de algumas comidas ou, ain- da, quando mastigamos chicletes. Quando mastigamos chicletes o organismo entende que deve dar iní- cio ao processo de digestão. Então as células estomacais preparam-se aumentando a quantidade de suco gástrico mas sem que haja alimentos para a digestão. Esse aumento na acidez produz uma sensação de “quei- mação” causada pela ação do suco gástrico no estômago. É a azia. Você sabe por que as frutas cítricas aumentam a sensação de quei- mação no estômago? Atualmente, sabe-se que alterações na produção de ácido clorídri- co e nas enzimas digestivas são extremamente importantes, pois po- dem favorecer a infecção pela ação da bactéria - Helicobacter pylori, considerada como a principal responsável pela ocorrência de úlceras. O que você sente quando come em excesso, quando fica horas sem comer ou, ainda, quando não mastiga corretamente? Hum... Pode ser o “dragão”... Para combater o “dragão” em seu estômago você precisa conhecê-lo, saber como ele funciona. A Química de Todo Dia 45 Química Que tal você realizar um experimento para observar a condutividade da corrente elétrica em solu- ções aquosas, como Arrhenius pesquisou? Para isso você precisa construir o aparelho de condutividade elétrica esquematizado abaixo. Esquema do aparelho de condutividade elétrica Foto: Icone Audiovisual E o professor deverá preparar as seguintes soluções a serem testadas: a) 0,9mL de HC para 10mL de água; b) 0,6mL ácido acético para 10mL de água; c) 0,7mL de NH 4 OH para 10mL de água; d) 0,4g de NaOH para 10mL de água; e) água destilada; f) sal de cozinha (cloreto de sódio). Coloque 10m de cada solução em béquer separadamente e etiquete para identificação. Coloque em um béquer seco um pouco de cloreto de sódio. Coloque em outro béquer água (se possível destilada) para usar na limpeza dos pólos (pontas dos fios desencapadas) do aparelho. Observe o esquema: A B C D E F Coloque os pólos do aparelho no béquer com cloreto de sódio. Observe a intensidade luminosa. Anote. Limpe os pólos do aparelho de condutividade e teste a água destilada. Observe. Anote. Limpe os pólos do aparelho de condutividade e teste as demais soluções. Anote. ATIVIDADE Matéria e sua Natureza46 Ensino Médio A teoria de Arrhenius era tão revolucionária para o pensamento da época, que seus professores concederam-lhe o título de doutor com a qualificação mais baixa possível, sem reprová-lo. Porém, com sua per- sistência e como sua teoria “sobre a dissociação das substâncias nas soluções aquosas” conseguia explicar muitos fenômenos conhecidos da época e lentamente ganhou aceitação na comunidade científica. E, em 1903, Arrhenius ganhou o Prêmio Nobel de Química pela Teoria da Dissociação Iônica. Embora o conceito de Arrhenius para ácidos e bases tenha sido im- portante, ele tem limitações. Pois, para Arrhenius, as substâncias se com- portam como ácido ou base apenas quando estão dissolvidas em água. E, ainda, segundo Arrhenius, as substâncias se comportam como ácido se apresentarem o íon hidrogênio, H+ (aq) , ou se comportam como base se apresentarem o íon hidróxido, OH- (aq) em sua composição. Assim, o conceito de ácido e base, segundo Arrhenius, não se apli- ca à reação entre o HCl (g) e a amônia NH 3(g) , pois não estão em solução aquosa e a amônia não apresenta o íon OH-. Observe a reação: HCl (g) + NH 3(g) NH 4 Cl (s) . Porém, quando HCl (g) reage com NH 3(g) , ocorre a formação de uma névoa branca que é o cloreto de amônio, um sólido iônico chamado de sal. O que é necessário para que a lâmpada acen- da? Qual a diferença entre as substâncias que conduzem eletricidade e as que não conduzem? Qual a sua conclusão sobre a condutividade elé- trica em soluções aquosas? Agora, preencha a tabela com as observações. Substância Lâmpada 2,5 W Cloreto de sódio Água HCI Ácido acético NaOH NH 4 OH A Química de Todo Dia 47 Química Veja como isso ocorre: coloque com uma pinça um chumaço de algodão embebido em ácido clorídrico (HCl) concentrado em um tu- bo de ensaio (feche o tubo com rolha). Coloque com uma pinça um chumaço de algodão embebido em amônia NH 3 (hidróxido de amônio concentrado) em outro tubo de ensaio. Retire a tampa do primeiro tu- bo e aproxime a boca dos tubos de ensaio. Em 1923, Johanes Nicolaus Brönsted, trabalhando em Copenha- gue (Dinamarca), e Thomas Martin Lowry, trabalhando em Cambrid- ge (Inglaterra), apesar de pesquisarem de forma independente, pro- puseram outra definição mais geral para ácidos e bases, conhecida como Teoria Protônica. Observe a reação do ácido clorídrio HCl (aq.) com a água H 2 O (l.) : O HCl (aq.) age como ácido ao doar um próton H+ para a água H 2 O (l) . A água H 2 O (l) age como base ao receber o próton do HCl (aq) . Observe, também, a reação entre a amônia NH 3(g) e a água H 2 O (l) : Afinal, você já sabe como dominar o fogo do “dragão”? Ou será que esse “dragão” vai te dominar? HCl (aq) + H 2 O (l) H 3 O+ (aq) + Cl- (aq) ácido 1 base 1 cátion hidrônio ânion cloreto doa próton H+ H 2 O (l) + NH 3(g) NH 4 + (aq) + OH- (aq) ácido 1 base 1 cátion amônio ânion hidróxido doa próton H+ Matéria e sua Natureza50 Ensino Médio Eletronegatividade é a tendência que um áto- mo tem de atrair elétrons para si. Será que poderíamos substituir o limão ou o vinagre por ácido clorí- drico para temperar uma salada? O ácido cítrico do limão e o ácido acético do vinagre são ácidos mais fracos que o ácido clorídrico, por isso podemos usá-los como temperos. Elabore uma pesquisa sobre o tema: “intoxicação causada por produtos domésticos”. Depois expo- nha para os colegas por meio de cartazes, fotos, faixas, etc., os cuidados necessários para evitar es- se tipo de intoxicação. ATIVIDADE Segundo a teoria de Lewis, a força de um ácido está diretamente ligada a eletronegatividade dos elementos. Vamos comparar a amônia (NH 3 ) e a água (H 2 O). A eletronegativi- dade do nitrogênio é menor que a do oxigênio (consulte a tabela peri- ódica). Por isso o nitrogênio tem mais facilidade para receber o par de elétrons que o oxigênio. Portanto, a amônia (NH 3 ) tem comportamen- to mais básico que a água (H 2 O). E aí, você já sabe como dominar