Ciência, matéria, energia e sistemas

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Ciência, matéria, energia e sistemas
Prof. Bruno Di Lello
Descrição
Fenômenos do universo descritos tecnicamente, em particular aqueles relacionados às transformações da
matéria e à transferência de energia, que estão envolvidos em tudo que nos cerca.
Propósito
Apresentar as características, as representações e as aplicações da ciência, além da transformação da
matéria e dos fluxos de energia envolvidos nessas transformações, bem como a observação e a descrição
dos sistemas com suas transformações e transferências de energia e matéria. Esse conhecimento é de
suma importância para os profissionais que atuam nas diversas áreas da ciência.
Preparação
Tenha em mãos um exemplar da tabela periódica para entender melhor os conceitos de matéria, de
elemento químico e de seus compostos.
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Objetivos
Módulo 1
Ciência, matéria, energia e sistemas
Descrever os conceitos de ciência, matéria, energia e sistemas.
Módulo 2
Mudanças na matéria e os �uxos de energia
Relacionar as mudanças na matéria com as implicações e os fluxos de energia envolvidos.
Módulo 3
Respostas dos sistemas às modi�cações
Descrever as respostas dos sistemas às modificações impostas.
Neste conteúdo, reconheceremos a ciência como um caminho que busca explicações técnicas
amparadas em experimentações e comprovações para justificar todos os fenômenos que acontecem
na natureza e no universo. Os fenômenos naturais normalmente envolvem a transformação da
matéria e têm implicações energéticas necessárias para sustentar sua ocorrência.
A energia, que se desloca em forma de calor ou de trabalho, está envolvida nos processos de
transformação aos quais a matéria está submetida. O estudo desses fenômenos de transformação
Introdução
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rientações sobre unidades de medida.
Em nosso material, unidades de medida e números são escritos juntos (ex.: 25km) por questões de tecnologia e
didáticas. No entanto, o Inmetro estabelece que deve existir um espaço entre o número e a unidade (ex.: 25
km). Logo, os relatórios técnicos e demais materiais escritos por você devem seguir o padrão internacional de
separação dos números e das unidades.
1 - Ciência, matéria, energia e sistemas
Ao �nal deste módulo, você será capaz de descrever os conceitos de ciência, matéria, energia
e sistemas.
da matéria e dos fluxos de energia envolvidos se dá em compartimentos de observação chamados
de sistemas.
O entendimento dos diferentes tipos de sistemas e de sua relação com as vizinhanças também será
objeto de desenvolvimento de nosso estudo. Exploraremos, ainda, a forma como a ciência delimita
uma pequena região do universo denominada sistema para estudar os fenômenos envolvendo as
transformações da matéria e seus fluxos de energia correlacionados.
AVISO: orientações sobre unidades de medida.
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Luzes sobre as trevas: o nascimento e o
desenvolvimento da ciência
Para entendermos o significado de ciência e de toda a sua importância na disseminação do conhecimento,
faremos um histórico breve do desenvolvimento do chamado conhecimento científico. Veremos que muito
do que achamos bastante óbvio e elementar em termos de conhecimento percorreu um longo caminho para
ser estabelecido, vencendo eras de ignorância, pseudociência e obscurantismos baseados em filosofias não
científicas.
Todo conhecimento técnico bem fundamentado deve estar apoiado em ciência. As bases do conhecimento
científico remontam a um passado não muito distante, quando os primeiros pesquisadores perceberam que
as conclusões referentes a determinada descoberta precisavam se basear em evidências e metodologias
coerentes para terem validade.
Modelo heliocêntrico do Sistema Solar no manuscrito de Nicolau Copérnico.
Se pensarmos no desenvolvimento da ciência como uma filosofia de ordenação, metodologia e
comprovação técnica de conhecimentos, precisaremos voltar nosso olhar para o período denominado
Revolução Científica, que se situa entre os séculos XVI e XVIII. A partir da nova concepção desse período, os
conhecimentos deviam ser confirmados por meio da experimentação e da comprovação de forma racional.
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A Revolução Científica marcou a separação entre a Ciência e a Teologia. Até então, muitos dos
conhecimentos e das leis estabelecidas estavam ligados ao sagrado, à religião católica e ao que estava
descrito na Bíblia.
A partir da Revolução Científica, o que era sagrado começou a ser substituído pelo racional. O pensamento
racionalista estava profundamente enraizado nas origens da Revolução Científica.
Devemos perceber, no entanto, que essa mudança de abordagem do teológico (focado em Deus e na
religião) para o racional (voltado para a razão) não foi simples, direta ou repentina. Houve muita perseguição
da Igreja Católica aos novos pensadores, que eram frequentemente taxados como hereges. Muitos pagaram
com a própria vida por defenderem a concepção racional do conhecimento.
As primeiras tentativas de disseminação de explicações atreladas à razão se deram com a observação do
movimento dos corpos celestes por astrônomos e matemáticos nos séculos XV e XVI. A observação desses
movimentos, com base em leis e tratamentos matemáticos, revelava comportamentos diferentes do que até
então se acreditava.
Modelo geocêntrico: a Terra como centro do universo (visão teológica).
Havia, até os séculos XV e XVI, uma interpretação do universo baseada no sistema
ptolomaico, segundo o qual a Terra era o centro do universo. Essa visão também era a
concepção aceita pela Igreja nessa época. Esse modelo era conhecido como modelo
geocêntrico (Terra como centro).
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Nicolau Copérnico.
Obra de Nicolau Copérnico (1473-1543) publicada em 1543, De revolutionibus orbium coelestium (em
português, Das revoluções das esferas celestes) introduzia o modelo heliocêntrico, isto é, o Sol como
centro do sistema solar, com os planetas girando a seu redor. Isso contrariava o modelo geocêntrico
defendido pela Igreja e pelo pensamento reinante na época.
Essas observações de Copérnico e de outros que se seguiram eram, do ponto de vista matemático,
inequívocas quanto à aparente violação do sistema geocêntrico. Ao observarem as estrelas, a Lua e os
demais corpos celestes, as revoluções que tais corpos desenvolviam no céu não poderiam ser explicadas
tendo a Terra como o centro do universo.
Johannes Kepler.
Do ponto de vista das observações astronômicas, o alemão Johannes Kepler (1571-1630) formulou as
três leis fundamentais da mecânica celeste entre o final dos anos 1500 e início de 1600. Kepler era
astrônomo, astrólogo e matemático.
Denominadas Leis de Kepler, suas leis serviram de base para o trabalho de outros cientistas. Sua visão
teológica era de que Deus criou o universo de acordo com um plano perfeito e apoiado em um
funcionamento racional de todas as suas leis.
Galileu Galilei.
Os trabalhos e as observações de Kepler corroboraram as descobertas de Galileu, que foi seu
contemporâneo. O astrônomo, matemático e cientista Galileu Galilei (1564-1642) talvez represente de
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maneira bem clara os sacrifícios da disseminação do conhecimento racional na Idade Média.
As dificuldades para que as ideiasbaseadas no racionalismo fossem aceitas podem ser percebidas na
condenação de Galileu Galilei pelo tribunal da inquisição no século XVII. Galileu foi considerado um
herege pela inquisição e obrigado a se retratar, passando o resto de sua vida em prisão domiciliar.
As observações astronômicas de Galileu corroboravam o modelo heliocêntrico
defendido por Copérnico. Suas ideias, expressas no livro Diálogo sobre os dois
principais sistemas mundiais, de 1632, contrapõem o heliocentrismo de Copérnico ao
sistema ptolomaico, segundo o qual a Terra seria o centro do universo.
Além da Astronomia, outras áreas de conhecimento começaram a divulgar conhecimentos baseados no
racionalismo e diferentes do que preconizava o pensamento reinante, como, por exemplo:
Ilustração dos músculos na obra De humani corporis fabrica (p.178).
Nas Ciências Médicas, a obra de Andreas Vesalius (1514-1564) denominada De humani corporis fabrica (em
português, Da organização do corpo humano), de 1543, contribuiu para inúmeras descobertas científicas
acerca dos sistemas esquelético, muscular e nervoso, assim como de todo o funcionamento do corpo
humano.
Suas descobertas corrigiram erros e crenças históricas. Listaremos alguns exemplos a seguir:
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O coração era o centro das emoções.
Os homens teriam uma costela a menos que as mulheres.
Os homens possuíam mais dentes que as mulheres.
Além de todas as dificuldades enfrentadas pelos antigos cientistas relacionadas à divulgação e à aceitação
das ideias racionais por seus pares, devemos salientar que propalar informações era algo muito restrito na
Idade Média. Por conta disso, outro fator de impulso na Revolução Científica foi a invenção da prensa
tipográfica e dos tipos móveis por Johannes Gutenberg (1400-1468).
A capacidade de geração de cópias de livros, documentos e panfletos foi ampliada, permitindo a produção
de um número elevado de exemplares em um curto espaço de tempo. Isso representou uma revolução do
ponto de vista de disseminação das informações. Além disso, as obras começaram a ser impressas nas
línguas nacionais, e não mais em latim, conforme a tradição medieval imposta pelas autoridades até então.
