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Este conteúdo pertence ao Descomplica. Está vedada a cópia ou a reprodução não autorizada previamente e por escrito. Todos os direitos reservados. E se o enem fosse amanhã? Dia 2 1 Biologia Relações ecológicas harmônicas Resumo A ecologia pode ser dividida em dois ramos de estudos: a ecobiose, que estuda a relação dos seres vivos com o meio ambiente e a alelobiose, que são as relações ecológicas dos seres vivos entre eles. As relações ecológicas podem ser harmônicas (nenhum dos indivíduos são prejudicados) ou desarmônicas (pelo menos um dos indivíduos é prejudicado). Ainda, podem ser intraespecíficas (mesma espécie) ou interespecíficas (espécies diferentes). São utilizados os símbolos de positivo + (para indicar uma vantagem na relação), de negativo – (para indicar um prejuízo para o indivíduo) e o 0 (representando uma indiferença na relação, ou seja, não se afeta nem positivamente nem negativamente). Veja a seguir uma tabela, resumindo as principais relações ecológicas harmônicas: Relações harmônicas Intraespecíficas Colônia (+, +) Gregarismo (+, +) Sociedade (+, +) Interespecíficas Mutualismo (+, +) Protocooperação (+, +) Comensalismo (+, 0) Inquilinismo (+, 0) Foresia (+, 0) Relações Harmônicas Intraespecíficas Colônia (+,+): Indivíduos da mesma espécie são anatomicamente ligados, formando uma nova entidade. Os indivíduos podem apresentar organismos idênticos e que desempenham a mesma função (colônias isomorfas, como os corais e bactérias) ou com forma e funções diferentes (colônias heteromórficas, como a caravela-portuguesa, um Cnidário). Caravela-portuguesa, exemplo de colônia heteromórfica, flutuando no mar. 2 Biologia Gregarismo (+,+): Indivíduos da mesma vivem juntos, porém sem ligações anatômicas ou sem hierarquia social. Esse aglomerado ajuda na proteção da população, seja para enganar predadores, confundi-los ou mesmo assusta-los, como por exemplo grandes cardumes ou manadas. Sociedade (+,+): São organismos que vivem juntos, sem serem anatomicamente ligados, porém apresentam uma hierarquia, com divisão de trabalho. São exemplos as abelhas, com a divisão de trabalhos na colmeia com a abelha rainha, o zangão e as abelhas operárias. Relações Harmônicas Interespecíficas Mutualismo (+,+): Indivíduos de espécies diferentes se relacionam de maneira obrigatória, e ambos são beneficiados. Ou seja, sozinhos, esses indivíduos não sobrevivem. São exemplos os líquens, onde alga ou cianobactérias fornecem matéria orgânica ao fungo, que dá sais minerais e gás carbônico em troca. Os ruminantes também são animais que vivem em mutualismo com as bactérias que digerem celulose, presentes em seu estômago. Cardume de peixes, em gregarismo, que muitas vezes ajuda a escapar dos ataques de predadores. Os insetos Himenópteros, como as abelhas e as formigas, são exemplos de animais que vivem em sociedade. Líquens representam uma associação mutualística entre fungos e algas ou cianobactérias 3 Biologia Protocooperação (+,+): Indivíduos de espécies diferentes se relacionam em benefício mútuo, porém não é uma relação obrigatória, ou seja, separados, eles conseguem sobreviver. Pode ser considerado por alguns autores como um tipo de mutualismo facultativo. Dentre alguns exemplos temos o pássaro-palito, conseguindo alimento dos restos na boca de um crocodilo, e o crocodilo se beneficia ficando com menos bactérias e problemas bucais. Outro exemplo seria o crustáceo paguro com uma anêmona em sua concha: a anêmona consegue mais alimento pois há uma maior correnteza de água passando conforme o paguro anda, e o paguro recebe proteção da anêmona, por conta de seus tentáculos urticantes. Comensalismo (+,0): Um dos indivíduos envolvidos é beneficiado, enquanto o outro não recebe nem benefícios nem malefícios, sendo indiferente para ele. Um dos exemplos é o tubarão e as rêmoras, onde o tubarão se alimenta normalmente, e o resto da comida é ingerido pelas rêmoras e outros peixes que nadam próximo. Outro exemplo seria dos leões e das hienas. Os leões, após comerem, abandonam a carcaça, e as hienas vão e se alimentam deste resto do animal. Inquilinismo (+,0): Um ser vivo vive ou se abriga em outro, sem causar nenhum prejuízo. Um exemplo é o peixe-agulha vivendo no reto de pepinos do mar. Quando se trata de plantas, chamamos essa relação de epifitismo, onde uma planta fica sobre galhos de outras para conseguir mais luz. Dentre os exemplos podemos citar as bromélias e as orquídeas. Pássaros que comem carrapatos de outros animais são um exemplo de protocooperação, pois estas aves conseguem alimentos e os animais ficam livres dos parasitas. As rêmoras que comem resto de comida de tubarões indicam uma relação de comensalismo Peixe agulha vivendo dentro de um pepino do mar. A presença deste peixe não afeta negativamente o pepino do mar. Fonte: Vista al Mar. Bromélia epífita sobre um tronco de árvore. 4 Biologia Foresia (+,0): São quando organismos utilizam outros para sua locomoção, sem atrapalhar a movimentação ou causar qualquer prejuízos a eles. São exemplos alguns ácaros e carrapatos, que se prendem em pernas de insetos para serem transportados, e também sementes com que se prendem no pelo ou penas de animais, sofrendo dispersão para outros locais. Ácari preso na pata de um inseto Hemíptero, sem causar danos, para ser transportado por foresia. 1 Biologia Relações ecológicas desarmônicas Resumo A ecologia pode ser dividida em dois ramos de estudos: a ecobiose, que estuda a relação dos seres vivos com o meio ambiente e a alelobiose, que são as relações ecológicas dos seres vivos entre eles. As relações ecológicas podem ser harmônicas (nenhum dos indivíduos são prejudicados) ou desarmônicas (pelo menos um dos indivíduos é prejudicado). Ainda, podem ser intraespecíficas (mesma espécie) ou interespecíficas (espécies diferentes). São utilizados os símbolos de positivo + (para indicar uma vantagem na relação), de negativo – (para indicar um prejuízo para o indivíduo) e o 0 (representando uma indiferença na relação, ou seja, não se afeta nem positivamente nem negativamente). Veja a seguir uma tabela, resumindo as principais relações ecológicas desarmônicas: Relações desarmônicas Intraespecíficas Canibalismo (+,-) Competição (-,-) Interespecíficas Amensalismo (0,-) Parasitismo (+,-) Herbivoria (+,-) Predatismo (+,-) Esclavagismo (+,-) Competição (-,-) Relações Desarmônicas Intraespecíficas Canibalismo (+,-): Nesta relação, um ser se alimenta de outro da mesma espécie. Pode estar relacionado a comportamentos reprodutivos, como em alguns artrópodes como o louva-deus e a viúva-negra (onde as fêmeas se alimentam dos machos após a cópula para obter energia para o desenvolvimento dos filhotes). Pode ocorrer também canibalismo por conta de estresse, devido ao aumento exagerado da população, observado como exemplo em algumas populações de ursos polares devido à baixa disponibilidade de alimento pela perda de habitat. Louva-deus fêmea comendo a cabeça de um louva-deus macho, em uma relação de canibalismo 2 Biologia Relações Desarmônicas Interespecíficas Parasitismo (+,-): Um ser parasita se beneficia do outro, chamado de hospedeiro. Nesta relação, não é interessante para o parasita matar o seu hospedeiro, pois como o parasita depende das atividades metabólicas do outro, caso o hospedeiro morra, o parasita também irá morrer. Os parasitas podem viver fora do corpo do hospedeiro (ectoparasitas, como piolhos epulgas) ou dentro do corpo (endoparasitas, como a solitária ou o bicho geográfico). Todos os vírus são classificados como parasitas. Nas plantas, podemos classificar os parasitas como holoparasitas (não realizam fotossíntese, e parasitam roubando a seiva elaborada, com glicose, de seu hospedeiro, como o cipó-chumbo) ou hemiparasitas (realizam fotossíntese, mas parasitam o hospedeiro roubando a seiva bruta, com água e sais minerais, como a erva- de-passarinho). Amensalismo (0,-): Também conhecido como antibiose. Uma espécie causa prejuízos para o desenvolvimento ou mesmo para a sobrevivência de outra espécie. Dentre os exemplos podemos citar o fungo Penicillium que secreta uma substância que inibe o desenvolvimento de bactérias e é usado como antibiótico, e também a maré vermelha, onde a super proliferação de algas dinoflageladas libera toxinas na água, e isso afeta a fauna marinha, podendo levar alguns organismos a morte. O fungo, em seu metabolismo usual, libera certas substâncias que são tóxicas para as bactérias, causando prejuízo a elas. Carrapato é um exemplo de ectoparasita. Competição intraespecífica (-,-): relação em que dois seres da mesma espécie competem por recursos (ex.: água, alimento, luz), espaço ou para a reprodução. Nesta relação ambos saem perdendo mesmo que haja um vencedor devido ao esforço e gasto energético e de tempo que um ser teve para ganhar a competição. Dois cervos machos da mesma espécie competindo por um recurso. Pela biologia deste animal, podemos supor que eles estão competindo por território ou por fêmeas para copular. Esquema indicando como ocorre o parasitismo entre plantas, pela entrada da raiz no tronco da hospedeira. 