APRESENTAÇÃO
O livro do aluno
Esta é uma coleção em três volumes para a disciplina de Química no ensino médio. O volume 1
aborda Química Geral e Inorgânica, o volume 2 trata da Físico-química e o volume 3, da Química
Orgânica.
Em cada volume, há certa flexibilidade quanto à ordem dos capítulos. Respeitando o
encadeamento de pré-requisitos, cada professor poderá adotar a seqüência que sua experiência em
sala de aula e seu conhecimento da realidade local indicarem. Como subsídio para essa escolha,
considerando que alguns capítulos contêm pré-requisitos para outros, é fornecido, na página seguinte,
um dos possíveis mapas de conceitos tratados neste volume.
Em termos de estrutura dos capítulos, cada um se inicia com uma fotografia e com o
Comentário preliminar, texto-organizador que menciona a relação entre o que será estudado no
capítulo e conhecimentos prévios e/ou a relação do tema com outras partes da Química. Após essa
abertura, segue-se a seção Motivação, que emprega, por exemplo, texto jornalístico, fotografia,
experimento ou situação-problema para despertar a curiosidade do estudante para o que será
trabalhado, em seguida, na seção Desenvolvendo o tema.
Os quadros Em destaque contêm textos que pretendem ilustrar princípios vistos, oferecer
informações complementares ou comentar aplicações da Química na compreensão de fatos do
dia-a-dia. Os quadros que aparecem nas laterais de algumas páginas, por sua vez, sugerem atividades
para a aplicação de princípios estudados ou a reflexão sobre aspectos referentes a eles.
As Questões para fixação aparecem ao longo dos capítulos e têm por finalidade colocar em
prática os conceitos estudados. Optou-se por não colocar testes de múltipla escolha nessa seção. Ao
final de cada capítulo, a série intitulada Exercícios sobre todo o capítulo contém questões dissertativas
e testes de múltipla escolha de vestibulares de diversas regiões do país, incluindo alguns exercícios
que relacionam diferentes partes da disciplina. As respostas das Questões para fixação e dos Exercícios
sobre todo o capítulo aparecem no final do livro do aluno.
Ao final do estudo com os três volumes, espera-se que o estudante adquira uma noção do
campo de atuação da Química, de seu caráter científico e tecnológico, de algumas de suas aplicações
e implicações.
O manual do professor
Para cada capítulo do livro do aluno há um capítulo correspondente no manual do professor,
que se inicia com uma relação de conteúdos conceituais apresentados no livro e também de
conteú-dos procedimentais e atitudinais que podem ser trabalhaconteú-dos. Ao longo do manual também há:
• comentários sobre os capítulos;
• notas sobre a etimologia de termos científicos;
• textos dirigidos ao professor;
• propostas de atividades adicionais e
• sugestões bibliográficas.
No final do manual, são apresentadas as resoluções comentadas de alguns testes e questões
selecionados.
QUÍMICA
Reações
químicas
Ligação química
interatômica
Pura
Átomos
Mistura
Elementos
químicos
estuda as unem-se por meio de entre outras propriedades periódicas, apresentam de estuda ascada qual pode estar
podem participar da composição de uma
pode ser
Um possível mapa conceitual do volume 2
Processos
nucleares
(capítulo 11)Número de
oxidação
(capítulo 3) têm o núcleo alterado nos ajudam a esclarecer o conceito deÓxido-redução
(capítulos 3 a 5 )Cela
galvânica
(capítulo 4)Cela
eletrolítica
(capítulo 5)Exotérmicas
(capítulo 6)Endotérmicas
(capítulo 6)Equilíbrio
químico
(capítulo 8)Princípio de
Le Chatelier
(capítulo 8)Rapidez
(capítulo 7)K
a (capítulo 9)K
w (capítulo 9)K
s (capítulo 10)pH
(capítulo 9)Calor
(capítulo 6) permite reconhecer se uma reação é de algumas são de é realizada de modo forçado numa produz corrente elétrica numa podem ser absorvemocorrem (em função das condições experimentais)
com uma certa tendem (dependendo das condições) a atingir o
liberam
conceito essencial para a compreensão de que pode ser deslocado, de acordo com o
Conceito ácido-base de
Brønsted-Lowry
(tópico avançado)Hidrólise
salina
(capítulo 9)Concentração
do soluto
na solução
(capítulo 1)Efeitos
coligativos
(capítulo 2)Heterogênea
Não-eletrólito
(capítulos 1 e 2)Eletrólito
(capítulos 1, 2, 9)Homogênea
Solução
(capítulo 1)Soluto
(capítulo 1)Solvente
(capítulo 1) também denominada contém contém cujas quantidades relativas determinam a cuja presença origina os chamados pode serEletronegatividade
(capítulo 3) Importante:Este mapa é apenas uma das muitas possibilidades de relacionar os conteúdos conceituais do volume.
formada por
Substâncias
químicas
SUMÁRIO
SUBSÍDIOS DIDÁTICOS
Capítulo
1 – Expressando a concentração de soluções, 7
Capítulo
2 – Propriedades coligativas, 9
Capítulo
3 – Processos de óxido-redução, 11
Capítulo
4 – Eletroquímica: celas galvânicas, 13
Capítulo
5 – Eletroquímica: celas eletrolíticas, 14
Capítulo
6 – Termoquímica: o calor e os processos
químicos, 16
Capítulo
7 – Cinética química: o transcorrer das
reações químicas, 19
Capítulo
8 – Equilíbrio químico: a coexistência de
reagentes e produtos, 21
Capítulo
9 – Equilíbrios iônicos em solução aquosa, 23
Capítulo 10 – Equilíbrios químicos heterogêneos, 25
Capítulo 11 – Radioatividade: fenômenos de origem
nuclear, 26
Tópico avançado – Conceitos ácido-base de
Brønsted-Lowry e de Lewis, 28
RESOLUÇÕES
Capítulo
1 – Expressando a concentração de soluções, 29
Capítulo
2 – Propriedades coligativas, 41
Capítulo
3 – Processos de óxido-redução, 42
Capítulo
4 – Eletroquímica: celas galvânicas, 46
Capítulo
5 – Eletroquímica: celas eletrolíticas, 49
Capítulo
6 – Termoquímica: o calor e os processos
químicos, 54
Capítulo
7 – Cinética química: o transcorrer das
reações químicas, 60
Capítulo
8 – Equilíbrio químico: a coexistência de
reagentes e produtos, 64
Capítulo
9 – Equilíbrios iônicos em solução aquosa, 68
Capítulo 10 – Equilíbrios químicos heterogêneos, 77
Capítulo 11 – Radioatividade: fenômenos de origem
Reprodução proibida. Ar t. 184 do Código P enal e Lei 9.610 de 19 de f e v ereiro de 1998.
SUBSÍDIOS DIDÁTICOS
Capítulo 1
Expressando a
concentração de soluções
Comentário geral
Principais conteúdos*
conceituais do capítulo
Conteúdos procedimentais
que podem ser desenvolvidos
Conteúdos atitudinais que
podem ser desenvolvidos
• Prestar atenção aos rótulos
de produtos industrializados.
• Perceber que muitos
princí-pios científicos estão
presen-tes em nossa vida cotidiana.
• Conceitos de solução,
sol-vente e soluto
• Método para o preparo
labo-rator ial de uma solução
aquosa de concentração
co-nhecida
• Concentração comum
• Distinção entre concentração
comum de uma solução e
densidade de uma solução
• Concentração em quantidade
de matéria
• Título, porcentagem e ppm
(em massa e em volume)
• Diluição de soluções
• Cálculo estequiométrico
en-volvendo reagentes em
solu-ção, com destaque para a
titulação ácido-base
• Expressar a concentração de
uma solução, escolhendo e
utilizando a unidade mais
ade-quada.
• Realizar a conversão entre
unidades de concentração.
• Executar os cálculos
necessá-rios para prever como uma
so-lução deve ser diluída a fim de
obter uma nova solução de
concentração desejada.
• Executar os cálculos
necessá-rios para determinar a
con-centração de uma solução
ácida ou de uma solução
bá-sica a partir de dados
prove-nientes de um processo de
titulação ácido-base.
• Utilizar raciocínios de
propor-cionalidade para realizar
cál-culos estequiométricos com
reagente(s) em solução.