Representação da prensa por tipos móveis de Gutenberg.
A invenção de Gutenberg permitiu a impressão de livros e de outros documentos em múltiplas cópias fiéis
ao documento matriz, sem que houvesse a interferência de interpretação ou a propagação de equívocos. O
método aplicado até então consistia na reprodução de documentos por parte de copistas.
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Em geral, os livros e demais documentos eram copiados à mão, em mosteiros, por monges copistas. Esse
método arcaico e artesanal, muitas vezes, produzia textos com alterações em relação à fonte original.
As cópias geradas até então eram acessíveis a um público muito pequeno. As informações ficavam
limitadas a um baixo número de leitores que dominavam o latim, grupo normalmente formado por clérigos,
nobres e outras autoridades.
O desenvolvimento do método cientí�co
Principais pensadores e divulgadores
À medida que os antigos cientistas chegavam a conclusões baseadas em aplicações racionais do
conhecimento, crescia na comunidade acadêmica de então – ainda que de maneira incipiente – a
percepção de que os fatos precisam ter uma comprovação coerente com a realidade e ser corroborados por
meio de metodologias específicas de experimentação e de reprodutibilidade. Essa percepção propiciou os
esboços iniciais do método científico.
O ordenamento e a descrição de métodos para os mais diversos fins não nasceram na era do racionalismo.
Já havia, afinal, essa preocupação nas civilizações mais antigas, como as egípcia, grega e romana.
Enquanto na Europa do século XVI, os métodos eram baseados em informações racionais, daí a origem
do termo “racionalismo”.
No mundo árabe, cerca de quinhentos anos antes da era científica europeia, o sábio e cientista persa
Abu Ali Haçane ibne Haitão (956 - 1040) já lançava as bases do método científico.
Abu Ali Haçane era físico e matemático. Seus estudos sobre óptica revolucionaram o conhecimento nessa
área.
De acordo com a concepção do cientista persa para o conhecimento e a pesquisa, toda hipótese deveria ser
provada por intermédio de experimentos. Seguindo os procedimentos adequados, os indivíduos que
aplicassem as mesmas metodologias e as mesmas condições experimentais obteriam os mesmos
resultados para o estudo de determinado fato.

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A reprodutibilidade de resultados e o uso de metodologias e procedimentos
sistemáticos para comprovar hipóteses constituem, até os dias atuais, a base do
método científico.
René Descartes.
Inserido no racionalismo europeu – muitos séculos após Abu Ali Haçane –, René Descartes (1596-1650) foi
um dos principais artífices do moderno pensamento científico ocidental e uma das figuras-chave da
Revolução Científica. Eminentemente racional, seu pensamento o fez ser conhecido como o “pai da filosofia
moderna” ou o “pai da matemática moderna”.
O método cartesiano é fundamentado no ceticismo metodológico. De maneira simplificada, trata-se de
duvidar de tudo aquilo que não possa ser comprovado de forma clara e inequívoca.
Seu método, que contribuiu para o desenvolvimento do pensamento científico, consistia em quatro regras
básicas:
Verificar a existência de evidências reais e inequívocas do que está sendo objeto de estudo/pesquisa.
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Analisar (ou dividir) o objeto de estudo/pesquisa em unidades menores para que elas sejam estudadas em
sua composição mais simples.
Sintetizar (no sentido de síntese) as unidades mais simples em um todo, reagrupando-as. 
Enumerar conclusões e princípios utilizados em todo estudo/pesquisa, ordenando todas as informações
coletadas.
O matemático e físico inglês Isaac Newton (1643-1727) utilizou criteriosamente o método científico no
desenvolvimento de seus trabalhos científicos. Considerado até hoje o maior gênio que já viveu, Newton, ao
longo de sua vida, formulou as leis do movimento e da gravitação universal, utilizando a metodologia
matemática para comprovar as leis de movimento planetário propostas por Kepler.
aior gênio que já viveu
Designação dada pelo gênio da Matemática Joseph-Louis Lagrange (1736-1813).
Sir Isaac Newton.
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Multidisciplinar, Isaac Newton desenvolveu o cálculo diferencial e integral – com outros contemporâneos,
ainda que de forma independente – e realizou estudos de ótica, fluidodinâmica, cálculos de velocidade do
som e resfriamento de corpos.
Ele era um cientista meticuloso e cuidadoso com os objetos de seus estudos.
Newton, sem dúvida, era um gênio inigualável, usando de maneira bastante criteriosa a metodologia
científica para a comprovação de suas pesquisas.
Metodologias
As bases do conhecimento científico advêm de diferentes metodologias. De modo resumido,
apresentaremos os métodos que embasam a formulação e a comprovação de determinado conhecimento:
Consiste na análise de múltiplos casos particulares, isolados, os quais, sob as mesmas condições,
levam a um mesmo resultado, induzindo, assim, uma generalização. Após a consideração dos
resultados e da análise estatística, pode-se generalizar um tipo de comportamento tendo em vista a
repetibilidade do fato em casos particulares.
Exemplo: 
Se determinada espécie de pássaro voa ao perceber a aproximação de um gato e se tal
comportamento é observado em mais nove espéciesde pássaros, pode-se induzir que as demais
espécies de pássaros, além das que foram observadas, também voarão na mesma situação.
Veja que, mesmo sem observar todas as espécies de pássaros, pode-se induzir um comportamento
geral a partir da observação de um número de casos particulares.
Trata-se de chegar a uma conclusão após a análise de premissas verdadeiras.
Exemplo: 
P1 = Naquele navio, todos os homens são gregos.
P2 = Sócrates estava naquele navio.
Método indutivo 
Método dedutivo 
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Logo, Sócrates é grego. A dedução de Sócrates ser grego é possível pela análise das duas premissas
(P1 e P2) que são verdadeiras.
Esse método é baseado em conjecturas das hipóteses com a elevada probabilidade de serem
verdadeiras. Se as hipóteses levantadas se mostrarem verdadeiras, as conjecturas também serão.
Exemplo: 
H1 = Nos navios que partem do porto de Mykonos, todos os homens presentes são gregos
(hipótese).
Conjectura = Se Sócrates estiver no navio que partiu do porto de Mykonos, Sócrates será grego.
Nesse caso, deve-se submeter H1 a múltiplas análises, como, por exemplo, verificar a nacionalidade
de todos os homens presentes nos navios que partiram desse porto ao longo de um ano. Se, após
essa análise, percebermos que, em todos os navios, realmente só há homens de nacionalidade
grega, então a conjectura está correta.
Metodologia baseada no diálogo de ideias, no debate e na argumentação, cujos diálogos levam a
novas ideias e a conclusões a respeito do que está sendo analisado. Trata-se de um método
eminentemente filosófico que busca refletir acerca da realidade que nos cerca.
Saiba mais
O método hipotético-dedutivo foi utilizado para o desenvolvimento da primeira vacina: a que combatia a
varíola. Ela foi desenvolvida, em 1796, pelo médico Edward Janner a partir de uma crença muito difundida
pela sabedoria popular da Inglaterra: a de que pessoas que ordenhavam vacas com a varíola bovina (forma
leve da doença) não contraíam a varíola humana (forma potencialmente letal).
Desse modo, foi formulada a seguinte hipótese: qualquer pessoa que tivesse contato com o material
biológico de vacas contaminadas com varíola não desenvolveria a forma humana da doença. Para provar
essa hipótese, Jenner inoculou um menino de oito anos, James Phipps, com um pouco de pus bovino
proveniente de uma vaca com varíola. Resultado: o garoto desenvolveu uma forma branda da doença, sem
maiores consequências.
Método hipotético-dedutivo 
Método dialético 
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Após a recuperação do menino, Jenner inoculou no mesmo garoto material biológico proveniente de um
paciente com a varíola em sua forma mais letal. Observou-se que o menino não desenvolveu a doença. Para
a comprovação efetiva dessa hipótese bastante provável, novos experimentos foram realizados,
comprovando, enfim, o fato.
Etapas
A figura a seguir representa, de maneira esquemática, as etapas do método científico:
Método científico.
A ciência e seus desa�os
Neste vídeo, o professor Bruno Di Lello apresentará o desenvolvimento da ciência a partir dos séculos XVI e
XVII, culminando com o desenvolvimento do método científico e sua importância na validação das
pesquisas.
A ciência e a metodologia científica que embasam toda a pesquisa, assim como a validação de seus

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resultados, buscam, de modo geral, explicar os fenômenos e encontrar os resultados de um mundo que está
em constante transformação.
Essas transformações normalmente envolvem a matéria que nos cerca, além de toda
a energia que sustenta os processos e que é trocada quando uma mudança ocorre.
Matéria, energia e sistema
Vamos entender cada um desses conceitos fundamentais a seguir.