3 Biologia Também temos os animais que são parasitoides, que causam indiretamente a morte de seu hospedeiro. Estes animais depositam ovos nos hospedeiros e esses ovos se desenvolvem. Quando os ovos eclodem, as larvas comem o hospedeiro para obter nutrientes, levando a sua morte. Os parasitoides são bastante estudados para realizar controle biológico de pragas em plantações. Herbivoria (+.-): Ocorre quando um animal se alimenta se uma planta ou de parte dela. Os elefantes são exemplos de animais herbívoros, ou seja, aqueles que só realizam a herbivoria. Predatismo (+,-): Também visto como predação. Ocorre quando um ser vivo de uma espécie mata o outro de outra espécie para se alimentar. Esclavagismo (+,-): Quando um ser vivo se aproveita das atividades, do trabalho ou de produtos produzidos por outros seres vivos. São exemplos as aves fragatas, que roubam peixes capturados por gaivotas para se alimentar, os cucos, onde ovos de cucos são colocados em ninhos de outras aves para que outros indivíduos cuidem e alimentem os filhotes. Cuco (maior, esquerda) sendo alimentado pela “mãe adotiva” (menor, direita) em uma relação de esclavagismo. Himenóptero parasitoide colocando ovos no hospedeiro. Leoa predando uma zebra. Elefante em seu habitat alimentando-se 4 Biologia Competição interespecífica (-,-): Assim como a competição intraespecífica, a competição entre organismos de espécies diferentes é prejudicial para todos os envolvidos devido ao custo energético. A competição aqui pode ocorrer por sobreposição de nicho ecológico, como exemplo animais carniceiros, como as hienas e os urubus, competindo pelo resto de uma carne. Quando há competição, podemos ter o princípio de Gause, também chamado de princípio da exclusão competitiva. Nesses casos, espécies com grande sobreposição de nicho apresentam uma competição intensa. Nesses casos, podemos observar um dentre os três diferentes resultados: ● Uma das espécies é extinta do local; ● Uma das espécies migra para outro habitat; ● Uma ou todas as espécies alteram seu nicho ecológico para evitar a competição. Para evitar a competição, cada espécie de passarinho realiza seu nicho em locais diferentes de uma mesma árvore. Abutre e coiote competindo por uma carcarça 1 Química Propriedades físicas dos compostos orgânicos Resumo Neste módulo estudadesmos as principais propriedades físicas dos compostos orgânicos. Ponto de fusão e ebulição dos compostos orgânicos Interações Intermoleculares As forças intermoleculares são as forças que ocorrem entre uma molécula e a molécula vizinha. Durante uma mudança de estado físico ocorre o afastamento ou a aproximação entre essas moléculas, rompendo ou formando ligações intermoleculares. As forças intermoleculares podem ser do tipo: Dipolo induzido, Dipolo- dipolo ou ligação de hidrogênio. Quanto mais fortes forem as forças intermoleculares entre as moléculas, mais será o ponto de fusão e ebulição da substância, pois mais difícil será de afastar uma molécula da sua molécula vizinha. Exemplo: ATENÇÃO: Os hidrocarbonetos ramificados possuem menor extensão para ação das forças intermoleculares, portanto para hidrocarbonetos de mesma fórmula molecular, os menos ramificados possuem maior ponto de ebulição. Exemplo: C5H12 Veja que o hidrocarboneto ramificado possui menor ponto de ebulição que o hidrocarboneto não ramificado de mesma fórmula molecular. 2 Química Massa molar Quanto maior for a massa molar do composto, maior será o seu ponto de ebulição. Exemplo: Comparando o ponto de ebulição dos alcanos não ramificados com 1 e 3 carbonos, com base na tabela acima, indique quem possui o maior ponto de ebulição. Com base na tabela e nas respectivas massas molares, o C3H8 possui o ponto de ebulição maior que o CH4. ATENÇÃO: Quando comparamos os pontos de ebulição de hidrocarbonetos, por todos serem apolares e fazerem ligações de dipolo induzido, a massa molar será o fator decisivo para determinar quem possui maior ponto de ebulição. Solubilidade dos compostos orgânicos A solubilidade dos compostos orgânicos deve ser analisada a partir da polaridade e/ou apolaridade exercida pela sua estrutura molecular. Sendo assim, é possível visualizar que com o aumento da parte apolar do hidrocarboneto há o aumento da solubilidade em hexano, que é um composto apolar. E a diminuição da solubilidade em água, que é um composto polar. Vale lembrar, que o aumento da quantidade de hidroxilas (-OH), elevaria a polaridade da molécula, aumentando a solubilidade em água e diminuindo a solubilidade em hexano. 3 Química ATENÇÃO: Existem compostos orgânicos conhecidos como anfifílicos, são compostos que possuem tanto caráter polar quanto caráter apolar, ou seja, elas se solubilizam em compostos polares e apolares. Um ótimo exemplo dessas moléculas são os sabões. Os sabões são composto anfifílicos que conseguem se misturar tanto a água, quanto em gordura, sendo assim um ótimo agente de limpeza. Veja a molécula dos saboões e as suas interações anfifílicas: Estruruta do sabão: 1 Biologia Engenharia Genética Resumo A engenharia genética consiste em técnicas de manipulação e recombinação dos genes, utilizando conhecimentos científicos de diversas áreas, seja de processos bioquímicos e metabólicos, anabolismo nuclear e genética. A partir dessas áreas e experimentos é possível reconstruir e mesmo criar novas sequências de DNA ou mesmo seres vivos. A engenharia genética pode ser aplicada em diversos campos, sendo os mais relacionados ao nosso dia a dia a medicina e a agropecuária. Para todas essas técnicas serem possíveis de acontecer, a engenharia genética utiliza ezimas endonucleases, que irão cortar o DNA em fragmentos específicos, e enzimas ligases, que irão unir os fragmentos. • Enzimas de Restrição (endonucleases): responsáveis por cortar o DNA em pontos específicos • DNA Ligase: unem os fragmentosde DNA À esquerda, vemos a ação de uma enzima de restrição EcoRI (que corta entre as bases nitrogenadas G e A), enquando à direita, um DNA exógeno (em laranja) é ligado em uma fita de DNA original (em preto). Clonagem É quando temos indivíduos geneticamente idênticos. Ela pode acontecer de maneira natural (divisão binária de bactérias, gêmeos homozigotos) ou com a ação humana, que neste caso consiste em colocar o núcleo de um ser vivo em um óvulo anucleado de um outro ser vivo. A ovelha Dolly é um exemplo clássico e bastante conhecido, e ela viveu durante seis meses apenas, devido ao envelhecimento precoce devido ao desgaste dos telômeros (extremidades do DNA, que, quando curtos, realizam menos mitoses e são indicativos de idade celular avançada). No Brasil também tivemos um caso de clonagem de caprino, com a clonagem da bezerra Vitória em 2001. A clonagem tem principalmente duas aplicações: • Clonagem reprodutiva: Objetiva reproduzir um novo ser geneticamente igual a um já existente. Implementa-se o núcleo de uma célula somática adulta em um óvulo anucleado. O embrião formado é implementado em um útero onde irá se desenvolver o clone. É o caso da criação de Dolly, citada anteriormente. Importante lembrar que casos de clonagem reprodutiva em humanos não são feitos devido a questões bioéticas, éticas, sociais ou até mesmo religiosas que podem influenciar nas decisões. Na agropecuária, este processo é importante para manter os animais mais fortes e eficientes no gado ou haras, sem precisar contar com as incertezas de um cruzamento (que não necessariamente dará uma prole com as características desejadas). 2 Biologia Esquema da clonagem da ovelha Dolly • Clonagem terapêutica: Retira-se o núcleo de uma célula somática de um paciente e o implementa em um óvulo anucleado. Este óvulo então se desenvolve in vitro, ou seja, em uma placa em condições artificiais, durante alguns dias. Quando as células estão desenvolvidas o suficiente, sofrem a diferenciação do tecido desejado e são implementados no paciente, com objetivo de recuperar ou reconstruir um tecido. Esquema de como ocorre a clonagem terapêutica. Fonte: Science. Disponível em: https://science.sciencemag.org/content/344/6183/462 3 Biologia Existem também técnicas para a clonagem vegetal, onde uma planta parental é utilizada para produzir mudas replicadas, com mesma composição genética. É um processo que também pode ser considerado como reprodução assexuada. • Enxertia: Ocorre quando há a união dos tecidos entre duas plantas, fazendo com que esses tecidos se unam e vire uma planta só. A planta inserida é o enxerto, e a base é o porta-enxerto, com as funções de transporte de substâncias. O porta-enxerto deve ser uma planta de crescimento rápido, e essa técnica é utilizada para recuperação de plantações que foram atacadas por pragas, por exemplo, visto que o crescimento do enxerto vai ser mais rápido por se aproveitar das raízes do porta-enxerto. Ilustração de como ocorre a enxertia. Fonte: Infoescola. Disponível em: https://www.infoescola.com/genetica/enxertia/ • Estaquia: Corta-se um galho da planta mãe e, ao enterrar este galho, ele cria raizes e forma uma nova planta. Essa técnica é utilizada para criar novas mudas e aumentar o tamanho da plantação. Ilustração de como ocorre a estaquia. Fonte: HM Jardins. Disponúvel em: https://hmjardins.com.br/tecnica-alporquia/ https://hmjardins.com.br/tecnica-alporquia/ 4 Biologia • Cultura de tecidos: Fragmentos de tecidos são retirados da planta mãe e colocadas em uma gelatina com nutrientes e hormônios do crescimento. Esses fragmentos de tecido se desenvolvem em plântulas que ao atingirem determinado tamanho, são