Solução é qualquer mistura homogênea. Já que o soluto está
homogeneamente distribuído no solvente, ao se retirar uma amostra de uma solução, a quantidade de soluto presente nessa amostra é proporcio-nal ao volume da amostra. (Também a quantidade de solvente existente na amostra é proporcional ao volume dela.) O exemplo apresentado no início do capítulo, que envolve uma solução de um medicamento, pretende justa-mente mostrar isso.
Assim, pode-se dizer que, em uma dada solução, há uma relação
constante entre a quantidade de soluto e a quantidade de solvente (ou,
também, entre a quantidade de soluto e a quantidade de solução). A meta do capítulo é trabalhar algumas das maneiras de expressar essa relação, que pode envolver massa e volume, quantidade em mol e volume, massa e massa, volume e volume etc., e também perceber que há situações em que se prefere uma maneira a outra.
É por meio do item 1.3 que os estudantes podem compreender o que significam frases do tipo “há 20 g de soluto em 1 L de solução”. Referimo-nos freqüentemente ao volume de solução (e não ao volume de solvente) como decorrência do modo como as soluções são preparadas. É oportuno que o professor demonstre em aula a preparação de uma solução. Pese, por exemplo, 5,85 g de cloreto de sódio e transfira esse sólido para um balão volumétrico de 1 L. Adicione um pouco de água destilada e agite
* Para o professor que desejar compreender melhor os aspectos pedagógicos envolvidos na classificação dos conteúdos escolares em conceituais, procedimentais e atitudinais, recomendamos a obra: COLL, C. et al. Os conteúdos na reforma: ensino e aprendizagem de conceitos, procedimentos e atitudes. Tradução de Beatriz Affonso Neves. Revisão técnica de Maria Thereza Oliva Marcílio de Souza. Porto Alegre: Artmed, 1998.
Reprodução proibida. Ar t. 184 do Código P enal e Lei 9.610 de 19 de f e v ereiro de 1998.
para promover a dissolução do sólido. A seguir, complete com água até a
marca de aferição.
Origem dos termos científicos
Superfície do líquido Superfície do líquido Ar Líquido Ar Líquido Marca de aferição Correto Incorreto
Feita a solução, podem ser elaboradas frases que descrevem sua composição:
“Há 5,85 g de cloreto de sódio em um litro de solução aquosa.” “Há 0,1 mol de cloreto de sódio em um litro de solução aquosa.” E essas frases podem ser passadas para uma linguagem científica: NaCl (aq) 5,85 g/L ou NaCl (aq) 0,1 mol/L
Quando os alunos acompanham o preparo dessa solução, perce-bem com muito mais facilidade como estariam incorretas, referindo-se a essa solução, frases como “há 5,85 g de cloreto de sódio em um litro de água” ou “há 0,1 mol de cloreto de sódio em um litro de água”. Todo o restante do desenvolvimento do capítulo é facilitado a partir dessa com-preensão inicial.
A densidade, que é uma relação entre duas propriedades da solução como um todo (massa e volume), não é propriamente uma unidade para expressar a concentração da solução. Ela é, isso sim, uma propriedade da
solução — que depende do solvente, do(s) soluto(s) e da concentração
do(s) soluto(s) — que, uma vez conhecida (numa certa temperatura), per-mite avaliar a massa total de solução em um dado volume (medido na mesma temperatura a que se refere a densidade). E conhecer a massa total de solução num certo volume é essencial para que se possa realizar a con-versão entre certas unidades, por exemplo, entre porcentagem em massa do soluto e concentração em quantidade de matéria. Por isso é que o capí-tulo aborda a densidade juntamente com o estudo das soluções.
Quanto à diluição de soluções, sugere-se ressaltar que, num almoxarifado de laboratório, o estoque de soluções é limitado e, em mui-tos casos, soluções concentradas são disponíveis (isso é comum, por exem-plo, no caso de ácidos, tais como o clorídrico, o nítrico e o sulfúrico) e o que os químicos fazem (respeitando medidas e atitudes de segurança
no manuseio das substâncias) é obter as soluções menos concentradas
por meio da diluição.
No que diz respeito à estequiometria envolvendo soluções, vale res-saltar que muitas reações químicas ocorrem em solução. Assim, uma no-vidade que é introduzida nos itens 7.3 e 8 é que, sendo conhecida a con-centração em quantidade de matéria do(s) reagente(s) em solução, pode(m)-se calcular a(s) quantidade(s) em mols despode(m)-se(s) reagente(s). E, a partir dela(s), o cálculo estequiométrico segue exatamente as linhas tratadas ao estudar estequiometria.
O apêndice C, no final do volume 2, apresenta as principais unidades usadas na Química do ensino médio.
E o apêndice B apresenta as principais idéias referentes às potências de dez, outro pré-requisito importante para este capítulo.
Estimule os alunos a utilizarem esses apêndices sempre que necessário.
• A palavra “solução”, empregada em Química, vem do latim solutione, de onde também deriva a palavra “solução” usada no linguajar não-cien-tífico. Quando alguém encontra a solução de um problema, por exemplo, significa que o problema se “dissipou”, “desapareceu”, de modo análo-go a um soluto que se dissolve num solvente.
• “Dissolver” é o ato de fazer uma solução, adicionando um soluto a um solvente e homogeneizando a mistura. E “dissolução” é o substantivo relativo ao verbo “dissolver”. Por exemplo, “dissolver açúcar em água” equivale a “fazer a dissolução de açúcar em água”.
• A palavra “dissociar” — que significa desassociar, separar, quebrar um todo em partes que se separam — não deve ser confundida com “dis-solver”.
• A palavra “diluir” — que significa acrescentar solvente a uma solução já preparada — também não deve ser confundida com “dissolver”.
Experimento
PREPARO DE UMA SOLUÇÃO
Havendo condições materiais e de tempo, o professor pode levar os alunos ao laboratório para que realizem o preparo de uma solução
de cloreto de sódio (é muito arriscado fazer essa atividade com
subs-tâncias tóxicas, corrosivas ou que ofereçam qualquer outro tipo de risco aos alunos) cuja concentração é indicada pelo professor. Isso permite o desenvolvimento de conteúdos procedimentais tais como uso da balança, do balão volumétrico e da pisseta.
Sugestões de leitura
complementar para o professor
Textos de Química Nova na Escola são disponibilizados emhttp://sbqensino.foco.fae.ufmg.br/qnesc
ECHEVERRÍA, A. R. Como os alunos concebem a formação de soluções. Química Nova na Escola, n. 3, 1996. p. 15-18. Nesse artigo, a autora faz reflexões sobre possíveis concepções incorretas dos alunos ao interpretarem a formação de uma solução.
JAFELICCI JÚNIOR, M.; VARANDA, L. C. O mundo dos colóides. Química Nova na Escola, n. 9, 1999. p. 9-13. Os autores apresentam, entre outros aspectos, noções físico-químicas sobre a superfície das partículas coloidais.
SILVA, E. O. Explorando as bases matemáticas da volumetria: uma proposta didática. Química Nova na Escola, n. 13, 2001. p. 13-17. (Veja também errata no n. 14, p. 46.) Proposta de trabalho interdisciplinar com a Matemáti-ca, ressaltando aspectos de funções lineares presen-tes na modelagem matemática do processo de titulação ácido-base.
Reprodução proibida. Ar t. 184 do Código P enal e Lei 9.610 de 19 de f e v ereiro de 1998.
Capítulo 2
Propriedades coligativas
Principais conteúdos
conceituais do capítulo
Conteúdos procedimentais
que podem ser desenvolvidos
Conteúdos atitudinais que
podem ser desenvolvidos
• Valorizar a observação como
importante meio para obter
informações.
• Perceber que muitos
princí-pios científicos estão
presen-tes em nossa vida cotidiana.
• Preocupar-se com a correta
hidratação do organismo,
principalmente nas épocas
mais quentes do ano.
• Diagrama de fases da água
• Pressão de vapor
• Volatilidade e pressão de
vapor
• Efeito tonoscópico
• Efeito ebulioscópico
• Efeito crioscópico
• Osmose
• Pressão osmótica
• Osmose reversa
• Comparação dos efeitos
coligativos produzidos por
solutos eletrólitos e
não-voláteis com os de solutos
eletrólitos e não-voláteis
• Construir o diagrama de fases
da água e empregá-lo para
fazer previsões sobre
mudan-ças de estado físico
envolven-do essa substância.