o “dragão” em seu estômago? Não! Então, vamos conhecer ainda mais sobre ácido- base que com certeza você encontrará uma maneira de dominar esse “dragãooo”! A teoria de Lewis é mais ampla, pois não depende de meio aquo- so ou outro solvente. Ela abrange a teoria de Arrhenius e de Brönsted- Lowry. A teoria de Arrhenius depende do meio aquoso e da presença de íons H+ no ácido e íons OH- na base. A teoria de Brönsted-Lowry abrange substâncias que não se encontram em meio aquoso, mas ain- da depende da presença de prótons H+. Portanto, cada uma das teorias que procuram explicar o comporta- mento ácido e básico das substâncias tem seu valor, pois cada uma é adequada à determinada situação. A Química de Todo Dia 51 Química Segundo Brönsted-Lowry um ácido é forte quando doa com faci- lidade prótons. Uma base é forte quando recebe com facilidade pró- tons. Assim podemos determinar a força de ácidos ou de bases testan- do a capacidade destes em transferir prótons para a água. A força será medida pela constante de dissociação do ácido (K a ) ou pela constante de dissociação da base (K b ). Para auxiliá-lo nessa questão, realize o experimento: coloque em um béquer (ou erlenmeyer) 30mL de água e acrescente 2mL de vinagre. Adicione 10 gotas de fenolftaleína e vá acrescentando, gota a gota, agitando sempre, leite de magnésia (hidróxido de magnésio) até obter mudança de cor. Qual a cor da fenolftaleína no vinagre? Qual a cor obtida após adição do leite de magnésia? Por que ocorreu mudança de cor? ATIVIDADE O que acontece quan- do um ácido e uma ba- se estão juntos? Segundo a teoria de Arrhenius, quando misturamos soluções aquo- sas de um ácido com uma base em quantidades equivalentes (exata- mente suficiente) ocorre uma reação chamada de neutralização. Os íons H+ (aq.) do ácido e os íons OH- (aq.) da base formam água. Os outros íons presentes na solução formam, após a evaporação da água, um composto iônico chamado de sal. Veja a reação do ácido clorídrico (HCl-1mol/L) com o hidróxido de sódio (NaOH-1mol/L): H+ (aq) + Cl- (aq) + Na+ (aq) + OH- (aq) H 2 O (l) + Na+ (aq) + Cl- (aq) Somente após a evaporação da água, o cátion Na+ (aq) e o ânion Cl- (aq) , formam um sólido iônico chamado de sal, com o nome de cloreto de sódio (NaCl). Segundo a teoria de Arrhenius, quando misturamos solução aquo- sa de um ácido forte (HCl, HBr, HI, HNO 3 ) em solução aquosa de uma base forte (NaOH, KOH, RbOH, Ba(OH) 2 ), a reação será sempre uma neutralização de íons H+ (aq) do ácido pelos íons OH- (aq) da base, por- que, tanto o ácido, quanto a base, estão fortemente dissociados (sepa- rados em íons). Matéria e sua Natureza52 Ensino Médio Segundo a teoria de Arrhenius, o hidróxido de alumínio Al(OH) 3 age como uma substância bá- sica. Como o químico Lewis consideraria o comportamento dessa substância na reação química Al(OH) 3(s) + OH– (aq) Al (OH) 3(s) + OH– [Al(OH) 4 ]-? E Brönsted-Lowry considerariam o mesmo com- portamento que Lewis para essa substância? ATIVIDADE Há várias situações do cotidiano onde as palavras ácido, base e sal são utilizadas. Por exemplo, um agricultor convive com essas palavras diariamente, pois na produção de alimentos, o solo, após vários plan- tios e colheitas, precisa de uma reposição de nutrientes (substâncias químicas que as plantas necessitam para o desenvolvimento, como: ni- trogênio, fósforo, potássio, ferro, cálcio, etc.). Porém, não podemos generalizar: “ácido reage com base resultan- do sal e água”. Quando reagimos um ácido fraco (HCN) com uma ba- se forte (NaOH), a maioria das moléculas do HCN não está dissociada em íons H+ (aq) e CN- (aq) . Está como HCN (aq) , ou seja, não dissociado. Assim, teremos a reação representada por: HCN (aq) + NaOH (aq) H 2 O (aq) + Na+ (aq) + CN- (aq) + HCN (aq) (observe que não há formação de sal). Você sabia que: apenas 10% do tratamento para azia precisa de medicamentos e os outros 90% consiste em mudança nos hábitos alimentares; os remédios usados no tratamento estimulam a contração estomacal fazendo com que os alimentos “saiam” mais rápido do estômago evitan- do a azia; os populares antiácidos produzem apenas um alí- vio temporário em vez de tratar a causa do problema. Rocha Solos jovens Solo maduro rocha camada rica em húmus A Química de Todo Dia 55 Química Obras Consultadas MAHAN, B.H. MYERS, R. J. Química um curso universitário. Tradução de: Koiti Araki, Denise de Oliveira Silva e Flavio Massao Matsumoto. São Paulo: Edgard Blücher Ltda, 1972. O’CONNOR, R. Fundamentos de Química. Tradução de: Elia Tfouni. São Paulo: Harper&Row do Brasil, 1977. RUSSELL, J.B. Química Geral. Tradução e revisão técnica de: Márcia Guekesian et al. 2. ed. São Paulo: Pearson Makron Books, 1994. GRAHAM SOLOMONS, T. W. Química Orgânica. Tradução de: Robson Mendes Matos. Rio de janeiro: LTC, 2005. Documentos Consultados ONLINE MATOS, R.M....[ et al.] Fungos e micorrízicos e nutrição de plantas. Embrapa Agrobiologia. Rio de Janeiro:Seropédica, 1999. Disponível em: <http:// www.cnap.embrap.br. Acesso em: 07 set. 2005. QMCWEB.ORG. Florianópolis: UFSC, ano 5, 2000. Disponível em: http:// qurak.qmc.ufsc.br/qmcweb/index.html. Acesso em: 11 ago. 2005. ANOTAÇÕES Matéria e sua Natureza56 Ensino Médio Ilustração: Icone Audiovisual / Antonio Eder Ligue e Fique Ligado 57 Química 4 LIGUE E FIQUE LIGADO Maria Bernadete P. Buzatto1 s átomos fazem rapel? Quais são as âncoras desse “rapel”? Como os átomos se “amarram”? 