transferidas para um vaso com terra para o desenvolvimento completo das raízes e do novo vegetal. Essa técnica é utilizada para produção de mudas com finalidade comercial, por exemplo, venda de orquídeas. Esquema de como ocorre a cultura de tecidos vegetais. Células-tronco Células-tronco são células com capacidade de originar diferentes células do corpo humano e formar diferentes tecidos. Elas podem ser encontradas em embriões, sendo chamadas de células-tronco embrionárias, que podem ser totipotentes (totalmente indiferenciadas) ou pluripotentes (com grau de direrenciação equivalente ao seu folheto embrionário) e em vários outros órgãos e tecidos humanos, como a medula óssea e a pele (células-tronco adultas, também chamadas de multipotentes). Atualmente as células-tronco do cordão umbilical podem ser retiradas e armazenadas, com aplicação clínica, semelhantes às da clonagem terapêutica. Tipos de células tronco e onde são encontradas em humanos. Reação em Cadeia da Polimerase (PCR) 5 Biologia Nesta técnica, ocorre a fragmentação da molécula de DNA ao coloca-la em altas temperaturas. Estes fragmentos são adicionados junto com primers, moléculas que iniciam a autoduplicação, e com enzimas chamadas de TAQ Polimerase. Quando a temperatura abaixa, a TAQ Polimerase trabalha em conjunto com os primers para a formação de novas cadeias de DNA. Estas novas cadeias serão cópias dos fragmentos formados com a quebra do DNA. Esquema do PCR, com a replicação de um fragmento de DNA. Testes de DNA (DNA Fingerprint) A partir do DNA Fingerprint, é possível reconhecer bases de DNA, sendo utilizada principalmente quando é necessário fazer o reconhecimento de pessoas, seja em um teste de paternidade ou em uma análise criminalista. Neste processo, o DNA é cortado em diversos fragmentos por enzimas de restrição e são colocados para análise em Eletroforese. Na eletroforese as amostras são colocadas em uma placa com um gel, e uma corrente elétrica é liberada, fazendo com que os fragmentos do DNA se desloquem. Os fragmentos maiores, mais pesados, não se movem muito, ficando na parte mais de cima, e os menores, mais leves, vão para parte mais inferior da placa. A partir disto, é possível ver quais fragmentos são iguais nas diferentes amostras. No caso de uma análise criminalística, o DNA testado e o DNA do culpado apresentação as mesmas faixas (que podem ser chamadas de bandas) coloridas, indicando que ali há um fragmento de DNA. No caso de testes de paternidade, o DNA da criança terá metade das faixas iguais as da mãe, e a outra metade iguais as do pai. Esquema de como é feito o DNA fingerprint. 1) Coleta do material; 2) Preparação do material; 3 e 4) Preparação da placa em gel; 5) Movimentação do material na placa; 6) Resultados. OGM e Transgenia 6 Biologia OGM, ou organismos geneticamente modificados são aqueles que tiveram sua sequência gênica alterada ou modificada de alguma forma. Caso este organismo tenha essas modificações sem receber material genético de outra espécie, ele será um OGM simples, apenas. Caso haja implementação de material genético de espécies diferentes, teremos um transgênico. Os transgênicos têm como objetivo melhorar e aprimorar um organismo a partir da implementação de novas características ao organismo, como por exemplo resistência a pragas (agricultura) e produção de insulina (importante no tratamento de diabetes), entre outros. Esquema simplificado de como ocorre a formação de um organismo genéticamente modificado. Existem discussões acerca da utilização de transgênicos, com fortes pontos a favor e contra a utilização destes métodos] Vantagens • Expansão do conhecimento científico • Aumento da qualidade nutritiva e da produtividade (maior resistência às pragas) • Redução de custos • Uso mais eficiente do solo (ex. plantio direto), evitando erosão Desvantagens • Ignora agrossistemas sustentáveis e seu uso no ambiente • Atende apenas grandes produtores • Aumento dos casos de alergia • Seleção de pragas resistentes • Perda de biodiversidadee erosão genética 7 Biologia Terapia gênica Na terapia gênica, há a transferência de material genético com objetivo de substituir ou completar um código genético, previnindo ou curando determinadas doenças hereditárias. Esse DNA pode ser transferido diretamente entre as células (terapia in vivo) ou ele pode ser retirado, replicado em laboratório, e depois utilizado no tratamento (terapia ex vivo). O DNA é inserido na célula a partir de vetores, que transportam a molécula para o núcleo celular. Ao ser incorporado no material genético, este fragmento será transcrito e traduzido, produzindo as proteínas de interesse. Etapas da terapia gênica. Disponível em: Carlos Menck e Armando Ventura para Revista USP, n.75, p. 50-61 Projeto Genoma Humano O projeto genoma humano teve como objetivo determinar a sequência das bases nitrogenadas do DNA humano, identificando e mapeando todos os genes presentes nos 24 cromossomos existentes na espécie humana (22 autossômicos e os 2 sexuais, o X e o Y). A partir dessas informações, é possível identificar áreas com anomalias, propensão a doenças ou mesmo melhor entendimento do desenvolvimento do organismo e das células. Novos rumos A utilização de biotecnologia tem exercido mudanças significativas no nosso cotidiano. Como perspectivas, há estudos para tornar mais acessível a determinação da sequência de bases de cada indivíduo, podendo, assim, reconhecer mutações e prever a ação de medicamentos. O câncer ainda é um desafio. Sabemos que são causados por diversas mutações e a interferência de forma especifica nessas células poderia melhorar as taxas de cura. Doenças genéticas causadas por mutações em genes importantes, como anemia falciforme e distrofia muscular, poderiam ser curadas com a incorporação do gene em falta ou substituição do gene que sofreu a mutação. 1 Química Estequiometria simples e gases fora das CNTP Resumo Estequiometria simples Cálculo estequiométrico ou estequiometria é o cálculo das quantidades de reagentes e/ou produtos das reações químicas baseados nas leis ponderais e proporções químicas. Na estequiometria temos que estar cientes das informações quantitativas que uma reação química pode representar, por exemplo: De acordo com as leis das reações, as proporções acima são constantes, e isso permite que eu monte uma regra de três para calcular as quantidades envolvidas numa reação genérica. Por exemplo: N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g) 1 mol de N2 reage com 3 mol de H2 produzindo 2 mol de NH3 Sendo assim, caso eu queira saber quantos mol de amônia eu produzo com 10 mol de N2 basta eu montar uma regra de simples partindo da reação dada e relacionando o dado da questão(10 mol) com o X. Portanto, se eu sei que 1 mol de N2 produzem 2 mol de NH3 eu posso chegar a conclusão que com 10 mol de N2 eu produzo 20 mol de NH3 . Analogamente podemos utilizar qualquer uma das unidades apresentadas como dados ta questão, por exemplo usando a massa: Como 1 mol de N2 equivale a 28g e produzem 34g de NH3, com uma regra de três simples consigo descobrir quanto de NH3 eu consigo produzir utilizando apensas 10g de N2. 2 Química Resumindo: I. Escrever a equação química mencionada no problema. II. Balancear ou acertar os coeficientes dessa equação (lembre-se de que os coeficientes indicam a proporção em mols existente entre os participantes da reação). III. Estabelecer uma regra de três entre o dado e a pergunta do problema, obedecendo aos coeficientes da equação, que poderá ser escrita em massa, ou em volume, ou em mols, conforme as conveniências do problema. Casos gerais 1.1) Quando o dado e a pergunta são expressos em massa Calcular a massa de amônia (NH3) obtida a partir de 3,5 g de nitrogênio gasoso(N2) (massas atômicas: N = 14; H = 1). Resolução: 1 N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g) 1 mol de N2 = 28g 2 mol de NH3 = 2x17g(14+3) = 34g , logo... 28g de N2 _________ 34g de NH3 3,5g de N2 ______ X de NH3 X = 4,25g de NH3 Neste exemplo, a regra de três obtida da equação foi montada em massa (gramas), pois tanto o dado como a pergunta do problema estão expressos em massa. 1.2) Quando o dado é expresso em massa e a pergunta em volume(ou vice-versa) Calcular o volume de gás carbônico obtido, nas condições normais de pressão e temperatura, utilizando de 290 g de gás butano (massas atômicas: C = 12; O = 16; H = 1). Resolução: C4H10(g) + 13 O2(g) → 4 CO2(g) + 5 H2O(g) 2 Lembrando a definição de Condições Normais de Temperatura e Pressão(P =1 atm ; T = 0ºC): 1 mol de qualquer gás na CNTP ocupam 22,4L. 58g de C4H10 __________ 4 x 22,4L de CO2 290g de C4H10 _______ X X = 448L de CO2 (Nas CNTP) Agora a regra de três é, “de um lado”, em massa (porque o dado foi fornecido em massa) e, “do outro lado”, em volume (porque a pergunta foi feita em volume). 3 Química 1.3) Quando o dado e a pergunta são expressos em volume Um volume de 15 L de hidrogênio(H2), medido a 15 ° C e 720 mmHg, reage completamente com cloro. Qual é o volume de gás clorídrico(HCl) produzido na mesma temperatura e pressão? Resolução: H2(g) + Cl2(g) → 2 HCl(g) 1 volume de H2 ____produz____ 2 volumes de HCl 1L de H2 ________ 2L de HCl 15 de H2 ________ V de HCl V = 30L de HCl (a 15 ° C e 720 mmHg, ou seja, fora das CNTP) O cálculo estequiométrico entre volumes de gases é um cálculo simples e direto, desde que os gases(reagente e produto) estejam nas mesmas condições de pressão e temperatura. 