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QUÍMICA CIÊNCIAS DA NATUREZA E SUAS TECNOLOGIAS Antonio César Baroni Santoro Refl etir sobre a importância da Química para a sociedade moderna. Descrever a evolução da estrutura atômica até os dias de hoje, além de compor um breve histórico da tabela periódica moderna, com suas particularidades e propriedades periódicas. Conhecer os estados físicos da matéria e as transformações a que podem ser submetidos. Diferenciar substâncias químicas e misturas, conhecendo alguns processos de separação. PROPRIEDADES GERAIS DA MATÉRIA / ATOMÍSTICA Capítulo 1 O surgimento da Química 2 Capítulo 2 Átomo 20 Capítulo 3 Classifi cação periódica dos elementos 41 Capítulo 4 Substâncias e transformações 62 A le xe y S m o ly an yy /S h u tt e rs to ck Et_EM_1_Cad1_Qui_c01_01a19.indd 1 2/27/18 8:56 AM ► Empregar corretamente a palavra "Química" e identifi car o uso incorreto no cotidiano. ► Compreender como a Química pode se relacionar com outras áreas do conhecimento. Principais conceitos que você vai aprender: ► Teoria dos quatro elementos ► Método científi co ► Matéria ► Sistema ► Corpo ► Substância 2 OBJETIVOS DO CAPÍTULO A lgol/S hutte rsto ck 1 O SURGIMENTO DA QUÍMICA Você já se perguntou como ocorre a formação do nosso pensamento na complexa má- quina cerebral? Ou de que forma é possível que o olho humano seja capaz de enxergar tantas cores distintas? E como podem existir cheiros tão diferentes na natureza? A maior parte das respostas a essas perguntas apresenta uma explicação baseada no conhecimento da Química. A formação da visão, por exemplo, passa por um complexo sistema de reações químicas que se iniciam com o efeito da luz sobre as células da reti- na. A formação do pensamento é fruto de uma interação extensa entre a estrutura dos neurônios e sua capacidade de reagir a estímulos de sinalização química, formando um verdadeiro espetáculo de reações envolvendo liberação de energia na forma de luz, calor e até mesmo som. Os cheiros são interpretados por nosso sistema nervoso central por estímulos gerados por complexas substâncias. No curso da História, a evolução da humanidade esteve sempre ligada, direta ou indi- retamente, à evolução do conhecimento científi co. A Ciência Química sempre progride e infl uencia, seja por experimentos esclarecedores, seja por “felizes” acidentes de laborató- rio que resultam em descobertas. Tentemos sempre, a partir de agora, olhar para além dos cálculos e dos nomes compli- cados que compõem a linguagem química. Tentemos enxergar a beleza química em todos os fenômenos do Universo! • Você consegue pensar em outros fenômenos que possam ser explicados com base em reações químicas? Ilustração da transferência de neurorreceptores entre neurônios do sistema nervoso central. A n d ri i V o d o la zh s k y i/ S h u tt e rs to ck Et_EM_1_Cad1_Qui_c01_01a19.indd 2 2/27/18 8:56 AM Desenvolva H3 Confrontar interpretações científi cas com interpretações baseadas no senso comum, ao longo do tempo ou em diferentes culturas. Confrontando interpretações científi cas com interpretações baseadas no senso comum, o que podemos pensar que Brand tenha considerado para tentar obter a pedra fi losofal da urina humana? 3 Q U ÍM IC A Da alquimia à Química Os alquimistas podem ser considerados os primeiros químicos, uma vez que muitas das técnicas por eles iniciadas são usadas até hoje. No entanto, os alquimistas não se orientavam pelo método científi co do modo como o fazemos. Eles atuavam de uma forma quase mística, cercada de símbolos e cifras, no intuito de guardar seus intermináveis se- gredos. Henning Brand, um dos últimos alquimistas, acreditava que poderia encontrar a pedra fi losofal – aquela capaz de transformar qualquer metal em ouro – a partir da urina humana. Para isso, não hesitou em colher 5 mil litros de urina de soldados, para depois fermentar, ferver e destilar, até obter 300 gramas de uma pasta branca. Evidentemente essa pasta não era a pedra fi losofal ou o elixir da longa vida – insistentemente buscados pe- los alquimistas – mas, sim, um mate- rial brilhante que Brand denominou fósforo, que em grego signifi ca “o que traz luz”. Na época, era um material extremamente raro e, por isso, ven- dido a preços exorbitantes por causa de sua forma de obtenção. Em 1780, o químico sueco Karl Scheele conseguiu extraí-lo de ossos, por um método bem menos malcheiroso e repulsivo, com um rendimento superior ao de Brand. Além disso, o procedimento usado por Brand provocava a perda de grande parte do fósforo (a quantidade de fós- foro na urina humana é de aproxima- damente 1,4 g por litro). Desde os primórdios, nossos ancestrais miram com seus olhares novas experiências, sempre buscando algo mais. Mais alimento, mais segurança, mais calor, mais riqueza. Tudo isso por causa de nossas necessidades, aliadas eternas de nossa curiosidade. Dos utensílios pré-históricos às nanopartículas, o ser humano sempre esteve à espreita de no- vas descobertas e, para isso, empregou todos os artifícios e recursos disponíveis. Usou as ciências – entre elas, a Química – para auxiliá-lo e percebeu que tudo começou a fazer sentido. As respostas fi caram mais claras, e o ser humano pôde, então, com a evolução dessa Ciência, descobrir e tornar a Química uma forma de conhecimento tão presente que se torna difícil nomear alguma parte de nossa vida que não a contenha. O alquimista moderno, de Joseph Wright. A imagem mostra a descoberta do fósforo por Henning Brand, em 1669. T h e B ri d g e m a n A rt L ib ra ry /G lo w I m a g e s /M u s e u e G a le ri a d e A rt e D e rb y, D e rb y, I n g la te rr a . Et_EM_1_Cad1_Qui_c01_01a19.indd 3 2/27/18 8:56 AM 4 CAPÍTULO 1 Um pouco de história O surgimento e o desenvolvimento de qualquer Ciência podem ser vistos como de- pendentes de duas características do ser humano: a curiosidade e a necessidade. Isso tem sido observado desde os primórdios da vida na Terra. Logo, para compreendermos o apa- recimento e a evolução das Ciências, devemos entender os vários aspectos do desenvolvi- mento da vida humana ao longo da história. De nômade a sedentário No início, o ser humano vivia em busca de satisfazer suas necessidades. Habitava em cavernas, as quais, por muitas vezes, ele tinha de disputar com outros animais. Alimentava-se da caça e da pesca, de frutos e de algumas raízes. Sempre migrava em busca de alimento. Com o passar do tempo, já dominava a manufatura de alguns utensílios e, por causa de sua curiosidade, o ser humano pré-histórico dominou o fogo e pôde, assim, avançar rumo ao desenvolvimen- to e à sobrevivência. Com o fogo, nossos ancestrais conseguiram trazer seguran- ça, luz e calor para seu cotidiano, além de introduzirem as primeiras noções so- bre o cozimento dos alimentos. Então, satisfeitos com seus avanços, não havia mais a necessidade de novas locomoções. Com isso, verifi cou-se também o surgimento, ainda que muito distante dos padrões atuais, de técnicas agrícolas e da criação de animais. Assim, eis que, com a fi xação do ser humano, viu-se instaurado o sedentarismo. A Idade dos Metais Considerada um período curto (cerca de 3 500 anos), a Idade dos Metais ocorreu ime- diatamente antes do aparecimento da escrita, próximo de 3000 a.C., sendo descrita como a última fase da Pré-História. Com o uso mais frequente do fogo, e aguçado pela própria curiosidade, o ser hu- mano começou a transformar tudo o que encontrava na natureza. Logo conseguiu desenvolver técnica para obter metais, por meio de processos de fusão de certos mi- nerais, ainda que de forma rudimentar. Esse período foi tão importante para o início do desenvolvimento histórico-científico que sua divisão recebeu o nome dos metais em questão. • Idade do Cobre: aquecendo-se algumas pedras verdes (minérios de cobre) no fogo, percebeu-seque havia formação de uma substância avermelhada brilhante (cobre metálico). • Idade do Bronze: misturando-se algumas pedras verdes (minérios de cobre) com outras pedras (minérios de estanho), havia a formação de um material marrom brilhante (bronze), mais resistente que o cobre metálico. Mais tarde, o bronze foi empregado na fabricação das primeiras armas, como armaduras e lanças. Até hoje esse material é usado na fabricação de diversos utensílios, por exemplo, sinos de igrejas. • Idade do Ferro: a quantidade de minério de ferro encontrada na natureza é maior que a de minério de cobre, mas a obtenção de ferro metálico é mais difícil que a de cobre metálico, porque a temperatura necessária para o forjamento do ferro é maior que a do bronze; por isso, a produção de artefatos de ferro foi um avanço para o ser humano. 1 Observação 1 Por meio do domínio sobre os metais – como as técnicas de fundição –, o ser humano teve condições de criar instrumentos mais efi cazes para o cultivo agrícola, a derrubada de fl orestas e a prática da caça. Esse domínio infl uenciou as disputas entre as comunidades que competiam pelo controle das melhores pastagens e de áreas férteis. Dessa maneira, o processo de dominação de uma comunidade sobre outra (como a guerra) contou com o desenvolvimento de armas de metal. Defi nição Bronze : liga de cobre e estanho, a que por vezes se adicionam outros metais, como o zinco. Forjamento : trabalho na forja. Forja : conjunto dos instrumentos de trabalho do ferreiro, tais como fornalha, bigorna, fole, malho, etc. O ser humano migrou em busca de alimento e melhorias em sua qualidade de vida. M e m o A n g e le s /S h u tt e rs to ck Et_EM_1_Cad1_Qui_c01_01a19.indd 4 2/27/18 8:56 AM 5 Q U ÍM IC A Desenvolva H3 Confrontar interpretações científi cas com interpretações baseadas no senso comum, ao longo do tempo ou em diferentes culturas. O desenvolvimento das atividades humanas ao longo da História está interligado a vários fatores, entre eles as técnicas destinadas à extração, à transformação e ao manuseio dos metais. Por sua vez, a descoberta de procedimentos para o tra- tamento dos metais está relacionada ao desenvolvimento de diversas áreas da Ciência, principalmente a Química. A tabela a seguir mostra parcialmente o desenvolvimento e a evolução da metalurgia ao longo dos anos. Quinto milênio a.C. Conhecimento do ouro e do cobre nativos. Quarto milênio a.C. Conhecimento da prata e das ligas de ouro e prata. Obtenção de cobre e chumbo a partir de seus minérios. Segundo milênio a.C. Início do uso do ferro. Podemos observar que a extração e o uso de diferentes metais ocorreram em diferentes épocas. a) Aponte uma possível razão para que o ouro, o cobre e a prata tenham sido os primeiros metais a serem manuseados pelo ser humano. b) Escreva uma justifi cativa para a extração e o uso do ferro terem acontecido após o cobre e/ou estanho. A infl uência da Filosofi a Os povos, até então, não se preocupavam em achar explicações para as transforma- ções que promoviam. Quando o faziam, relegavam aos deuses tais fenômenos. Assim, gre- gos e romanos, povos de imaginação fértil e inteligência incontestável, criavam diversas personagens e fi guras mitológicas para tentar explicar os fatos ocorridos na natureza, na sociedade e até mesmo na política. Com isso, fi zeram surgir teorias fi losófi cas para as mais variadas situações. Observe este exemplo da mitologia grega: Pandora foi dada como uma oferenda à humanidade por Zeus como punição por Prometeu ter roubado o fogo dos deuses e dado aos humanos, em uma alusão clara ao domínio do fogo pelo ser humano. Todavia, uma das grandes discussões que permeavam a Grécia antiga, muito antes ainda do nascimento de Cristo, era sobre a natureza da matéria. No século V a.C., um fi lósofo grego chamado Empédocles criou a teoria dos quatro elementos. De acordo