• Coletar os dados necessários
e empregá-los para comparar
a intensidade dos efeitos
coligativos em diferentes
so-luções feitas com um mesmo
solvente.
• Observar experimentalmente
a ocorrência de osmose.
Comentário geral
Este capítulo trata essencialmente de dois temas.
O primeiro deles é o diagrama de fases, a partir do qual se desenvol-ve o conceito de pressão de vapor. Isso corresponde ao item 1 do capítulo.
O segundo tema são as propriedades coligativas propriamente di-tas, que correspondem aos itens 2 a 7. Até o item 6 abordam-se os efeitos produzidos pelos solutos não-eletrólitos e não-voláteis. E o item 7 estende a discussão para os solutos eletrólitos não-voláteis.
A proposta do capítulo é de uma abordagem predominantemente
qualitativa e semiquantitativa. As únicas expressões matemáticas
apre-sentadas são a Lei de Raoult e a expressão para o cálculo da pressão osmótica. Mesmo nesses casos, não há insistência em exercícios que en-volvam o uso dessas expressões.
A expressão da Lei de Raoult é relativamente simples de compre-ender quando interpretamos os valores numéricos nela colocados para fa-zer um cálculo. Considere os exemplos numéricos da página 46. Se a fra-ção em mols do solvente é 0,95, significa que 95% das moléculas da solu-ção são de solvente (e 5% são de sacarose ou glicose). Assim, a pressão de vapor, que é proveniente da vaporização das moléculas do solvente, será 95% da pressão de vapor que o solvente puro tem naquela mesma tempe-ratura.
Priorizou-se no capítulo o uso da unidade quilopascal (kPa) para pressão, porque pascal (Pa) é a unidade de pressão do Sistema Internacio-nal. Para manter a compreensibilidade do texto, em vários momentos co-locou-se entre parênteses que 101,3 kPa equivalem a 1 atm.
As seções Fatos experimentais das páginas 36, 44, 47 e 54 apresen-tam valores numéricos cuja análise pretende conduzir à interpretação dos fenômenos e à elaboração de generalizações.
No passado, a abordagem das propriedades coligativas no nível médio era feita com mais fórmulas matemáticas, algumas delas envolven-do a molalidade (grafada com “l”) da solução, que é a concentração ex-pressa em mol de soluto por quilograma de solvente. Essa abordagem pode ser hoje encontrada em livros universitários de Físico-Química, em que se
deduzem equações para expressar os efeitos tonoscópico, ebulioscópico e crioscópico em função da molalidade. Para soluções aquosas diluídas, a molalidade (mol/kg) é aproximadamente igual à concentração em quanti-dade de matéria (mol/L). Porém, para evitar empregar tal aproximação para soluções não tão diluídas — por exemplo soluções 0,1 mol/L — e, portanto, fora da faixa de validade de tal aproximação, optou-se por apre-sentar, nas seções Fatos experimentais das páginas 47 e 54, a quantidade em mols de soluto por 1.000 g de água. Dessa maneira, mantém-se o ne-cessário rigor conceitual, ao mesmo tempo em que não se complica desne-cessariamente o estudo com as expressões matemáticas envolvendo molalidade.
Origem dos termos científicos
• A palavra “tonoscópico” vem do grego tónos, tensão, e skopeîn, ver,ob-servar, sondar, examinar.
• “Ebulioscópico” vem do latim ebullire, ebulir, ferver, e do grego skopeîn, examinar.
• “Crioscópico” vem do grego kry´os, gelo, e skopeîn, examinar. • “Osmose” vem do grego osmós, impulso.
• “O que é — e em que se baseia — a técnica de semear nas nuvens?”
POR QUE SE JOGA SAL NA NEVE?
A utilização de sal, NaCl, nas ruas cobertas de gelo é uma apli-cação da propriedade coligativa de redução do ponto de congelamen-to das soluções. O poncongelamen-to de congelamencongelamen-to da água pode ser
diminuí-Textos ao professor
Tema para pesquisa
Reprodução proibida. Ar t. 184 do Código P enal e Lei 9.610 de 19 de f e v ereiro de 1998.
dura sólida e cristais de gelo. A razão pela qual o sorvete não é um bloco sólido de gelo relaciona-se às propriedades coligativas das so-luções aquosas que estão nele incorporadas: a fase líquida consiste de pequenas gotas de água que contêm açúcares e sais dissolvidos e proteínas do leite suspensas. A presença desses componentes dissol-vidos abaixa tanto a temperatura de congelamento, que a fase líqui-da permanece líquilíqui-da mesmo em um freezer a –18°C.
[...]
Os glóbulos de gordura sólida são responsáveis por muito da cremosidade e do “corpo” do sorvete de massa. A função dos cristais de gelo — que devem ser pequenos (cerca de 50µm) para evitar uma textura granulosa e gelada — é estabilizar a mistura. As bolhas de ar dispersas fazem o sorvete mais leve e macio e, portanto, mais fácil de retirar com uma pazinha e comer.
Os ingredientes de um sorvete de massa são:
1. Creme — fração do leite rica em gordura (que, por si, é um com-plexo colóide em que gorduras estão dispersas em água, açúcares e sais)
2. Açúcar
3. Flavorizantes, como de baunilha, de frutas ou outro
4. Emulsificantes e estabilizantes (aditivos comerciais que aumen-tam a cremosidade e reduzem o aumen-tamanho dos cristais de gelo) 5. Ar
Na elaboração do sorvete, esses ingredientes são misturados à temperatura ambiente (ou levemente acima, para matar bactérias). A mistura resultante é [...] resfriada rapidamente com agitação para pro-duzir uma mistura semi-sólida. Rápido resfriamento e agitação são necessários para introduzir mais ar na mistura, pois, assim, os cris-tais de gelo formados serão menores. Fábricas de sorvete freqüen-temente borbulham ar comprimido na mistura em vez de esperar que a agitação introduza ar.
Quem faz sorvete de massa em casa freqüentemente emprega, para promover essa etapa de resfriamento, um banho de gelo moído e sal ao redor da tigela em que está a mistura. Assim como os açúcares e sais dissolvidos nas pequenas gotas de água presentes no sorvete abaixam a temperatura de congelamento da água, o sal reduz a tem-peratura de congelamento da água para abaixo de 0°C no banho de gelo e sal. Um punhado de sal para alguns poucos punhados de gelo em fusão funciona bem para sorvete caseiro. Quanto mais vigorosa for a agitação à medida que a mistura fica mais espessa, mais ar se incorpora ao produto nesse ponto.
O estágio final da formação do sorvete, após a mistura e o resfriamento com agitação, é o “endurecimento”. Isso significa sim-plesmente que a espessa mistura prestes a se tornar sorvete é resfria-da ainresfria-da mais, sem agitação. Este último passo resulta na formação de mais cristais de gelo, que conferem firmeza ao produto final. Em casa, o endurecimento é usualmente conseguido adicionando-se mais punhados de sal no banho de gelo e sal. Isso, de fato, reduz ainda mais a temperatura de congelamento do banho de gelo e sal. Sorvete-rias comerciais têm câmaras fSorvete-rias que podem atingir temperaturas tão baixas quanto –46°C, o que permite que a etapa de endurecimen-to seja atingida no curendurecimen-to intervalo de uma hora.
Fonte: MURPHY, C. J. The material and colligative properties of ice cream.
In: REGER, D. L.; GOODE, S. R.; MERCER, E. E. Chemistry: principles &
practice. 2. ed. Orlando: Saunders, 1997. p. 504-505. (Tradução nossa.) AS PROPRIEDADES COLIGATIVAS
E O SORVETE DE MASSA
Uma solução é uma mistura homogênea de duas ou mais subs-tâncias [...]. Uma dispersão coloidal (ou, simplesmente, colóide) pa-rece ser uma solução, mas consiste de fato em partículas relativa-mente grandes de uma ou mais substâncias, em uma fase, dispersas em uma segunda fase. Experimentalmente, um colóide dispersa um feixe de luz (isso é chamado efeito Tyndall), mas uma solução verda-deira não.