1Colégio Estadual Unidade Polo - Maringá - PR Matéria e sua Natureza60 Ensino Médio Potencial de ionização: Energia requerida para tirar um elétron do átomo. Afinidade Eletrônica: Energia liberada quando um átomo recebe um elétron. Fonte:Russel, 1994, 187-191 Conseqüentemente, as forças que atuam entre os átomos estão rela- cionadas com duas propriedades periódicas, (significa que se repetem regularmente): o potencial de ionização e afinidade eletrônica, e de- pendem da organização dos elétrons dos átomos na nova substância. Metal Metal+ + e– (perde elétron formando um íon positivo ao receber energia.) Ametal + e– Ametal (ganha elétron formando um íon negativo liberando energia.) Tabela 02 – Afinidade eletrônica (AE) e potencial de ionização (PI) de elementos do nosso dia-a-dia (Dados em K J. mol-1) Elementos Na Fe Al Cu Ag Au F Ne AE (libera energia; ganha elétron) 53 16 43 118 126 223 328 -29 PI (recebe energia; perde elétron) 494 759 577 785 731 890 1681 2080 Na tabela 02 você vai conhecer a quantidade de energia que os áto- mos relacionados precisam para conseguir ganhar e perder elétrons. Quando um átomo tem um valor alto de energia de ionização signi- fica que é preciso receber uma grande quantidade de energia para reti- rar um elétron da sua última camada, portanto dificilmente ele irá per- der seus elétrons e sua afinidade por elétrons será baixa. Consequentemente há formação de íons positivos (cátions) e íons negativos (ânions) que se ligam devido às forças de atração de cargas opostas originando um novo composto. Qual dos átomos da tabela 02 apresenta mais dificuldade em perder ou receber elétrons? Ligue e Fique Ligado 61 Química Você já conseguiu identificar uma das âncoras e/ou uma das amarrações dos átomos para que eles fiquem mais estáveis? Um átomo se une com outro formando um novo composto se a no- va organização entre os núcleos de seus átomos e seus elétrons tiver me- nos energia que a energia total dos átomos separados. Quando a energia mais baixa for obtida por transferência de um ou mais elétrons de um átomo para outro, o composto é mantido pela atra- ção entre os íons e essa atração é chamada de força eletrostática ou li- gação iônica. Se o composto conseguir baixa energia compartilhando elétrons, isto é o elétron pode ser usado por dois átomos ao mesmo tempo formando pares de elétrons, os átomos vão se unir por meio de forças mais fracas, ligações covalentes formando compostos moleculares. As novas ligações formadas apresentam menos energia do que a or- ganização anterior, conforme as mudanças na posição dos elétrons de valência (elétrons da última camada) dos átomos. Conhecendo a família e o período que o átomo está localizado na tabela periódica dos elementos químicos é possível prever o tipo e a quantidade de ligações que um átomo pode formar. Isto possibilita pre- ver as fórmulas dos novos compostos e explicar algumas de suas pro- priedades como, por exemplo, a condutividade elétrica. Vamos analisar os resultados da condutividade elétrica das substân- cias que você testou? Observe que a palha de aço, aquela usada para limpar as panelas, se encontra no estado sólido na temperatura ambien- te e conduz eletricidade. Por outro lado, o sal de cozinha também é um sólido, não conduz cor- rente elétrica, mas em solução aquosa tem alta condutividade elétrica. Outras substâncias sólidas como o açúcar e o plástico não conduzem corrente elétrica. Além disso, a passagem de corrente elétrica por meio do sal dissolvido provoca alterações na estrutura da matéria, isto é uma reação química da substância, e no metal apenas ocorre um aquecimento. Imagine o que leva essas substâncias a ter comportamento diferente? São as âncoras ou as amarrações? Matéria e sua Natureza62 Ensino Médio Vamos procurar a resposta, examinando algumas propriedades das substâncias, como as do sal de cozinha (NaCl). Considerando a formação do sal de cozinha por meio de três eta- pas, as quais não ocorrem na natureza pois as etapas acontecem ao mesmo tempo, os experimentos mostram que: 1. Um mol de átomos de sódio para se transformar em um mol de íons sódio +1 (Na+) precisa de 494 KJ/mol de energia para perder um mol de elétrons. 2. Um mol de átomos de cloro para se transformar em um mol de íons cloreto –1 (Cl¯) precisa de 349 KJ/mol de energia para rece- ber um mol de elétrons. Nesta etapa a quantidade de energia que um mol de átomos de só- dio precisa é maior do que a quantidade de energia que um mol de átomos de cloro libera, portanto temos uma diferença (494 – 349 = + 145 KJ/mol) de + 145 KJ/mol. Observe que para formar os íons cloreto a energia liberada não é suficiente para formar os íons de sódio. Com esta deficiência de energia não é possível a formação do composto NaCl. 3. Nesta etapa a força de atração eletrostática (coulômbicas) entre os íons de cargas opostas fazem esses íons se aproximar para formar um sólido, liberando uma grande quantidade de energia (o valor medido experimentalmente é de cerca de 787 KJ/mol). Ocorreu uma mudança de energia na última etapa, pois a energia passou de + 145 KJ/mol para 787 KJ/mol, a deficit de energia foi com- pensada com a liberação de uma grande quantidade de energia. No balanceamento final (145 – 787= – 642 KJ/ mol), ocorreu uma grande diminuição de energia. Sendo assim, o sólido formado pelos íons Na+ e íons Cl¯ tem energia menor que o gás de Na e Cl. Quanto mais energia é necessária para for- mar íons, menor será a energia de atração entre os íons, menor estabilidade. ATENÇÃO mol = quantidade de matéria 1Kcal = 1000 cal 1 cal= 4,186 J 1 KJ = 1000 J 1 Kcal = 4.186 J Estas propriedades das substâncias, como por exemplo, altos pontos de fusão, fragilidade, condutividade elétrica quando se encontra em solução (líquido) podem ser explicadas a partir da forte atração entre os íons. Devemos considerar que um íon liga-se a todos os seus vizi- nhos pelas atrações de cargas opostas formando um sólido orga- nizado, como o da figura 1. Lembra das propriedades das substâncias que você testou e registrou na tabela 01? íon negativo íon positivo Figura 1 Ligue e Fique Ligado 65 Química Convide um amigo, pegue um pedaço de corda e combine quem vai movimentar a mão para baixo e para cima, várias vezes, enquanto o outro segura firme a outra ponta da corda. Observe o movimen- to e a ponta da corda. A perturbação que você provocou se deslocou sobre uma linha, portanto deslocamento unidimen- sional, isto é, se propagou em uma reta. Agora com a mesma corda, cada um segurando em uma ponta, combine quem vai movimentar a mão para cima vária vezes, enquanto que o outro movimenta para baixo, para provocar duas perturbações. Não esquecendo que uma fórmula, um desenho, uma figura representa uma realidade, e isso nos ajuda a explicá-la. Qual desenho representa cada movimento que você produziu