com essa teoria, tudo o que existia na natureza seria formado a partir da água, do fogo, do ar e da terra, que se combinariam por meio de duas forças: o amor e o ódio. Enquanto o ódio separava os elementos, o amor unia-os, formando novas substâncias. Ainda no século V a.C., Leucipo e Demócrito, também fi lósofos gregos, disseram que os materiais encontrados na natureza eram formados por partículas muito pequenas, in- visíveis e indivisíveis: os átomos. Dependendo do tipo de átomo e da maneira como eles fossem combinados, seriam formadas substâncias diferentes. Afi rmavam também que, durante a respiração, a alma trocava átomos que estavam dentro do organismo por ou- tros que estavam fora dele, e, caso essa troca fosse interrompida, ocorreria a morte do indivíduo. Apesar disso, os átomos continuariam os mesmos. Fogo Água Ar Terra Os quatro elementos representados por Empédocles. Água Ar Terra Fogo Os quatro elementos de Empédocles representados por ícones em tempos de internet. Defi nição Átomo : do grego a (não) e tomo (divisão). Y o P ix A rt /S h u tt e rs to c k Et_EM_1_Cad1_Qui_c01_01a19.indd 5 2/27/18 8:56 AM 6 CAPÍTULO 1 Poucos acreditavam que os átomos realmente existissem, principalmente quando Aristóteles, um dos mais conhecidos filósofos gregos, discordou das ideias de Leucipo e Demócrito, afirmando que Empédocles, com sua teoria dos quatro elementos, era quem estava certo. Aristóteles, por volta de 350 a.C., aperfeiçoou a teoria dos quatro elementos, dizendo que cada elemento era formado pela combinação de duas entre quatro características: quente, seco, úmido e frio. Assim, quente e seco formavam o fogo, enquanto quente e úmido formavam o ar. Além disso, Aristóteles afirmou que, combinando os elementos – água, fogo, terra e ar –, seria possível obter qualquer mate- rial existente na natureza. Por exemplo: seria possível transformar qualquer metal em ouro. Decifrando o enunciado Lendo o enunciado Transições: signifi ca que haverá mudança, portanto fi que atento às alterações que podem aparecer. Macroscópicas: está relacionado ao que podemos ver. Transformações: associa-se à ideia das transições. Microscópico: relacionado ao que não podemos ver a olho nu. Associadas: signifi ca que teremos de relacionar a algum evento. Nesse caso, a explicação de uma transformação macroscópica em nível microscópico. Enem Primeiro, em relação àquilo a que chamamos água, quando congela, parece-nos estar a olhar para algo que se tornou pedra ou terra, mas quando derrete e se dispersa, esta tor- na-se bafo e ar; o ar, quando é queimado, torna-se fogo; e, inversamente, o fogo, quando se contrai e se extingue, regressa à forma do ar; o ar, novamente concentrado e contraído, torna-se nuvem e nevoeiro, mas, a partir destes estados, se for ainda mais comprimido, torna-se água corrente, e de água torna-se novamente terra e pedras; e deste modo, como nos parece, dão geração uns aos outros de forma cíclica. PLATÃO. Timeu-Cr’tias. Coimbra: CECH, 2011. Do ponto de vista da ciência moderna, os “quatro elementos” descritos por Platão corres- pondem, na verdade, às fases sólida, líquida, gasosa e plasma da matéria. As transições entre elas são hoje entendidas como consequências macroscópicas de transformações sofridas pela matéria em escala microscópica. Excetuando-se a fase de plasma, essas transformações sofridas pela matéria, em nível microscópico, estão associadas a uma: a) troca de átomos entre as diferentes moléculas do material. b) transmutação nuclear dos elementos químicos do material. c) redistribuição de prótons entre os diferentes átomos do material. d) mudança na estrutura espacial formada pelos diferentes constituintes do material. e) alteração nas proporções dos diferentes isótopos de cada elemento presente no material. Resolução Resposta: D As mudanças de estado são fenômenos físicos que acontecem por causa de mudanças na estrutura do material, como distância entrepartículas e grau de agitação. A alquimia e a Idade Média Construída na crença dos quatro elementos básicos (fogo, ar, terra e água) e em três princípios essenciais (sal, enxofre e mercúrio), a alquimia nasceu em Alexandria, cidade do Egito fundada em 332 a.C. pelo macedônio Alexandre, o Grande. 1 Quente Seco Úmido Frio Os quatro elementos de Aristóteles e suas combinações. Curiosidade 1 Sal: representava o corpo. Enxofre: representava o espírito. Mercúrio: representava a alma. P a n o s K a ra s /S h u tt e rs to c k Ruínas do local em que Aristóteles ensinava o jovem Alexandre, o Grande. Et_EM_1_Cad1_Qui_c01_01a19.indd 6 2/27/18 8:56 AM 7 Q U ÍM IC A No Egito, a cultura grega levada por Alexandre encontrou uma nova forma de arte, tipi- camente egípcia, denominada kymiâ – que signifi ca “terra preta”, numa tradução livre do egípcio, em referência ao solo negro das margens do rio Nilo. A kymiâ era eventualmente associada à feitiçaria, pois era envolvida em processos químicos usados no embalsama- mento dos mortos. Além disso, na Índia, por volta de 3000 a.C., acreditava-se haver um vínculo entre a imor- talidade e o ouro. Essa ideia provavelmente foi adquirida pelos gregos, quando Alexandre, o Grande, invadiu essa região no ano 325 a.C. e teria procurado também a fonte da juventude. Muito tempo depois, os árabes acrescentaram o prefi xo “al”, equivalente aos nossos artigos “a” e “o”, à palavra kymiâ, fazendo surgir posteriormente o termo “alquimia”. No en- tanto, enquanto no Oriente a alquimia – conjunto de técnicas experimentais cercadas de mistérios religiosos que tinha como objetivo a busca da pedra fi losofal e do elixir da longa vida – já estava muito difundida e diversifi cada, na Europa a situação era diferente. Os mouros (árabes do Saara Ocidental) ocuparam a península Ibérica por volta do século VIII, mas somente depois de mais de 400 anos é que o povo europeu veio a conhecer a alqui- mia. Isso porque, na Europa medieval, a maioria dos intelectuais morava em mosteiros, não estabelecendo contato com os invasores árabes. Com isso, os europeus foram fi nal- mente apresentados à alquimia apenas quando chegaram ao Oriente Médio, com o avan- ço das Cruzadas. Assim, o desejo de transformar metais comuns em ouro e a esperança de chegar à imortalidade, por meio de crenças espirituais e novas técnicas de manuseio de mate- riais e ferramentas, não só revelaram novas perspectivas de estudo e conhecimentos, mas também criaram novas tecnologias, usadas até hoje no progresso da ciência. As contribuições dos alquimistas podem ser vistas em alguns importantes exemplos, tais como: • receitas de produção da pólvora; • técnicas de destilação, por exemplo, do álcool; • técnicas para a determinação de propriedades físicas e químicas de várias substâncias; • desenvolvimento de equipamentos de laboratório. Um alquimista em seu ateliê, David Teniers, o Jovem (1610-1690). R e p ro d u ç ã o /M u s e e d e T e s s e , L e M a n s , F ra n ç a Et_EM_1_Cad1_Qui_c01_01a19.indd 7 2/27/18 8:57 AM 8 CAPÍTULO 1 Por volta do ano de 1500, houve uma mudança nos objetivos da alquimia. Um suíço co- nhecido como Paracelso afi rmou que a criação do Universo, incluindo os seres humanos, tinha sido uma obra de alquimia feita por Deus. Essa ideia fez com que Paracelso empre- gasse processos alquímicos para produzir medicamentos a partir de vegetais e minerais. Ficou muito conhecido na Europa como médico e fabricante de remédios. Aprendeu, por tentativa e erro, que doses muito pequenas de substâncias tóxicas – como mercúrio e chumbo – poderiam ajudar na cura de algumas doenças. O uso da alquimia para fi ns me- dicinais fi cou conhecido como iatroquímica. Assim, a alquimia foi uma “arte secreta” que colocava na mesa de ensaios magia e ciên- cia, considerada até hoje muito além de um sonho impossível. 1 Interação Muitas das práticas experimentais conhecidas hoje, como a transmutação nuclear, podem ter sido descobertas pelos alquimistas. Mas por que essas práticas não foram divulgadas quando descobertas? Existem várias hipóteses para a não divulgação. Entre elas, pode-se citar a peste negra, que assolou a Europa entre 1347 e 1351, e pode ter aniquilado grupos de alquimistas que viviam em comunidades isoladas do restante da população. A infl uência da Igreja tam- bém pode ter impedido a disseminação do conhecimento, pois proibiu a prática da alquimia pela bula papal de João XXII, em 1317. Esse período histórico será estudado no capítulo 3 do caderno 2. A Química como Ciência A ligação entre Química e magia começou a desaparecer no século XVII, quando novos equipamentos, como a balança, passaram a ser usados pelos cientistas da época. Em 1661, Robert Boyle publicou o livro O químico cético, no qual mostrou que a Química é uma ciên- cia experimental e, por isso, é importante que o químico seja cuidadoso e organizado du- rante a realização de uma experiência. Ser cuidadoso signifi ca repetir a experiência várias vezes até se ter certeza de que os resultados estão certos e são confi áveis. Ser organizado signifi ca interpretar esses resultados e, se for necessário, fazer outras experiências até se conseguir elaborar teorias que expliquem o que foi observado. Esse procedimento é denominado método científi co. Boyle disse também que a teoria dos quatro elementos e a teoria dos três princípios não serviam para explicar o que ele observava na prática e que, na verdade, tudo o que existia na natureza era formado por átomos. Assim, 2 mil anos depois, ele percebeu que Leucipo e Demócrito estavam certos. Outros químicos também estudaram as propriedades dos gases durante o século XVII. Um deles, o alemão Georg Stahl, criou uma teoria para explicar por que a massa de um ma- terial diminuía depois de sua queima. Stahl dizia que, quando ocorria a queima, “algo”, a que ele chamou de fl ogístico, era liberado. Assim, todo combustível teria muito fl ogístico, e sua liberação durante a queima causaria a diminuição da massa. O problema é que um metal, quando queimado, tem sua massa aumentada ao invés de diminuída. Para Stahl, nesse caso, o fl ogístico teria massa negativa e, depois de liberado durante a queima, a massa fi nal seria maior que a inicial. Em razão da hipótese de massa negativa, muitos deixaram de acreditar nessa teoria. No século XVIII, Lavoisier tentou explicar o que acontecia durante a combustão de um material, queimando tudo o que fosse possível. Era muito organizado e sempre usava uma balança, pesando tudo antes e depois da queima. Fazendo experiências em recipientes fe- chados, percebeu que, ao queimar um metal, sua massa aumentava e a massa de ar contido no recipiente diminuía. Assim, pôde concluir que algo do ar se combinava com o metal du- rante a queima. Ele mostrou também que havia diminuição da massa de alguns materiais que eram queimados – madeira, por exemplo – porque havia formação de gases. Concluiu que em toda combustão há união da substância com o ar vital (o oxigênio, que ainda não era conhecido), determinando que a hipótese do fl ogístico era inútil e, portanto, rejeitável. Em 1774, Lavoisier elaborou a lei da conservação da massa, totalmente baseada em observações experimentais. De acordo com ele, a soma das massas dos reagentes (substâncias Curiosidade 1 Seduzidas pela alquimia, algumas das mentes mais brilhantes da humanidade foram estimuladas pela prática medieval que envolvia ganância, misticismo e Ciência na procura de riqueza e da vida eterna. Entre eles, Boyle, Paracelso e até religiosos, como Santo Tomás de Aquino, podem ser citados. O físico Isaac Newton (1643-1727), precursor da Física Clássica, dedicou-se com tal magnitude à alquimia que, enquanto escrevia uma de suas mais importantes obras, Princípios matemáticos