Uma espuma é definida quimicamente como uma dispersão coloidal de um gás em um líquido ou em um sólido. O sorvete de massa é um exemplo comestível de uma espuma, na qual bolhas de ar estão dispersas em uma mistura de água líquida, glóbulos de gor-do a uma temperatura tão baixa como –21,1°C, em que o sal e a água formam uma mistura eutética, numa composição de 23,3% NaCl. A adição do sal sólido ao gelo acima dessa temperatura resultará na dissolução do sal em uma pequena quantidade de água liberada do gelo. Enquanto o sal sólido estiver disponível para diminuir o ponto de congelamento abaixo da temperatura ambiente, o gelo continuará a fundir.
É uma prática comum utilizar-se o sal para remover o gelo das ruas das cidades em zonas temperadas. Isso, porém, não seria apro-priado para se usar em Fairbanks, no Alasca, devido à temperatura típica de inverno, em torno de –34,4°C, situar-se bem abaixo da tem-peratura na qual o sal e a água formam uma solução líquida.
Fonte: SLABAUGH, W. H.; PARSONS, T. D. Química Geral.
2. ed. Livros Técnicos e Científicos Editora.
SEMEAR NAS NUVENS! O QUE É ISSO?
Por séculos as pessoas falam sobre o tempo, mas podem fazer muito pouco para controlá-lo. Os padrões globais do tempo são, sem dúvida, muito complexos. Nosso conhecimento é ainda muito limita-do para que possamos prever o tempo com precisão, quem dirá controlá-lo. Contudo em anos recentes tem havido algumas tentati-vas de alterar o tempo em pequenas regiões localizadas. Não pode-mos converter dias escuros e chuvosos em claros e ensolarados, mas é possível, às vezes, induzir precipitação em um dia nublado.
Nuvens consistem em pequeninas gotas de água. A fim de fazer essas gotículas se agregarem e formarem as gotas de chuva, núcleos — pequenas partículas sobre as quais as moléculas de água podem aglomerar-se — precisam estar presentes nas nuvens. Em princípio, cristais de gelo, que podem atuar como núcleos de precipitação, po-deriam formar-se a 0°C. Contudo, devido à sobrefusão (situação ins-tável na qual há resfriamento abaixo do ponto de fusão sem que haja solidificação), eles raramente se formam, a não ser que a temperatura caia abaixo de –10°C.
Para promover a formação de cristais de gelo, as nuvens podem ser semeadas com gelo-seco, nome dado ao dióxido de carbono (CO2)
sólido, que é disperso dentro delas por um avião. Quando o dióxido de carbono sólido se sublima, ele absorve calor das nuvens ao redor e reduz a temperatura até atingir o valor necessário para que haja a for-mação de cristais de gelo. Conseqüentemente, a presença de gelo-seco pode, com freqüência, induzir formação de chuva em pequena escala. Iodeto de prata (AgI) também pode ser usado nesse processo. A vantagem de utilizá-lo é que se alcança uma enorme quantidade de núcleos. O AgI possui uma estrutura cristalina muito semelhante à do gelo e isso favorece a deposição das moléculas de água sobre ele, como se elas tivessem sido “enganadas” por uma estrutura análoga à do gelo. Cerca de 1015 núcleos são produzidos, a partir de um grama
de AgI, ao vaporizar uma solução dessa substância em acetona sob o calor de uma chama. Esses núcleos são, então, dispersos dentro das nuvens por um avião.
Fonte: CHANG, R. Chemistry. 5. ed. New York: McGraw-Hill, 1994.
p. 462, 867. (Tradução nossa.)
Textos de Química Nova são disponibilizados em
http://quimicanova.sbq.org.br/QN_OnLine_Geral.htm HIOKA, N. et al. Determinação da massa molar por crioscopia:
terc-butanol, um solvente extremamente adequado. Química Nova, v. 25, n. 5, 2002. p. 844-848.
Sugestão de leitura
Reprodução proibida. Ar t. 184 do Código P enal e Lei 9.610 de 19 de f e v ereiro de 1998.
Capítulo 3
Processos
de óxido-redução
O capítulo apresenta inicialmente a necessidade que conduziu à criação do conceito de número de oxidação. Em equações de óxido-redu-ção que envolvam íons monoatômicos é relativamente simples perceber qual espécie perdeu e qual recebeu elétrons. Já em equações que envolvam compostos moleculares, isso não é tão evidente. Partindo dessa argumen-tação, apresentada no item 1, o conceito de número de oxidação é desen-volvido no item 2.
O conceito de eletronegatividade é apresentado no item 2.2. O item 2.4 enuncia as regras para a determinação do número de oxidação. No capítulo, toda regra é enunciada como resultado de uma argumen-tação que a embasa e justifica. E a explicação e os exemplos que ante-cedem o enunciado visam a compreensão em vez da memorização.
Abordagem similar é adotada no item 4, que sugere procedimentos para facilitar o balanceamento de equações de óxido-redução. Vários exem-plos são mostrados e comentados (item 4.1). Só após isso é que um con-junto de sugestões é formalmente proposto (item 4.2).
O exemplo da fotografia tradicional, apresentado como fator motivador na abertura do capítulo, é resolvido com o texto que encerra o capítulo. Dependendo da conveniência, o professor pode ampliar o desen-volvimento do tema, realizando a revelação de cópias fotográficas em preto-e-branco, o que consiste numa atividade interessante e significativa para o aprendizado de vários conceitos da Química e que permite, inclusi-ve, intensa interdisciplinaridade com Física e Arte.
Tema para pesquisa
Comentário geral
TINTA INVISÍVEL Ao aluno
Objetivo: Escrever num papel com tinta invisível e, a seguir, tor-nar a escrita visível usando uma reação química.
Material:
• suco de limão espremido na hora (Lave bem as mãos antes de se expor ao sol!)
• pincel fino • pincel grosso • folha de papel branco
• dois copos de vidro (dos de requeijão) • água
• tintura de iodo (Adquirida em farmácia; cuidado, pois
man-cha a pele e as roupas!)
• conta-gotas • colher Procedimento:
1. Use o pincel fino para escrever com o suco de limão na folha de papel.
2. Espere até que o papel seque à sombra. Não leve o papel ao sol nem se exponha à luz solar antes de lavar bem as mãos para remover qualquer respingo do suco de limão. Tomar sol com suco de limão na pele produz manchas escuras que le-vam muito tempo para sair.
3. Adicione 60 gotas de tintura de iodo a meio copo (de requei-jão) de água e mexa com uma colher.
4. Mergulhe o pincel grosso nesse líquido e esfregue-o sobre a folha. Observe os dizeres se tornarem visíveis.
5. Proponha uma explicação para o que observou. Compare sua explicação com a de seus colegas e discuta-a com o professor. • “Além do vidro, que outro material toma parte na composição dos
espe-lhos comuns? Existe alguma reação química envolvida na fabricação desses espelhos?”
Principais conteúdos
conceituais do capítulo
Conteúdos procedimentais
que podem ser desenvolvidos
Conteúdos atitudinais que
podem ser desenvolvidos
• Oxidação e redução
• Número de oxidação
• Reação de óxido-redução
• Agente oxidante e agente
redutor
• Sugestões para balancear uma
equação de óxido-redução
• Ter consciência de que o
pro-cesso fotográfico tradicional
— que trouxe grande
impul-so para a comunicação
hu-mana e para a difusão das
notícias e dos conhecimentos
— é um exemplo de
aplica-ção de princípios químicos.
• Utilizar a fórmula de uma
substância para determinar o
número de oxidação dos
ele-mentos nela presentes.
• Observar uma equação
quí-mica e concluir se ela
repre-senta ou não um processo de
óxido-redução.
• Executar o balanceamento de
uma equação de
óxido-redu-ção auxiliado pelas variações
de número de oxidação dos
elementos nela presentes.