1.4) Quando o dado é expresso em massa e a pergunta em mols (ou vice-versa) Quantos mols de gás oxigênio são necessários para produzir 0,45 gramas de água? (Massas atômicas: H = 1; O = 16) Resolução: H2(g) + O2(g) → 2 H2O(g) 1 mol de O2 ________ 2 x 18g de H2O X mol de O2 ________ 0,45g de H2O X = 0,0125 mol de O2 ou 1,25 x 10² mol de O2 1.5) Quando o dado é expresso em massa e a pergunta em número de partículas(ou vice-versa) Quantas moléculas de gás carbônico podem ser obtidas pela queima completa de 4,8 g de carbono puro? (Massa atômica: C = 12) Resolução: C + O2 → CO2 12g de C _______ 6,02 x 10²³ moléculas de CO2 4,8g de C _______ X moléculas de CO2 X = 2,4 x 10²³ moléculas de CO2 4 Química 1.6) Havendo duas ou mais perguntas (Neste caso, teremos uma resolução para cada uma das perguntas feitas) Quais são as massas de ácido sulfúrico e hidróxido de sódio necessárias para preparar 28,4 g de sulfato de sódio? (Massas atômicas: H = 1; O = 16; Na = 23; S = 32) Para a massa do ácido sulfúrico(H2SO4): H2SO4(aq) + 2 NaOH(aq) → Na2SO4(aq) +2 H2O(liq) 98g de H2SO4 _____ 142g de Na2SO4 X de H2SO4 _____ 28,4g de Na2SO4 X = 196g de de H2SO4 Para a massa do Hidróxido de sódio(NaOH): 2 x 40g de NaOH ______ 142g de Na2SO4 Y de NaOH ______ 28,4g de Na2SO4 Y = 16g de NaOH Gases fora das CNTP Definimos a equação geral dos gases de Clapeyron para usar em gases que não estejam nas CNTP, ela é dada por: PV = nRT Podemos expressar o número de mol (n) da seguinte maneira também: PV = 𝒎 𝑴.𝑴 RT Onde: P = Pressão do gás (atm) V = Volume do gás (L) n = Quantidade do gás (mol) m = Massa do gás (g) M.M = Massa molar do gás(g) R = Constante universal dos gases perfeitos (L.atm.mol -1 .K -1 ) T = Temperatura do gás (medida em Kelvin) Volume molar fora das CNTP (Condições Normais de Temperatura e Pressão) Definimos que uma substância está fora das CNTP se as condições de temperatura e pressão são diferentes de 0ºC e 1 atm. Quando são usados valores diferentespara esses parâmetros calculamos seu volume a partir da equação de Clapeyron. Exemplo: Dada a reação: Fe2O3(s) + 3CO(g) → 2Fe(s) + 3 CO2(g) 5 Química Sabendo que a massa de um mol de ferro é de 56g, calcule a massa de ferro produzida quando 8,2L de CO2 são formados a 2 atm e 127ºC. Resolução: Primeiramente amos calcular quantos litros de CO2 são produzidos quando, nas mesmas condições de temperatura e pressão dadas no texto, temos 3 mol do mesmo (quantidade estequiométrica de mol de gás CO2 ) PV =nRT 2.V = 3 . 0,082 . 400 V = 49,2L Assim, quando se produz 2 mol de ferro nas condições dadas eu produzo 49,2L de CO2, com uma regra de três, consigo estabelecer quantas gramas de ferro eu produziria com 8,2L de CO2. 2x56 gramas de ferro ______ 49,2L de CO2 Y gramas de ferro ______ 8,2L de CO2 Y = 18,7g de ferro (aproximadamente) 1 Biologia Poluição das águas Resumo Os desequilíbrios ecológicos ocorrem quando o bom funcionamento de um ecossistema se quebra, podendo interferir tanto nos fatores bióticos quanto abióticos. Os desequilíbrios mais graves são aqueles que ocorrem por conta da ação antrópica, ou seja, com a interferência da ação humana. Magnificação Trófica: O acumulo de compostos não biodegradáveis dentro de uma cadeia ou teia alimentar causa esse desequilíbrio. Organismos com maiores níveis tróficos são os mais afetados. Eutrofização Artificial: Com a liberação de compostos orgânicos em corpos de água, por exemplo esgoto, há uma proliferação de organismos decompositores, seguido pela diminuição do oxigênio da água, causando a morte de organismos aeróbicos. Também pode acontecer de modo menos frequente com fertilizantes, ou seja, matéria inorgânica, sobre ambientes aquáticos. 2 Biologia Maré Negra: Ocorre quando há derramamento de petróleo no corpo d’água. Este petróleo impede a passagem de luz diminuindo a fotossíntese realizada pelo fitoplâncton. Além disso, traz prejuízos aos animais por se acumular nas brânquias de peixes e nas penas de aves aquáticas. 1 Biologia Poluição atmosférica Resumo Os desequilíbrios ecológicos ocorrem quando o bom funcionamento de um ecossistema se quebra, podendo interferir tanto nos fatores bióticos quanto abióticos. Os desequilíbrios mais graves são aqueles que ocorrem por conta da ação antrópica, ou seja, com a interferência da ação humana. A poluição é um tipo de desequilíbrio ecológico, sendo que a atmosfera é também afetada pelos impactos humanos. Veja a seguir os principais problemas envolvendo a poluição atmosférica: • Agravamento do Efeito Estufa: O efeito estufa é um efeito natural, responsável por manter a temperatura na Terra constante, porém com a emissão de gases estufas, como o gás carbônico e o metano, esta função de reter calor tem se agravado, aumentando a temperatura do planeta. • Buraco na Camada de Ozônio: A camada de ozônio protege a superfície da Terra da incidência direta de raios ultravioletas. Com a liberação de certos gases, como o CFC (Cloro-flúor-carbono), a camada se desfaz, e a incidência dos raios UV pode aumentar o risco de mutações e câncer. • Imagem representando a atmosfera terrestre, onde os raivos vermelhos indicam a radiação infravermelha no efeito estufa, e os raios laranjas são raios ultravioletas, filtrados pela camada de ozônio. • Chuva Ácida: Com o aumento de ácidos na atmosfera, como o NOX, SOX, HNO3 e H2SO4, a água da chuva se acidifica, podendo danificar prédios e monumentos, além de poluir corpos de água e o solo. • Inversão Térmica: É outro processo natural, onde ocorre a troca de massas de ar quente e fria, e a massa de ar fria fica mais próxima da superfície. Porém em cidades onde há muita poluição, esta fica presa na camada de ar fria, não sofrendo a conversão, e pode causar diversos problemas respiratórios. 1 Matemática Grandezas proporcionais e escala Resumo Razões e proporções Razão é a fração determinada por duas grandezas, que visa a obter a relação que se estabelece entre as quantidades de cada uma delas em uma determinada situação. Assim, uma razão entre as grandezas a e b é dada por 𝑎 𝑏 . Quando duas razões têm o mesmo resultado, ou seja, se elas são iguais, determinam uma proporção. Desse modo, a proporção dada por quatro números a, b, c e d é representada pela seguinte igualdade de razões: 𝑎 𝑏 = 𝑐 𝑑 = 𝑘 em que k é a constante de proporcionalidade. Grandezas Diretamente Proporcionais Duas grandezas a e b são diretamente proporcionais quando a razão entre elas é constante, ou seja: a k b = Assim, ao variar uma grandeza, a outra também varia na mesma razão. Exemplo: Um pai deixou para seus filhos André, Bruno e Cristiano uma herança de R$ 70.000,00 a ser distribuída em quantias diretamente proporcionais a 1,2 e 4, respectivamente. Quanto cada um dos três filhos recebeu? Chamemos por A, B e C as quantias recebidas por André, Bruno e Cristiano, respectivamente. A seguinte proporção pode ser montada: 1 2 4 A B C k= = = Igualando-se cada razão à constante k de proporcionalidade, podem-se criar as seguintes equações: A k= , 2B k= e 4C k= Dessa maneira, sabemos que a soma das quantias recebidas por cada um é o valor total da herança, R$ 70.000,00: 70000 2 4 70000 7 70000 10000 A B C k k k k k + + = + + = = = Assim, André recebeu R$ 10 000,00, Bruno recebeu R$ 20 000,00 e Cristiano, R$ 40 000,00. 2 Matemática Grandezas Inversamente proporcionais Duas grandezas a e b são diretamente proporcionais quando o produto entre elas é constante, ou seja: a b k = Assim, ao variar uma grandeza, a outra também varia na razão inversa. Exemplo: Um pai deixou para seus filhos André, Bruno e Cristiano uma herança de R$ 70.000,00 a ser distribuída em quantias inversamente proporcionais a 1, 2 e 4, respectivamente. Quanto cada um dos três filhos recebeu? Chamemos por A, B e C as quantias recebidas por André, Bruno e Cristiano, respectivamente. A seguinte proporção pode ser montada: 2 4A B C k= = = Igualando-se cada razão à constante k de proporcionalidade, podem-se criar as seguintes equações: A k= , 2 k B = e 4 k C = Dessa maneira, sabemos que a soma das quantias recebidas por cada um é o valor total da herança, R$ 70.000,00: 70000 70000 2 4 4 2 70000 4 7 280000 40000 A B C k k k k k k k k + + = + + = + + = = = Assim, André recebeu R$ 40 000,00, Bruno recebeu R$ 20 000,00 e Cristiano, R$ 10 000,00. Escala Escalas de mapas e miniaturas são exemplos de razões entre grandezas de mesma natureza (neste caso, comprimento). Uma escala (e) é a razão entre o comprimento do desenho ou da miniatura (d) e o comprimento real (r). Medida do desenho Medida Real d E r = = Escalas de mapas e miniaturas geralmente são representadas na forma de 1 : R , ou seja, 1 unidade de comprimento do desenho representa R unidades de comprimento no real. Existem também escalas de áreas, que é o valor da escala ao quadrado, e escalas volumétricas, que é o valor da escala ao cubo. 1 Física Ondas: Classificação e ondas periódicas Resumo Ondulatória Qualquer pessoa que já viu uma onda do mar tem uma noção intuitiva de onda. Contudo, uma onda do mar tem muitas variáveis e acaba confundindo um pouco alguns estudantes. Pense em uma onda como uma perturbação que se propaga. Por exemplo: uma fileira de dominós que é derrubada. Os dominós vão caindo e você vai acompanhando o movimento. Mas