da fi losofi a natural, chegou a ter 169 livros sobre o tema em suabiblioteca. Defi nição Cético : que não confi a, que duvida. Flogístico : do grego phlogistós (infl amável). Et_EM_1_Cad1_Qui_c01_01a19.indd 8 2/27/18 8:57 AM 9 QU ÍM IC A que existem antes da transformação) é igual à soma das massas dos produtos (substân- cias formadas durante a transformação). Ou dito de outra maneira: “Na natureza nada se cria, nada se perde; tudo se transforma”. Lavoisier passou a buscar evidências para comprovar que a teoria do fl ogístico, es- tabelecida por Stahl, se fundamentava em hipótese errônea. Mostrou que os metais, ao serem queimados, se combinavam com o oxigênio do ar, resultando em um material (hoje conhecido como óxido) de massa maior; diferentemente do modo como explicavam os fl ogisticistas, dizia que os metais perdiam o fl ogístico para se converterem em seus derivados. Em 1789, ano da tomada da Bastilha, Lavoisier publicou o livro Tratado elementar de Química, em que estavam estabelecidas as bases de toda a Química moderna. Depois dis- so, os químicos passaram a estudar as regularidades envolvidas nas reações químicas e a expressá-las na forma de leis. Essas leis de combinações químicas permitem a elaboração de cálculos entre as quantidades de substâncias envolvidas em uma reação e a previsão da quantidade das substâncias formadas. São denominados cálculos estequiométricos e são de fundamental importância até hoje, principalmente em processos industriais e em análises laboratoriais. Essa obra é considerada por muitos como a responsável pela aceitação da Química como Ciência, ou, simplesmente, pelo desenvolvimento da Química moderna. Lavoisier, pela importância de seus trabalhos, é considerado o “pai da Química”. Antoine Lavoisier (1743-1794), em gravura de C. E. Wagstaff, publicada em The Gallery Of Portraits With Memoirs, encyclopedia, Reino Unido, 1835. Conexões A descoberta do oxigênio A controvérsia para defi nir quem foi o descobridor do oxigênio começou em um jantar que Lavoisier ofereceu ao quí- mico inglês Joseph Priestley, em outubro de 1774. Durante o jantar, Priestley comenta os avanços sobre os experimentos com um “ar de propriedades ígneas”, sendo ouvido atentamente por Lavoisier. Logo após o jantar, Lavoisier executa o célebre experimento com o aquecimento de óxido vermelho de mercúrio, obtendo um gás com as mesmas característi- cas descritas por Priestley durante o jantar. Para terminar com seu raciocínio científi co, Lavoisier reverteu o experimento aquecendo mercúrio com oxigênio. Depois de medir meticulosamente todas as massas envolvidas nos experimentos, ele constatou que as massas eram exatamente iguais. Com esse experimento, Lavoisier prova que as substâncias químicas podem ser decompostas e formadas novamen- te. Quanto ao “ar de propriedades ígneas” de Priestley, Lavoisier o batiza de oxigênio, levando o inglês a um ataque de nervos. Na verdade, o cientista pioneiro na produção de oxigênio não foi Priestley e nem Lavoisier, mas Carl Scheele, um químico sueco que aqueceu o óxido de mercúrio em 1772 e é tido como um dos maiores químicos de todos os tempos. Lavoisier tinha na época um dos melhores laboratórios de toda a Europa, graças a uma grande fortuna herdada e a uma outra profi ssão: era cobrador de impostos. Por esse motivo, era uma fi gura bem impopular. Morreu guilhotinado no dia 8 de maio de 1794, em Paris. Qual era o movimento popular que a França passava nesse período? Faça uma pesquisa e um breve resumo sobre esse movimento. Caso seja necessário, peça ajuda ao professor de História. Atividades 1. A Idade dos Metais caracteriza-se pela capacidade do ser humano de manusear alguns metais para utilizá-los na fabricação de armas e ferramentas. Isso foi possível, principalmente, pelo domínio sobre: a) o conhecimento em relação à estrutura dos átomos. b) a capacidade de controlar o fogo. c) o motor a vapor. d) o conhecimento sobre as ligações metálicas. G e o rg io s K o lli d a s /S h u tt e rs to ck Et_EM_1_Cad1_Qui_c01_01a19.indd 9 2/27/18 8:57 AM 10 CAPÍTULO 1 2. Empédocles foi um filósofo grego responsável pela teoria dos quatro elementos, segundo a qual tudo que existia era formado necessariamente pelos elementos terra, ar, fogo e água. Embora a noção química de “elemento” tenha mudado até atingir o que conhecemos hoje, há uma noção importante nessa teoria. Comente. 3. O conhecimento químico atual faz com que possamos entender, à luz dos conceitos de radioatividade, a trans- formação de um elemento químico em outro, por meio da desintegração nuclear. No passado, os alquimistas já possuíam a crença (embora esta tivesse pouco embasa- mento científico) de que era possível transformar diferen- tes elementos em ouro. Como é denominado o processo descrito no texto acima que os alquimistas almejavam? 4. Quais eram os principais objetivos dos alquimistas? Cite algumas contribuições da alquimia para o progresso da ciência que ainda podem ser vistas. 5. Segundo Robert Boyle, a Ciência deve ter um caráter ex- perimental. Como foi denominado esse método? Por que devem ser realizados experimentos? 6. Lavoisier sempre usava uma balança em seus experimentos. Durante a combustão de um material em um recipiente fechado, observou que, ao queimar um metal, sua massa aumentava e a massa de ar contido no recipiente diminuía. Qual foi a conclusão a que ele chegou com essa observação? 7. Ao queimar 20 g de pólvora com uma massa de x g de oxigênio, mantendo-se o sistema totalmente fechado, qual deve ser a massa total do sistema, em função de x, ao final da reação? Justifique sua resposta. 8. +Enem [H3] Ao longo da História ocorreu uma marcha gra- dual do ser humano em direção à interpretação científica dos fenômenos, distanciando-se do misticismo. Isso não significa, no entanto, que as crenças populares são sempre despidas de verdade científica. Em alguns momentos, como na época dos alquimistas, a mística e a Ciência chegaram a ser, em alguns aspectos, quase que indissociáveis. Isso implica que: a) os alquimistas não foram responsáveis por nenhuma contribuição ao conhecimento científico. b) o termo “sabedoria popular” não deve ser usado, já que o único conhecimento válido é aquele que pode- mos quantificar e medir sob o rigor científico. c) a visão crítica a respeito de todos os fenômenos que presenciamos não auxilia a obtenção de conhecimen- to científico. d) a compreensão das diversas formas de conhecimento do passado e do presente é fundamental para auxiliar a construção da verdade científica. e) os alquimistas eram líderes religiosos que não tinham compromisso com o desenvolvimento da Ciência, atendendo apenas aos seus próprios interesses. Et_EM_1_Cad1_Qui_c01_01a19.indd 10 2/27/18 8:57 AM 11 QU ÍM IC A Complementares Tarefa proposta 1 a 14 9. (UTPR) Tradicionalmente, podemos defi nir a Pré-História como o período anterior ao aparecimento da escrita. Portanto, esse período é anterior há 4000 a.C., pois foi por volta desta época que os sumérios desenvolveram a escrita cuneiforme. Com base nesse entendimento, qual a alternativa que apresenta características das atividades do homem na fase paleolítica? a) Os homens aprenderam a polir a pedra. A partir de então, conseguiram produzir instrumentos (lâminas de corte, ma- chados, serras com dentes de pedra) mais efi cientes e mais bem acabados. b) Os homens descobriram uma forma nova de obter alimentos: a agricultura, que os obrigou a conservar e cozinhar os cereais. c) Semeando a terra, criando gado, produzindo o próprio alimento, os homens não tinham mais por que mudar constan- temente de lugar e tornaram-se sedentários. d) Os homens conheciam uma economia comercial e já praticavam os juros. e) Os homens ainda não produziam seus alimentos, não plantavam e nem criavam animais. Em verdade, eles coletavam frutos, grãos e raízes, pescavam e caçavam animais. 10. O desenvolvimentoda Filosofi a foi importante, do ponto de vista científi co, para que a humanidade tenha atingido o nível atual de desenvolvimento tecnológico. Comente uma contribuição da Filosofi a nesse sentido. 11. Por que a capacidade de manuseio do ferro foi considerada um avanço para a humanidade? 12. (Vunesp) Numa viagem, um carro consome 10 kg de gasolina. Na combustão completa desse combustível, na condição de temperatura do motor, formam-se apenas compostos gasosos. Considerando-se o total de compostos formados, pode-se afi rmar que estes: a) não têm massa. b) pesam exatamente 10 kg. c) pesam mais que 10 kg. d) pesam menos que 10 kg. e) são constituídos por massas iguais de água e gás carbônico. Qu’mica em todo lugar Quando falamos em Química, estamos nos baseando diretamente na defi nição da Química como Ciência. Assim, ao avaliarmos tudo o que nos cerca, estruturas inertes ou em constantes trans- formações, que se movimentam ou não, compostos macios ou ásperos, enfi m, o todo que nos é apresentado pela natureza (e até os reconhecidamente artifi ciais) está relacionado e é dependente da defi nição que acabamos de mencionar. Portanto, podemos concluir que a Química está em todo lugar! Para facilitarmos esse entendimento, organizaremos nosso pensamento de maneira mais técnica. Para isso, é necessário que saibamos algumas determinações científi cas, para que possamos ter uma visão científi ca da natureza. Portanto, seguem algumas defi - nições úteis para nossa análise: • Matéria: nome dado a todos os tipos de materiais que existem no Universo. Água, por exemplo. • Sistema: parte do Universo selecionada para ser objeto de estudo. Água de um rio, por exemplo. • Corpo: defi nido como uma porção limitada de um sistema e, consequentemente, da matéria. Copo de água, por exemplo. • Objeto: porção limitada de matéria que, por sua forma especial, se presta a determina- do uso. Gelo em cubo, por exemplo. • Substância: material essencial que forma qualquer estrutura da natureza. H 2 O, por exemplo, forma a água, estrutura do cubo de gelo. A partir de agora, para onde quer que olhemos, “enxergaremos” Química, e nossa ava- liação dependerá somente da amplitude de nossa curiosidade. Ou seja, ao olharmos, por exemplo, a paisagem de um litoral com belas praias, podemos concluir que existe a areia (matéria) que as compõe, que a praia mais bonita tem um formato de ferradura (sistema), que esta é constituída de centenas de milhares de minúsculos grãos de areia e que cada grão (corpo) é constituído de sílica (SiO 2 – substância). Defi nição Qu’mica : Ciência responsável pelo estudo das substâncias da natureza e dos elementos que as formam. Avalia as características dessas substâncias e suas eventuais combinações. Trata dos processos de obtenção e identifi cação e também de suas aplicações. Estuda as ligações estabelecidas entre os elementos, bem como a energia envolvida durante essas transformações. Et_EM_1_Cad1_Qui_c01_01a19.indd 11 2/27/18 8:57 AM 12 CAPÍTULO 1 Produto químico faz mal? Algumas pessoas acham que todo produto químico é artificial e faz mal. Assim, uma propaganda que anuncia um “alisante sem química” pretende passar a ideia de um produ- to totalmente natural, sem substâncias perigosas e prejudiciais à saúde. A associação da química com o que é artificial é errada, pois, como vimos, todos os materiais que existem, naturais ou artificiais, são formados por substâncias químicas, e o mal causado por um produto químico – seja natural ou artificial – depende da forma como ele é usado. O caso dos plásticos na natureza Não podemos pensar no nosso dia a dia sem a presença de algum tipo de plástico. Os plásticos fazem parte de um grupo de substâncias formado por materiais orgânicos de constituição macromolecular, dotada de grande maleabilidade (com a qual se conseguem as mais distintas formas), de fácil transformação mediante o emprego de calor e pressão, e que também servem de matéria-prima para a fabricação de vários objetos: vestuário, painéis de automóveis, cortinas, bijuterias e até próteses ósseas. A origem da matéria-prima para a produção dos plásticos geralmente é o petróleo. Este é uma complexa mistura de substâncias químicas, entre as quais se encontram, ma- joritariamente, os hidrocarbonetos (compostos formados exclusivamente pelos elemen- tos químicos carbono e hidrogênio), que se diferem basicamente pela volatilidade, a qual possibilita a separação dos distintos compostos por um processo chamado de destilação fracionada, que será estudado oportunamente. Esses plásticos, conhecidos cientificamente por polímeros, produzidos a partir dessas frações, são subdivididos em termofixos (que podem sofrer decomposição se submetidos a altas temperaturas) e termoplásticos (muito versáteis e de grande facilidade de uso, além de serem recicláveis). Têm as mais variadas aplicações e estruturas, sendo os mais comuns os exemplos que seguem. Politereftalato de etileno: nome científico do PET, um termoplástico que pode ser reduzido a fibras e filmes. É o plástico principal das embalagens com fecho (para alimentos) e das garrafas de refrigerantes. Poliestireno: capaz de formar um plástico rígido e resistente a impactos. Compõe móveis, monitores de computador e TVs, copos plásticos e outros utensílios. Quando aquecido com tipos específicos de gases na mistura, forma o isopor, material leve, moldável e um excelente isolante. Politetrafluoroetileno: nome científico do Teflon®. Este polímero é estável, resistente a altas temperaturas e a várias substâncias químicas. Apresenta uma superfície quase sem atrito. O Teflon® é usado como fita de vedação de roscas de torneiras e em utensílios para a cozinha, canos, revestimentos à prova de água e filmes. Policloreto de vinila: o PVC é um termoplástico que após a produção torna-se frágil. Para corrigirem isso, os fabricantes adicionam um líquido plastificante, tornando-o macio e maleável. O PVC é muito usado em tubulações e encanamentos, por ser durável, de difícil corrosão e mais barato que tubulações metálicas. Alisante sem química O anúncio afirma tratar-se de um alisamento de cabelo “sem química”. Para que tenhamos um bom aproveitamento da matéria “cosmético”, temos de entender que o sistema “alisante” está inserido numa embalagem que constitui o corpo e que é formado, nesse caso, por várias substâncias, entre elas, a glicerina. W ilm a r N u n e s /B IP N o r G a l/ S h u tt e rs to ck P ic s fi v e /S h u tt e rs to ck ta n a p h o n g p ic t/ S h u tt e rs to ck S te lla P h o to g ra p h y /S h u tt e rs to ck g rm a rc /S h u tt e rs to ck Et_EM_1_Cad1_Qui_c01_01a19.indd 12 2/27/18 8:57 AM 13 Q U ÍM IC A Apesar de sua importância para as nossas necessidades diárias, os polímeros sintéti- cos não são biodegradáveis, ou seja, permanecem inalterados, química e fi sicamente, por muitos e muitos anos na natureza após serem jogados fora. O que impede sua degradação é o fato de sua estrutura química não permitir que ocor- ra a necessária absorção de radiação ultravioleta (UV), ou mesmo que sofram decomposi- ção por ação de microrganismos, como bactérias, fungos e algas. Cabe salientar que nos próprios projetos originais de formulação desses materiais ocorre adição de substâncias foto e termoestabilizantes, que atuam para difi cultar sua degradação e atestar seu alto desempenho. Na tentativa de amenizar o problema e reduzir o impacto causado pelo descarte dos utensílios à base de polímeros, a indústria vem atuando na forma de produzir estruturas que agridam menos o meio ambiente. Por exemplo, tenta-se hoje intensifi car a produção das sacolas oxibiodegradáveis, cujo tempo de decomposição é mais rápido, de aproxima- damente 18 meses. Nesse caso, o que poucos sabem é que o material oxibiodegradável contém um aditivo que entra em funcionamento apenas na presençadireta de luz e calor acima de 40 °C, fazendo o plástico se decompor, ou seja, isso só acontece em condições de luz e temperatura específi cas! Portanto, é a reação fotoquímica que promove a degrada- ção por interferência de um fator físico, e não os seres vivos, por isso é errado dizer que tais sacolas são biodegradáveis. Soluções Diante desse cenário, vários estudos com plásticos obtidos de matérias-primas vege- tais ganham espaço, impulsionados tanto pelos preços do petróleo quanto pela crescente consciência ecológica. Assim, além de dispensar o uso do petróleo, uma fonte não renová- vel e sabidamente poluidora, o bioplástico tem a característica de se degradar rapidamen- te. Enquanto o produto tradicional demora até 500 anos para desaparecer na natureza, o bioplástico leva apenas 18 semanas. Pesquisas recentes mostram que já existe a possibilidade de substituição dos “anti- gos” plásticos por novos materiais biodegradáveis, sem perda da qualidade. Como exem- plo, podemos citar novas estruturas que estão sendo testadas com êxito na construção civil, em aplicações como telas de proteção de fachada. No entanto, o maior empecilho ainda é o preço, calculado entre o dobro e o triplo do plástico tradicional, cuja origem é o petróleo. Esse alto custo dos bioplásticos não se justi- fi ca apenas pelo elevado custo da matéria-prima para sua produção; é atribuído, principal- mente, ao baixo volume de sua produção, fato associado à ainda pequena diversidade de aplicação e também à difi culdade no processamento desses polímeros. Contudo, quando os plásticos biodegradáveis apresentarem novas e emergentes aplicações, sua produção certamente vai aumentar. E o planeta agradecerá. 1 Defi nição Biodegradável : todo material que após o seu uso pode ser decomposto de maneira espontânea pela ação do meio ambiente. Curiosidade 1 Tempo de degradação dos materiais Resíduo Tempo de decomposição Jornais de 2 a 6 semanas Embalagens de papel de 1 a 4 meses Guardanapos de papel 3 meses Pano de 6 a 12 meses Pontas de cigarro 2 anos Palito de fósforo 2 anos Chiclete 5 anos Cascas de frutas 3 meses Madeira pintada 13 anos Nylon de 30 a 40 anos Copinhos de plástico de 200 a 450 anos Latas de alumínio de 100 a 500 anos Tampinhas de garrafa de 100 a 500 anos Pilhas e baterias de 100 a 500 anos Garrafas de plástico mais de 500 anos Fralda descartável 600 anos Vidro indeterminado Pneus indeterminado Fonte: GRIPPI, S. Lixo, reciclagem e sua hist—ria: guia para as prefeituras brasileiras. Rio de Janeiro: Interciência, 2001. p. 134. n e v o d k a /S h u tt e rs to ck As garrafas plásticas são feitas de um polímero denominado politereftalato de etileno, cujo tempo de degradação pode chegar a mais de 500 anos. Além disso, podem causar a morte de animais, como a tartaruga, por intoxicação ou mesmo por asfi xia. Et_EM_1_Cad1_Qui_c01_01a19.indd 13 2/27/18 8:57 AM 14 CAPÍTULO 1 Reciclagem do PET no Brasil Características do PET O politereftalato de etileno (PET) é classificado como um polímero termoplástico e pode, por isso, ser reprocessado diversas vezes pelo mesmo processo de transformação ou por outro. Sabe-se que, quando são aquecidos a temperaturas adequadas, esses plásticos tendem a amolecer até chegar à fusão, podendo, então, ser novamente moldados. O PET apresenta algumas características importantes, como: • grande transparência; • resistência a impactos; • mais leveza em relação às embalagens tradicionais; • brilho intenso. As embalagens de PET são ideais para o acondicionamento de alimentos, uma vez que impossibilitam a troca de gases e a absorção de odores externos, mantendo as características originais dos produtos. Além disso, são leves e muito versáteis. Para se encontrar em condições adequadas para a reciclagem – o PET é 100% reciclável –, a embalagem deverá estar amassada, torcida, sem ar e sem resíduos em seu interior. No caso de garrafas, basta torcer e amassar bem o recipiente e depois colocar de volta a tampa de rosca bem vedada, para impedir a entrada de ar. Se a tampa não for de rosca, basta sim- plesmente torcer ou amassar bem a embalagem. Ironicamente, ainda não existe um amassador doméstico desenvolvido para compactar embalagens PET. Características do processo de reciclagem Desde a entrada da embalagem de PET no Brasil, em 1988, são indiscutíveis os benefícios que o consumidor conquistou. Em contrapartida, trouxe também o desafio de sua reciclagem, que fez o brasileiro despertar para a questão do tratamen- to das mais de 200 mil toneladas de lixo descartadas diariamente em todo o país. Com o problema da destinação do lixo batendo à porta, ficou inevitável tratá-lo com responsabilidade. Eis que a reciclagem assumiu um papel vital no equilíbrio economia-natureza. O PET é um dos plásticos mais reciclados em todo o mundo por causa da sua grande variedade de aplicações e de seu baixo custo de reciclagem em comparação a outros polímeros. Tais embalagens, quando recicladas, têm várias vantagens sobre as outras do ponto vista da energia necessária, do consumo de água, do impacto ambiental, dos benefícios sociais, entre outras. Pode-se resumir o processo de reciclagem de qualquer material da seguinte maneira: • Coleta: obtenção do material para reciclagem. • Seleção: separação dos vários tipos de material em classes. • Revalorização: descontaminação e adequação. • Transformação: processo final que gera outro produto vendável. As etapas de coleta e seleção são as que representam o grande desafio da reciclagem do PET descartado. Enquanto a indústria gasta milhões de dólares em logística, distribuição e marketing para que, no final, os consumidores comprem pro- dutos embalados em PET e os levem até suas casas, é a organização adequada da logística para o retorno das embalagens pós-consumo que vai viabilizar a reciclagem de qualquer material, inclusive o PET. Somente nas regiões metropolitanas do Brasil são 15 milhões de domicílios, 50 milhões de pessoas e 6 bilhões de embalagens de PET anualmente. Logo, por não termos uma logística de coleta e seleção eficaz e adequada, por causa da falta de políticas públicas e também da escassa consciência ecológica da sociedade brasileira, o Brasil deixa de economizar 6 bilhões de dólares/ano por não reciclar os materiais presentes nas 200 mil toneladas de lixo geradas diariamente. No fim das contas, isso acaba acarretando, também, um significativo custo ao meio ambiente e às condições sociais de vida da população, o que torna urgente a prática de uma política nacional de resíduos sólidos, de ações estaduais e municipais para a viabilização da logística de coleta e seleção, além do fortalecimento da indústria da reciclagem no Brasil. Benefícios da reciclagem do PET Requer, em média, apenas 30% da energia necessária para a produção de matéria-prima. Reduz o volume de lixo coleta- do, proporcionando melhorias sensíveis no processo de decomposição da matéria orgânica. Economiza energia elétrica e petróleo. Gera empregos (catadores, sucateiros, operários, etc.). Barateia aproximadamen- te 30% o produto, em comparação aos fabricados com matéria-prima virgem. Et_EM_1_Cad1_Qui_c01_01a19.indd 14 2/27/18 8:57 AM 15 Q U ÍM IC A Atividades 16. A produção de plásticos é feita por meio de reações de polimerização. Essas reações utilizam como matéria-prima, principalmente: a) madeira. b) alimentos. c) vidro. d) petróleo. e) óleo mineral. 17. Como podemos defi nir um produto não biodegradável? Quais são os males ao meio ambiente que eles podem causar? 18. Explique por que a capacidade de produzir plásticos foi importante para o desenvolvimento tecnológico e o coti- diano do ser humano. 