Reprodução proibida. Ar t. 184 do Código P enal e Lei 9.610 de 19 de f e v ereiro de 1998. Ao professor
Nesse experimento, o suco de limão é a “tinta invisível”. Uma solu-ção feita com 60 gotas de tintura de iodo (solusolu-ção alcoólica de I2) em
meio copo de água atua como “revelador” da escrita invisível. Quando essa solução aquosa de iodo é aplicada ao papel, o iodo (I2) nela presente interage com fragmentos de alguns polissacarídios
existentes no papel, produzindo um complexo de coloração roxa. Substâncias presentes no suco do limão reagem com o iodo, con-sumindo-o (transformando-o em iodeto, I–). Assim, nos locais em
que se escreveu com o suco do limão, não haverá iodo e, portanto, não aparecerá a coloração roxa no papel. Isso permite a visualização do que foi escrito. Evidentemente, não se espera que os alunos pro-ponham a explicação completa, mas que concluam que “algo” no suco do limão impede o aparecimento da cor roxa. O professor pode concluir, dizendo que esse “algo” reage com o iodo, consumindo-o. Esse “algo” é a vitamina C, que se oxida e provoca a redução do iodo a iodeto.
[...] Eastman Kodak. Receberam todo o material e equipamento de que necessitavam. Por muitos anos, o departamento de pesquisa do doutor Mees vinha tentando obter o que Godowsky e Mannes haviam conseguido tão rapidamente. Mesmo com o sucesso do trabalho cien-tífico, os dois Leopold nunca abandonaram a música. Por isso, os progressos ainda eram lentos.
O plano deles era aperfeiçoar uma maneira de fazer fotos colori-das de aparência natural usando as mesmas camacolori-das extremamente finas de substâncias denominadas “emulsões”, separadas por camadas ainda mais finas de gelatina. Cada camada de emulsão revelaria uma tonalidade de cor, dependendo das cores que fossem fotografadas. En-contrar a maneira de fazer o filme já era bastante difícil, mais ainda era revelá-lo. Várias substâncias tinham de ser utilizadas para criar as co-res, e foram necessários anos de testes apenas para descobrir as quali-dades e o tempo necessários à revelação para obter as cores certas.
O doutor Mees insistiu para que os dois fossem a Nova York e usas-sem o laboratório totalmente equipado de seu departamento na Eastman Kodak. Aceitaram o convite. Godowsky e Mannes não se importaram com a fria recepção dos cientistas enciumados. Tanto que, enquanto tra-balhavam, cantavam trechos de músicas. Os outros achavam isso um pouco estranho e nada profissional. Mas o que eles não sacaram é que os homens cantavam trechos (com seu senso preciso de tempo musical) para marcar o tempo das reações químicas nos laboratórios completa-mente escuros. Essa parte crítica da pesquisa foi realizada antes de esta-rem disponíveis os modernos dispositivos eletrônicos para marcar o tempo e os métodos de iluminação de salas escuras para fotografias.
Em 1933, os cientistas-cantores haviam inventado um filme que trazia as melhores cores de até então. Dois anos mais tarde, eles de-senvolveram um processo colorido ainda melhor. Isso levou a Eastman Kodak a realizar uma entrevista coletiva fora do comum: Godowsky e Mannes mostraram ao mundo os primeiros slides coloridos Kodachrome e depois se sentaram para tocar uma sonata para piano e violino. A dupla trabalhou mais quatro anos para aperfeiçoar seu fil-me em cores e recebeu mais de quarenta patentes por seus processos químicos antes de retornar à carreira musical em período integral.
Fonte: DUARTE, M. O livro das invenções. São Paulo:
Companhia das Letras, 1997. p. 109-111.
BAFÔMETRO DE DICROMATO
O artigo de Braathen e também o de Ferreira, Mól e Silva, indi-cados em Sugestões de leitura complementar para o professor, ofe-recem roteiros para a simulação do bafômetro de dicromato.
IDENTIFICAÇÃO DA VITAMINA C
O artigo de Silva, Ferreira e Silva, indicado em Sugestões de
leitura complementar para o professor, propõe um método para a
identificação da presença da vitamina C em sucos de fruta por meio de reações de óxido-redução.
FILME COLORIDO
As pessoas tiraram fotografias em preto e branco por quase cem anos antes de dois músicos profissionais apresentarem o primeiro fil-me colorido, em 15 de abril de 1935. A história do Kodachrofil-me, na verdade, começara em 1856, quando o cientista James Clark Maxwell produziu a primeira foto em cores. Ele usou três projetores, cada um lançando uma cor diferente sobre a mesma imagem — uma vermelha, uma verde e uma azul. Os projetores apontavam para a mesma tela, de maneira que as imagens se sobrepunham, criando uma única imagem borrada mas colorida. Nos cinqüenta anos seguintes, a maioria dos cientistas que tentaram inventar o filme colorido utilizou a “aborda-gem óptica” de Maxwell, mas nenhum conseguiu melhorar muito as imagens coloridas e borradas. Até 1916. Foi nesse ano que Leopold Godowsky e Leopold Mannes entraram na história.
Os dois Leopold eram filhos de famosos concertistas de música clássica; ambos consideravam a música a coisa mais importante de sua vida e ambos eram fascinados pela idéia de fazer filmes fotográ-ficos coloridos. Eles trabalhavam juntos no laboratório de física da escola, fazendo experiências com técnicas e processos de filmes. Re-produziram os resultados de Maxwell mesmo sem conhecê-lo. Logo os dois haviam aperfeiçoado tanto o método de Maxwell que recebe-ram a patente de sua própria versão de produzir imagens coloridas através da sobreposição de luzes. Mas os resultados ainda eram bor-rados e bastante grosseiros. Então, em 1921, cinco anos após terem reinventado o processo óptico de Maxwell, Godowsky e Mannes no-taram as surpreendentes possibilidades da utilização de substâncias químicas para criar o filme colorido. Notaram também quanto seus experimentos estavam custando. Perceberam que não conseguiriam ganhar dinheiro suficiente com a música para pagar pelos testes que eles sabiam ser ainda necessários.
Para prosseguir com seus experimentos, os dois músicos-cien-tistas conseguiram uma bolsa de 20 mil dólares de uma companhia de investimentos e [...] ajuda do doutor Mees, diretor de pesquisa da
Sugestões de leitura
complementar para o professor
Textos de Química Nova na Escola são disponibilizados emhttp://sbqensino.foco.fae.ufmg.br/qnesc
BACCAN, N. et al. Química Analítica Quantitativa Elementar. 2. ed. São Paulo: Edgard Blücher, 1985. p. 224. Nessa referência encontra-se um experimento que per-mite determinar a massa da vitamina C em um com-primido efervescente pelo método iodimétrico. BRAATHEN, P. C. Hálito culpado. O princípio químico do
bafômetro. Química Nova na Escola, n. 5, 1997. p. 3-5. Além de uma discussão sobre o princípio em que se baseia o bafômetro de dicromato, o autor apresenta uma simulação de seu uso.
FERREIRA, G. A. L.; MÓL, G. S.; SILVA, R. R. Bafômetro – um modelo demonstrativo. Química Nova na Escola, n. 5, 1997. p. 32-33.
O artigo descreve a construção de um modelo de bafômetro que pode ser empregado para comparações qualitativas.
SILVA, S. L. A.; FERREIRA, G. A. L.; SILVA, R. R. À procura da vitamina C. Química Nova na Escola, n. 2, 1995. p. 31-32. Os autores descrevem um método para identificação da presença da vitamina C em diversos sucos de fru-tas. (Trata-se de um método semiquantitativo. Para uma análise quantitativa da vitamina C em um compri-mido efervescente, veja a obra de N. Baccan et al. aci-ma, nesta lista de sugestões.)
Reprodução proibida. Ar t. 184 do Código P enal e Lei 9.610 de 19 de f e v ereiro de 1998.
Capítulo 4
Eletroquímica:
celas galvânicas
Principais conteúdos
conceituais do capítulo
Conteúdos procedimentais
que podem ser desenvolvidos
Conteúdos atitudinais que
podem ser desenvolvidos
• Perceber que muito do
confor-to da vida moderna se deve à
utilização de progressos da
Química.
• Ponderar que os avanços
técnicos são, quase sempre,
conseqüência da utilização
de princípios científicos.
• Perceber que muitos
princí-pios científicos estão
presen-tes em nossa vida cotidiana.
• Valorizar as medidas de
pro-teção ambiental como
promo-toras da qualidade de vida,
particularmente no que diz
respeito ao descarte de pilhas
e baterias.
• Representar uma cela
galvâ-nica por meio da
representa-ção sugerida pela Iupac.