qual movimento? Os dominós não andam. Apenas caem uns sobre os outros. Mas essa queda é contínua. Essa queda se propaga. Assim como pessoas num estádio que se levantam e sentam em ordem (formam a ola), tem-se a impressão de que algo se movimenta, contudo é a perturbação (levantare sentar) que se propaga. Então ondas: • São perturbações que se propagam. • Transportam energia. • Não transportam matéria (a matéria recebe energia e se movimenta). Classificação das ondas Quando falamos de onda, a primeira coisa importante a ser feita é classificar essa onda. A classificação da onda é feita observando o comportamento dela em determinadas situações e podemos classificar a onda a partir desses parâmetros... Quanto à natureza, ou seja, de onde ela é formada. Podemos classificar ondas como: • Mecânica: ondas que necessita de um meio para se propagar. Ex: ondas sonoras (som). Figura 01 – Onda Mecânica • Eletromagnética: Ondas que não necessita de um meio para se propagar. Ex: radiação eletromagnética (luz). Figura 02 – Onda Eletromagnética 2 Física Quanto à forma de propagação, ou seja, como a perturbação é feita. Podemos classificar ondas como: • Longitudinal: as partículas do meio vibram na direção da propagação. Ex: Som Figura 03 – Ondas Longitudinais • Transversal: as partículas do meio vibram com direção perpendicular à de propagação. Ex: Luz Figura 04 – Ondas Transversais Ondas Periódicas Nessa aula nos vamos analisar as caracteristicas e as grandezas ligadas a uma onda periódica. Ondas periódicas são ondas feitas por uma fonte que executa oscilações de forma periódica, ou seja, uma fonte capaz de gerar o mesmo pulso em um intervalo de tempo controlado. É preciso reconhecer algumas características das ondas: • O ponto mais alto é chamado de crista. • O ponto mais baixo é chamado de vale ou depressão. • A distância do eixo central até o ponto mais alto ou até o mais baixo é chamado de amplitude. • A distância entre duas cristas ou entre dois vales consecutivos é chamado de comprimento de onda. 𝐀 = 𝐚𝐦𝐩𝐥𝐢𝐭𝐮𝐝𝐞 𝛌 = 𝐜𝐨𝐦𝐩𝐫𝐢𝐦𝐞𝐧𝐭𝐨 𝐝𝐞 𝐨𝐧𝐝𝐚 Figura 01 – Onda periódica Equação fundamental da ondulatória A equação fundamental da ondulatória tem a função de relacionar três grandezas ligadas a uma onda periódica: Velocidade, Frequência e Comprimento de onda. Vamos para as definições: • Período(T): tempo necessário para completar uma oscilação. Unidade: (T) = s • Frequência (f): número de oscilações em um período definido. Unidade (f) = s-1 = RPS = Hz 3 Física • Velocidade (v) = razão entre o comprimento de onda e o período da onda. Unidade (v) = m/s • Comprimento de onda (λ) = distância entre duas cristas ou dois vales consecutivos. Unidade (λ) = m 𝐕 = 𝛌. 𝐟 → Equação fundamental da ondulatória É importante também lembrar de algumas relações já vistas, como: 𝐓 = 𝟏 𝐟 → Relação Período / Frequência 1 Química Radiotividade Resumo A radioatividade, que hoje conhecemos e utilizamos, estuda a emissão de radiações do núcleo instável de um átomo. Ou seja, átomos de alguns elementos – especialmente os que possuem massa muito grande – se desintegram espontaneamente, perdem/liberam partículas presentes em seus núcleos (partículas nucleares) ou ondas eletromagnéticas, para obterem estabilidade. Isso significa que tais átomos têm atividade radioativa. Mas como toda ciência, o estudo das radiações evoluiu ao longo do tempo, até chegar ao conhecimento atual. Vamos resumir essa história? Histórico ● Antoine-Henri Becquerel 🡪 físico francês que trabalhava com sais de urânio, percebeu que um desses sais, o sulfato duplo de potássio e uranila – K2(UO2)(SO4)2 – era capaz de impressionar filmes fotográficos. Estudou-se tal comportamento e viu-se que isso se devia a radiações emitidas pelo sal. ● Wilhelm Conrad Roentgen 🡪 físico alemão que trabalhava com raios catódicos (do tubo de Crookie), percebeu que esses raios emitiam uma nova radiação – os raios X – quando em contato com vidro ou metal. Posteriormente, viu-se que ela não possui massa nem carga. ● Marie Sklodowska Curie 🡪 física e química polonesa que também trabalhava com sais de urânio, percebeu que impressões fotográficas feitas por esses sais aumentavam de intensidade à medida que aumentava-se a quantidade desses sais. Concluiu, assim, que a intensidade de radiação é proporcional à quantidade de urânio e, portanto, a radioatividade era um fenômeno atômico. ● Ernest Rutherford 🡪 físico neozelandês que trabalhou com polônio, estudou a ação de campos eletromagnéticos sobre as radiações e, assim, descobriu os raios α (alfa), β (beta) e γ (gama). Veremos com detalhes a seguir. Experimento de Rutherford ● Criou uma aparelhagem contendo: polônio (elemento com atividade radioativa) em um bloco de chumbo, campo magnético, placas carregadas eletricamente (uma positiva e uma negativa) e uma placa fluorescente com sulfeto de zinco, que emite luminosidade ao ser atingida por radiação. β 🡪 como é desviada em direção à placa positiva, concluiu-se que possui carga negativa; 🡪 como sofreu desvio com facilidade (desvio grande), concluiu- se que possui massa pequena. γ 🡪 como não sofre desvio, concluiu-se que não possui carga; 🡪 não possui massa; α 🡪 como é desviada em direção à placa negativa, concluiu-se que possui carga positiva; 🡪 como sofreu desvio com dificuldade (desvio pequeno), concluiu- se que possui massa maior. 2 Química Radiações ● Partícula 2α4 A (massa) = 4 Z (carga) = 2 ● É uma partícula nuclear; ● Tem 1/10 da velocidade da luz; ● É igual ao núcleo do hélio (possui 2 prótons, 2 nêutrons e número de massa 4); ● Tem baixo poder de penetração, não ultrapassa papel, roupas finas e a nossa pele. ● Partícula –1β0 A (massa) = 0 Z (carga) = –1 ● É uma partícula nuclear; ● Tem 9/10 da velocidade da luz; ● É igual a um elétron – ou é o elétron – deriva da quebra de um nêutron; ● Tem poder de penetração superior ao da partícula α, não ultrapassa roupas grossas e madeira. ● Radiação 0γ0 A (massa) = 0 Z (carga) = 0 ● Como não tem carga nem massa, não é uma partícula nuclear, é uma onda eletromagnética, assim como a luz e os raios X, de comprimento pequeno; ● Trafega na velocidade da luz; ● Tem maior poder de penetração, mas não ultrapassa paredes de concreto ou chumbo. ● Próton 1p1 A (massa) = 1 Z (carga) = 1 ● É uma partícula nuclear; ● Tem carga positiva. ● Nêutron 0n1 A (massa) = 1 Z (carga) = 0 ● É uma partícula nuclear; ● Não tem carga, é neutra. ● Pósitron +1β0 A (massa) = 0 Z (carga) = +1 ● É a antimatéria da partícula beta; ● Tem carga positiva. 3 Química ! OPA, antimatéria? Assim como a matéria é composta de partículas, a antimatéria é composta de antipartículas, que se tratam da partícula correspondente, mas com sinal contrário. O pósitron também é chamado de antielétron, já que é a antipartícula do elétron (é o elétron com carga +1). Acredita-se que, para cada matéria, há uma antimatéria correspondete. Você pode ler essa matéria show, para entender melhor, basta clicar aqui. Leis da radioatividade ● 1ª Lei da Radioatividade ou Lei de Soddy: emissão de partículas α O núcleo de um elemento radioativo, ao emitir uma partícula α, origina um elemento com número atômico menor em 2 unidades e número de massa menor em 4 unidades. Veja: ZXA 🡪 2α4 + Z–2YA–4 Exemplo: 92U238 🡪 2α4 + Z–2YA–4 ● Mas por quê? Porque como “na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma”, a soma dos números atômicos (número de prótons)de antes da seta da reação nuclear deve ser igual à soma dos números atômicos de depois da seta. O mesmo deve ocorre com o número de massa. Z antes = Z depois / ZP = ZR e A antes = A depois / AP = AR IMPORTANTE À BEÇA: em uma reação nuclear, são representados os nuclídeos dos átomos envolvidos. ! OPA, nuclídeo? É a representação do núcleo de um átomo, e sua notação se faz com o símbolo do elemento mais seu número atômico e seu número de massa, geralmente. Exemplo: se for representado o nuclídeo do oxigênio-16 (isótopo do oxigênio de número de massa 16), será assim: 8O16. ● 2ª Lei da Radioatividade ou Lei de Soddy-Fajans-Russel: emissão de partículas β O núcleo de um elemento radioativo, ao emitir uma partícula β, origina um elemento com número atômico maior em 1 unidade e número de massa igual ao do elemento desintegrado. Veja: ZXA 🡪 –1β0 + Z+1YA Exemplo: 6C14 🡪 –1β0 + 7N14 ● O motivo é o mesmo da primeira Lei. http://super.abril.com.br/ciencia/antimateria 4 Química Cinética Radioativa Como toda "cinética", ela estuda velocidade. Já que é "radioativa", estuda a velocidade da desintegração de núcleos, ou o tempo necessário para que o núcleo de um elemento emita certa quantidade de radiação. ● Tempo de meia-vida (T½ /P) É o tempo em que uma amostra de átomos de um elemento radioativo tem sua quantidade reduzida à metade, como diz o nome. Cada elemento possui seu tempo de meia-vida específico. Exemplo: O tempo de meia vida do fósforo-32 é de 32 dias. Isso significa que uma amostra contendo 1 mol (6,02.1023 átomos/32 g) desse elemento hoje terá ½ mol (3,01.1023 átomos/16 g) dele daqui a 32 dias. ● Logo, daqui a 128 dias (4 x 32), a sua quantidade será a inicial dividida por 2, depois por 2 de novo, depois por mais 2 e por fim, por mais 2. 