19. As 4 etapas principais que resumem qualquer processo de reciclagem são, nesta ordem: a) coleta, revalorização, seleção e distribuição. b) coleta, seleção, distribuição e revalorização.c) coleta, seleção, revalorização e transformação. d) coleta, transformação, seleção e distribuição. 13. Defi na, em poucas palavras, o que é um material biode- gradável. Dê dois exemplos. 14. (Fuvest-SP) A embalagem de um produto comestível “na- tural” traz impressos os dizeres: “Isento de elementos químicos”. a) Explique por que essa informação é incorreta. b) Como ela poderia ser enunciada corretamente? 15. (Faap-SP) No texto: “Um escultor recebe um bloco retan- gular de mármore e habilmente o transforma na estátua de uma celebridade do cinema”, podemos identifi car matéria, corpo e objeto e, a partir daí, defi nir esses três conceitos. I. Matéria (mármore): tudo aquilo que tem massa e ocu- pa lugar no espaço. II. Corpo (bloco retangular de mármore): porção limitada de matéria que, por sua forma especial, se presta a um determinado uso. III. Objeto (estátua de mármore): porção limitada de matéria. Assinale: a) se somente a afi rmativa I é correta. b) se somente a afi rmativa II é correta. c) se somente a afi rmativa III é correta. d) se somente as afi rmativas I e II são corretas. e) se as afi rmativas I, II e III são corretas. Et_EM_1_Cad1_Qui_c01_01a19.indd 15 2/27/18 8:57 AM 16 CAPÍTULO 1 20. +Enem [H8] Observe a fi gura, que representa o processo de purifi cação da água para consumo. Reservatório elevado Floculação Decantação Filtração Rede de distribuição Cloro e fl úor Represa AdutoraAdutora de captação Sulfato de alumínio, cal, cloro Canal de água fi ltrada Carvão ativado Areia Cascalho Reservatório de água tratada Fonte: <www.aquastore.com.br/default.aspx?code=62> A importância desse processo reside no fato de que: a) a água é um recurso fundamental e inesgotável, de modo que a sua purifi cação é um processo dispensável. b) a água própria para consumo humano não é abun- dante em todos os territórios do mundo, e sua purifi - cação é um processo estratégico para diversos países. c) a purifi cação é um processo empírico, não dependen- te de conhecimento técnico-científi co. d) o processo esquematizado envolve apenas transfor- mações químicas, não passando por nenhum tipo de processo físico. e) a existência desse processo torna dispensável a preo- cupação com a poluição e as outras formas de perda dos cursos-d’água no mundo. Complementares Tarefa proposta 15 a 24 21. Dê um exemplo de substância que, dependendo do contexto, pode ser benéfica ou trazer prejuízos. Justifique. 22. Classifi que as estruturas a seguir como matéria, sistema, corpo, objeto ou substância. I. Botijão de gás II. Gás III. Oxigênio do ar da cidade de São Paulo IV. Gás de cozinha 23. Qual é uma das principais críticas à utilização de plásticos pelo ser humano? 24. Paracelso, que viveu de 1493 a 1541, afi rmava que “a di- ferença entre um remédio e um veneno está na dose de prescrição”. Cite um exemplo que justifi que essa afi rmação. Tarefa proposta 1. (UFAL) Os hititas, por volta de 2000 a.C., conquistaram o Egito usando armas de ferro superiores às armas egípcias confeccionadas em bronze. Sobre esses materiais pode-se afi rmar corretamente que: a) ferro e bronze são exemplos de substâncias puras. b) o bronze, uma liga de ferro e carbono, é menos resis- tente que o ferro puro. c) o bronze é muito frágil por ser um não metal. d) somente o bronze é um exemplo de substância pura. e) o bronze é uma liga metálica constituída principal- mente de cobre e estanho. 2. A noção de “átomo” foi apresentada por dois fi lósofos gregos. Dê seus nomes e comente sucintamente sobre essa teoria. 3. (Enem) Na fabricação de qualquer objeto metálico, seja um parafuso, uma panela, uma joia, um carro ou um foguete, a metalurgia está presente na extração de metais a partir dos minérios correspondentes, na sua transformação e sua moldagem. Muitos dos processos metalúrgicos atuais têm em sua base conhecimentos desenvolvidos há milhares de anos, como mostra o quadro: Milênio antes de Cristo Método de extração e operação Quinto milênio a.C. Conhecimento do ouro e do cobre nativo Quarto milênio a.C. Conhecimento da prata e das ligas de ouro e prata Obtenção do cobre e chumbo a partir de seus minérios Terceiro milênio a.C. Obtenção do estanho a partir do minério Uso do Bronze Segundo milênio a.C. Introdução do fole e aumento da temperatura de queima Início do uso do ferro Primeiro milênio a.C. Obtenção de mercúrio e dos amálgamas Cunhagem de moedas Podemos observar que a extração e o uso de diferentes metais ocorreram a partir de diferentes épocas. Uma das razões para que a extração e o uso do ferro tenham ocor- rido após a do cobre ou estanho é: a) a inexistência do uso de fogo que permitisse sua mol- dagem. Et_EM_1_Cad1_Qui_c01_01a19.indd 16 2/27/18 8:57 AM 17 Q U ÍM IC A b) a necessidade de temperaturas mais elevadas para sua extração e moldagem. c) o desconhecimento de técnicas para a extração de metais a partir de minérios. d) a necessidade do uso do cobre na fabricação do ferro. e) seu emprego na cunhagem de moedas, em substitui- ção ao ouro. 4. (UEPC-SP) Uma observação é simplesmente um registro do que ocorreu na experiência ou no fenômeno. Uma inter- pretação inclui referência ao signifi cado, a implicações ou a relações indiretas com outras observações. Com relação à combustão de uma vela, qual das afi rmações é mais uma interpretação do que uma observação? a) A parte superior da vela toma a forma de uma concha na qual há um líquido incolor. b) O barbante, ou pavio, acende quando um palito de fósforo aceso fi ca perto dele por alguns segundos. c) A forma da chama assemelha-se a uma lágrima alongada. d) A vela arde, produzindo dióxido de carbono e água. e) A vela arde, fornecendo luz e calor. 5. (Enem) Quando defi nem moléculas, os livros geralmente apre- sentam conceitos como: “a menor parte da substância ca- paz de guardar suas propriedades”. A partir de defi nições desse tipo, a ideia transmitida ao estudante é a de que o constituinte isolado (moléculas) contém os atributos do todo. É como dizer que uma molécula de água possui densidade, pressão de vapor, tensão superfi cial, ponto de fusão, ponto de ebulição, etc. Tais propriedades pertencem ao conjunto, isto é, manifestam-se nas relações que as moléculas mantêm entre si. Adaptado de OLIVEIRA, R. J. O mito da substância. Qu’mica Nova na Escola, n. 1, 1995. O texto evidencia a chamada visão substancialista que ainda se encontra presente no ensino da Química. A se- guir estão relacionadas algumas afi rmativas pertinentes ao assunto. I. O ouro é dourado, pois seus átomos são dourados. II. Uma substância “macia” não pode ser feita de molé- culas “rígidas”. III. Uma substância pura possui pontos de ebulição e fu- são constantes, em virtude das interações entre suas moléculas. IV. A expansão dos objetos com a temperatura ocorre porque os átomos se expandem. Dessas afi rmativas, estão apoiadas na visão substancialis- ta criticada pelo autor apenas: a) I e II. b) III e IV. c) I, II e III. d) I, II e IV. e) II, III e IV. 6. O bronze é uma liga metálica composta, basicamente, de dois metais distintos. Dê o nome desses metais e mais dois exemplos de ligas metálicas. 7. A capacidade do ser humano de fi xar-se a determinados locais em vez de perpetuar o comportamento nômade foi importante para o desenvolvimento tecnológico? Comente. 8. A alquimia antiga teve suas bases determinadas por ideias que vinham da Grécia antiga. Comente sobre alguns fi ló- sofos que contribuíram para as ideias gerais que serviram de base para o desenvolvimento da alquimia. 9. A lei da conservação das massas de Lavoisier está funda- mentada em observações experimentais. Suas conclusões, além de colocarem um ponto fi nal na teoria do fl ogístico, também determinaram uma ruptura com as explicações fi losóficas dos antigos gregos para as transformações da natureza. Assim, que elementos científi cos proporciona- ram a Lavoisier criar tal mudança de paradigma? 10. (Fuvest-SP) Os pratos A e B de uma balança foram equili- brados com um pedaço de papel em cada prato e efetuou- -se a combustão apenas do material contido no prato A. Esse procedimento foi repetido com palha de aço em lugar de papel. Após cada combustão, observou-se: Com papel: Com palha de aço: a) A e B no mesmo nível. A e B no mesmo nível. b) A abaixo de B. A abaixo de B. c) A acima de B. A acima de B. d) A acima de B. A abaixo de B. e) A abaixo de B. A e B no mesmo nível. 11. (Fuvest-SP) O conjunto esquematizado contém inicialmen- te os reagentes A e B separados. Utilizando dois conjuntos desse tipo, são realizados os experimentos 1 e 2, misturan- do-se A e B, conforme descrito a seguir. Experimento 1 Reagente A: solução aquosa de nitrato de prata. Reagente B: pó de cloreto de sódio. Produtos: cloreto de prata sólido e solução aquosa de ni- trato de sódio. Experimento 2 Reagente A: solução aquosa de cloreto de hidrogênio. Reagente B: pó de carbonato de sódio. Produtos: água líquida, gás carbônico e solução aquosa de cloreto de sódio. R e p ro d u ç ã o /F u v e s t R e p ro d u ç ã o /F u v e s t Et_EM_1_Cad1_Qui_c01_01a19.indd 17 2/27/18 8:57 AM 18 CAPÍTULO 1 Designando por I a massa inicial de cada conjunto (antes da mistura) e por F1 e F2 suas massas finais (após mistu- rar), tem-se: a) Experimento 1: F1 = I; experimento 2: F2 = I b) Experimento 1: F1 = I; experimento 2: F2 I c) Experimento 1: F1 = I; experimento 2: F2 , I d) Experimento 1: F1 I; experimento 2: F2 I e) Experimento 1: F1 , I; experimento 2: F2 , I 12. +Enem [H3] Dentro do estudo da Química, existem as chamadas leis ponderais, que regem os princípios definido- res da maneira como as reações químicas se organizam do ponto de vista quantitativo. A lei ponderal da conservação da massa: a) é um conceito que não tem validade atualmente. b) deve-se ao cientista Antoine Lavoisier, tendo sido revisitado e reafirmado pelo conhecimento químico atual. c) afirma que a massa de um átomo é sempre constante, salvo quando o mesmo sofre decaimento radioativo. d) é válida somente para os casos em que um produto gasoso é obtido em um ambiente fechado. e) é um princípio que depende de imaginar experimentos químicos. 13. Você acredita que o ceticismo constitui uma característica importante para o desenvolvimento da Ciência? Defenda sua posição. 14. É uma característica do processo científico: a) A verdade absoluta quanto a fenômenos observados. b) A repetição e reprodutibilidade de experimentos. c) A desorganização criativa. d) A interpretação unilateral de fenômenos observados. 15. A palavra “química” muitas vezes é usada para identificar uma substância artificial. A Química só estuda materiais que não são naturais? Explique. 16. (UPM-SP) Certas propagandas recomendam determinados produtos, destacando que são saudáveis por serem natu- rais, isentos de química. Um aluno atento percebe que essa afirmação é: a) verdadeira, pois o produto é dito natural porque não é formado por substâncias químicas. b) falsa, pois as substâncias químicas são sempre benéficas. c) verdadeira, pois a química só estuda materiais artificiais. d) enganosa, pois confunde o leitor, levando-o a crer que “química” significa não saudável, artificial. e) verdadeira, somente se o produto oferecido não conti- ver água. 17. Existe diferença entre os conceitos de corpo e objeto? Explique. 18. Observe o anúncio exposto na porta de um salão de beleza. Aqui fazemos escova sem química. Faça uma reflexão crítica do significado desse anúncio, explicando uma inconsistência nessa afirmação. 