Matéria
Compostos químicos – agregados de matéria.
A matéria sofre contínuas transformações para gerar novos compostos e novas substâncias. A Química é a
ciência básica que trata das transformações que a matéria sofre.
Para compreender melhor as transformações que incidem sobre a matéria, contudo, é
importante definir o próprio conceito de matéria. Pode-se dizer, em suma, que a
matéria representa a essência de quase tudo que existe.
A definição mais comum é de que a matéria representa tudo aquilo que possui massa e ocupa lugar no
espaço. Se olharmos tudo que existe ao nosso redor, veremos que ele é constituído por matéria.
Embora possamos segmentar a matéria em partes cada vez menores, a menor partícula de matéria que
possui uma identidade própria, diferenciando-se de outras formas dela, é o átomo. As ligações entre os
átomos formam os diferentes compostos existentes no universo.
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Comentário
Veremos mais à frente que as transformações químicas tratam de combinações e rearranjos de substâncias
com quebras de ligações entre os átomos, enquanto, nas transformações físicas, há uma mudança na
forma ou no estado com que a matéria se apresenta sem que ocorram quebras de ligações químicas.
Energia
Energia liberada em uma explosão térmica.
Os processos de transformação da matéria e as mudanças que observamos em nosso
universo são sustentados pela energia. Mas, afinal, o que é energia? Sabemos que
estamos cercados pela energia (e pela matéria), mas qual é o significado desse
termo?
Uma definição comum e bastante empregada em todas as referências que abordam o assunto é esta: a
energia é a capacidade de realizar trabalho (ou de produzir trabalho). Ou seja, qualquer deslocamento de
matéria, assim como suas transformações químicas ou físicas, envolve energia.
Saiba mais
A energia é tão importante que existe um ramo da ciência que se ocupa de seu comportamento. Trata-se da
termodinâmica.
A energia pode se deslocar de duas diferentes formas:
Calor
Normalmente simbolizado pela letra “Q”.
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Trabalho
Normalmente simbolizado pela letra “W”.
Se ambos são maneiras de se transferir energia, o que diferencia tais formas?
Como calor
No calor, o fluxo de energia não está envolvido diretamente em uma ação ordenada.
Como trabalho
O trabalho está associado ao deslocamento de energia visando obter uma ação ordenada de seu fluxo
para uma massa, um corpo, deslocar-se. Ou seja, no trabalho, a energia sustenta uma ação ordenada.
Veja os exemplos a seguir:
Calor
Na queima de um combustível, podemos observar o calor que emana da chama da combustão.


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Trabalho
Ao utilizarmos uma bomba d’água para deslocar água de um poço até um ponto mais alto, precisamos
alimentá-la com energia para movimentar seus mecanismos e obter uma ação ordenada (o
deslocamento da água).
Também é importante ressaltar que o deslocamento da energia na forma de calor se dá do corpo ou da
região de mais alta temperatura para o corpo ou a região de mais baixa temperatura.
Deslocamento de energia na forma de calor.
Entretanto, o calor pode ser convertido em trabalho e vice-versa. No exemplo da queima do combustível,
esse processo isolado gera energia na forma de calor.
Queima de combustível em motor de automóvel: calor e trabalho.
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Ao colocarmos o combustível no interior de um motor à combustão de um automóvel, parte da energia
liberada movimenta os mecanismos do motor, os quais, por sua vez, deslocam o automóvel.Nesse caso,
além de calor, a queima do combustível no interior de um motor gera trabalho.
Embora a energia, como grandeza física, tenha um significado único, estamos acostumados a associar a
energia que utilizamos com sua fonte geradora. Por isso, é comum nos referirmos à energia nuclear, à
energia hidrelétrica, à energia eólica, à energia solar ou à energia da queima de combustíveis fósseis, além
de outras denominações.
Sistema
Um sistema é uma pequena parte do universo que é observado para a investigação de seus fenômenos.
Sistema é um termo muito utilizado em termodinâmica, mas não está restrito a essa ciência. Um motor à
combustão, um pistão no qual o gás se expande, uma célula biológica, um lago ou um vulcão são exemplos
de sistemas, ou seja, exemplificam parte do universo que está sob análise.
Um sistema, qualquer que seja ele, se separa do restante do universo por uma fronteira. A nomenclatura
dada ao restante dele é vizinhança (ou vizinhanças). De maneira bem simples, pode-se afirmar que o
universo é um conjunto de múltiplos sistemas separados das vizinhanças por uma fronteira.
Sistema, fronteira e vizinhança.
Do ponto de vista da termodinâmica e tendo como base os deslocamentos de calor e massa, os sistemas
podem ser classificados como:
Sistema aberto
Permite o deslocamento de calor e massa através de suas fronteiras.
Sistema fechado
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Permite a passagem de calor por suas fronteiras, mas não o deslocamento de massa.
Sistema isolado
Não permite o deslocamento de calor e massa através de suas fronteiras.
Tipos de sistemas termodinâmicos.
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
O desenvolvimento da ciência passou por várias etapas até a consolidação do método científico. O
conhecimento que advém de determinada pesquisa deve ter passado por etapas bem organizadas,
confiáveis e com metodologia específica para a conservação do rigor da informação. Acerca do método
científico, marque a alternativa correta.
A
Seu desenvolvimento seguia preceitos teológicos da Idade Média que foram sendo
adaptados pelos copistas para uma correta divulgação das informações.
B
A metodologia científica teve como um de seus expoentes o matemático francês René
Descartes, para o qual o método se dividia em quatro etapas distintas: verificar, analisar,
sintetizar e enumerar.
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Parabéns! A alternativa B está correta.
O método científico surgiu com o racionalismo, isto é, com a explicação de fatos e acontecimentos por
meio da razão, em contraponto aos preceitos teológicos. Um dos principais pensadores do
racionalismo foi René Descartes, que estabeleceu os princípios do método científico em quatro etapas:
verificar, analisar, sintetizar e enumerar.
Questão 2
A energia, normalmente definida como capacidade de realizar trabalho, pode ser deslocada de duas
formas: como calor ou como trabalho. A respeito do calor, assinale a alternativa correta.
C
A Igreja foi a grande incentivadora do método científico, para a qual o universo
funcionava de forma perfeita de acordo com a criação de Deus e cujas informações
científicas deveriam corroborar essa perfeição.
D
A invenção da prensa de Gutenberg não colaborou para a divulgação de informações,
tendo em vista que ela era aplicada apenas para um público restrito e produzia
exemplares somente em latim, língua acessível a poucos.
E
De acordo com o método científico, se uma hipótese é bem formulada e condiz com o
senso comum, não há necessidade de experimentação para a comprovação do fato em
estudo.
A
O calor é uma forma de deslocamento de energia de modo ordenado para a realização
de alguma ação, como a elevação de uma massa contra a ação da gravidade.
B
O calor não pode ser convertido em trabalho, pois ambos são formas de energia
totalmente distintas.
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Parabéns! A alternativa E está correta.
O calor é uma forma de transferência de energia que não está associada diretamente com a obtenção
de uma ação ordenada. Ao fluir como calor, a energia se desloca de uma região mais quente (ou de um
corpo quente) para uma mais fria (ou para um corpo frio).
2 - Mudanças na matéria e os �uxos de energia
Ao �nal deste módulo, você será capaz de relacionar as mudanças na matéria com as
implicações e os �uxos de energia envolvidos.
C
O trabalho, ao ser realizado, não envolve, em nenhuma hipótese, a conversão de parte da
energia envolvida em calor.
D O calor flui apenas através do meio sólido.
E
Na transferência de energia, observa-se que o calor flui da região com a temperatura
mais elevada para aquela com a temperatura mais fria.
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Modi�cações da matéria
A matéria pode se organizar de diversos modos. Entretanto, devemos ter em mente que as formas como a
matéria faz isso não são estáticas ou imutáveis. Ela, afinal, pode ser reorganizada, alterando a maneira
como se apresenta.
Atenção
Ao longo dessas alterações, toda a massa envolvida na transformação da matéria não aumenta nem
diminui.
Estudaremos neste módulo as mudanças da matéria. Para uma melhor compreensão desse tópico,
apresentaremos a seguir alguns conceitos ligados a esse tema.
Massa, substância e mistura, entre outras conceituações, permitirão uma melhor compreensão da forma
como a matéria se modifica, bem como as quantidades envolvidas nesse processo.
De�nições
Massa
Medida numérica da quantidade de matéria, a massa é medida por sua inércia, isto é, por sua resistência ao
movimento. As massas podem ser expressas em várias unidades. As mais comuns são grama(g) e
quilograma(kg).
Massa.
Embora ambos tenham o mesmo volume, o recipiente contendo mercúrio apresenta maior massa, pois
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resiste mais ao movimento (maior inércia) que o outro com água.
Elemento químico
Os elementos são os tipos de substâncias mais simples existentes na natureza, como, por exemplo, urânio,
ouro, alumínio e ferro.