1 mol / 32 g 🡪 ½ mol / 16 g 🡪 ¼ mol / 8 g 🡪 ⅛ mol / 4 g 🡪 ⅟16 mol / 2 g ● Sendo assim, quantidade final (Qf) será igual a quantidade inicial (Qi)/2/2/2/2 ou Qi/24. Dessa resolução, tiramos a fórmula: Qf = Qi /2P Onde: Qf e Qi = pode ser mf e mi, se a quantidade for em massa; nf e ni, se for em número de mols, e por aí vai; P = é o período de meia-vida do elemento em questão. Transmutação artificial Chamamos de transmutação nuclear o bombardeamento de um nuclídeo com alguma partícula, formando um novo elemento químico e, geralmente, outras partículas são liberadas. Dizemos que é artificial porque não ocorre de forma espontânea, natural, há a intervenção humana. Exemplo: No bombardeamento do nitrogênio-14 com partículas alfa, há a agregação da mesma a esse elemento e a liberação de um próton, gerando oxigênio-17 (Z=8). 2α4 +7N14 🡪 8O17 + + 1p1 Fissão nuclear Caso a transmutação rompa o nuclídeo bombardeado, gerando nuclídeos de elementos diferentes de números atômicos menores e complementares ao do primeiro (ou seja, Z2+Z3=Z1, sendo Z1 o número atômico do nuclídeo bombardeado e Z2 e Z3 os dos elements resultantes), houve uma fissão nuclear. Fissão porque o elemento foi fissonado/dividido em outros. Exemplo: No bombardeamento do urânio-235 com nêutrons, como ocorre na bomba nuclear, há a fissão do urânio, liberando bário e criptônio e mais três nêutrons. 92U235 + 0n1 🡪 36Kr92 + 56Ba141 + 3 0n1 + γ 32 dias + 32 dias + 32 dias + 32 dias ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 ÷ 2 5 Química ● Na bomba nuclear, cada nêutron formado bombardeia mais um átomo de urânio-235, liberando mais bário, criptônio e mais 3 nêutrons, que bombardeiam mais 3 átomos de urânio, e assim sucessivamente. A isso, damos o nome de reação em cadeia. ● A fissão de um átomo de urânio-235 já libera muita energia, em forma de calor. Sendo alguns quilos desse elemento, a quantidade de energia liberada é absurdamente maior, o que faz da bomba nuclear um material bélico de altíssimo potencial de destruição, muito superior à de uma bomba de TNT, por exemplo. ● A fissão nuclear também ocorre em uma usina nuclear, em que se faz a quebra do urânio, liberando muita energia, que aquece a água, fazendo-a vaporizar e girar uma turbina, a qual resulta em produção de energia elétrica. Fusão nuclear Como o próprio nome explica, consiste na fusão dos núcleos de elementos, formando outro elemento e liberando partículas e energia. No Sol, por exemplo, ocorre a reação de fusão de dois núcleos de hidrogênio, gerando hélio, um neutron e muita energia, em forma de calor. 1H3 + 1H2 🡪 2He4 + 1n + energia ● Na bomba de hidrogênio, ou bomba H, ocorre a mesma reação, por isso é um material bélico tão preocupante para a humanidade. A energia térmica liberada é muito superior à de uma bomba atômica. 6 Química Importante à beça: A arqueologia e outros ramos do estudo da história natural utilizam o método de datação de fósseis com carbono-14. Trata-se de um isótopo do carbono com número de massa igual a 14 (6 prótons e 8 nêutrons) que tem núcleo instável, e por isso tem atividade radioativa. ● A frequência desse isótopo na natureza é conhecida pelos cientistas, ou seja, a proporção entre a quantidade de carbono-12 (C-12, o mais estável e mais presente na natureza) e de carbono-14 (C-14) incorporados aos organismos vivos e aos compostos químicos espalhados pelo ambiente já foi calculada. ● Além disso, conhece-se a meia-vida do C-14, que é de aproximadamente 5600 anos. Então, é possível datar um fóssil, isto é, calcular em qual data ele viveu. ● Mas como? Vamos supor que a proporção de C-12 e C-14 no ambiente seja de 1000:1, respectivamente. Se um cadáver possuir 1000 mols de C-12, vai possuir 1 mol de C-14, caso tenha morrido há pouco tempo e ainda não tenha havido decaimento dele. Então, se nesse cadáver encontramos apenas 0,5 mol de C-14 (metade da quantidade inicial do elemento), sabemos que já se passaram 5600 anos desde que o organismo morreu e parou de incorporar matéria orgânica. ● Quanto menos C-14 no fóssil, mais antigo ele é. OBS: O exemplo acima (proporção 1000:1) foi apenas suposição, a concentração real de C-14 na Terra é de 10 ppb (10 átomos de C-14 por bilhão de átomos na natureza). Quer assistir um QQD sobre o assunto e ainda baixar um mapa mental? Só clicar aqui! Quer ainda saber o que aconteceu em Chernobyl? Só clicar aqui! http://bit.ly/33kb3tX http://bit.ly/2MPKzKJ 1 Matemática Porcentagem e matemática financeira Resumo Porcentagem Para calcular x% de um número real “a’: 𝑥% 𝑑𝑒 𝑎 = 𝑥 ∙ 𝑎 100 Exemplo a) 10% de 100 = 10 ∙ 100 100 = 10 c)2,5% de 30 = 2,5 ∙ 30 100 = 0,75 Aumento ou desconto Para acrescentar x% a um número real “a”: a) Aumentar 23% em 120: (120) ∙ (1,23) = 147,6 Para descontar x% a um número real “a”: b) Descontar 8% em 30: (30) ∙ (0,92) = 27,6 Juros simples Os juros simples j, que um capital C rende durante um tempo t, sob uma taxa i, é dada pela formula a seguir: 𝑗 = 𝐶 ∙ 𝑖 ∙ 𝑡 100 Montante: Montante é a soma entre o capital e os juros, ou seja: 𝑀 = 𝐶 + 𝑗 Exemplo Resolvido: Em um determinado mês, o prêmio da mega-sena estava em R$ 5.000.000,00. Aplicando este dinheiro durante 10 meses a uma taxa de 0,5% a.m., quais serão os juros produzidos neste período? Solução: Temos que C = 5.000.000, i = 0,5% e t = 10. Aplicando a fórmula temos: 𝑗 = 𝐶 ∙ 𝑖 ∙ 𝑡 100 = 5000000 ∙ 0,5 ∙ 10 100 = 250000 Logo, os juros deste período serão de R$ 250.000,00. 2 Matemática Juros compostos Um capital C, a juros compostos, aplicada a uma taxa fixa i, durante t períodos, produzem um montante M, dado pela formula: 𝑀 = 𝐶(1 + 𝑖)𝑡 1 Física Ondas: Acústica – Qualidades do som Resumo Acústica Nessa aula vamos ficar em entender as qualidades físicas do som, ou seja, como podemos diferenciar determinadossons que podemos encontrar no nosso dia a dia. As qualidades do som são diferenciadas a partir de: Reflexão Quando falamos de reflexão, estamos falando de um fenômeno ondulatório que vamos explicar com mais calma na aula de Fenômenos Ondulatórios, mas podemos comentar sobre algumas coisas aqui. A nível de qualidade do som, podemos observar que o som refletido consegue proporcionar dois fenômenos comuns no estudo sonoro: a Reverberação e o Eco. O Eco acontece quando você emite um som, esse som reflete e você escuta o som refletido. No caso do Eco, você consegue notar a diferença entre o som emitido e o som refletido. A Reverberação tem o mesmo funcionamento do Eco, mas na reverberação você não consegue diferenciar o som emitido do refletido. Timbre O Timbre é a qualidade do som que te permite diferenciar sons de frequências iguais. É como se o Timbre fosse o "desenho" da onda. Se você pedir para alguém lança um “dó” em um violão e em uma flauta, apesar de ser a mesma nota, a capacidade que você tem de diferenciar o violão da flauto é através do Timbre. Altura Altura é a qualidade do som que se relaciona com a frequência. Apesar de ligarmos altura com intensidade (ex: Esse som tá muito alto!), para a Física, intensidade NÃO É a mesma coisa que altura. A altura de um som define se aquele som é um som Grave ou Agudo. Essa relação é feita da seguinte forma: • Som Alto = Som Agudo • Som Baixo = Som Grave) Intensidade A intensidade é a qualidade do som que se relaciona com a amplitude da onda. Ou seja, quando falamos que uma onda é muito intensa, significa que ela tem uma amplitude muito grande. Lembre-se que Amplitude é a medida entre o meio de uma onda até a sua Crista ou Vale. Ondas muito intensas levam consigo muita energia. Figura 01 – Amplitude de uma onda 1 Matemática Introdução ao estudo das funções: Produto Cartesiano, relação, definição de função Resumo Antes de definirmos funções, é fundamental que tenhamos conhecimentos prévios sobre alguns pontos importantes, como, por exemplo: Par ordenado: Um par ordenado (x, y) é um par de coordenadas que serve para localizar um determinado ponto num sistema de eixos coordenados. A coordenada x se chama abscissa e mede a distância do ponto ao eixo y. Por convenção, dizemos que o valor de x é positivo quando o ponto está a direita do eixo y e negativa quando está a esquerda. Já a coordenada y se chama ordenada e mede a distância do ponto ao eixo x. A ordenada y é positiva quando o ponto está acima do eixo x e é negativa quando está acima. Produto Cartesiano: O Produto cartesiano entre dois conjuntos A e B é o conjunto de todos os pares ordenados (x ,y) que podem ser formados, sendo x pertencendo a A e y pertencente a B. A x B = { (x, y) | x ϵ A e y ϵ B } Ex: Sendo A = { 1, 2 } e B = { 3, 4, 5 } A x B = { (1,3), (1,4), (1,5), (2,3), (2,4), (2,5) } B x A = { (3,1), (3,2), (4,1), (4,2), (5,1), (5,2) } Obs: 1. Nota-se que o produto cartesiano de A x B ≠ B x A. 2. Nota-se também que a quantidade de pares ordenados do produto cartesiano é a multiplicação da quantidade de elementos de cada conjunto. n(A x B) = n(A) x n(B), que no nosso exemplo é 6 = 2 x 3. Representações: 2 Matemática Relação: Uma relação é um conjunto de pares ordenados cujas coordenadas obedecem a uma lei de formação. Ex: A = {0,1,2,3} e B = {0,1,2,3,4} e R = { (x, y) ϵ A x B | x² = y }. Assim temos que R = {(0,0), (1,1), (2,4)} Função: Uma função é um caso particular muito especial de relação. Uma relação é dita função de A em B se todos os elementos de A possuírem exatamente uma imagem em B. O conjunto A é chamado Domínio da função e o conjunto B é chamado Contradomínio. Os valores encontrados em B (contradomínio) mediante os cálculos (utilizando a lei de formação) pertencem