19. (Vunesp) Todos os dias, o lixo é produzido em todas as ci- dades. Existem formas mais adequadas para o encaminha- mento desses resíduos. Isso trará benefício econômico e ambiental. Por exemplo, restos de alimentos, lixo hospita- lar (de clínicas médicas e odontológicas) e resíduos sólidos (vidros, plásticos, papéis, metais) devem ser encaminhados, respectivamente, para: a) usina de compostagem, aterro sanitário e reciclagem. b) biodigestor, lixão e usina de compostagem. c) usina de compostagem, incineração e reciclagem. d) incineração, incineração e lixão. e) lixão, incineração e biodigestor. 20. Comente alguns benefícios trazidos pelos processos de reciclagem. 21. (UPM-SP) Seathl, chefe indígena americano, em seu famoso discurso, discorre a respeito dos sentimentos e dos cuidados que o homem branco deveria ter para com a Terra, à semelhança com os índios, ao se as- senhorear das novas regiões. E ao final, diz: “Nunca esqueças como era a terra quando dela tomaste posse. Conserva-a para os teus filhos e ama-a como Deus nos ama a todos. Uma coisa sabemos: o nosso Deus é o mesmo Deus. Nem mesmo o homem branco pode evitar nosso destino comum”. O discurso adaptado, publicado na revista Norsk Natur, Oslo, em 1974, nunca esteve tão atual. O homem, procu- rando tornar sua vida mais “confortável”, vem destruin- do e contaminando tudo ao seu redor, sem se preocupar com os efeitos desastrosos posteriores. Esses efeitos po- dem ser causados por: I. liberação desenfreada de gases-estufa. II. destruição da camada de ozônio. III. uso descontrolado de agrotóxicos e inseticidas. IV. desmatamento e queimadas. É correto afirmar que contribuem para o agravamento dos problemas as causas citadas em: a) I, II e III, apenas. b) II e III, apenas. c) I e IV, apenas. d) I, II, III e IV. e) II e IV, apenas. 22. As várias vantagens do plástico, como sua durabilidade e resistência à ação de muitos produtos químicos, se trans- formam em desvantagens, quando o objeto de plástico é jogado fora, pelo fato de sua biodegradabilidade ser muito baixa. A fim de que não ocorra poluição ambiental, tem-se recomendado a reciclagem de produtos plásti- cos industriais. Nesse contexto, assinale a alternativa incorreta. a) O objetivo de dar-se o código de identificação aos plásticos é facilitar a sua separação dos outros políme- ros, para serem incinerados. b) A matéria-prima usada na produção de polímeros sin- téticos é não renovável e limitada. Et_EM_1_Cad1_Qui_c01_01a19.indd 18 2/27/18 8:57 AM 19 Q U ÍM IC A c) Na reciclagem de plásticos, os polímeros são trans- formados em novos materiais, menos tóxicos para o ambiente. d) Os produtos obtidos por reciclagem têm uma vida útil mais curta. e) Os cabos de panela feitos com o polímero baquelite podem ser reciclados. 23. (FGV-SP) Segundo relatório sobre o IDH, a proporção de pes- soas que vivem em habitações sem água potável no Bra- sil caiu apenas quatro pontos percentuais: de 17% em 1990 para 13% em 2001. A meta é atingir 8% em 2015. A situação é ainda mais grave se forem levadas em con- ta as diferenças regionais. O acesso à água potável vem crescendo nas áreas urbanas e retrocedendo nas áreas rurais. Em 1990, 46% da população residente no campo não tinham acesso à água. Dez anos depois, o número cresceu para 47%. Fonte: Instituto Brasileiro de Produção Sustentável e Direito Ambiental. Sobre os dados enunciados no texto é válido afi rmar: I. Todos têm acesso à água, porém alguns não recebem água pura, ou seja, água sem qualquer substância quí- mica misturada. II. Parte dos brasileiros não tem acesso à água potável, ou seja, aquela que não possui substâncias tóxicas nem organismos patogênicos. III. 13% dos brasileiros têm acesso à água potável por- que estão na região mais favorecida em termos de mananciais. IV. Brasileiros que vivem nas áreas urbanas podem ter maior acesso à água sem quaisquer elementos noci- vos à saúde do que os que vivem em algumas áreas rurais. A alternativa que contém todas as afi rmações válidas é: a) apenas I. b) apenas I e II. c) apenas I e V. d) apenas II e III. e) apenas II eIV. 24. +Enem [H9] Observe a tabela a seguir. Material Tempo de decomposição* Casca de banana ou laranja de 2 a 24 meses Papel de 3 meses a vários anos Papel plastifi cado de 1 a 5 anos Pano de 6 meses a 1 ano Ponta de cigarro de 3 meses a 20 anos Meias de lã de 10 a 20 anos Chiclete 5 anos Madeira pintada de 13 a 14 anos Fralda descartável 600 anos Nylon de 3 a 30 anos Sacos plásticos de 30 a 40 anos Plástico 450 anos Garrafas plásticas indefi nido Metal mais de 100 anos Couro até 50 anos Borracha tempo indeterminado Alumínio de 80 a 1 000 anos Vidro de 4 mil a 1 milhão de anos Embalagem longa-vida 100 anos Palito de fósforo 6 meses *O tempo de decomposição varia segundo as condições do ambiente em que está. Fonte: <www.lixo.com.br> Os dados da tabela revelam que: a) apenas grandes objetos apresentam tempo de decom- posição prolongado. b) alguns polímeros, como as garrafas plásticas e a bor- racha, estão entre os dejetos que necessitam de mais tempo para serem processados pelo ambiente. c) não há exemplares de lixo orgânico que tenham tem- po de decomposição maior do que alguns dias. d) a maior parte das substâncias feitas ou aprimoradas pelo ser humano decompõe-se rapidamente na natureza. e) não há indícios da necessidade de o ser humano aten- tar-se para as formas corretas de dispensação e mane- jo do lixo. Vá em frente Acesse No link a seguir, você poderá assistir a um episódio da série “Legendas da Ciência”. Nela, os fi lósofos Michel Serres e Robert Pansard-Besson mostram vários experimentos de Newton e Lavoisier e comentam a interação entre as Ciências da Natureza e a Filosofi a. <www.youtube.com/watch?v=bnrSv4ZPQo8>. Acesso em: 4 out. 2017 Autoavaliação: V‡ atŽ a p‡gina 95 e avalie seu desempenho neste cap’tulo. Et_EM_1_Cad1_Qui_c01_01a19.indd 19 2/27/18 8:57 AM ► Perceber que o átomo não é indivisível. ► Relacionar as diferentes características das partículas subatômicas (massa e carga). ► Comparar os conceitos de número atômico e número de massa. ► Reconhecer as semelhanças na composição de átomos e o conceito de íons. ► Aplicar o diagrama das diagonais em qualquer situação-problema. Principais conceitos que você vai aprender: ► Evolução dos modelos atômicos ► Relações entre as partículas subatômicas ► Semelhanças na composição ► Íons ► Distribuição eletrônica ► No infográfi co selecionado para este capítulo, você vai conhecer o átomo e sua estrutura em detalhes. 20 OBJETIVOS DO CAPÍTULO ktsdesign/S h u tte rsto ck 2 ÁTOMO A Suíça abriga a Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear (Cern), um dos maiores centros geradores de conhecimento em Física e Química do mundo. Dentre os vários de- partamentos que formam esse grande centro, o responsável pelo estudo das partículas tem uma das maiores máquinas do mundo: o Large Hadron Collider (ou Grande Colisor de Hádrons). Trata-se do maior acelerador de partículas construído e operante do mundo. Pela colisão entre dois átomos, com incrível precisão, ocorre a fragmentação de toda a es- trutura nuclear atômica, permitindo o estudo individualizado das menores subpartículas que os instrumentos de medição conseguem alcançar. Para conseguirmos reconstruir de forma precisa a estrutura de tudo aquilo que enxer- gamos (ou não) à nossa volta, é necessário, portanto, destruir! Muitas vezes, assim funcio- na o método científi co – os resultados nem sempre partem de experimentos óbvios. • Você consegue pensar em algum processo – na área da saúde, da engenharia, ou algo semelhante – que também necessita de destruição para atingir seu objetivo fi nal? g e n e ra l- fm v /S h u tt e rs to ck Rastreamento de partículas observado do Grande Colisor de Hádrons. Et_EM_1_Cad1_Qui_c02_20a40.indd 20 2/27/18 8:58 AM 21 Q U ÍM IC A Histórico O desenvolvimento do conhecimento científi co encontra referência desde a Antigui- dade até a busca pela pedra fi losofal, pelos alquimistas, durante a Idade Média. Entre propostas e questionamentos, viu-se notável evolução do volume de informações dispo- níveis. Para se ter uma ideia, antes de 1700, Robert Boyle já contrariava a teoria dos qua- tro elementos, defendida por Aristóteles, argumentando que tudo deveria ser realmente formado por átomos, retomando o que originalmente havia sido proposto por Leucipo e seu discípulo, Demócrito, por volta do século V a.C. A partir da segunda metade do século XVIII e por todo o século seguinte, ocorreu um dos mais brilhantes períodos em termos de desenvolvimento científi co de toda a História. Os conceitos das propriedades dos gases, o conhecimento sobre meteorologia, a atmos- fera e a eletricidade, as exigências experimentais de análise e, principalmente, as proposi- ções a respeito da constituição da matéria datam dessa época. Teoria atômica de Dalton Em 1789, ano da publicação de seu livro Tratado elementar de qu’mica, Antoine Lavoi- sier relata que, durante uma transformação química, a massa total permanecia constante. Todavia, por ainda não dispor de informações mais precisas sobre a origem da matéria, nem mesmo Lavoisier, cuja obra origina o que se costuma chamar de “química moderna”, quis se aprofundar no assunto. Logo, seu rigor em afi rmar somente aquilo que poderia ser determinado experimentalmente, fugindo do que era baseado apenas em hipóteses, fez com que suas ideias demorassem um pouco mais para serem integralmente aceitas. Em 1808, baseando-se na lei da conservação da massa e em suas próprias experiên- cias com gases, o inglês John Dalton, professor de ciências, remontou à ideia original dos gregos e posteriormente defendida por Boyle, afi rmando que tudo era constituído por pequenas partículas denominadas átomos, elaborando a primeira teoria atômica. Eis a seguir as defi nições de Dalton. • A matéria seria formada por átomos, que são esferas maciças, indivisíveis, imutáveis, imperecíveis e que não podem ser criadas nem destruídas. • Átomos com tamanhos e massas diferentes apresentariam propriedades diferentes. Átomos com tamanhos e massas iguais e que têm, portanto, as mesmas propriedades seriam átomos de um mesmo elemento. • Os átomos poderiam se unir, formando novas substâncias. • Numa transformação química, os átomos não seriam criados nem destruídos; seriam rearranjados, produzindo outras substâncias. Esse modelo atômico hoje é conhecido como modelo bola de bilhar. De acordo com Dalton, os átomos não são criados nem destruídos numa transforma- ção química – eles são apenas rearranjados. Assim, os átomos que existiam antes conti- nuam existindo depois da transformação e, se os átomos são os mesmos, a massa total também é a mesma. O sucesso da teoria de Dalton acabou com a procura pela pedra fi losofal – aquela que transformaria qualquer metal em ouro. Segundo ele, os átomos são imutáveis, ou seja, um átomo de um elemento não pode ser transformado em outro elemento. Átomos de chum- bo, por exemplo, nunca poderiam ser transformados em átomos de ouro. 1 Dalton concebeu a ideia do átomo sendo uma esfera maciça (como analogia, imagine uma bola de bilhar). Curiosidade 1 Dalton apresentava incapacidade de diferenciar algumas cores, manifestando-se muitas vezes pela difi culdade em distinguir o verde do vermelho. Por ter sido o primeiro cientista a conhecer essa condição de que ele mesmo era portador, esta foi denominada daltonismo. Normalmente tem causa genética, mas lesões de origem neurológica ou nos órgãos responsáveis pela visão também são frequentes. Infelizmente, ainda não existe nenhum tipo de tratamento efi caz contra isso. Defi nição Modelo atômico : forma esquemática, representativa, didática de se apresentar uma ideia sobre a estrutura atômica. B ra v is s im o S /S h u