Atualmente, são conhecidos cerca de 110 elementos químicos. Desse total, 90 ocorrem naturalmente,
enquanto os outros 20 são produzidos pelo homem em aceleradores de partículas e reações nucleares.
Os elementos são peças fundamentais para a formação dos compostos químicos:
Elemento Símbolo Elemento Símbolo
Sódio Na Iodo I
Ouro Au Hidrogênio H
Alumínio Al Oxigênio O
Ferro Fe Mercúrio Hg
Potássio K Prata Ag
Quadro: Compostos químicos.
Elaborado por Bruno Di Lello.
Os elementos químicos são representados por abreviações designadas como símbolos químicos. Tal
designação sempre se inicia pela letra maiúscula com a letra posterior (se houver) obrigatoriamente na
minúscula.
Eles se encontram elencados na tabela periódica de elementos:
Tabela periódica dos elementos.
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Compostos
Substâncias constituídas pela combinação de dois ou mais elementos em uma relação definida, os
compostos são mais complexos quimicamente que os elementos.
Substância Fórmula química Elementos combinados
Sal de cozinha NaCl
Um átomo do elemento sódio (Na) com um do
elemento cloro (Cl).
Água H2O
Dois átomos do elemento hidrogênio (H) com um
átomo do elemento oxigênio (O).
Etanol C2H5OH
Dois átomos do elemento carbono (C) com seis
átomos do elemento hidrogênio (H) mais um
átomo do elemento oxigênio (O).
Gás carbônico CO2
Um átomo do elemento carbono (C) com dois
átomos do elementooxigênio (O).
Gás oxigênio O2 Dois átomos de oxigênio (O).
Quadro: Elementos.
Elaborado por Bruno Di Lello.
Os elementos se combinam por meio de ligações químicas, formando, com isso, diferentes compostos. A
quantidade de compostos químicos existentes é virtualmente incalculável. Todos eles, porém, têm sua
origem em combinações circunscritas a um conjunto de 110 elementos (ou menos) atualmente conhecidos
pelo homem.
Substância pura
Representa uma única espécie química com composição característica e definida, além de apresentar um
conjunto bem específico de propriedades.
São exemplos de substâncias puras:
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Água (H2O).
Ferro (Fe).
Carbono (C).
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Ouro (Au).
Nitrogênio (N2).
Oxigênio (O2).
Misturas
Trata-se de sistemas com duas ou mais substâncias presentes. Eles podem ser:
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Homogêneos (ou mistura homogênea)
Apresentam aspecto físico uniforme, no qual não se consegue diferenciar as espécies químicas presentes.
Esses sistemas também são conhecidos como unifásicos ou monofásicos, enquanto as misturas
homogêneas podem ser chamadas de soluções.
Heterogêneos (ou mistura heterogênea)
Seu aspecto físico não apresenta uniformidade: pode-se perceber a presença de mais do que uma espécie
química. Eles também são denominados sistemas polifásicos.
Veja alguns exemplos a seguir:
Mistura Classificação
Granito (quartzo, mica e feldspato) Sistema heterogêneo, polifásico
Água e óleo Sistema heterogêneo, polifásico
Solução salina a 2% (água e sal) Sistema homogêneo, monofásico
Ar atmosférico (oxigênio, nitrogênio, hidrogênio e gases
nobres)
Sistema homogêneo, monofásico
Quadro: Misturas.
Elaborado por Bruno Di Lello.
Misturas homogêneas e heterogêneas.
Fase
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Forma de matéria que é homogênea na sua composição química, no seu estado físico e na sua forma
cristalina. Por exemplo:
Formas alotrópicas do carbono.
O elemento carbono pode se apresentar em diferentes formas cristalinas ou formas alotrópicas (grafite,
diamante ou fulereno). Todas estão no estado sólido, mas se diferenciam na maneira como os átomos de
carbono se organizam.
Estado sólido
Estado físico mais agregado da matéria, o estado sólido mantém a integridade de volume e forma.
Normalmente, ele apresenta uma estrutura cristalina.
Estado sólido.
Estado líquido
Estado da matéria menos agregado que o sólido, o líquido não apresenta estrutura cristalina nem
integridade de forma.
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Estado líquido.
Estado gasoso
Trata-se do estado menos agregado da matéria. As substâncias gasosas apresentam elevada mobilidade,
ocupando todo o volume do recipiente onde se encontram.
Gás.
Plasma
Considerado o quarto estado da matéria, o plasma é o gás ionizado com alta energia, existindo somente em
temperaturas muito elevadas.
Exemplo
Estrelas, como o Sol, encontram-se nesse estado em sua superfície.
As diferenças entre os quatro estados da matéria, conforme demonstra a figura a seguir, referem-se à
agregação de suas partículas e à quantidade de temperatura e de energia:
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Os quatro estados da matéria.
A matéria sofre transformações físicas e químicas. A diferença entre ambas está,
como veremos a seguir, na alteração da identidade das substâncias envolvidas.
Transformações físicas
Elas não alteram a identidade da substância. As mudanças de estado da matéria são, na verdade, exemplos
de transformações físicas.
Fusão do gelo.
Um exemplo de transformação física é quando ocorre a fusão do gelo (água sólida). O líquido resultante
continua sendo, do ponto de vista químico, água – só que no estado líquido.
Nas transformações físicas, existe uma alteração no modo como a matéria se apresenta em termos de
estado físico ou de forma alotrópica sem modificar, no entanto, sua composição química.
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Transformação NomenclaturaTransformação Nomenclatura
Sólido → líquido Fusão
Líquido → sólido Solidificação
Líquido → gás Vaporização
Gás → líquido Condensação
Sólido → gás Sublimação
C (grafite) → C (diamante) Mudança de fase alotrópica
Quadro: Transformações físicas.
Elaborado por Bruno Di Lello.
Quantidades de energia envolvidas nas transformações da matéria
Já vimos que uma das maneiras de se transferir a energia é na forma de calor. Para as transformações da
matéria tanto químicas quanto físicas, o calor envolvido é expresso frequentemente como variação de
entalpia (∆H).
Uma definição simples e bastante útil para a variação de entalpia é que ela representa o calor trocado sob
pressão constante, isto é, em ambientes abertos.
Atenção
A maioria das transformações ocorre sob essa condição de pressão constante, por isso, a variação de
entalpia é bastante útil para quantificar as trocas de calor que incidem em uma transformação.
As unidades mais utilizadas para expressar o calor – e, por consequência, a variação da entalpia – são
estas:
Caloria (cal)
Unidade mais utilizada no dia a dia. Uma caloria é a quantidade de calor necessária para aquecer 1g de água
em 1°C.
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Joule (J)
Unidade utilizada no sistema internacional de unidades, portanto, seu uso é o mais recomendado. A relação
entre caloria e Joule é: 1cal = 4,1868J.
As trocas térmicas envolvendo calor são classificadas como:
Endotérmicas
O sistema recebe calor a partir das vizinhas. A variação de entalpia do sistema é positiva. 
Processo endotérmico → ΔH > 0.
Exotérmicas
O sistema libera calor para as vizinhas. A variação de entalpia, nesse caso, é negativa. 
Processo exotérmico → ΔH < 0.
Processos endotérmico e exotérmico.
Calor envolvido em uma transformação física
Nas transformações físicas, ocorre uma alteração do estado físico da matéria. Esse processo é
acompanhado de deslocamentos de calor.
Entenda a diferença entre os processos de transformação da matéria.
Processos endotérmicos
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Transformações físicas que levam a uma maior desorganização da matéria e requerem a entrada de
calor no sistema.
Processos exotérmicos
Transformações físicas em que a matéria se torna mais organizada e é necessária a retirada de calor
do sistema.
Observe a figura a seguir. As mudanças do sólido para o líquido e do líquido para o gás precisam de ganho
de calor ou, de forma mais técnica, de absorção de calor. Trata-se, portanto, de processos endotérmicos.
Por sua vez, as passagens do vapor para o líquido e do líquido para o sólido representam uma perda de
calor, sendo, assim, processos exotérmicos.
Ganho de calor.
Para cada substância, existem, em tabelas termodinâmicas, as quantidades de calor envolvidas em suas
mudanças físicas. Essas tabelas são expressas em unidades do sistema internacional (SI). Para o calor
envolvido, a unidade utilizada para a variação de entalpia é kJ.mol-1, ou seja, quilojoules por mol de
substância.
1mol = quantidade de partículas igual a 6,02 x 1023
Substância Fórmula Mudança ΔH kJ.mol-1 M
Água H2O Fusão +6,008 1

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Substância Fórmula Mudança ΔH kJ.mol-1 M
Água Vaporização +40,656
Água Sublimação +46,664
Água Solidificação -6,008
Água Condensação -44,016
Metanol CH3OH Vaporização +35,27 3
Etanol C2H5OH Vaporização +43,5 4
Benzeno C6H6 Fusão +10,59 7
Metano CH4 Condensação -8,18 1
Tabela: Exemplos de variação de entalpia de mudança de estado.