com a corda? Como toda regra pode ter exceções, com a regra do octeto não é diferente, e portanto, existem compostos químicos cuja formação não pode ser explicada por essa regra. ATIVIDADE A ligação covalente é um outro tipo de amarração e/ou âncora do rapel dos átomos! Podemos usar a regra do octeto para todos os átomos? Duas ondas Nó Ventre Duas ondas em sentidos contráriosUma onda em uma linha Crista Vale Matéria e sua Natureza66 Ensino Médio As duas perturbações são ondas mecânicas (precisam de um meio material para se propagar) que ao se deslocar na mesma linha em sen- tido contrário, se encontram e uma sobrepõe a outra, ocorrendo a su- perposição entre elas. As ondas sobem e descem, se movimentam, mas a corda não se desloca. É o que se observa com qualquer objeto nas águas do mar, a onda passa por ele sem retirá-lo do lugar. Um elétron em um átomo se comporta de maneira semelhante a esta corda, descreve movimento ondulatório transformando a energia potencial (armazenada) em energia cinética (movimento), mas uma onda eletromagnética (não é necessário um meio material) se propaga no espaço, inclusive no vácuo e em várias direções. Essas ondas também se sobrepõem, vibram num mesmo intervalo de tempo em torno de um ponto de equilíbrio, com alturas (amplitude) que variam, conforme a energia transportada. O ponto onde as ondas se encontram é chamado de “nó” e a al- tura máxima que alcançam, de “ventre”. Nas distâncias entre os nós e os ventres, as ondas, vibram com amplitudes menores que o valor máximo. Em cada ponto ocorre transformação da energia potencial em energia cinética e vice-versa, a energia se mantém, pois pelos nós não há passa- gem de energia, semelhante às ondas que você provocou na corda. Após a superposição as ondas continuam a caminhar como antes, com as mesmas características. Você percebeu que ao movimentar a sua mão apareceu uma onda que se propagou ao longo da corda (onda mecânica). Essa onda preci- sou da corda (meio) para se propagar; o mesmo acontece com a pro- pagação do som que ocorre no ar. Já as ondas provocadas pelos elétrons (ondas eletromagnéticas) se propagam em qualquer meio (ar, água) e também no vácuo. Qual a diferença entre as on- das formadas na corda que você movimentou e a onda formada pelos elétrons? Ligue e Fique Ligado 67 Química Para explicar como se dá uma ligação química é preciso recorrer à química quântica, aquela que nos explica a energia envolvida nos átomos e nas moléculas de uma substância. As regiões onde se tem maior probabilidade para encontrar elé- trons são conhecidas como “orbitais”. Quando dois átomos compartilham elétrons, seus orbitais se combi- nam formando um novo orbital, conhecido como orbital molecular. Essa nova região (orbital molecular) alcança todos os átomos e os elétrons da última camada da molécula. Os elétrons são redistribuídos nestas novas regiões energéticas (or- bitais moleculares) de modo que no máximo dois elétrons com movi- mento contrário vão ocupar a mesma região. Um elétron que está em um orbital molecular é atraído pelos dois núcleos de cada átomo e possui uma energia cinética menor do que quando está em um orbital atômico. Daí, a maior estabilidade da molécula em relação aos átomos isolados. ATENÇÃO A palavra órbita nos leva a pensar em “órbita” de um elétron em volta do núcleo. Sabe que os orbitais se comportam de maneira semelhante à corda? Dois orbitais atômicos são como ondas que têm seu centro em núcleos diferentes, sendo assim os orbitais sobrepõem-se, como as duas ondas que você fez com a corda. Cada orbital pode ser representado por uma equação matemática (fun- ção de onda) que descreve uma distribuição possível do elétron no espaço e os valores das equações nos mostram a amplitude máxima da onda. É a sua vez, compare o movi- mento de onda com o rapel. Qual a semelhança que existe entre a onda formada e o rapel? Lembra do movimento de onda da corda? Matéria e sua Natureza70 Ensino Médio Procure na biblioteca da sua escola o livro Química na Cabeça, autor Alfredo Luis Mateus, Belo Horizonte, 1ª ed.,ed. UFMG, 2001, p.92-93, o experimento “Cristais Invisíveis”, faça o experimento após a leitura e discuta com um colega as observações, o resultado obtido, relacionando – o com as consi- derações trazidas pelo texto em “O que acontece”. ATIVIDADE As estruturas eletrônicas fornecem muitas informações como, a geo- metria da molécula, a energia, as propriedades, relacionadas com os ti- pos de ligações químicas. Consequentemente, a estabilidade das moléculas depende de sua energia, a qual resulta do equilíbrio entre as forças atrativas entre elétrons e núcleos e a força repulsiva entre os núcleos ou entre os elétrons. Depois destas discussões você pode dizer que conhece como se dá o “rapel dos átomos”. Então responda: quais são as amarrações e as ancoras necessárias para um átomo ou molécula chegar seguro no final do rapel, isto é se estabilizar? Segure nas mãos algumas ligações de hidrogênio. Sendo a estrutura do cabelo de natureza protéica, a partir de um aquecimento suave e úmido pode ser modificada (desnaturada). Isto significa que o cabelo pode ser esticado até duas vezes mais o seu comprimento, rompendo assim as ligações entre os átomos de enxofre, ficando mais liso por algumas horas. Ligue e Fique Ligado 71 Química Obras Consultadas ALMEIDA, W. B.; SANTOS, H. F. Modelos Teóricos para a Compreensão da Estrutura da Matéria - Caderno Temático de Química Nova na Escola, São Paulo: n. 4, maio, 2001. ATKINS, P.; JONES, L. Princípios de Química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. Tradução de: Ignes Caracelli...[et al...], Porto Alegre: Ed. Bookman, 2001. CUSTÓDIO, R....[et. al...]