tt e rs to c k Et_EM_1_Cad1_Qui_c02_20a40.indd 21 2/27/18 8:58 AM 22 CAPÍTULO 2 Teoria atômica de Thomson Você já avaliou seu comportamentoquando um novo aluno chega de surpresa e se matricula em sua sala de aula? Qual é a sua primeira impressão? Que tipo de análise você faz a respeito do aluno recém-chegado? Será que você tem informações sufi cientes e ade- quadas para conceituar com precisão tal pessoa nessas condições? De modo geral, fazemos primeiro uma avaliação física da pessoa, não é? Bonita, ma- gra, baixa, etc. Com o convívio, passamos a descobrir novas informações, como seus me- dos, seus sonhos, seus gostos. Com isso, formamos outra impressão dela. Mas isso nunca acaba! Quanto mais informações obtemos, melhores são nossos diagnósticos. Logo, a descoberta de novos “itens” sempre nos faz questionar o modelo determinado anteriormente. Isso também ocorreu com a estrutura do átomo, como veremos a seguir. A descoberta do elétron Considerando-se o fato de que descargas de energia já chamavam a atenção dos cientis- tas desde o século XVII, experimentos realizados na época envolvendo tubos de vidro a baixa pressão e ligados a alguma fonte de cargas teriam como resultado um feixe de luzes no inte- rior do tubo. Assim, à medida que cresciam os estudos com essa energia, chamada de raios catódicos, crescia também o debate científi co sobre a natureza e a constituição desses raios. Alguns cientistas, como William Crookes, defendiam a tese de que esses raios seriam forma- dos por partículas. Em oposição, Eugene Goldstein dizia serem ondas eletromagnéticas. Enfi m, essa foi uma questão bastante debatida no século XIX, só sendo resolvida com a publicação dos trabalhos, em 1897, de J. J. Thomson. Seu estudo consistia em tentar des- viar os raios catódicos por meio de campo elétrico. Se tais desvios fossem observados, isso constituiria uma grande prova de que tais raios tinham cargas elétricas. Como o resultado foi um desvio para o lado positivo, essa observação veio provar que se tratava de partícu- las minúsculas e de carga negativa: os elétrons. 1 Um novo modelo atômico Pense agora: como explicar essa natureza “elétrica” pelo modelo atômico de Dalton? Como dissemos anteriormente, “quanto mais informações obtemos, melhores são nossos diagnósticos”. Fez-se necessário, então, além da criação de um novo conceito de matéria, o desenvolvimento de um novo modelo atômico. Foi o próprio Thomson quem propôs esse novo modelo em 1898. De acordo com ele, o átomo seria uma esfera com elétrons na sua superfície. Para compensar as cargas negati- vas dos elétrons, a esfera teria uma carga positiva sufi ciente para deixar o átomo neutro, e cada elemento químico teria um número diferente de elétrons. Esse modelo é conhecido como “pudim com passas”: a esfera positiva é o pudim e os elétrons que estão sobre ela são as passas. O “pudim com passas” foi bem aceito pelos cientistas da época, que realmente confi a- vam nas ideias de Thomson. Com isso, Thomson escreve novas páginas da história, inse- rindo um novo paradigma da ciência: a divisibilidade da matéria! 2 S c ie n c e M u s e u m , L o n d o n /D io m e d ia Tubo de raios catódicos usados por William Crookes. Observações 1 No fi m do século XVIII, o estadunidense Benjamin Franklin, precursor dos estudos que deram origem ao para-raios, observou que há dois tipos de cargas elétricas na natureza. Essas cargas foram chamadas por ele, arbitrariamente, positivas ou negativas, nomes que são usados até hoje. 2 Os prótons foram descobertos por Eugene Goldstein, em 1886, usando um equipamento chamado tubo de raios canais, no qual era introduzido hidrogênio a baixa pressão, que produzia uma luminosidade por trás de um eletrodo chamado ânodo, que era atraído para um campo elétrico com carga negativa. À menor parte dos raios canais, Eugene Goldstein deu o nome de próton. Elétrons carregados negativamente Esfera carregada positivamente O átomo na visão de Thomson. Defi nição Elemento químico : conjunto de átomos de mesmo número atômico. Et_EM_1_Cad1_Qui_c02_20a40.indd 22 2/27/18 8:58 AM 23 Q U ÍM IC A Teoria atômica de Rutherford Na virada do século XIX para o XX, vendo a descoberta dos raios X e da radioatividade, o químico neozelandês Ernest Rutherford com seus colaboradores, Geiger e Marsden, começaram a trabalhar com emissões radioativas, principalmente aquelas denominadas partícu- las alfa (α). Após alguns experimentos, a equipe de cientistas concluiu que a carga específi ca para as partículas alfa era positiva. Então, como explicar agora a existência de partículas positivas considerando-se o modelo de Thomson? Pensando sobre isso, a equipe de Rutherford preparou o arranjo experimental apresentado ao lado. Uma pequena amostra de polônio, colocada dentro de uma caixa de chumbo, fun- cionava como fonte radioativa, emitindo partículas alfa. Esse feixe incidia sobre uma finíssima folha de ouro. De tão fina, as partículas alfa poderiam atravessá-la comple- tamente, sem dificuldade. As partículas seriam mostradas, então, com a ajuda de um detector de partículas alfa, que consistiria numa camada de composto fluorescente (ZnS). Para ilustrar, a montagem feita por Rutherford simula uma rajada de balas disparada por uma metralhadora numa folha de papel. As balas (na experiência, as partículas alfa) saem da metralhadora (caixa de chumbo) em linha reta em alta velocidade e atravessam a folha de papel (lâmina de ouro). No entanto, esperava-se que apenas a parte do detector de partículas localizada na linha de propagação do feixe fosse marcada, e os resultados até mostraram que a maioria das partículas alfa atravessou a lâmina de ouro sem sofrer desvios. Mas não a totalidade. Surpreendentemente, algumas sofreram desvios, enquanto uma pequena quantidade foi ricocheteada. Partículas alfa Núcleo do átomo Átomo de ouro Assim, se o “pudim com passas” de Thomson não conseguia explicar o que acontecera, deveria ser criado outro modelo. E foi o próprio Rutherford quem propôs um novo modelo atômico em 1911, depois de analisar os resultados de sua experiência e concluir o que se segue. • Como algumas partículas alfa são rebatidas, podemos dizer que elas se chocam com algo de massa maior que a delas. Portanto, o átomo deve ter uma região mais “pesada”. Essa região foi chamada núcleo e tem praticamente toda a massa do átomo. • Se algumas partículas alfa – que são positivas – são desviadas, o núcleo também deve ter carga positiva. As que passam perto do núcleo são desviadas por causa da repulsão entre cargas iguais. • Os elétrons giram numa região praticamente vazia ao redor do núcleo. Como a maio- ria das partículas alfa atravessou diretamente a lâmina de ouro, Rutherford afi rmou que essa região é muito maior que o núcleo. Por meio de cálculos matemáticos, ele estimou que o diâmetro do átomo é 10 mil vezes maior do que o diâmetro do núcleo. Assim sendo, se o diâmetro do núcleo de um átomo fosse de 1 cm (que absurdo!), o diâmetro do átomo seria de 100 m! Ou seja, o átomo é um grande vazio. Novamente, reconhecendo que a ciência está sempre em evolução, concluímos que os resultados dos experimentos de Rutherford provaram de forma cabal a descontinuidade da matéria! Espalhamento das partículas alfa na lâmina de ouro, de acordo com Rutherford, provando que o átomo não é maciço. O modelo atômico proposto por Rutherford é conhecido como modelo sistema solar, em que o núcleo seria o Sol e os planetas girariam ao redor do núcleo. Caixa de chumbo Feixe de partículas α Fonte de partículas α Folha de ouro Tela fluorescente Et_EM_1_Cad1_Qui_c02_20a40.indd 23 2/27/18 8:58 AM 24 CAPÍTULO 2 Partículas atômicas Com base nesse novo modelo atômico, podemos perceber que a maior contribuição de Rutherford para o conhecimento do átomo é, sem dúvida, a divisão de sua estrutura em duas partes distintas: núcleo e eletrosfera. As informações a respeito da eletrosfera eram poucas e dizia-se, então, que os elétrons giravam aleatoriamenteao redor do núcleo. Estudos posteriores demonstraram que o núcleo do átomo apresentava dois tipos fundamentais de partículas: os prótons, partículas relativamente pesadas e que eram responsáveis pela característica positiva observada na experiência de Rutherford, e os nêutrons, de carga neutra e de massa praticamente idêntica à dos prótons. Resumidamente, podemos dizer que os elétrons apresentam carga negativa e giram ao re- dor do núcleo, numa região periférica do átomo chamada eletrosfera, e os prótons e os nêutrons estão no núcleo, na região central do átomo. Cada próton tem carga exatamente igual à do elé- tron, porém de sinal contrário; logo, no átomo considerado neutro, o número de prótons presen- tes no núcleo será igual ao número de elétrons que circundam a eletrosfera. Veja, no quadro a seguir, as características das diferentes partículas, em relação à carga elétrica e à massa relativa. Partícula Carga elétrica (coulomb) Massa relativa Núcleo (região central) Prótons +1,6 . 10–19 C 1 Nêutrons – 1 Eletrosfera (região periférica) Elétrons –1,6 . 10–19 C 1 1 840 1 Número atômico (Z) Número atômico é o número de prótons no núcleo de um átomo. Como várias proprie- dades dependem desse número, ele é considerado a “identidade” do átomo. Assim, todos os átomos que apresentarem o mesmo número atômico serão átomos do mesmo elemento químico. Para um átomo eletricamente neutro, o número de carga positivas – prótons – tem de ser igual ao número de cargas negativas – elétrons. Assim, podemos escrever: Z = p = e–. Cada elemento é representado por um símbolo, formado por uma letra maiúscula ou por uma letra maiúscula e uma minúscula, com base no nome do elemento. Veja alguns exemplos: Número atômico 1 6 8 11 16 20 Elemento Hidrogênio Carbono Oxigênio Sódio Enxofre Cálcio Símbolo H C O Na S Ca 1 Número de nêutrons (n) Corresponde à quantidade de nêutrons no núcleo do átomo. É uma propriedade que não aparece representada junto ao símbolo do elemento. Número de massa (A) É a soma do número de prótons (Z) com o número de nêutrons (n) no núcleo de um átomo: A = Z + n ou A = p + n Usamos a representação a seguir para mostrar, ao mesmo tempo, o elemento químico, seu número atômico e seu número de massa. A Z X número de massa número atômico símbolo do elemento químico ou Z XA Nessa representação, X é o símbolo do elemento químico. Por exemplo, a representa- ção de um átomo de carbono, que emite radiação β, cujo número atômico é igual a 6 e cujo número de massa é 14 seria: C 6 14 2 Atenção 1 Elétron: descoberto em 1897, por J. J. Thomson. Próton: descoberto em 1886, por Eugene Goldstein, e confi rmado em 1904, por Ernest Rutherford. Nêutron: descoberto em 1932, por James Chadwick. Curiosidade 1 Os símbolos dos elementos, muitas vezes, são derivados de seu nome em latim. Exemplo: sódio – símbolo: Na; origem: natrium, que signifi cava o que hoje conhecemos como carbonato de sódio. 