• Consultar a tabela de
poten-ciais-padrão de semicela e,
com base nessa consulta,
calcular a força eletromotriz
de uma pilha, prever se uma
reação de óxido-redução é
espontânea e comparar a
for-ça de agentes oxidantes e de
agentes redutores.
• Equacionar as semi-reações
catódica e anódica de (casos
simples de) celas galvânicas.
• Voltímetro e medida da
dife-rença de potencial elétrico
• Celas galvânicas (pilhas)
• Semicela e potencial-padrão
de semicela
• Força eletromotriz de uma
pilha
• Força de oxidantes e redutores
• Espontaneidade de reações
de óxido-redução
• Algumas pilhas e baterias
co-merciais comuns
Comentário geral
Podemos reconhecer no capítulo três partes principais.
Numa primeira parte, recorda-se o que é corrente elétrica e apre-senta-se de modo simplificado o conceito de diferença de potencial elétri-co e o voltímetro elétri-como o aparelho usado para medir tal grandeza. Em grande parte das escolas, o professor de Química trabalha esse assunto antes do professor de Física. Essa é a razão para a inclusão do conteúdo das páginas 89 a 92.
Com isso, estabelece-se uma distinção entre os dois tipos de celas
eletroquímicas — as celas galvânicas (pilhas) e as celas eletrolíticas
(cu-bas para eletrólise) — no que diz respeito à relação entre corrente elétrica e reação química (veja o mapa conceitual da página 93). Em uma cela galvânica uma reação química dá origem a uma corrente elétrica, ou seja, trata-se de um dispositivo em que energia química é convertida em energia elétrica. Já em uma cela eletrolítica, uma reação química (não-espontânea) de interesse é induzida pelo uso de uma corrente elétrica. Nesse caso, energia elétrica é empregada para a síntese de substâncias de interesse, convertendo-se em energia química que fica armazenada em tais substâncias.
Em uma segunda parte, realiza-se um estudo das celas galvânicas, com destaque para o conceito de potencial-padrão de semicela e seus desdobramentos, notadamente na previsão da ocorrência espontânea de reações de óxido-redução.
Como uma terceira parte, mostra-se como as pilhas e baterias co-merciais empregam (e ilustram) os princípios estudados. Isso vai ao en-contro de certas expectativas introduzidas com o texto motivador que abre o capítulo.
Há alguns anos a Iupac mudou a definição para o estado-padrão usado para medir e tabelar grandezas termodinâmicas. Anteriormente a de-finição envolvia a pressão de 1 atm, que equivale a 101,3 kPa. Como o pascal (1 Pa = 1 N/m2) é a unidade de pressão do Sistema Internacional, a mudança
de definição consistiu na alteração* da pressão-padrão de 1 atm para 100 kPa (o que equivale a 1 bar, outra unidade de pressão). Essa mudança provocou uma alteração muito pequena nos valores de grandezas termodinâmicas ta-beladas, tais como potenciais-padrão de semicela, entalpias-padrão de for-mação, entalpias-padrão de combustão e energias de ligação. Também vale destacar que a temperatura não é considerada propriamente parte da defini-ção de estado-padrão.* Note que, na definidefini-ção de potencial-padrão de semicela, na página 100, é dito que ele é definido “nas condições-padrão (1,0 mol/L e 100 kPa) e numa temperatura de interesse (geralmente
25°C)”. Como a temperatura de 25°C é a mais freqüentemente empregada,
é comum encontrarmos quem defina estado-padrão já englobando 25°C nessa definição, embora isso não seja rigorosamente correto.
* Veja, por exemplo, ATKINS, P. e DE PAULA, J. Physical Chemistry. 7. ed. Oxford: Oxford University Press, 2002. p. 55; ou LEVINE, I. Physical Chemistry. 4. ed. New York: McGraw-Hill, 1995. p. 135-136.
Origem dos termos científicos
• Os termos “ânodo” (também grafado como anodo; mas nesse caso lê-se,como sílaba tônica, nô) e “cátodo” (também grafado como catodo; mas nesse caso lê-se, como sílaba tônica, tô) foram criados por Michael Faraday em 1834, com base nas preposições gregas aná, que significa no alto, de baixo para cima, para fora, e katá, que significa embaixo, de cima para baixo, no fundo, e no substantivo grego hodós, caminho, via. Note o antagonismo de significado entre “ânodo” e “cátodo”. • O nome “cela galvânica” é uma homenagem ao cientista italiano Luigi
Reprodução proibida. Ar t. 184 do Código P enal e Lei 9.610 de 19 de f e v ereiro de 1998.
Atividade
Elaborar um comercial de rádio (com 30 segundos) que informe a população sobre os riscos do descarte incorreto de pilhas e baterias. Expor em público o texto produzido.
Uma atividade desse tipo ajuda a desenvolver várias capacidades, tais como a habilidade de produzir um texto claro, com linguagem simples e direta. A exposição em público, que provoca um comprometimento maior com a atividade, permite desenvolver a habilidade de falar em pú-blico e atitudes sociais inerentes a essa prática. Também estimula comen-tários sobre os acertos e os erros dos textos produzidos.
PILHAS
Os artigos de Hioka e colaboradores, indicados na Sugestões de
leitura complementar para o professor, contêm o procedimento para
experiências envolvendo celas galvânicas.
Além de comentar o funcionamento das pilhas e bate-rias mais significativas, esse artigo discute aspectos problemáticos de alguns desses dispositivos quanto ao seu impacto ambiental e apresenta uma resolução do Conama (Conselho Nacional do Meio Ambiente) refe-rente a eles. O artigo inclui informações sobre as rela-tivamente recentes baterias de hidreto metálico e ba-terias de íons lítio.
HIOKA, N.; MAIONCHI, F.; RUBIO, D. A. R.; GOTO, P. A.; FERREIRA, O. P. Pilhas modificadas empregadas no acendimento de lâmpadas. Química Nova na Escola, n. 8, 1998. p. 36-39.
O artigo sugere dois experimentos eletroquímicos. Em um deles é realizada uma montagem alternativa da pilha de Daniell e no outro é feita uma montagem se-melhante àquela que Volta construiu em 1800. Em ambos os casos, a voltagem é suficiente para acender uma lâmpada de 1,5 V e mantê-la acesa por vários minutos.
HIOKA, N.; SANTIN FILHO, O.; MENEZES, A. J.; YONEHARA, F. S.; BERGAMASKI, K.; PEREIRA, R. V. Pilhas de Cu/Mg construídas com materiais de fácil obtenção. Química Nova na Escola, n. 11, 2000. p. 40-44. Os autores apresentam e analisam experimentos em que celas galvânicas são construídas e a energia elé-trica produzida é empregada para operar pequenos equipamentos eletrônicos.
TOLENTINO, M.; ROCHA-FILHO, R. C. O bicentenário da inven-ção da pilha elétrica. Química Nova na Escola, n. 11, 2000. p. 35-39.
Os autores contextualizam historicamente a invenção desse dispositivo, que se mostrou de considerável uti-lidade ao ser humano.
Sugestões de leitura
complementar para o professor
Textos de Química Nova na Escola são disponibilizados emhttp://sbqensino.foco.fae.umg.br/qnesc
BOCCHI, N.; FERRACIN, L. C.; BIAGGIO, S. R. Pilhas e baterias: funcionamento e impacto ambiental. Química Nova na Escola, n. 11, 2000. p. 3-9.
Principais conteúdos
conceituais do capítulo
Conteúdos procedimentais
que podem ser desenvolvidos
Conteúdos atitudinais que
podem ser desenvolvidos
• Perceber que muito do
con-forto da vida moderna se deve
à utilização de progressos da
Química.
• Ponderar que os avanços
téc-nicos são, quase sempre,
conseqüência da utilização
de princípios científicos.
• Perceber que muitos
princí-pios científicos estão
presen-tes em nossa vida cotidiana.
• Valorizar as medidas de
pro-teção ambiental como
promo-toras da qualidade de vida,
particularmente no que diz
respeito à reciclagem de
me-tais.
• Equacionar as semi-reações
catódica e anódica de (casos
simples de) celas eletrolíticas.
• Equacionar a obtenção
quími-ca dos metais mais
importan-tes para o sistema produtivo.
• Empregar um raciocínio de
proporcionalidade entre carga
elétrica e quantidade de
ma-téria para prever a quantidade
de reagente gasto ou de
pro-duto formado em um
proces-so eletroquímico.