. Quatro Alternativas Para Resolver A Equação de Schrödinger para o Átomo de Hidrogênio. Química Nova, São Paulo, v. 25, n.1, p. 259-269, 2002. DUARTE, H. A. Ligações Químicas: Ligação Iônica, Covalente e Metálica – Caderno Temático de Química Nova na Escola, São Paulo, n. 4, p. 14-23, 2001. KOTZ, J.C.; TREICHEL, P. Jr. Química e Reações Químicas. Tradução de: José Alberto Portela e Oswaldo Esteves Barcia, v. 1, 4. ed. Rio de Janeiro: Ed. LTC, 2002. _____. Química e Reações Químicas. Tradução de: José Alberto Portela e Oswaldo Esteves Barcia, v.2 4. ed, Rio de Janeiro: Ed. LTC, 2002. LIMA,M. B.; LIMA-NETO, P. LIMA. Construção de Modelos de Estruturas Moleculares em Aulas de Química. Química Nova. São Paulo, 22, n. 6, p.903-905,1999. MATEUS, A. L. Química na Cabeça. Belo Horizonte: Ed.UFMG, 2001. MORGON, H. N. Computação em Química Teórica: Informações Técnicas. Química Nova. São Paulo, v. 24 n. 05, p.676-681, 2001. MORTIMER, E. F. MOL, G.; DOARTE, L. P. Regra do Octeto Ligação Química no Ensino Médio: Dogma ou Ciência? Química Nova. São Paulo: nº 17, p 243-252,1994. RUSSEL, J.B. Química Geral – trad. Márcia Guekezian...[et al...], 2. ed, São Paulo: Makron Books, v. I, 1994. SHRIVER D. F. ; ATKINS, P. W. Química Inorgânica. Tradução de: Maria Aparecida Gomes, Porto Alegre: Ed. Bookman, 3. ed., 2003. SUBRAMANIAN, N. et al. Tópicos em ligação química – II – Sobre o mérito da regra do octeto. Química Nova. São Paulo, n. 12, p. 285-291,1990. TOMA, H. E. Ligação Química: Abordagem Clássica ou Quântica? Química Nova. São Paulo, n. 6, p.10-12, novembro, 1997. UCKO, D. Química para as Ciências da Saúde: Uma introdução a Química Geral, Orgânica e Biológica. Tradução de: José Roberto Giglio. 2. ed. São Paulo: Ed. Manole, 1992. Matéria e sua Natureza72 Ensino Médio A Fórmula do Corpo Humano 75 Química Alumínio, Boro, Estanho, Silício e Vanádio: Elementos traços em menor concentração. Esses 21 elementos químicos (não contando com os elementos tra- ços) são a chave que regula todo o processo da vida. Alguns aparecem em pequeníssimas porções. Durante a segunda Guerra Mundial, a medi- cina demonstrou que problemas eram causados pela carência de alguns elementos químicos no organismo humano e descobriu que, através do soro, era possível fazer a reposição destes elementos. Muitos dos soldados, naquela época, sofreram ferimentos graves na região do abdômen, afetando o aparelho digestivo. Então, injetava- se, pela veia, soro misturado com elementos químicos importantes. Foi possível assim, identificar que tipo de sintoma ocorria quando havia deficiência de alguns deles. Usando o elemento ferro, como exemplo no corpo de uma pessoa que pesa 70 quilos, não passa de 5 miligra- moléculas sem os outros 4%. Dos 92 elementos químicos existentes na natureza, vinte e seis entram na composição de nosso corpo, mas ape- nas vinte e dois são responsáveis por todas as reações que acontecem dentro de nós, desde a respiração e a produção de energia até a eli- minação dos radicais livres, moléculas acusadas de nos levar ao enve- lhecimento, entre outras coisas. Os outros quatro aparecem em menor concentração, ficam apenas alguns dias em nosso organismo, sendo eliminados em seguida, e por essa razão chamados elementos traços. Porcentagem de Elementos Químicos no Corpo Humano Oxigênio Carbono Hidrogênio Potássio Cobre Flúor Sódio Cálcio Manganês Molibdênio Nitrogênio Selênio Ferro Zinco Fó foro Cobalto Enxofre Cromo Magnésio Cloro Iodo s Matéria e sua Natureza76 Ensino Médio Todos os brasileiros têm uma dieta equilibrada? Isso interfere na química do corpo? Que do- enças pode causar a carência desses elementos químicos? Faça uma pesquisa na sua escola e procure saber se existem pessoas com problemas de cresci- mento. Quais as conseqüências que isso traz à saúde? ATIVIDADE mas. É pouco mas fundamental para o bom funcionamen- to do organismo. A carência de ferro provoca na pessoa os sintomas de uma doença chamada anemia. Uma pessoa que tem uma alimentação saudável, isto é, uma dieta equilibrada entre carnes, vegetais, ovos e lei- te, não precisa se preocupar com a falta desses ingredien- tes químicos. Alguns estão presentes em maior quantida- de, por exemplo, nos vegetais verdes, outros na carne, mas todos são comuns na maioria dos alimentos. Na atualidade, sabe-se que os elementos químicos são distribuídos em nosso corpo nas seguintes porcentagens: Nitrogênio – 3,2% - componente de todas as proteínas e ácidos nucléi- cos: O ácido desóxiribonucleico (DNA) e o ácido ribonucléico (RNA). Hidrogênio – 9,5% - constituição da água, de todos os alimentos e da maior parte das moléculas orgânicas. Carbono – 18,5% - encontrado em toda a molécula orgânica. Oxigênio – 65% - constituinte da água e das moléculas orgânicas (que contém carbono e hidrogênio, produzidos por um sistema vivo). É neces- sário para a respiração celular, que produz trifosfato de adenosina (ATP), uma substância química muito rica em energia. Desnutrição no Nordeste Brasileiro Fonte: Brasilindy media.org/image2006 A Fórmula do Corpo Humano 77 Química Ferro – 0,1% - Na forma de cátions (Fe+2 e Fe+3) são componentes da hemoglobina (proteína carregadora do oxigênio do sangue) e de algu- mas enzimas necessárias para a produção de ATP, capta oxigênio dos pulmões e carrega para o restante do corpo, através do sangue. Encon- trado em carnes, aves, músculos e leguminosas (feijão). Selênio – inferior a 0,000003%, faz parte das enzimas destruidoras de radicais livres. Molibdênio – 0,00002% - cria a boa gordura e auxilia na eliminação de radicais livres. Manganês – 0,0001% - auxilia no crescimento e “ajuda” o selênio a ex- pulsar os radicais livres (que promovem o envelhecimento). Cálcio – 1,5% - contribui para a rigidez de ossos e dentes; necessá- rio para muitos processos corporais, por exemplo, coagulação sanguí- nea e contração muscular. Ele fica na membrana e “decide” o que entra nos ossos e o que sai deles. Encontrado no queijo, leite, iogurte, vege- tais verdes folhosos e peixe. Sódio – 0,2% - é o controlador das águas mantendo o volume do sangue em circulação no organismo. Na forma de cátion (Na+) mais abundante fora das células; essencial no sangue para manter o equilíbrio de água; necessá- rio para a condução de impulsos nervosos e contração muscular. Encontra- do em carnes, peixes, leguminosas (lentilha), cereais integrais e vegetais. Flúor – 0, 00001% - dá boas mordidas, pois protege os dentes. En- contrado na água, frutos do mar, peixes e chá. Cobre – 0,0003% - não deixa você derreter, pois regula a liberação