Extraída de Atkins; de Paula, 2018, p. 551.
Podemos observar que os processos de transformação física, ao serem invertidos, apresentam valores da
variação de entalpia com sinal invertido. Tanto para a água, ΔHfusão = +6,008 kJ.mol-1, quanto para o
processo inverso, a condensação, temos: ΔHcondensação = -6,008 kJ.mol-1, Isso é válido para qualquer
substância.
Uma segunda observação é que a variação de entalpia de sublimação é o somatório da entalpia de fusão
com a entalpia de vaporização. Isso pode ser explicado pelo fato de que a sublimação, por representar a
passagem do estado sólido diretamente para o gás, pode ser decomposta como uma sequência “fusão-
vaporização”.
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Transformação física: sublimação.
Transformações químicas
As transformações químicas são mais significativas e fundamentais que as físicas, cujas substâncias são
“destruídas”, enquanto outras, novas, são formadas.
As transformações químicas são representadas pelas reações químicas. Nas reações químicas estão
representadas as transformações que ocorrem nos compostos para gerar novas substâncias e as
quantidades envolvidas.
Etanol + oxigênio → gás carbônico + água
Reação de combustão do etanol (álcool doméstico).
A representação da reação química mostra as quantidades de reagentes que originam novos produtos. Em
uma reação química, não há destruição de matéria: a massa reagente é exatamente igual à massa
produzida. As fórmulas químicas, no entanto, alteram-se.
Para manter o equilíbrio de massa entre reagentes e produtos, é necessário utilizar coeficientes numéricos
denominados coeficientes estequiométricos. Assim, para a reação química da combustão do etanol, temos
isto:
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As transformações químicas obedecem ao princípio de Antoine Lavoisier (1743-1794) proposto em 1774:
“Na natureza nada se perde, nada se cria. Tudo se transforma”.
Decomposição térmica do carbonato de cálcio (CaCo3).
Total de massa dos reagentes = total de massa dos produtos Fórmulas químicas dos reagentes ≠ fórmulas
químicas dos produtos
Quantidades de energia envolvidas em uma reação química
Da mesma maneira que ocorre nas transformações físicas, existem fluxos de energia na forma de calor nas
transformações químicas. As medidas das quantidades de calor em uma reação são um ramo da
termodinâmica denominado termoquímica.
Em uma reação química, pode haver absorção de calor pelo sistema. Nesse caso, estamos diante de uma
reação endotérmica. As reações em que há liberação de calor para as vizinhanças, por sua vez, são
chamadas de reações exotérmicas.
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Reações químicas exotérmica e endotérmica.
Entalpia padrão de formação dos compostos (ΔHf0)
A entalpia padrão de formação indica a quantidade de calor (trocado sob condições de pressão constante)
envolvido na reação de formação de 1mol de um composto a partir de respectivos elementos ou de
substâncias simples, cada qual no seu estado de referência (estado mais estável, em certa temperatura,
sob a pressão de 1bar). Normalmente, as tabelas termodinâmicas com os valores da entalpia padrão de
formação padronizam os dados na temperatura de 298K (25ºC).
Listaremos agora três exemplos de reações de formação:
Exemplo 1
C(s)+2H2(g)→CH4(g) reação de formação do metano.
Exemplo 2
H2(g)+12O2(g)→H2O(l) reação de formação da água.
Exemplo 3
12 N2(g)+32H2(g)→NH3(g) reação de formação da amônia.
Substância Entalpia padrão de formação (ΔHf0) / kJ.mol-1
Al(S)* 0
Al2 O3 (sólido, fase cristalina A) -1675,7
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Substância Entalpia padrão de formação (ΔHf0) / kJ.mol-1
C(S) (fase cristalina grafite)* 0
C(S) (fase cristalina diamante) +1,895
CH4(G) - metano -74,81
C3H8(G) - propano -103,85
CO2(G) -393,51
CCL4(L) -135,44
CuSO4(S) -771,36
Fe (S)* 0
Fe2O3 (sólido, magnetita) -1118,4
H2(G)** 0
H2O(L) -285,83
H2O(G) -241,82
O2(G)** 0
Tabela: Exemplos de entalpia padrão de formação de algumas substâncias.
Extraída de Atkins; de Paula, 2018, p. 552-556.
Atenção
* As entalpias padrão de formação para átomos, em seu estado físico e cristalino mais estável, têm, por
definição, um valor igual a zero.
** As entalpias padrão de formação das substâncias simples, isto é, que possuem apenas uma espécie de
elemento químico em sua fórmula, possuem, por definição, um valor igual a zero nas suas formas mais
estáveis.
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Entalpia padrão de reação química (ΔHr0)
Em termoquímica, o balanço entre a variação da entalpia de formação dos produtos e a variação da entalpia
de formação dos reagentes permite quantificar a variação de entalpia da reação.
Balanço de energia para reações químicas.
Conforme mencionamos, a variação da entalpia padrão de transformações químicas refere-se ao calor
trocado (sob uma pressão constante) quando ocorre uma reação química no estado padrão. Por conta
disso, os reagentes e os produtos devem ser considerados em seus respectivos estados padrões.
Vejamos, agora, um exemplo da variação de entalpia padrão de reação para a queima de metano (CH4):
CH4(g)+2O2(g)→CO2(g)+2H2O(l)
ΔHr0=-890 kJ·mol-1
Em que 1kJ = 1000J.
O significado dessa informação é importante, tendo em vista que indica a quantidade de
calor liberada ou absorvida em uma reação química. Para o caso da queima do metano,
ocorre a liberação de 890.000J de calor para as vizinhanças e a queima de apenas 1mol
dessa substância. Trata-se, portanto, de uma reação exotérmica.
Cálculo de (ΔHr0)
Um dos modos mais usuais de se calcular a variação da entalpia padrão de reação se dá pela utilização de
dados termodinâmicos das entalpias padrão de formação das substâncias envolvidas:
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ΔHr0 = Σ vΔHr0 (produtos) - Σ vΔHr0 (reagentes)
Em que
v=coeficiente estequiométrico do participante
Vejamos o exemplo a seguir.
Com a entalpia padrão da reação 2HN3(I) + 2NO(g) → H2O2(l) + 4N2(g), temos os seguintes valores de ΔHf0
Substância ΔHf0 kJ·mol-1
HN3(l) +264,00
NO(g) +90,25
H2O2(l) -187,78
N2(g) 0
Tabela: Exemplos de entalpia padrão da reação.
Elaborada por Bruno Di Lello.
ΔHr00=ΔHf0H202(1)+4xΔHf0 N2(g)-2xΔHf0HN3(l)+2xΔHf0NO(g)
ΔHr00=[-187,78+4x(0)]-[2x(264,00)+2×(90,25)]
=-896,3 kJ·mol-1
Podemos, graças a essa metodologia, comparar, por exemplo, o poder calorífico de diferentes gases
combustíveis. Observe a atividade a seguir:
Calcule a variação de entalpia para as reações de combustão de metano e propano e indique qual gás libera
mais calor por mol de gás queimado.
a. CH4(g) + 2O2(g)→ CO2(g) + 2H2O(l) Combustão do metano.
b. C3H8(g) + 3,5O2(g)→ 3CO2(g) + 4H2O(l) Combustão do propano.
Pelos dados termodinâmicos das entalpias padrão de formação, temos os seguintes dados:
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Substância Entalpia padrão de formação ΔHf0 kJ·mol-1Substância Entalpia padrão de formação ΔHf0 kJ·mol-1
CH4(g) - metano -74,81C3H8(g) - propano -103,85
CO2(g) -393,51
H2O(l) -285,83
O2(g) 0
Tabela: Exemplos de entalpia padrão de formação.
Elaborada por Bruno Di Lello.
Veja os resultados:
ΔHr0=ΔHf0CO2(g)+2×ΔHf0H2O(l)
-ΔHf0CH4(g)+2xΔHf0CO2(g)
ΔHr0=[-393,51+2×(-285,83)]-[-74,81+2×(0)]
=-890,36 kJ·mol-1
ΔHr0=3xΔHf0CO2( g)+4xΔHf0H2O(l)
-ΔHf0C3H8( g)+3,5xΔHf0O2( g)
ΔHr0=[3x(-393,51+4x(-285,83)]-[-103,85+3,5x(0)]
a) Para a reação de combustão do metano 
b) Para a reação de combustão do propano 
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=-2220kJ·mol-1
Na análise das duas reações de combustão, observa-se que a liberação de energia para a queima de
propano é mais elevada do que a ocorrida para o metano. Assim, em termos de poder calorífico, o propano é
um combustível mais vantajoso.
Matéria e energia
Neste vídeo, o professor Bruno Di Lello apresentará a forma como a matéria se organiza, diferenciando as
transformações físicas das transformações químicas e os fluxos de energia envolvidos.