• Celas eletrolíticas
• Eletrólise ígnea
• Eletrólise aquosa
• Empregos da eletrólise
• Aspectos principais da
obten-ção de metais (metalurgia)
• Amperímetro e medida da
corrente elétrica
• Estequiometria das reações
eletroquímicas
Capítulo 5
Eletroquímica:
celas eletrolíticas
Reprodução proibida. Ar t. 184 do Código P enal e Lei 9.610 de 19 de f e v ereiro de 1998.
Uma primeira parte do capítulo consiste na aplicação do conceito de potencial-padrão de semicela para mostrar que uma reação não-espon-tânea de óxido-redução pode ser realizada de modo forçado, desde que se empregue uma diferença de potencial adequada (item 1.4). Com isso, al-guns exemplos de eletrólise ígnea e de eletrólise aquosa são apresentados como fatos experimentais e, no caso da eletrólise aquosa, racionalizados por meio da fila de facilidade de descarga, entendida como um instrumen-to de consulta.
Uma segunda parte corresponde às aplicações da eletrólise, que re-solvem aspectos da motivação colocada na página de abertura do capítulo. Em uma terceira parte, a metalurgia é apresentada à luz da raciona-lização trazida pelos potenciais-padrão de semicela. Isso é feito no item 3 do capítulo.
Finalmente, a estequiometria envolvendo elétrons é o tema do item 4. Há professores que preferem, nessa última parte, limitar-se a cálculos
en-volvendo quantidade em mols de produto formado numa eletrólise e mols de elétrons, deixando os cálculos envolvendo carga elétrica — ou corrente
elétri-ca e tempo — para depois que o professor de Físielétri-ca abordar tais conceitos.
Comentário geral
Origem dos termos científicos
• O nome “coulomb” para a unidade de carga elétrica no SistemaInterna-cional é uma homenagem ao cientista francês Charles Augustin de Coulomb (1736-1806).
• O nome “ampère” para a unidade de corrente elétrica no Sistema Inter-nacional é uma homenagem ao cientista francês André Marie Ampère (1775-1836).
• Os termos “mineral” e “minério” vêm do latim medieval mineralis, que significa relativo a mina.
Temas para pesquisa
Atividade
• “Qual a situação do garimpo no Brasil? O que tem o mercúrio a ver com essa atividade? Que problemas seu uso acarreta?”
• “Como se formaram as ‘pedras preciosas’? Quais são as mais comuns? Qual sua composição química?”
Esses temas podem ser desenvolvidos de modo interdisciplinar com Geografia.
Elaborar um comercial de rádio (com 30 segundos) que informe a população sobre a importância da reciclagem dos metais. Expor em públi-co o texto produzido.
Uma atividade desse tipo ajuda a desenvolver várias capacidades. Primeiro, produzir um texto claro, com linguagem simples e direta. Se-gundo, revelar em poucas palavras o que se entendeu sobre o tema. Tercei-ro, a exposição em público, que provoca um comprometimento maior com a atividade, permite desenvolver a habilidade de falar em público e atitu-des sociais inerentes a essa prática. Além disso, estimula comentários so-bre os acertos e os erros dos textos produzidos.
MERCÚRIO, CHUMBO E MEIO AMBIENTE Mercúrio (Hg)
Vapores ou compostos de mercúrio constituem uma ameaça cons-tante para o meio ambiente. No organismo humano, o excesso de
mercú-Texto ao professor
Textos de Química Nova são disponibilizados em
http://quimicanova.sbq.org.br/QN_OnLine_Geral.htm Textos de Química Nova na Escola são disponibilizados em
http://sbqensino.foco.fae.ufmg.br/qnesc
FERREIRA, A. D. Q. O impacto do crômio nos sistemas biológi-cos. Química Nova, v. 25, n. 4, 2002. p. 572-578. Artigo que discute aspectos positivos e negativos rela-cionados à presença de crômio no ambiente. MÓL, G. S.; FERREIRA, G. A. L.; SILVA, R. R.; LARANJA, H. F.
Constante de Avogadro. É simples determiná-la em sala de aula. Química Nova na Escola, n. 3, 1996. p. 32-33. O artigo sugere um método para a determinação da constante de Avogadro a partir de medidas referentes à eletrólise da água.
OKI, M. C. M. A eletricidade e a Química. Química Nova na Esco-la, n. 12, 2000. p. 34-37.
A autora apresenta a trajetória que levou à compreen-são da eletricidade, ao seu emprego na descoberta de novos elementos químicos e à sua contribuição para maior aproximação entre Física e Química.
SOUZA, J. R.; BARBOSA, A. C. Contaminação por mercúrio e o caso da Amazônia. Química Nova na Escola, n. 12, 2000. p. 3-7. (Veja também errata da figura no n. 13, p. 37.) Os autores expõem o problema da contaminação pelo mercúrio empregado em garimpos, com ênfase para a Amazônia.
rio, decorrente da inalação ou da ingestão de animais contaminados, especialmente de peixes, causa uma série de distúrbios. O próprio ga-rimpeiro, ao inalar o vapor de mercúrio, pode ter náusea e diarréia e até mesmo problemas cardíacos e neurológicos. Dependendo do nível de contaminação, o envenenamento por mercúrio pode levar à morte.
Compostos de mercúrio nas águas residuais de indústrias, ao se-rem despejados em rios, lagos ou oceanos, podem transformar-se em dimetil-mercúrio (CH3k Hg k CH3) pela ação de certas bactérias pre-sentes nesses locais. Peixes, algas e moluscos são capazes de con-centrar em seus organismos quantidades significativas de dimetil-mer-cúrio. Esse composto é solúvel em gordura e entra na cadeia alimen-tar quando animais contaminados são ingeridos por outros animais, inclusive o homem. Compostos de mercúrio ficam durante muito tem-po nos organismos vivos.
Sérias medidas que proíbem a descarga de mercúrio nos rios, lagos e oceanos foram adotadas em todo o mundo, porém muito tem-po será gasto até a limpeza de todas as águas.
Chumbo (Pb)
A aristocracia do Império Romano usava chumbo em utensílios de cozinha, encanamentos de água e recipientes para guardar bebidas como o vinho.
Historiadores supõem que doenças, infertilidade e morte devido ao envenenamento por compostos de chumbo tenham sido algumas das causas do declínio do Império Romano.
O chumbo na sua forma metálica (substância simples sólida chumbo, Pb) não é venenoso. Muitas pessoas conseguem viver anos com balas de chumbo alojadas no corpo. Já outras, que aspiram ou ingerem compostos de chumbo, podem até morrer de plumbismo (en-venenamento por chumbo).
Compostos de chumbo eram antigamente usados como pigmen-tos em cerpigmen-tos corantes, assim muitas tintas antigas contêm chumbo. Crianças, em especial as que moram em locais antigos onde a parede foi pintada com tinta à base de chumbo e esteja descascando, correm o risco de, ao colocar farelos de tinta na boca, contrair plumbismo.
Sugestões de leitura
Reprodução proibida. Ar t. 184 do Código P enal e Lei 9.610 de 19 de f e v ereiro de 1998.
Capítulo 6
Termoquímica: o calor
e os processos químicos
Principais conteúdos
conceituais do capítulo
Conteúdos procedimentais
que podem ser desenvolvidos
Conteúdos atitudinais que
podem ser desenvolvidos
• Constatar experimentalmente
que as sensações de quente
e frio às vezes podem ser
en-ganosas.
• Constatar experimentalmente
que a evaporação de um
líqui-do da superfície da pele
pro-voca resfriamento da pele e
relacionar essa constatação
com o fato de ser esse um
processo endotérmico.
• Fazer uso da Lei de Hess para
calcular o
∆H de uma reação
a partir do conhecimento do
∆H de outras,
conveniente-mente escolhidas.
• Empregar valores tabelados
de entalpias-padrão de
com-bustão ou de
entalpias-pa-drão de formação ou de
ener-gias médias de ligação para
estimar o
∆H de uma reação.