de energia, produzida pelo nosso organismo. Produção de melanina e for- mação de glóbulos vermelhos do sangue. Encontrado no fígado, cere- ais integrais, legumes e frutas (pêra). Potássio – 0,4% - Na forma de cátion (K+) mais abundante dentro das cé- lulas; importante na condução de impulsos nervosos e na contração muscu- lar. Sua falta ou excesso pode fazer o coração parar. Encontrado nas frutas e vegetais frescos, especialmente banana, couve, batata e pão integral. Matéria e sua Natureza80 Ensino Médio A composição química do corpo humano também pode refletir no crescimento das crianças. Em situações normais ela é regular, po- rém pode sofrer alterações pela faixa etária, doenças ou até estações do ano. Nisso se incluem aspectos como alimentação, situação emo- cional, variações hormonais, atividade física e doenças. Em decorrên- cia de anormalidades nesses fatores, a criança pode ter altura final di- ferente da que deveria ter. O sistema endócrino (formado por todas as glândulas do nosso corpo) participa de forma crucial no crescimento normal do ser humano. As glân- dulas produzem diferentes hormônios que regulam a atividade do corpo e também o crescimento. Nesse caso, são importantes a tiroxina produzi- da pela tireóide, o hormônio do crescimento produzido pela hipófise, os hormônios adrenais e os hormônios gonadais (testículos e ovários). Quando, por alguma razão, o organismo apresenta sintomas de de- ficiência ou excesso de hormônios, podemos proporcionar a correção desta ausência ou excesso através de processos químicos. Nestes casos é muito importante o diagnóstico precoce. Graças ao estudo da composição química do corpo humano, hoje já é possível alterar o processo de crescimento especialmente para cor- rigir problemas de baixa estatura. O corpo humano é composto de substâncias químicas, e todas as atividades destas substâncias têm uma natureza química. Portanto, não é possível estudar o corpo humano sem conhecer sua composição quí- mica, mesmo que esteja sempre em estudo e sofrendo alterações. Imagine esta situação: Alguém, por qualquer razão, fica 5 dias sem beber água ou qualquer outro ti- po de líquido. À luz do que estudamos até agora, que reações químicas acontecem no organismo des- ta pessoa? Que conseqüências esta situação vai gerar? Pesquise e elabore um texto em favor da in- gestão de água. ATIVIDADE Descobriu a fórmula do corpo humano? A Fórmula do Corpo Humano 81 Química ANOTAÇÕES Referências Bibliográficas GALEANO, E. Palavras andantes – trad. Eric Nepomuceno. Porto Alegre: L&PM,1994. Obras Consultadas ATKINS, P.; JONES, L. Princípios de Química: questionando a vida mo- derna e o meio ambiente. Tradução de: Ignes Caracelli... [et al...], Porto Ale- gre: Ed. Bookman, 2001. HALL, N. (Org). Neoquímica. Tradução de: Paulo Sérgio Santos et al. Por- to Alegre: Bookman, 2004. JUNQUEIRA, L. C. U.; CARNEIRO, J. Biologia celular e molecular. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2000. RUSSEL, J. B. Química Geral. Tradução e revisão técnica de: Márcia Guekesian et al. 2. ed. São Paulo: Pearson Makron Books, 1994. Documentos Consultados ONLINE ALDRIDGE, S. Bioquímica. Disponível em:<www.colegiomaededeus.com. br/professores/machado/Interessante/Bioquimica.doc> Acesso em: 12 abr. 2006. Matéria e sua Natureza82 Ensino Médio Foto: Icone Audiovisual Radiação e Vida! 85 Química 8h09min, Hiroshima aparece entre as nuvens. Às 8h15min17s a bomba é lançada. Quarenta segundos depois, a 580m de altura, a bomba de- tonou. A bomba contendo 60 Kg de urânio-235 gerou uma explosão equivalente a 20.000 toneladas de TNT (trinitrotolueno, um explosivo), provocando a morte instantânea de 66.000 civis. Quando lançaram a bomba atômica sobre Hiroshima, os norte-ame- ricanos já sabiam os resultados que ela iria provocar. Tanto que Robert Oppenheimer, diretor do programa nuclear à época, exclamou quando fizeram o primeiro teste no deserto de Alamogordo (EUA): “..agora, me transformei num companheiro da morte, um destruidor de mundos”. As primeiras conseqüências desastrosas e imediatas são os efeitos físicos da explosão radiativa: O efeito térmico: nos primeiros milésimos de segundo após a ex- plosão, a energia térmica liberada na atmosfera transformou o ar em uma bola de fogo. Num raio de 1 km, tudo foi instantaneamen- te reduzido a cinzas. No solo, logo abaixo onde a bomba explodiu, a temperatura atingiu milhares de graus centígrados. A onda de choque: o calor provocou uma expansão violenta dos gases. Essa onda de choque progrediu a uma velocidade de 1.000 km/h derrubando 62 mil dos 90 mil prédios da cidade. Os efeitos fisiológicos: a explosão nuclear espalhou material radiativo provocando queimaduras e câncer em mais de 300.000 sobreviventes. A emissão de grande quantidade de raios X, raios ultravioleta e outras radiações eletromagnéticas cegou as pessoas que estavam nas proxi- midades que olharam diretamente para a posição da explosão. Uma outra conseqüência é que a bomba se transformou numa po- derosa “arma” diplomática: um mecanismo de coação sobre qualquer país que se opusesse aos Estados Unidos. Por causa disso, 1945 pode ser considerado o ano do início da corri- da armamentista, especialmente o armazenamento de armas nucleares. Entre 1940 e 1990, os Estados Unidos produziram 60 mil ogivas nu- cleares. O arsenal da extinta União Soviética era da mesma propor- ção e o das demais potências nucleares (China, França e Reino Unido) eram menores. Em 1991, os Estados Unidos e a ex-União Soviética assinaram o Tra- tado de Redução das Armas Estratégicas. Mesmo com a redução, ainda há mais de 31 mil armas nucleares em poder de 8 nações. A guerra nu- clear, portanto, ainda é uma das maiores ameaças à civilização. Em um cálculo estimativo, o astrônomo britânico Martin Rees, afirmou que se dividíssemos o poder de fogo dos arsenais nucleares e convencionais dos Estados Unidos e da Rússia, sobraria para cada habitante do plane- ta uma bomba convencional com 33 toneladas de explosivos. Matéria e sua Natureza86 Ensino Médio A partir das informações anteriores pesquise e discuta com seus colegas se o Brasil deve