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
A matéria se encontra em constante modificação. Essas modificações envolvem a energia – e
normalmente na forma de calor. A transformação da matéria pode ter uma natureza física ou química,

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enquanto, em termos de trocas de energia, ocorrem processos endotérmicos e exotérmicos. A respeito
das transformações da matéria e dos fluxos de calor envolvidos, assinale a resposta correta.
Parabéns! A alternativa C está correta.
Nas transformações químicas e físicas, há trocas de calor quantificadas como variação de entalpia.
Essa troca ocorre em pressão constante, que é a condição da maioria dos processos. Os processos
exotérmicos são aqueles em que existe uma liberação de calor pelo sistema. Ao final desse tipo de
processo, os produtos obtidos têm um patamar de energia menor que o dos reagentes. O balanço entre
as quantidades de energia no sistema para reações exotérmicas, considerando as energias de produtos
e reagentes, leva a valores negativos da variação de entalpia.
Questão 2
As transformações da matéria envolvem a liberação ou a absorção de energia na forma de calor. Para o
cálculo da quantidade de calor envolvida em uma reação, pode-se utilizar as entalpias padrão de
formação dos compostos envolvidos na reação. Com isso, o cálculo da variação de entalpia pode ser
aplicado em qualquer área na qual haja uma transformação química, como a indústria, a combustão de
substâncias ou a produção de medicamentos e fertilizantes.
A As transformações físicas apresentam somente trocas de calor exotérmicas.
B
As transformações químicas são responsáveis pela alteração do estado físico dos
participantes sem que haja o rompimento de ligações químicas no processo.
C Os processos exotérmicos apresentam uma variação de entalpia negativa no sistema.
D Nos processos endotérmicos, observa-se um aumento da temperatura das vizinhanças.
E Nas transformações físicas, há o rompimento e a formação de novas ligações químicas.
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Tomemos como exemplo uma reação que envolve um anestésico: em condições normais de pressão e
temperatura, o óxido nitroso N2O é um gás que apresenta efeitos anestésicos. O N2O é usado para
indução e manutenção de anestesia inalatória em combinação com outros fármacos anestésicos,
relaxantes musculares e analgésicos, além de outros elementos. A reação de obtenção do N2O pode
ser descrita como:
NO(g)+12 N2( g)→N2O(g) 
Marque a alternativa com o valor correto para a variação de entalpia da reação. Dados:
ΔHf0NO(g)=+90,25 kJ.mol-1 
ΔHf0 N2O(g)=+82,95 kJ.mol-1 
Parabéns! A alternativa E está correta.
O cálculo da variação de entalpia de uma reação pode ser feito por meio da utilização de dados
termodinâmicos das entalpias padrão de formação das substâncias envolvidas: 
Para a reação de produção do óxido nitroso, verificamos que:
A +82,95kJ.mol-1
B +173,15kJ.mol-1
C -82,95kJ.mol-1
D -173,15kJ.mol-1
E -73,15kJ.mol-1
ΔH0r = ∑vΔH0f (produtos) −∑vΔH
0
f
(reagentes)
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3 - Respostas dos sistemas às modi�cações
Ao �nal deste módulo, você será capaz de descrever as respostas dos sistemas às
modi�cações impostas.
As alterações nos sistemas
Um sistema qualquer, quando se encontra em equilíbrio, apresenta condições bem definidas da quantidade
de matéria e de energia em seu interior. Essas condições podem ser perturbadas por fontes externas,
levando a um rearranjo do sistema no sentido de retornar a seu equilíbrio.
ΔH0r = ΔH
0
f  N2O(g) − (ΔH
0
f NO(g) + ΔH
0
f  N2( g))
△H0r = +82, 95kJ mol
−1 − (+90, 25 kJ ⋅ mol−1 + 0) = − 7, 3kJ ⋅ mol−1
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Neste módulo, estudaremos os efeitos e as respostas dos sistemas submetidos a alguma alteração.
Começaremos nossa análise com sistemas simples e microscópicos, como os que representam reações
químicas. Mais à frente, ampliaremos nossa discussão para os sistemas macroscópicos que compõem o
meio ambiente, como, por exemplo, os mares e a atmosfera.
A resposta das transformações químicas às alterações: o Princípio de
Le Châtelier
Henry Louis Le Châtelier.
O químico industrial francês Henry Louis Le Châtelier (1850-1936) foi o primeiro cientista a observar de que
forma um sistema químico em equilíbrio respondia às alterações impostas a ele.
Primeiramente, é importante entender que o equilíbrio químico é dinâmico. Quando um sistema alcança o
equilíbrio químico, as quantidades de produtos e reagentes ficam invariáveis desde que não haja alteração
na temperatura desse sistema.
Em uma reação química, nem todo reagente é convertido em produto. Ao alcançar o equilíbrio, o sistema
contém as quantidades de:
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Reagentes que não foram convertidos em produtos.
Produtos gerados pela conversão do reagente.
As quantidades de ambos, quando o equilíbrio químico é alcançado, permanecem em equilíbrio dinâmico.
No equilíbrio dinâmico, há uma contínua conversão de reagentes em produtos (reação direta) e de produtos
em reagentes (reação inversa).
Nesse ponto de equilíbrio, as velocidades das reações direta e inversa são iguais. Assim, para cada
molécula de reagente que se converte em produto, ocorre a conversão de uma molécula de produto em
reagente, com a mesma velocidade.
Atenção
As reações são, em sua maioria, reversíveis, isto é, os reagentes se transformam em produtos, mas parte
dos produtos formados se converte em reagentes.
Reação reversível.
Observe que, na representação de uma reação reversível, existem dois sentidos:
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Reação direta (da esquerda para direita)
Representa a conversão dos reagentes em produtos.
Reação inversa (da direita para esquerda)
Representa a reversão dos produtos em reagentes.
De acordo com o Princípio de Le Châtelier, quando uma perturbação exterior é
aplicada a um sistema em equilíbrio dinâmico, ele tende a se ajustar para reduzir ao
mínimo o efeito da perturbação, retornando, assim, ao seu equilíbrio (ATKINS; JONES,
2006).
Efeitos
Listaremos, a seguir, algumas alterações e seus efeitos sobre o sistema dinâmico em equilíbrio.
Efeito da adição de reagentes
Quando um sistema se encontra em equilíbrio, há quantidades bem determinadas, específicas e invariáveis
de espécies químicasreagentes e produtos nessa condição. Qualquer adição extra de reagente nesse
sistema desloca a reação química com o propósito de consumir essa quantidade extra.
Efeito da adição de reagentes ao sistema em equilíbrio.
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Esse consumo levará a uma maior obtenção de produto até que a relação entre a quantidade de espécies
reagentes e de espécies produtos retorne ao ponto inicial de equilíbrio. Por isso, o efeito da adição de
reagentes é o de deslocar a reação no sentido direto para buscar o retorno ao equilíbrio.
Efeito da remoção de reagentes
Ao remover reagentes do sistema em equilíbrio, ocorrerá momentaneamente um deficit dessas espécies. O
sistema procura retornar ao equilíbrio, convertendo as espécies produtos em espécies reagentes. Assim, o
efeito da remoção de reagentes é o de deslocar a reação no sentido inverso para buscar o retorno ao
equilíbrio.
Efeito da adição de produtos
Efeito da adição de produtos ao sistema em equilíbrio.
Para o sistema em equilíbrio, qualquer adição de quantidades extras de produtos levará a um consumo
desse excesso. Esse consumo, por sua vez, gerará uma maior reversão de produto aos reagentes até que a
relação entre a quantidade de espécies reagentes e a de espécies produtos retorne ao ponto de equilíbrio.
Desse modo, o efeito da adição de produto é o de deslocar a reação no sentido inverso para buscar o
retorno ao equilíbrio.
Efeito da remoção de produtos
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Ao se retirar produtos, ocorre um deficit dessa espécie no sistema em equilíbrio dinâmico. A reação se
desloca para a direita com o intuito de obter mais produtos, consumindo as espécies reagentes.
Saiba mais
Podemos observar o efeito da adição ou da remoção de reagentes e de produtos no sistema em equilíbrio
que representa a reação da amônia (NH3(g)) com o oxigênio (O2(g)), formando nitrogênio gasoso (N2) e
água: 4NH3(g) + 3O2(g) → 2N2(g) + 6H2O(g).
A seguir, vejamos como funciona o efeito da adição e da remoção de reagentes e produtos.
Alteração no
sistema dinâmico
em equilíbrio
Efeito
Adição de N2 ou
H2O (produtos)
Deslocamento da reação para o consumo de excesso do produto adicionado.
A reação se desloca para a esquerda.
Remoção de N2 ou
H2O (produtos)
Deslocamento da reação para a obtenção do produto a fim de repor as
quantidades retiradas do equilíbrio dinâmico. Haverá, com isso, um
incremento do consumo de reagentes. A reação sofrerá um deslocamento
para a direita.
Adição de NH3 ou
O2 (reagentes)
Deslocamento da reação para a obtenção do produto a fim de consumir as
quantidades em excesso de reagentes inseridas no equilíbrio dinâmico.