• Processos exotérmicos e
pro-cessos endotérmicos
• Unidades de energia
relevan-tes para a termoquímica: a
caloria e o joule
• Entalpia e variação de entalpia
• Conteúdo calórico de
nutrien-tes
• Lei de Hess
• Estado-padrão
• Entalpia-padrão de
combus-tão
• Entalpia-padrão de formação
• Energia média de ligação
• Cálculos estequiométricos
envolvendo energia liberada
ou absorvida
• Interessar-se pelas idéias
cien-tíficas e pela Ciência como
ma-neira de entender melhor o
mundo que nos cerca.
• Perceber que as sensações
de quente e frio (que ajudam
na “proteção” do nosso
orga-nismo) não são maneiras
científicas de medir a
tempe-ratura.
• Respeitar os hábitos
alimen-tares de outras culturas.
• Valorizar a alimentação
varia-da e adequavaria-da para a
manu-tenção da saúde.
• Interessar-se pelos próprios
direitos de consumidor.
O estudo da termoquímica nesse capítulo tem pelo menos dois pon-tos gerais. O primeiro deles, qualitativo, envolve a noção de que os
pro-cessos químicos ocorrem com troca de energia entre o sistema e o am-biente que o circunda. Isso permite entender por que certos
acontecimen-tos provocam um aquecimento do meio reacional e de seus arredores e outros provocam um resfriamento.
Desenvolver esse primeiro ponto implica discutir o conceito de calor (energia sendo trocada entre dois corpos ou entre partes diferentes de um mesmo corpo), as principais unidades para expressar energia térmica, os conceitos de processo endotérmico, de processo exotérmico, de entalpia e de variação de entalpia, a representação de um processo químico por meio de uma equação termoquímica e a representação gráfica da entalpia de reagentes, da entalpia de produtos e da variação de entalpia de uma reação.
O segundo ponto, quantitativo, consiste na utilização dos princípios
científicos para fazer a previsão da quantidade de energia que um pro-cesso libera ou absorve. Os exemplos mais significativos são a comparação
de diferentes combustíveis (tomando por base, por exemplo, uma mesma quantidade em massa ou em volume) quanto ao calor que liberam.
O desenvolvimento desse segundo ponto engloba a Lei de Hess, a definição e a utilização em cálculos das entalpias-padrão de combustão, das entalpias-padrão de formação e das energias médias de ligação. En-globa também a realização de cálculos estequiométricos relacionando quan-tidade de reagente, ou de produto, com quanquan-tidade de energia absorvida ou liberada.
O exemplo da página 163 consiste na utilização das entalpias-pa-drão de combustão e da Lei de Hess para calcular o ∆H da reação entre eteno e hidrogênio para produzir etano (hidrogenação do eteno). O esque-ma abaixo é outra esque-maneira esquemática de conceber o processo.
Comentário geral
Combustão dos reagentes Gás carbônico e água
Reagentes Produto Reação global ∆Ho 1 ∆Ho= Os reagentes se transformam em CO2 e H2O,
que, por sua vez, se transformam em produto
= ∆Ho 2 + ∆Ho 3 –136,3 kJ = ∆Ho 1 –1.411,2 kJ = ∆Ho 2 –285,8 kJ ∆H = o 3 +1.560,7 kJ + 2 CO2 (g) +3 H2O (l) C2H4 (g)+H2 (g) C2 H6 (g) O2 (g)
Inverso da combustão do produto
7 2
O2 (g) 7 2
Reprodução proibida. Ar t. 184 do Código P enal e Lei 9.610 de 19 de f e v ereiro de 1998.
O exemplo da página 165 mostra a utilização das entalpias-padrão de formação e da Lei de Hess para calcular o ∆H da mesma reação, conforme o esquema a seguir.
Inverso da formação do reagente C2H4
Substâncias simples Reagentes Produto Reação global ∆Ho 1 ∆Ho=
Os reagentes se transformam em substâncias simples, que, por sua vez, se transformam em produto
= ∆Ho 2 + –136,4 kJ = ∆Ho 1 –52,4 kJ ∆H = o 2 –84,0 kJ 2 C (graf.) + 3 H2 (g) C2H4 (g) + H2 (g) C2H6 (g) Formação do produto C2H6
E o exemplo da página 169 é sobre o emprego das energias médias de ligação para o cálculo do ∆H da mesma reação, conforme ilustra o próximo esquema.
Quebra das ligações dos reagentes Átomos isolados
Reagentes Produto
Reação global
∆H1
∆H =
Os reagentes se transformam em átomos isolados, que, por sua vez, se transformam em produto
= ∆H2 + –124 kJ = ∆H1 +2.696 kJ ∆H2= –2.820 kJ 2 C (g) + 6 H (g) C2H4 (g) +H2 (g) C2H6 (g)
Formação das ligações do produto
Atualmente, por definição da Iupac, a pressão no estado-padrão é
de 100 kPa (1 bar) e não mais 1 atm (101,3 kPa). Sugerimos que o
profes-sor leia a seção Comentário geral do capítulo 4, neste manual, pois essa mudança também afeta a definição de estado-padrão para potencial de ele-trodo e já foi comentada no capítulo sobre eletroquímica.
Uma situação que merece atenção diz respeito à confusão entre “caloria” e “Caloria”, que pode surgir ao analisar o rótulo de certos produ-tos alimentícios. A confusão ocorre entre os símbolos cal (com c minúscu-lo) e Cal (com C maiúscuminúscu-lo). A caloria (símbolo cal, com c minúscuminúscu-lo) é uma unidade de energia discutida neste capítulo e que, por ser uma unidade de energia, pode ser empregada para expressar o conteúdo energético de ali-mentos. Uma vez que, nas porções de alimentos normalmente servidas e ingeridas, o conteúdo energético é da ordem de milhares de calorias, é conveniente empregar a quilocaloria (kcal⫽ 103cal). Estabeleceu-se no
passado entre os nutricionistas a prática de chamar a quilocaloria de Calo-ria (com C maiúsculo) e simbolizá-la por Cal (com C maiúsculo):
1 Cal ⫽ 1 kcal ⫽ 103cal
Assim, por exemplo, se 100 g de um produto alimentício contêm 85 kcal, esse conteúdo energético pode ser expresso equivalentemente como 85 kcal ou 85 Cal. Felizmente, há uma tendência em abandonar o uso da
Caloria (com C maiúsculo), o que evitará uma desnecessária confusão
cria-da pela introdução de termos parecidos, mas com significados diferentes.
• “Contribuições dos diferentes povos (africanos, portugueses, italianos, libaneses, árabes, japoneses, chineses etc.) para a alimentação do bra-sileiro.”
Esse tema permite concluir que nenhuma culinária é, por si só, boa ou ruim. Todas elas têm aspectos saudáveis e aspectos não-saudáveis. Além disso, esse trabalho pode ser explorado interdisciplinarmente com os pro-fessores de História e Geografia, permitindo a abordagem do tema de modo mais amplo, que leva em conta o contexto histórico e geográfico em que se formaram os hábitos alimentares.
Experimento
SENSAÇÕES TÉRMICAS PODEM SER ENGANOSAS Ao aluno
Objetivo: Constatar experimentalmente que as sensações de quen-te e frio às vezes podem ser enganosas.
Material:
• três copos de vidro
• água ligeiramente aquecida, da torneira elétrica ou do chu-veiro, numa temperatura em que seja possível manter o dedo dentro dela sem se queimar
• água da torneira, à temperatura ambiente
• água gelada, numa temperatura em que seja suportável man-ter o dedo dentro dela
• relógio Procedimento:
1. Coloque os três copos sobre a mesa. Num deles, coloque água aquecida. Em outro, coloque água da torneira, à temperatura ambiente. No último, coloque água gelada.
2. Mergulhe o dedo indicador de uma das mãos no copo com água aquecida e o da outra mão no copo com água gelada. Mantenha-os aí durante dois minutos.
3. Retire os dedos e mergulhe-os imediatamente no copo com água à temperatura ambiente. Qual é a sensação que se tem em cada um desses dedos? Proponha uma explicação para essas sensações inesperadas.
Ao professor
Ao realizar a experiência, o aluno tem inicialmente a sensação de quente em um dos dedos e de frio no outro. Até aí nada de interessante. Ao colocar ambos os dedos na água que está à temperatura am-biente, entretanto, o cérebro recebe informações desencontradas. Um dos dedos informa ao cérebro que aquela água está fria e o outro, que está quente. Mas, se a água está à temperatura ambiente, por que ocorre tal “confusão”?