utilizar a tecnologia nuclear para produzir armas atômicas. ATIVIDADE Você saberia dizer o que tudo isso tem em comum com o problema: a radiação é “Um mal, um bem necessário... Um bem, um mal necessário? Ainda não tem resposta? Continue lendo o texto! Você já imaginou como uma única bomba atômica conse- gue causar tanta destruição? De onde vem tanta energia ? Por que a diferença é tão acentuada entre a quantidade de energia obtida do carvão e a quantida- de de energia obtida do urânio? ATIVIDADE A energia que obtemos da queima do carvão numa churrasqueira, por exemplo, vem da combinação dos átomos de carbono e oxigênio e do instantâneo reagrupamento de seus elétrons externos em novas combinações, dando origem ao novo composto. A energia proveniente da queima do urânio num reator nuclear vem da reorganização das partículas do núcleo do átomo (prótons e nêutrons), quando acontece a “saída” de uma partícula nuclear. Comparando Energia 1 Kg de carvão libera energia suficiente para manter uma lâmpada de 100 watts acesa por 8 horas. 1 Kg de urânio-235 libera energia suficiente para manter a mesma lâmpada acesa por 30.000 anos. Radiação e Vida! 87 Química Você sabia que: a energia necessária para arrancar uma partícula do núcleo é muito maior que a energia utilizada para deslocar um elétron para fora do átomo? É por esse motivo que o urânio fornece muito mais energia do que o carvão. A radioatividade constitui um fenômeno ligado ao núcleo do áto- mo, enquanto que as reações químicas estão relacionadas à eletrosfera. É importante saber, que tanto no caso da queima do carvão quan- to na reação nuclear do urânio, está associado o conceito de estabili- dade. A estabilidade está relacionada ao equilíbrio. Vamos exemplifi- car com situações comuns: - como uma chaleira de água quente que, ao ser retirada do fogo, vai aos poucos perdendo calor para o meio até um certo ponto em que entra em equilíbrio térmico com o ambiente. Ou, quando se dá um tiro n’agua: o projétil vai rapidamente desacele- rando, enquanto perde energia cinética, até zerar sua velocidade. Ao contrário, quando o fluxo de energia entre o corpo e o meio não cessou, podemos dizer que o sistema está instável. Existem na natureza alguns elementos químicos fisicamente instá- veis, cujos átomos ao se desintegrarem, emitem energia sob a forma de radiação. Radiação é um termo muito genérico e inclui fenômenos como luz, ondas de rádio, microondas e partículas carregadas eletrica- mente. Não esquecendo que radiatividade é a propriedade que alguns átomos têm de emitir radiação. Tentando esclarecer a natureza da radiatividade, o físico neozelan- dês Ernest Rutherford, estudando a emissão de radiações pelo urânio e pelo tório, em 1897, observou que haviam dois tipos diferentes de radiação: uma que era rapidamente absorvida, que ele denominou de raios alfa (e outra com maior poder de penetração, denominada de raios beta . Em 1900, o físico francês Paul U. Villard identificou uma terceira es- pécie de radiação, a qual chamou de raios gama . As três modalidades de radiação; alfa, beta e gama, se comportam de maneira diferente quando submetidas a um forte campo elétrico ou magnético. núcleo instável (com excesso de energia) emite ondas e/ou partículas núcleo estável Matéria e sua Natureza90 Ensino Médio Pesquise como a radioterapia é utilizada no tratamento de câncer. Quais são os prejuízos que ela causa e como ela age no organismo humano? ATIVIDADE genética. Se o espermatozóide que sofreu a mutação participar, fu- turamente da concepção, a alteração será incorporada ao óvulo fertilizado, e na gravidez, quando o zigoto se reproduzir milha- res de vezes, essa alteração será fatalmente reproduzida. As cé- lulas do recém-nascido conterão informações genéticas mo- dificadas, incluindo também células que anos mais tarde irão se transformar em espermatozóides ou óvulos. Isso quer dizer que, se o indivíduo atingir a fase fértil e se reproduzir poderá transferir a informação genética altera- da, continuando assim por muitas gerações. Acontecem mu- tações no feto que podem ser letais. Outras provocam altera- ções físicas e mentais; aumentam a suscetibilidade a algumas doenças crônicas, ou ainda provocam anormalidades bioquímicas. Você já ouviu falar do acidente na usina nuclear de Chernobyl? Os técnicos pretendiam fazer um teste de um novo mecanismo de emergência. O sistema de resfriamento de emergência foi desligado e o reator continuou em funcionamento. O teste não estava previsto pelo sistema automático do controle. Houve um desequilibro no sistema de vapor, soando os alarmes: mensagem de desligamento urgente do rea- tor. O operador em vez de tomar essa atitude, desligou o sistema de alar- me. Como conseqüência a experiência durou 24 horas. As conseqüências foram a destruição parcial do núcleo do rea- tor e a destruição total do sistema de resfriamento, liberando diver- sos produtos voláteis. No controle dos incêndios, os bombeiros re- ceberam altas doses de radiações. Foram 31 vítimas fatais, outras 32 foram hospitalizadas. Esse acidente causou a morte de milhares de pessoas (aproximada- mente 28 mil), deixando outras sofrendo conseqüências graves ocasio- nadas pelo efeito da radiação. Várias pessoas morreram imediatamente após o acidente. Outras morreram dias depois. Muitas crianças e adul- tos contraíram leucemia após lesões na medula óssea. Mulheres grávi- das de até quatro meses tiveram filhos com malformação genética. Radiação e Vida! 91 Química No Brasil, em 1987, ocorreu um acidente na cidade de Goiânia. Uma cápsula contendo resíduos radioativos foi manipulada por pes- soas que não sabiam o perigo que corriam, provocando a morte de 4 delas e contaminando mais de 200. Procure em livros, jornais e revistas informações de como e por quê aconteceu o acidente em Goiânia com o césio 137. Questione com seus colegas a importância do conhecimento a respeito do perigo da utilização de um material que não se conhece. O que fazer quando se deparar com situação parecida? ATIVIDADE E retomando o problema a radiação é “Um mal, um bem necessário... Um bem, um mal necessário? Continue! Logo