Haverá um incremento do consumo de reagentes. A reação sofrerá um
deslocamento para a direita.
Remoção de NH3
ou O2 (reagentes)
Deslocamento da reação para a obtenção de reagentes a fim de repor a
quantidade retirada. A reação se desloca para a esquerda.
Quadro: Efeito da adição e da remoção de reagentes.
Elaborado por Bruno Di Lello.
Efeito da compressão de um sistema reacional em equilíbrio dinâmico
Um equilíbrio que contenha espécies gasosas pode responder a uma alteração que corresponda ao
aumento de pressão. Haverá resposta a essa alteração caso o número de moles de espécies no estado
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gasoso seja diferente, levando-se em consideração, para tal, o “lado” das espécies reagentes e o das
espécies produtos.
Vamos entender no próximo exemplo:
A reação a seguir não sofre o efeito da compressão em seu equilíbrio, tendo em vista que há dois moles de
gás entre os reagentes e dois moles de gás no produto. Quando há números iguais de moles de gás em
reagentes e produtos, os volumes de gás são iguais nos dois lados.
A reação a seguir sofre o efeito da compressão em seu equilíbrio, pois há quantidades diferentes de moles
de gás entre os reagentes e os produtos. Nesse caso, o lado da reação com o menor número de moles de
gás apresenta um volume menor em comparação ao lado com o maior número de moles de gás.
A compressão do sistema deslocará o equilíbrio no sentido em que houver menos moles de gás ou no
sentido do menor volume. No exemplo a seguir, ocorre um deslocamento para a obtenção de produto:
Os sistemas a seguir também sofrem o efeito da compressão sobre seu equilíbrio dinâmico:
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Nesse caso, o aumento da compressão desloca o sistema para a esquerda (lado do reagente), visto que
possui um menor número de moles no estado gasoso e, por consequência, um menor volume.
Nesse exemplo, o aumento da compressão desloca o sistema para a direita (lado do produto), tendo em
vista um menor número de moles no estado gasoso (nenhum mol) em comparação com o lado do reagente
(1mol no estado gasoso).
Efeito da temperatura sobre o equilíbrio de um sistema
que sofre transformação química
Vimos que, do ponto de vista dos fluxos de calor envolvidos em uma reação química, pode haver processos
endotérmicos (absorvem o calor) e exotérmicos (liberam o calor). Esses processos podem ser favorecidos
do ponto de vista da conversão de reagentes em produtos ou ter essa conversão prejudicada.
Abordaremos, agora, o efeito do aumento de temperatura sobre os processos endotérmico e exotérmico.
Processos endotérmicos
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Os processos endotérmicos possuem uma variação de entalpia positiva para a reação. Como eles absorvem
calor, o aumento da temperatura, que representa um fornecimento extra de calor para o sistema, favorece a
obtenção do produto.
Nesse caso, não estamos falando da conversão maior de produto para se restabelecer o equilíbrio. A
termodinâmica prevê a geração de novos valores das quantidades de produtos e reagentes para um novo
equilíbrio químico. Esse novo equilíbrio químico, para a reação endotérmica, terá mais quantidades relativas
de produtos e menos reagentes do que o primeiro equilíbrio em uma temperatura mais baixa.
Equilíbrio químico Temperatura
Quantidade relativa de produtos e reagentes no
equilíbrio
Equilíbrio 1 Temperatura 1 (T1)
Proporção bem definida entre produtos e
reagentes em T1.
Equilíbrio 2 Temperatura 2 (T2)
Aumenta a proporção de produtos em relação à
quantidade de reagentes no novo equilíbrio em T2.
Quadro: Efeito do aumento de temperatura em um processo endotérmico.
Elaborado por Bruno Di Lello.
T2 > T1
Processos exotérmicos
Os processos exotérmicos possuem variação de entalpia negativa para a reação, sendo processos que
liberam calor. A liberação de calor, contudo, não é favorecida com o aumento da temperatura do sistema. Tal
favorecimento ocorreria se houvesse uma diminuição da temperatura, o que significa maior retirada de
calor.
O aumento de temperatura desfavorece a conversão de reagentes em produtos. De acordo com a
termodinâmica, o novo equilíbrio químico que se estabelece tem uma quantidade relativa de produtos
menor em relação aos reagentes na comparação com o primeiro equilíbrio em uma temperatura mais baixa.
Equilíbrio químico Temperatura
Quantidade relativa de produtos e reagentes no
equilíbrio
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Equilíbrio químico Temperatura
Quantidade relativa de produtos e reagentes no
equilíbrio
Equilíbrio 1 Temperatura 1
Proporção bem definida entre produtos e
reagentes em T1.
Equilíbrio 2 Temperatura 2
Aumenta a proporção de produtos em relação à
quantidade de reagentes no novo equilíbrio em T2.
Quadro:Efeito do aumento de temperatura em um processo exotérmico.
Elaborado por Bruno Di Lello.
T2 > T1
O Princípio de Le Chatêlier
Neste vídeo, o professor Bruno Di Lello falará sobre o equilíbrio químico e o princípio de Le Chatêlier,
explicando de que forma um sistema em equilíbrio reage às alterações que lhe são impostas.
Alterações em macrossistemas
O Princípio de Le Châtelier em sistemas de transformação química é um exemplo das alterações em
microssistemas e de como eles reagem a essas alterações. Os macrossistemas, como mares, atmosferas e
solo, também reagem às alterações que ocorrem em seu equilíbrio.

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Entretanto, por se tratar de alterações contínuas, os grandes sistemas terrestres não conseguem retornar
naturalmente a seu estado de equilíbrio. Desse modo, dependendo da extensão da alteração imposta pelo
homem e do dano causado, as recuperações de macrossistemas naturais podem ser impossíveis, levando a
seu colapso.
Vamos descrever, a seguir, algumas alterações em macrossistemas e suas consequências.
Alterações na atmosfera: o efeito estufa e o
aquecimento global
A atmosfera da Terra é formada por uma camada de gases que envolve o planeta, sendo a responsável pela
manutenção da vida graças à presença de:
Oxigênio (O2)
Na proporção de 21%.
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A atmosfera também retém parte do calor do Sol que incide sobre a Terra. Essa retenção de calor,
considerando o sistema atmosférico equilibrado, é benéfica, tendo em vista que ela mantém o planeta em
temperaturas adequadas para a vida na forma como conhecemos.
Entretanto, com o advento da Revolução Industrial a partir do século XIX, tem havido um aumento das
emissões de um dos gases que compõem a atmosfera: o CO2. As moléculas de gás carbônico, entre outras
de gases, ampliam a retenção de calor pela atmosfera, provocando o aquecimento global.
Essa perturbação no ambiente, provocada pelo homem, está atrelada a:
Queima de combustíveis fósseis 
Nitrogênio (N2)
Na proporção de 78%.
Ozônio (O3), gás carbônico (CO2), hidrogênio (H2) e demais gases
Em proporções bem pequenas, somando um total de 1%.
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Desmatamento 
Queimadas 
Demais processos responsáveis pela produção excessiva de CO2
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Diferentemente das perturbações discutidas nos sistemas químicos, a produção de CO2 é uma interferência
continuada e ininterrupta, não permitindo uma adequação do ambiente ao excesso desse gás. O resultado
disso é a ampliação do efeito estufa, causando o aquecimento global.
Variação das temperaturas médias globais.
Além do gás carbônico, ocorre a liberação de:
Moléculas de água em sua forma vapor (H2O(g))
Metano (CH4)
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Óxido nitroso (N2O) 
Ozônio (O3)
Cloro�uorcarbonos
Saiba mais
A relação entre a quantidade de CO2 na atmosfera e o aquecimento do planeta já tinha sido prevista pelo
químico sueco Svante Arrhenius em 1896. Em artigo publicado no mesmo ano, Arrhenius previu que o
planeta poderia se aquecer entre 5 e 6ºC se a quantidade de CO2 presente na atmosfera fosse duplicada.
Ao compararmos as quantidades de CO2 presentes na atmosfera com os dados das médias de
temperaturas globais, podemos observar uma relação direta entre ambas, mostrando um incremento das
temperaturas com as quantidades mais elevadas desse gás. Vamos entender no exemplo a seguir:
Em 2013, a concentração de CO2 na atmosfera superou as 400ppm (partes por milhão), isto é, a cada um
milhão de partes de atmosfera, 400 partes são de CO2. Trata-se de um número bastante elevado e com
tendência a crescer.
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Variação da quantidade de CO2 na atmosfera nos últimos 400 mil anos.
A solução para o problema é interromper as emissões de CO2 e de outros gases poluentes. Os protocolos
ambientais e as amplas discussões sobre o clima no planeta mostram a necessidade urgente de se diminuir
a emissão de gás carbônico. A meta mais ambiciosa é interrompê-la totalmente até o ano de 2100.