a um subconjunto de B chamado Imagem da função. Ex: Considere os conjuntos A = {0, 1, 2, 3, 4) e B = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10} e a relação de A em B definida por f(x) = 2x. Observe que: x = 0 → y = 0 x = 1 → y = 2 x = 2 → y = 4 x = 3 → y = 6 x = 4 → y = 8 Dom(f) = A; Cd(f) = B; Im(f) = {0, 2, 4, 6, 8} Obs: Esta relação, por exemplo, não é uma função, já que todos os elementos do domínio possuem 3 imagens, cada. 1 Matemática Introdução ao estudo das funções: Classificação e determinação de Domínio e Imagem Resumo Definição Função é uma lei que transforma elementos de um conjunto em elementos de outro conjunto, por exemplo, ao falarmos que os valores sempre dobram, isso é uma lei, que matemáticamente escrevemos como . Podemos representar uma função de forma genérica como: Ou seja, cada função que associa valores do conjunto A a valores do conjunto B e onde cada elemento corresponde um único . Domínio, Contradomínio e Imagem O conjunto A é denominado domínio da função, também chamado de conjunto de partida e o conjunto B é denominado contradomínio da função, ou é o conjunto de chegada. Outra forma de interpretar é que o domínio é o conjunto onde estão os valores possíveis para o x e o contradomínio é o conjunto que estão os elementos que podem corresponder aos elementos do domínio. Já a imagem da função são todos os elementos de B que estão relacionados com os elementos de A. Ou seja cada elemento x do domínio se relaciona a um e somente um elemento y do contradomínio. Vale ressaltar que não necessariamente a imagem da função é igual ao contradomínio. Exemplo: 1. Considere uma função de A em B onde A = {0,1,2,3} e B = {-1,0,1,2,3,4,5} com a lei de formação f(x) = x + 1. Determine o conjunto imagem. Note que no exemplo acima se trata de uma função, já que cada elemento de A se relaciona a um elemento de B. Como vimos antes, no domínio (A) estão os elementos de x. Logo aplicando na lei de formação temos: Logo, o conjunto imagem é dado por {1,2,3,4}. Podemos destacar que o conjunto imagem é um subconjunto do conjunto contradomínio. 2 Matemática Classificação: Função sobrejetora: É aquela que tem o conjunto imagem igual ao contradomínio. Função injetora: É aquela que, para cada elemento da imagem, existe apenas um elemento no domínio. Ou seja, em uma função injetora, elementos distintos do domínio possuem imagens distintas no contradomínio. Função bijetora: Uma função é bijetora quando é simultaneamente injetora e sobrejetora. Obs: É importante saber que existem funções que não são nem injetoras e nem sobrejetoras. Elas simplesmente não apresentam classificação sob esse critério. 3 Matemática Função par: Uma função é dita par, se e somente se . Ou seja, valores simétricos de x possuem a mesma imagem. Dica: o gráfico de uma função par apresenta simetria em relação ao eixo y. Função ímpar: Uma função é dita par, se e somente se . Ou seja, valores simétricos de x possuem imagens simétricas. Dica: o gráfico de uma função ímpar apresenta simetria em relação à origem. Obs: Existem funções que não podem ser classificadas quanto a paridade, ou seja, não são nem pares nem ímpares. 4 Matemática Restrição do domínio Algumas funções reais apresentam problemas no cálculo de imagens para certos valores de x. A função , apresenta problema para x = 0, já que não existe divisão por zero. Como o elemento x = 0 não possui imagem, dizemos que ele não está definido no domínio dessa função. Dessa maneira, temos que prestar atenção e calcular o domínio da função com que estamos trabalhando. Temos que observar duas condições necessárias: a) O denominador de qualquer função é diferente de zero. b) Radicando de raízes de índice par são sempre positivos. Função constante: É aquele que, qualquer que seja o valor da abscissa, terá sempre a mesmaordenada. Ex: f(x) = 3. No exemplo acima fica claro que a função independe da variável x, ou seja, qualquer que seja o valor de x, a função sempre valerá 3. Quer saber um pouco mais sobre o assunto? Temos uma superaula dedicada somente a ele! Que tal?! Para saber mais basta clicar aqui! https://bit.ly/33UMMv2 1 Física Fenômenos Ondulatórios Resumo Reflexão A reflexão ondulatória é a mesma da reflexão da óptica geométrica. Há apenas uma análise diferenciada para alguns casos. Ângulo de incidência = ângulo de reflexão Na reflexão pode ocorrer apenas mudança de direção. As outras grandezas se mantêm. Reflexão em cordas Pode ocorrer com uma corda fixa a uma parede ou livre para oscilar. Ao produzir um pulso na corda, os pontos vibram para cima e para baixo. Desse modo o pulso tenta levantar e abaixar a corda. Quando o pulso alcança a extremidade podemos ter duas situações: Na corda fixa há a inversão de fase, pois a parede oferece resistência ao pulso que se propaga e tenta "levantar" a parede. A parede exerce uma força contrária (ação e reação) e o pulso volta invertido. 2 Física Na corda livre não há inversão de fase, o pulso retorna do mesmo modo, pois a parte livre não oferece resistência. Refração Refração é o fenômeno caracterizado pela mudança na velocidade da onda. Possui a mesma estrutura da refração da óptica geométrica, com mais alguns detalhes. • Não há variação de frequência ou período para uma onda que sofre refração. O comprimento de onda é que varia de forma diretamente proporcional à velocidade. • Não é preciso mudança de direção ou de meio para que ocorra refração. É preciso que ocorram mudanças nas características do meio para que a velocidade modifique. Por exemplo, para uma onda do mar, basta mudar a profundidade que teremos mudança de velocidade, para uma onda sonora a velocidade no ar quente é diferente do ar frio. Refração em superfície O desenho anterior ilustra ondas do mar vistas de cima que atingem um banco de areia (redução de velocidade). 3 Física Refração em cordas A mudança de velocidade de uma onda em uma corda ocorre quando há cordas de densidades lineares diferentes. Observe um pulso que se propaga de uma corda grossa para uma corda fina. Na corda fina o pulso refratado terá maior velocidade e maior comprimento de onda. Observe que há também o surgimento de um pulso refletido que retorna na mesma fase (a corda fina não oferece resistência, funciona como reflexão de corda livre). Observe um pulso que se propaga de uma corda fina para uma corda grossa. Na corda fina o pulso refratado terá menor velocidade e menor comprimento de onda. Observe que há também o surgimento de um pulso refletido que retorna na fase oposta (a corda grossa oferece resistência, funciona como reflexão de corda fixa). A Lei de Snell também é valida, sendo seu uso através da relação de velocidade mais comum. Na óptica seu uso comum é com o índice de refração 𝐕𝟏 𝐕𝟐 = 𝛌𝟏 𝛌𝟐 = 𝐬𝐢𝐧 𝛉𝟏 𝐬𝐢𝐧 𝛉𝟐 Absorção Em Física, absorção se relaciona à parcela de energia que persiste em um corpos após incidir sobre ele. Contrapõe-se às parcelas correspondentes à transmissão (refração) e à reflexão. Basta lembrarmos de todo o estudo que realizamos na parte da Óptica Geométrica. Absorção ocorre quando um corpo escuro, iluminado por alguma fonte, absorve todas as cores e reflete a luz de sua própria cor. Exemplo: Um corpo vermelho, iluminado por uma luz branca, absorve todas as cores e reflete o vermelho. Alguns materiais presentes em nosso cotidiano podem ser atravessados pela luz e, por isso, é possível enxergar com nitidez através deles. Eles são denominados materiais transparentes, e alguns deles são o vidro comum e o plástico transparente. Outros materiais, como um lápis e um caderno, não são atravessados pela luz e, por causa disso, não enxergamos através deles. São materiais opacos. Há alguns materiais que permitem a passagem da luz, mas que não favorecem uma visualização nítida de imagens através deles, apenas de contornos e de cores mais fortes. São os materiais translúcidos como, por exemplo, o vidro translúcido. Quando os raios de luz atingem uma superfície, elas participam de três 4 Física ocorrências: reflexão, refração e absorção simultaneamente, dependendo do material e da superfície (Triequipartiçao energética). Difração Fenômeno que acontece quando uma onda encontra um obstáculo. Em Física Clássica, o fenômeno da difração é descrito como uma aparente flexão das ondas em volta de pequenos obstáculos e também como o espalhamento, ou alargamento, das ondas após atravessar orifícios ou fendas. Esse alargamento ocorre conforme o princípio de Huygens. O fenômeno da difração acontece com todos os tipos de ondas, incluindo ondas sonoras, ondas na água e ondas eletromagnéticas (como luz visível, raios-X e ondas de rádio). Assim, a comprovação da difração da luz foi de vital importância para constatar sua natureza ondulatória. Assista à seguinte animação: A difração do som possibilita que as ondas sonoras contornem obstáculos com dimensões de até 20m. Considerando que a velocidade do som no ar, em determinadas condições, é v = 340m/s, e que o sistema auditivo humano distingue sons de frequência fmín = 20Hz até fmáx = 20000Hz, o comprimento de onda do som no ar pode variar entre: 𝛌𝐦á𝐱 = 𝐯 𝐟𝐦í𝐧 = 𝟑𝟒𝟎 𝟐𝟎 → 𝛌𝐦á𝐱 = 𝟏𝟕𝐦 𝛌𝐦í𝐧 = 𝐯 𝐟𝐦á𝐱 = 𝟑𝟒𝟎 𝟐𝟎𝟎𝟎𝟎 → 𝛌𝐦í𝐧 = 𝟏, 𝟕𝐜𝐦 Na prática considera-se essa vibração entre 2cm e 20m. Assim, a difração das ondas sonoras audíveis no ar é bem perceptível quando os obstáculos a serem contornados têm dimensões dessa ordem de grandeza. 