encontrará a resposta! As radiações alfa, por terem massa e carga elétrica maio- res que as radiações beta e gama podem ser facilmente deti- das. Elas, em geral, não conseguem ultrapassar as camadas ex- ternas de células mortas da pele de uma pessoa, sendo praticamente inofensivas. As emissões gama são ondas eletromagnéticas que não possuem carga e nem massa. Isto justifica o fato delas passarem diretamente pe- lo campo elétrico sem serem atraídas pelo pólo positivo ou negativo. Provavelmente você já ouviu falar que as emissões gama são extre- mamente penetrantes, podendo atravessar o corpo humano sem serem detidas. Sendo assim, essas emissões gama representam um grande pe- rigo para os órgãos humanos. São representadas por: . A primeira Lei da Radioatividade é também conhecida como Lei de Soddy: Quando um radioisótopo emite uma partícula , seu número atômico diminui de duas unidades e seu número de massa diminui de quatro unidades. Abaixo veremos um exemplo: 232 90 Th 228 88 Ra + 4 2 232 = 228 + 4 90 = 88 + 2 Matéria e sua Natureza92 Ensino Médio Procure em livros, revistas, jornais e sites informações que respondam como controlar a produção, uso e o descarte de materiais radiativos. ATIVIDADE As emissões beta são capazes de penetrar cerca de um centímetro nos tecidos, ocasionando danos à pele, mas não aos órgãos internos, a não ser que sejam engolidas ou respiradas. A partícula beta desvia-se para o lado positivo do campo elétrico. Este fato comprova que a radiação beta tem carga negativa. Na realida- de, as partículas são elétrons emitidos pelo núcleo quando um nêu- tron instável se desintegra transformando-se em um próton. Além do próton e da partícula beta, também são gerados raios gama e um neu- trino (partícula sem carga e de massa desprezível). E agora que você já recebeu todas essas informações, já consegue responder a pergunta: radiação é “Um mal, um bem necessário... Um bem, um mal necessário? Segunda Lei da Radiatividade ou Lei de Soddy-Fajans: Quando um ra- dioisótopo emite uma partícula beta, seu número atômico aumenta de uma unidade e o seu número de massa não se altera. 1 0 n 1 1 p + 0 -1 + 0 0 + 0 0 32 = 32 + 0 32 15 P 32 16 S + 0 -1 + 0 0 0 0 15 = 16 – 1 Órgão Elétrico Artificial 95 Química 7 ÓRGÃO ELÉTRICO ARTIFICIAL Maria Bernadete P. Buzatto1 or que há pessoas que sentem “choque” no dente obturado, e outras não? Fotos: Icone Audiovisual 1Colégio Estadual Unidade Polo - Maringá - PR Matéria e sua Natureza96 Ensino Médio Vamos experimentar o que sentimos! Coloque um pedaço de papel alumínio em cima de um dente ob- turado. Dê uma mordida. O que você sentiu? Foi uma sensação de dor, como se fosse um pequeno choque? Ao mastigar um chiclete ou chupar uma bala que “grudou” um pe- daço de papel alumínio ou quando duas obturações entram em conta- to, você poderá ter a mesma sensação, ou não. Você sabe qual foi o material que o dentista usou para fechar seu dente? Abrindo a boca você pode tirar suas dúvidas. Há dois tipos de materiais conhecidos: os amálgamas, liga do metal mercúrio com outros metais, e as resinas poliméricas (porcelanas). Você pode identificar se os seus dentes são obturados com amálga- ma ou com resina. Saiba que os amálgamas têm cor diferente da cor natural do seu dente. Enquanto que, na obturação de resina, a cor é semelhante a dos seus dentes. As longas moléculas da resina polimérica são formadas por átomos de carbono, oxigênio e hidrogênio. Mas qual dos dois materiais provoca uma sensação de dor, um “choque”? Lembrando que o choque elétrico é causado por uma corrente elé- trica (movimento de elétrons) que passa por meio do nosso corpo. As sensações e as conseqüências do choque elétrico dependem da intensidade da corrente elétrica, relação entre a quantidade de carga que passa por unidade de tempo, em uma parte do condutor. A sensação de “dor”, isto é o “choque” que alguns sentiram, indica a passagem de corrente elétrica entre o papel alumínio e o seu den- te obturado. A quantidade de cargas elétricas (elétrons) envolvidas foi muito pequena, pois o choque que alguns levaram não apresentou ne- nhum risco de vida. Como se formou esta corrente elétrica? De onde vieram os elétrons necessários para que alguns de vocês sentissem o “choque” ? Inúmeros metais são utilizados no seu dia-a-dia; por exemplo o cobre e o zinco. O metal cobre é encontrado nos cabos elétricos e o metal zinco é en- contrado nas calhas de escoamento das águas da chuva dos telhados. Órgão Elétrico Artificial 97 Química Coloque em um béquer solução aquosa de sulfato de Zinco (ZnSO 4 ), mergulhe um pedaço de fio de cobre lixado com uma palha de aço. Observe e anote as mudanças ocorridas. Fique atento aos aspectos dos materiais. Em outro béquer, coloque solução de sulfato de cobre (CuSO 4 ) e mergulhe um prego zincado ou um pedaço de calha zincada; antes, lixe os objetos com palha de aço. Observe e anote as mudanças ocorridas. O que significa a mudança de cor na solução e na superfície do metal? Por que ocorreu um leve aquecimento em um dos béqueres? Placa de zinco Solução de sulfato de cobre Placa de cobre Solução de sulfato de zinco Fotos: Icone Audiovisual Zn+2 Cu+2 Você montou dois sistemas separados: um formado pelo metal (fase sólida) cobre mergulhado na solução aquosa de zinco (fase líquida) e o outro pelo metal zinco (fase sólida) mergulhado na solução aquosa (fase líquida) de sulfato de cobre. De onde veio a cor “avermelhada” que aparece na superfície da placa de zinco? Por que “desapareceu” a cor azul da solução aquosa de sulfato de cobre? Será que este experimento tem alguma relação com o dente obturado? ATIVIDADE Entretanto, você não conseguiu comprovar ou medir se realmente ori- ginou uma corrente elétrica neste experimento, porque os elétrons trans- feridos não foram aproveitados para acender uma lâmpada ou para colo- car em funcionamento qualquer aparelho como, um relógio, um celular, uma calculadora, um computador portátil, uma lanterna, um carro. Pode-se observar mudanças no aspecto externo, na solução no bequer e nos objetos de metal. O que acontece internamente, em nível atômico?