Alterações na atmosfera: a chuva ácida
Efeito da chuva ácida sobre uma floresta na Alemanha.
A chuva, ao se precipitar a partir de uma região atmosférica não poluída, apresenta naturalmente um pH
ligeiramente ácido (em torno de 5,2). Em regiões altamente poluídas, o pH das precipitações de chuva,
contudo, chega a 2,4. Em termos de comparação, esse valor de pH é o mesmo apresentado pelo vinagre.
Saiba mais
Desde o século XIX, já se conhecia a relação entre a atmosfera poluída e a acidez das precipitações
chuvosas. O primeiro estudo nesse sentido foi realizado por Robert Angus Smith em 1852. Foi ele, aliás,
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quem cunhou o termo chuva ácida.
O problema da chuva ácida é mais comum em países muito industrializados e com baixo controle de suas
emissões gasosas – principalmente dos óxidos de enxofre (SO2 e SO3), das partículas de enxofre (S) e da
fuligem de carvão. Nações como a China, a Rússia, a Índia e as demais regiões altamente dependentes da
queima de carvão em sua matriz energética são as mais afetadas pelas precipitações ácidas.
Um ponto interessante é que mesmos países com pouca poluição podem ser afetados pela chuva ácida em
virtude da poluição em nações vizinhas. Essa poluição se desloca com as correntes atmosféricas,
espalhando-se também por regiões pouco industrializadas.
O aumento da acidez das chuvas pode ser provocado por inúmeros gases poluentes. Eles geram ácidos
fortes nas gotículas de chuva, reduzindo, como consequência, seu pH. Diversas conversões de poluentes
formam ácidos e se precipitam com a chuva. Por exemplo:
As precipitações ácidas afetam rios, lagos, cidades e florestas. Os cursos de água doce com pH menor que
4,5 não conseguem sustentar a existência de peixes. Já as construções calcárias em cidades são corroídas,
enquanto a vida nas florestas também é bastante afetada pelo baixo pH da água da chuva.
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Mares: acidi�cação dos oceanos
Um fenômeno que tem sido observado de maneira bastante ampliada nos últimos 40 anos é a acidificação
das águas do oceano. Esse problema também está relacionado à presença maciça de CO2 na atmosfera.
Saiba mais
Cerca de 30% de todo gás carbônico presente na atmosfera é absorvido pelos mares e oceanos.
Houve um aumento da acidez dos oceanos em cerca de 26% na comparação com o nível de acidez na fase
pré-industrial, período em que a concentração de CO2 era baixa. O nível de acidez mais elevado leva a uma
fragilização das estruturas calcárias de alguns seres dos oceanos que possuem conchas, carapaças e
exoesqueletos, como, por exemplo:
Corais
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Caramujos
Moluscos
O próprio CO2 dissolvido na água dos oceanos diminui a presença do O2 dissolvido, propiciando a morte por
hipoxia (baixa oxigenação) dos seres desse ecossistema. Os impactos da acidificação das águas dos
oceanos têm gerado várias zonas mortas em diversas regiões do planeta. Temos, como exemplo, a zona
morta do Golfo do México com concentrações de O2 diluído, conforme mostra a imagem:
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Além da acidificação, os oceanos sofrem há décadas com a pesca predatória e os despejos de poluentes
líquidos e materiais plásticos, principalmente de garrafas PET, em suas águas.
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
O Princípio de Le Châtelier mostra de que forma um sistema em equilíbrio reage a uma alteração
imposta. Esse comportamento do microssistema reacional químico pode ser estendido a sistemas
mais amplos. Para uma transformação química em equilíbrio dinâmico na qual sejam retiradas
quantidades de produto, marque a alternativa que indica a forma como o sistema reage.
A
O sistema, se for endotérmico, deverá se comportar de forma exotérmica para suprir as
quantidades retiradas de produto.
B
Se o sistema for endotérmico, haverá uma alteração de seu regime térmico para o
exotérmico como forma de compensar o excesso de reagente.
C
Nesse caso, haverá um excesso de reagente, que deverá ser consumido com o objetivo
de repor a quantidade de produto retirado para que o sistema retorne a seu equilíbrio
antes da perturbação.
D
Ocorrerá uma conversão do restante do produto em reagentes como forma de retornar
ao equilíbrio antes da perturbação.
E
Se o sistema for exotérmico, haverá um incremento na liberação de calor, tendo em vista
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Parabéns! A alternativa C está correta.
De acordo com o Princípio de Le Châtelier, um sistema em equilíbrio dinâmico reage às alterações
impostas de modo a anular as modificações e retornar ao ponto de equilíbrio. Havendo a retirada de
produto, o excesso de reagente tem de ser consumido, propiciando, assim, uma recuperação das
quantidades de produto e a consequente diminuição das quantidades de reagentes.
Questão 2
Alterações de macrossistemas terrestres tornaram-se bastante intensas com o advento da era
industrial a partir do início do século XIX. As emissões de gases poluentes sofreram um incremento
considerável nesse período, principalmente em virtude da queima de combustíveis fósseis. Até os dias
atuais, o gás poluente produzido em maior escala é o CO2, que está atingindo níveis elevadíssimos na
atmosfera. Aponte a alternativa correta em relação às consequências relacionadas aos níveis elevados
de CO2 na atmosfera.
E
a retirada do produto.
A
Resfriamento elevado das regiões dos polos da Terra em virtude da capacidade desse
gás em refletir a radiação do sol.
B
Contaminação do solo, tendo em vista as mineralizações de carbonatos produzidos pela
absorção desse gás.
C Elevação do pH da água marinha, haja vista a intensa absorção do CO2 pelos oceanos.
D
Elevação da temperatura global, já que esse gás é um dos responsáveis pelo efeito
estufa.
E
Diminuição dos níveis das águas dos oceanos por conta da elevação da evaporação das
águas como consequência da presença desse gás na atmosfera.
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Parabéns! A alternativa D está correta.
A presença de CO2 na atmosfera contribui para o efeito estufa. Esse efeito, de maneira controlada, é
benéfico para o planeta, tendo em vista a manutenção de uma média de temperatura amena necessária
para a vida da forma como conhecemos. O excesso do CO2 na atmosfera, além de outros gases
poluentes, tem elevado de modo anormal as médias de temperatura global, extrapolando os efeitos
benéficos do efeito estufa e causando outros múltiplos problemas ambientais, como, por exemplo, a
elevação das águas dos oceanos e sua acidificação.
Considerações �nais
Verificamos, neste conteúdo, o desenvolvimento da ciência ao longo dos séculos e a importância da
metodologia científica como ferramenta de comprovação dos fatos. Além desse ponto, estudamos as
transformações da matéria, sejam elas físicas ou químicas, assim como os fluxos de energia envolvidos
nessas transformações.
Estabelecemos, ainda, os conceitos de calor, trabalho e energia. Nos sistemas, por sua vez, apontamos os
efeitos das alterações impostas quando um sistema se encontra em equilíbrio dinâmico e como ele se
rearranja para retornar ao ponto de equilíbrio.
Vimos também que essas mesmas alterações nos microssistemas também afetam de forma semelhante
os sistemas mais amplos, como mares, atmosfera e solos. Pontuamos, entretanto, que as alterações
nesses macrossistemas são contínuas, não permitindo um retorno ao seu ponto de equilíbrio. As
consequências disso são o aquecimento global, a chuva ácida e a acidificação dos oceanos.
Podcast

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Agora, o especialista Bruno Di Lello encerra o conteúdo falando sobre a definição de matéria e suas
transformações, a conservação da energia, os fluxos de energia envolvidos nos fenômenos de
transformação da matéria, as adaptações dos sistemas em equilíbrio às alterações impostas e as
consequências dos desequilíbrios que ocorrem nos macrossistemas em virtude das ações humanas.
Referências
ATKINS, P.; DE PAULA, J. Físico-química. v. 2. 10. ed. Rio de Janeiro: Gen LTC, 2018, p. 551-556.
ATKINS, P.; JONES, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 3. ed. Porto
Alegre: Bookman, 2006.
ATKINS, P.; JONES, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 7. ed. Porto
Alegre: Bookman, 2018.
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a) Assistir a três documentários:
CELTIC SPIRIT. A ciência e a humanidade. Publicado em: 18 nov. 2016. Consultado na internet em: 5 jul.
2021.
CMALMADA. Um oceano de plástico. Publicado em: 31 ago. 2020. Consultado na internet em: 5 jul. 2021.
DOCUMENTARIOSCIENCIA. A história da energia (2012). Publicado em: 27 ago. 2013. Consultado na
internet em: 5 jul. 2021.
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b) Ver outros dois vídeos:
BBC NEWS BRASIL. As imagens que mostram o gigantesco mar de lixo no Caribe. Publicado em: 8 nov.
2017. Consultado na internet em: 5 jul. 2021.
TED. Al Gore: nova reflexão sobre a crise climática. Publicado em: 8 abr. 2008. Consultado na internet em:
5 jul. 2021.