5 Física Ressonância Nas figuras, A e B são diapasões idênticos. Batendo-se apenas no diapasão A, observamos que o diapasão B também vibra. Isso ocorre porque B é excitado pelas ondas sonoras provenientes de A, cuja frequência é igual à sua frequência de vibração natural. Esse fenômeno é a ressonância. O copo foi excitado continuamente por um som bastante intenso e de frequência adequada. Desse modo, ele entrou em ressonância com o som, passando a vibrar cada vez mais intensamente até se estilhaçar. Polarização Como já vimos, a luz é uma onda eletromagnética transversal, isto é, associada à vibrações em um campo elétrico e outro magnético. 6 Física Nesse instante, o plano de vibração elétrico é o plano xy e o plano de vibração magnético é o yz. Eles são sempre perpendiculares entre si, mas o plano de vibração elétrico, por exemplo, pode estar na horizontal, na vertical ou em qualquer direção. Se virmos de frente, veremos essas vibraçãoes do campo elétrico como: Se fizéssemos essa onda passar por algo, tipo uma fenda, só sairiam as vibrações na direção da fenda, veja: Outro exemplo, um pulso gerado numa corda passando por um polarizador: Polarizador: qualquer dispositivo ou elemento capaz de polarizar uma onda. Analisador: qualquer dispositivo ou elemento capaz de verificar se uma onda está ou não polarizada. 7 Física Interferência Imagina que você está viajando de carro para um outro estado, você passou no vestibular e decidiu se dar de presente uma viagem para conhecer um lugar novo. Durante a sua viagem você sintoniza uma rádio que você conhece para dar aquele ar de viagem em alto estrada e, durante a viagem, a estação de rádio que você tinha sintonizado começa a perder sinal. Você escuta um aquele barulho chato de “chuvisco” e, do nada, entra uma nova estação de rádio que você não conhece, na mesma frequência. O que você acabou de presenciar é um fenômeno ondulatório chamado de Interferência.A interferência é o resultado da superposição entre ondas. Essa superposição pode provocar um aumento na amplitude (interferência construtiva) ou diminuição na amplitude (interferência destrutiva). Vamos entender isso com calma em ondas unidimensionais. Interferência em cordas (superposição) Como foi dito, a superposição das ondas ou interferência consiste no encontro entre duas ondas. Para que essa interferência seja capaz de fazer alteração em valores de amplitude, precisamos que essas ondas tenham a mesma frequência, assim garantimos que as cristas e os vales se encontrem no mesmo ponto. A interferência é dita construtiva quando as ondas de mesma frequência produzem pulsos em mesma fase Figura 01 – Interferência construtiva Nesses casos, teremos a soma das amplitudes geradas pelos pulsos, gerando um pulso resultante maior que os envolvidos. 𝐴𝑟𝑒𝑠𝑢𝑙𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 = 𝐴1 + 𝐴2 Figura 02 – Amplitude resultante na interferência construtiva Note também que a base aumento, ou seja, a distância no eixo x também é uma soma. 𝑥 = 𝑥1 + 𝑥2 8 Física Após o encontro dos pulsos, notamos que cada pulso segue o seu caminho, permanecendo com suas características iniciais conservadas. Isso significa que o fenômeno de interferência não altera a onda. Figura 03 – Pulsos após a interferência construtiva Já a interferência é dita destrutiva ocorre quando as ondas de mesma frequência produzem pulsos em fases opostas Figura 04 – Interferência destrutiva Nesses casos, teremos a subtração das amplitudes geradas pelos pulsos. Vamos adotar a amplitude 𝐴1 como negativa, já que ela aponta para o lado negativo do eixo vertical (utilizando o referencial usual) 𝐴𝑟𝑒𝑠𝑢𝑙𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 = −𝐴1 + 𝐴2 Figura 05 – Amplitude resultante na interferência destrutiva Note também que a base diminui, ou seja, a distância no eixo x também é uma subtração. 𝑥 = −𝑥1 + 𝑥2 9 Física Da mesma forma que na interferência construtiva. Após o encontro dos pulsos, notamos que cada pulso segue o seu caminho, permanecendo com suas características iniciais conservadas. Figura 06 – Pulsos após a interferência construtiva Equação da interferência Imagine que temos, em uma sala, duas caixas de som ligadas. Essas caixas conseguem produzir interferências construtivas e destrutivas em determinados pontos dessa sala. Para analisar essa situação, podemos utilizar a equação da interferência. A fórmula que identifica a interferência é: |𝑃𝐹1 − 𝑃𝐹2| = 𝜂. 𝜆 2 onde o 𝑃𝐹1 é a distância do ponto até a fonte 𝐹1 e 𝑃𝐹 2 é a distância do ponto até a fonte 𝐹2. O valor 𝜂 é um número inteiro (1, 2, 3...) e 𝜆 é o comprimento de onda. Para saber a interferência no ponto deve-se descobrir se o n é par ou ímpar. Fontes em fase são fontes ligadas simultaneamente e em oposição de fase há um atraso entre elas, geralmente o exercício diz se estão ou não em fase. Fontes em fase Fontes em oposição de fase N par Int. Construtiva Int. Destrutiva N ímpar Int. Destrutiva Int. Construtiva 1 Química Diluição de soluções, mistura de soluções e titulação Resumo Comumente, em nosso dia-a-dia, realizamos a diluição de soluções, isto é, acrescentamos a elas um pouco de solvente, geralmente água, a solutos, que podem ser sucos concentrado, inseticidas, tintas...entre outros. Concluindo: Diluir uma solução significa adicionar a ela uma porção do próprio solvente puro. Numa diluição a massa do soluto não se altera, apenas o volume do solvente. Partindo disso temos a concentração da solução inicial expressa por: Ci = mi / Vi → mi = Ci . Vi E a concentração da solução após a diluição como: Cf = mi/ Vf → mi = Cf . Vf Como as massas são iguais antes e depois da diluição chegamos a expressão que: Ci . Vi = Cf . Vf Essa fórmula nos mostra que, quando o volume aumenta (de Vi para Vf), a concentração diminui (de Ci para Cf) na mesma proporção, ou seja: o volume e a concentração de uma solução são inversamente proporcionais. Exemplo: Para uma solução de 200 ml de NaCl na concentração 0,4 mol/L, qual o volume de água final para que a concentração caia a metade? Cf = 0,4/2 = 0,2 mol/L Ci.Vi = CfVf 0,4.200 = 0,2 . Vf Vf = 400 mL de água Misturas de soluções de uma mesmo soluto Vamos imaginar duas soluções (A e B) de cloreto de sódio (NaCl), como ilustrado abaixo. Na solução final (A + B), a massa do soluto é igual à soma das massas dos solutos em A e B. Portanto: m = 7 + 8 ⇒ m = 15 g de NaCl 2 Química O volume da solução também é igual à soma dos volumes das soluções A e B. Portanto: V = 100 + 200 ⇒ V = 300 mL de solução Com esses valores e lembrando a definição de concentração, obtemos, para a solução final (A + B): 300 mL de solução ---------- 15 g de NaCl C = m = 15 g = 50 g/L 1.000 mL de solução -------- C OU V 0,3 L Cfinal = 50 g/L Obs: É interessante notar que a concentração final (50 g/L) terá sempre um valor compreendido entre as concentrações iniciais (70 g/L > 50 g/L > 40 g/L). Podemos generalizar esse tipo de problema, da seguinte maneira: • massa do soluto na solução A: ma = Ca.Va • massa do soluto na solução B: mb = Cb.Vb • massa do soluto na solução final: m = CV Como as massas dos solutos se somam (m = ma + mb ), temos: 𝐂 = 𝐂𝐀𝐕𝐀 + 𝐂𝟖𝐕𝟖 𝐕𝐀 + 𝐕𝟖 Exemplo: 200 mL de uma solução a 0,2 mol.L-1 de KBr é misturada a 100mL de uma solução de mesmo soluto com concentração igual a 0,4 mol.L-1. Qual a concentração da mistura obtida? Solução 1 V = 200 mL M = 0,2 mol.L-1 Solução 2 V = 100 mL M = 0,4 mol.L-1 Solução final Vf = V1 + V2 Vf = 200 + 100 Vf = 300 mL M1 . V1 + M2 . V2 = Mf . Vf 0,2 . 200 + 0,4 . 100 = Mf . 300 Mf = 0,27 mol.L-1 de KBr. Mistura de duas soluções de solutos diferentes que não reagem entre si Supondo que tenhamos soluções A e B, a primeira, uma solução de NaCl, e a segunda, de KCl. O volume da solução final (A + B) será: V = VA + VB. Nela reaparecerão inalterados os solutos NaCl e KCl, pois eles não reagem entre si e como os solutos não reagem, cada soluto vai ser tratado de forma independente, logo, podemos aplicar as fórmulas da diluição nesse tipo de mistura. para o NaCl: VA . CA = V.C’A ⇒ 100 . 70 = 300 . C’A ⇒ C’A ≈ 23,3 g/L para o KCl: VB . CB = V.C’B ⇒ 200 . 40 = 300 . C’B ⇒ C’B ≈ 26,6 g/L 3 Química Exemplo: Frasco 1: n= 0,1 mol de NaCl V = 200 mL Frasco 2: M = 0,2 mol de CaCl2 V = 300 mL Qual a concentração final dos íons Na+, Ca+2 e Cl- após misturarmos os conteúdos dos frascos 1 e 2. Frasco 1: NaCl NaCl → Na+ + Cl- 1mol 1mol 1mol 0,1mol 0,1mol 0,1mol Temos então no frasco 1: 0,1 mol de Na+ e 0,1 mol de Cl- Frasco 2: CaCl2 CaCl2 → Ca+2 + 2Cl- 1mol 1mol 2mol 0,2mol 0,2mol 0,4mol Temos então no frasco 2: 0,2 mol de Ca+2 e 0,4 mol de Cl- No frasco final, após a mistura de 1 e 2: Vfinal = 200mL + 300mL = 500mL = 0,5L Concentração final: Para Na+ n = 0,1 mol V = 0,5L M = n / V(L) → M = 0,1 / 0,5 → M = 0,2 mol.L-1 de Na+ Para Ca+2 n = 0,2 mol V = 0,5L M = n / V(L) → M = 0,2 / 0,5 → M = 0,4 mol.L-1 de Ca+2 Para Cl- (íon comum as duas soluções misturadas) n1 + n2 = nf → 0,1 + 0,4 = 0,5 mol V = 0,5L M = n / V(L) → M = 0,5 / 0,5 → M = 1 mol.L-1 de Cl- 4 Química Mistura de soluções com reação química Os casos mais comuns ocorrem quando juntamos um ácido uma base, ou um oxidante e um redutor; ou soluções de dois sais que reagem entre si. Quando há reação química, podem ocorrer duas situações:
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