2 O que é conhecido hoje por radioatividade é a emissão espontânea de partículas e/ou onda eletromagnética pelo núcleo de um átomo. Ocorre por existir um excesso de matéria e/ou energia num espaço muito pequeno. Trata-se de um fenômeno exclusivamente nuclear, ou seja, não acontece na eletrosfera. Essas radiações, em quantidades elevadas, são muito perigosas aos seres vivos, chegando ao limite de destruição dos tecidos. Em contrapartida, quando convenientemente dosadas, podem ser usadas na medicina, por exemplo, no tratamento de algumas espécies de câncer, atuando na destruição das células cancerosas. Símbolo de radiação. Et_EM_1_Cad1_Qui_c02_20a40.indd 24 2/27/18 8:58 AM 25 QU ÍM IC A Decifrando o enunciado Lendo o enunciado Partícula fundamental: for- mada por outras partículas. Partícula elementar: forma- rá uma partícula fundamental. Carga de 1 próton: +e Carga de 1 nêutron: zero Carga de 1 quark up: + 2 3 e Carga de 1 quark down: − 1 3 e As partículas fundamentais (prótons e nêutrons) são formadas por partículas menores, denominadas quarks. Logo, podemos afi rmar que tais partículas são subatômicas. Os seis quarks existentes no modelo atual, e suas respectivas cargas, estão apresentados na tabela a seguir. Quark Up Down Charm Strange Top Bottom Carga + 2 3 e − 1 3 e + 2 3 e − 1 3 e + 2 3 e − 1 3 e Na formação de uma partícula fundamental, os quarks devem se combinar de tal forma que o total da carga seja um valor inteiro. Sabendo que os prótons e nêutrons são for- mados, exclusivamente, por 3 quarks do tipo up e/ou down, determine quais e quantos quarks são necessários para a formação de um próton e um nêutron. Resolução A quantidade total de quarks para formação de um próton ou de um nêutron é igual a 3. Assim, teremos: Formação de um próton: + + − 2 3 e 2 3 e 1 3 e = e Logo, teremos dois quarks up e um down. Formação de um nêutron: + − − 2 3 e 1 3 e 1 3 e = 0 E se fosse possível? Tema integrador Trabalho, ciência e tecnologia Se algumas partículas não apresentam massa, mas estão presentes em grande número, como podemos sentir seus efeitos? Interação A denominação Física moderna refere-se à Física desenvolvida nas três primeiras décadas do século XX. Pode ser dividida em dois grandes tópicos: teoria da relatividade, proposta por Einstein, e teoria quântica, que tem Max Planck como grande incentivador. Mais detalhes sobre os aspectos históricos, o comportamento e as características das partículas subatômicas serão estudados na disciplina de Física, unidade 12. Propriedades interat™micas Átomos diferentes podem ter mesmo número de prótons, nêutrons, elétrons ou mes- mo número de massa. Vamos conhecer cada um desses casos. Isotopia Átomos com o mesmo número atômico, ou seja, átomos do mesmo elemento químico, mas com números de massa diferentes, são chamados isótopos. Os isótopos são átomos com propriedades químicas iguais, porque são átomos de um mesmo elemento químico, mas com propriedades físicas diferentes, porque são átomos cujo número de nêutrons é diferente. Veja o exemplo do elemento urânio, que tem três isótopos encontrados na natureza: U 92 234 U 92 235 U 92 238 O nome do isótopo é o nome do próprio elemento, seguido do seu número de massa. Assim, os isótopos de urânio são: urânio-234, urânio-235 e urânio-238. Os isótopos do hidro- gênio são os únicos que recebem nomes especiais: 1 1 H Hidrogênio leve ou prótio 0 nêutron abundância natural: 99,99% 2 1 H Hidrogênio pesado ou deutério 1 nêutron abundância natural: 0,0026% 3 1 H Trítio, trício ou tritério 2 nêutrons abundância natural: traços Et_EM_1_Cad1_Qui_c02_20a40.indd 25 2/27/18 8:58 AM 26 CAPÍTULO 2 Isobaria Átomos que têm o mesmo número de massa, mas com números atômicos diferentes (por- tanto, átomos de elementos químicos diferentes), são chamados isóbaros. Veja os exemplos: 14 6 C 8 nêutrons 14 7 N 7 nêutrons Isotonia Átomos com o mesmo número de nêutrons, mas com número atômico e número de massa diferentes, são chamados isótonos. Veja os exemplos: 19 9 F 10 nêutrons 20 10 Ne 10 nêutrons Cálculo do número de nêutrons: A = Z + n s n = A – Z Para o F: n = 19 – 9 = 10 Para o Ne: n = 20 – 10 = 10 1 Íons Sabe-se que, em um átomo, os elétrons apresentam carga negativa e os prótons, carga positiva. Quando o número de elétrons for igual ao número de prótons, a carga total do átomo será nula, pois as cargas positivas dos prótons neutralizam as cargas negativas dos elétrons. Pode-se dizer que um átomo nessa situação está eletricamente neutro. Os átomos, em determinadas situações, po- dem ganhar ou perder elétrons. Quando isso acontece, ocorrerá um desequilíbrio de cargas e o átomo deixa de ser eletricamente neutro e pas- sa a ter carga elétrica. Nesse caso ele será deno- minado de íon. Quando um átomo se transforma em um íon, seu núcleo permanece inalterado. Ao receberelétrons, um átomo eletrica- mente neutro passa a ter excesso de cargas negativas, ou seja, transforma-se em um íon negativo, sendo denominado ânion. Ao perder elétrons, um átomo eletricamente neutro pas- sa a ter excesso de prótons, isto é, transforma- -se em um íon positivo que recebe o nome de cátion. Veja os exemplos ao lado. Isoeletrônicos Átomos e íons que têm o mesmo número de elétrons são chamados isoeletrônicos. Veja os exemplos: 39 19 K+ 18 elétrons 32 16 S2− 18 elétrons 40 18 Ar 18 elétrons Resumidamente, as propriedades interatômicas podem ser apresentadas da seguinte maneira: 1 çtomos Isótonos Mesmo número de prótons (Z) Mesmo número de nêutrons (n) Mesmo número de massa (A) Mesmo número de elétrons (e) Isóbaros IsoeletrônicosIsótopos Observação 1 As propriedades físicas e químicas dos isóbaros e isótonos são diferentes porque são elementos químicos diferentes, logo são átomos diferentes. Atenção 1 Na formação de um íon, somente o número de elétrons muda; o número de prótons permanece o mesmo. 37 17 Cl 20 nêutrons 17 prótons 17 elétrons 37 17 Cl− 20 nêutrons 17 prótons 18 elétrons Acrescentando 1 elétron Indica excesso de 1 carga negativa. Excesso de 1 carga negativa. Partículas nucleares não sofrem alteração. Átomo neutro Ânion 23 11 Na 12 nêutrons 11 prótons 11 elétrons 23 11 Na+ 12 nêutrons 11 prótons 10 elétrons Retirando 1 elétron Indica excesso de 1 carga positiva. Excesso de 1 carga positiva. Partículas nucleares não sofrem alteração. Átomo neutro Cátion Et_EM_1_Cad1_Qui_c02_20a40.indd 26 2/27/18 8:58 AM 27 Q U ÍM IC A Atividades 4. (Fuvest-SP) O átomo constituído de 17 prótons, 18 nêu- trons e 17 elétrons apresenta, respectivamente, número atômico e número de massa iguais a: a) 17 e 17. b) 17 e 18. c) 18 e 17. d) 17 e 35. e) 35 e 17. 5. Para o átomo representado a seguir, 238 92 U, pedem-se: a) o número atômico; b) o número de massa; c) o número de prótons; d) o número de elétrons; e) o número de nêutrons; f) o total de partículas com carga positiva; g) o total de partículas sem carga; h) o total de partículas. 1. (Unifor-CE) Os átomos: I. diferem de elemento para elemento; II. são as unidades envolvidas nas transformações químicas; III. são indivisíveis; IV. consistem de unidades com um núcleo e uma eletros- fera onde se localizam os elétrons. Dessas afi rmações, estão incluídas na teoria atômica de Dalton (1808), somente: a) I b) I e II c) III e IV d) II, III e IV e) I, II e III 2. (UFJF-MG) Associe a coluna da esquerda, que descreve os modelos atômicos, com a da direita, em que se encontram os cientistas que os propuseram. A. Os átomos são partículas esfé- ricas, maciças e indivisíveis. I. Modelo atômico de Rutherford B. O átomo é formado por uma “pasta” positiva recheada por elétrons de carga negativa. II. Modelo atômico de Dalton C. O átomo é formado por um pe- queno núcleo denso e positivo e por elétrons que giram em torno desse núcleo. III. Modelo atômico de Thomson A alternativa correta é: a) A-I, B-II, C-III b) A-II, B-III, C-I c) A-III, B-I, C-II d) A-III, B-II, C-I e) A-II, B-I, C-III 3. (UFVJM-MG) Em relação à estrutura atômica, pode-se afi rmar que a massa do átomo: a) está igualmente repartida entre o núcleo e as camadas eletrônicas. b) está toda concentrada nos prótons. c) está toda concentrada nos elétrons. d) está praticamente toda concentrada no núcleo. Et_EM_1_Cad1_Qui_c02_20a40.indd 27 2/27/18 8:58 AM 28 CAPÍTULO 2 6. (Ufac) Dois átomos X e Y são isótopos, tais que + X3x 2 7x e + + Y2x 7 7x 2 . Os números de massa e de prótons dos átomos X e Y são: a) 17 X35 e 17 Y17. b) 17 X35 e 17 Y40. c) 17 X35 e 17 Y38. d) 17 X35 e 17 Y37. e) 17 X38 e 17 Y39. 7. (UFVJM-MG) O elemento “A”, de número atômico 11, é isótopo de “B” que tem 13 nêutrons, e isótono de “C” de Z = 12. O elemento “B” é isóbaro de “C”. Qual o número de massa de “A”? a) 20 b) 21 c) 22 d) 23 e) 24 8. +Enem [H24] Em uma brincadeira, Júlia e Marcos coleta- ram, individualmente, várias pedrinhas amarelas e pretas que guardaram em sacos plásticos. Ficou acordado que as pedrinhas amarelas representariam os prótons e as pretas representariam os nêutrons de átomos representados pelos sacos. Em determinado momento, Júlia disse: — Olha só! Se você me der duas pedrinhas amarelas, nos- sos átomos se tornarão isótopos! Marcos, então, respondeu: — Sim, mas se você me der 1 pedrinha preta, nossos áto- mos se tornarão isóbaros! Sabendo-se que Júlia tinha 28 pedrinhas amarelas e Marcos 21 pedrinhas pretas, qual é o número de pedrinhas amarelas de Marcos e pedrinhas pretas de Júlia, respectivamente? a) 30 e 27. b) 32 e 28. c) 30 e 28. d) 32 e 27. e) 32 e 26. Complementares Tarefa proposta 1 a 8 9. (Fuvest-SP) Thomson determinou, pela primeira vez, a relação entre a massa e a carga do elétron, o que pode ser considerado como a descoberta do elétron. É reco- nhecida como uma contribuição de Thomson ao modelo atômico: a) o átomo ser indivisível. b) a existência de partículas subatômicas. c) os elétrons ocuparem níveis discretos de energia. d) os elétrons girarem em órbitas circulares ao redor do núcleo. e) o átomo possuir um núcleo com carga positiva e uma eletrosfera. 10. (U. F. Lavras-MG) Observe a representação de um elemento químico (X) e marque a alternativa correta. A Z X A = número de massa; Z = número atômico. a) O resultado (A – Z) é igual ao número de nêutrons no núcleo. b) O número A serve para identifi car o elemento químico. c) O número de nêutrons dos isótopos A Z Cl e A Z Ca é diferente. d) Se o elemento X tem A = 80, ele tem 40 prótons. 11. (FEI-SP) Um íon de carga –3 tem o mesmo número de elétrons que um certo átomo neutro cujo número atômico é 14. Sabendo-se que o íon possui 20 nêutrons, o número atômico e o número de massa do átomo que dá origem a esse íon são, respectivamente: a) 11 e 31 b) 14 e 34 c) 17 e 37 d) 37 e 17 e) 34 e 14 12. (Emescam-ES) Um íon com carga 2+ apresenta um total de 15 elétrons e o seu número de prótons é duas unidades menor que seu número de nêutrons. Logo, o número de massa do elemento é de: a) 17 b) 21 c) 32 d) 36 e) 39 Et_EM_1_Cad1_Qui_c02_20a40.indd 28 2/27/18 8:58 AM 29 QU ÍM IC A Teoria atômica de Rutherford-Bohr Em 1913, o dinamarquês Niels Bohr aprimorou o modelo atômico de Rutherford, ana- lisando o espectro do átomo de hidrogênio, explicando como os elétrons estão distribuí- dos ao redor do núcleo. 1 Assim como Rutherford, Bohr disse que os elétrons têm trajetórias circulares ao re- dor do núcleo. Nomeou cada trajetória circular como órbita, ou seja, os elétrons estão em órbitas circulares (denominadas camadas ou níveis) e afi rmou que um elétron fi ca no mesmo nível enquanto em movimento. Se esse elétron recebe energia, ele “muda” para um nível mais distante do núcleo (diz-se que o elétron está em um estado excitado). Essa situação é instável, ou seja, o elétron tende a voltar para níveis mais internos. Para que isso aconteça, é necessário liberar a energia recebida. 1 Veja esses saltos eletrônicos nas fi guras a seguir. Absorve energia Libera energia na forma de f—ton A B Isso acontece nos fogos de artifício: durante a queima, os elétrons dos átomos das substâncias usadas nos fogos recebem energia, fi cam excitados e “saltam” para outro ní- vel (A). Para voltar ao nível original, cada elétron libera essa energia na forma de luz (B). Dependendo da substância usada, haverá luzes de cores diferentes. Interação As transições eletrônicas que originam os fótons são resultado da interação entre a radiação e a matéria, assunto que será estudado em Física, unidade 8, capítulos 2 e 3. G in o S a n ta M a ri a /S h u tt e rs to c k Atenção 1 Postulados de Bohr ► Primeiro postulado: os elétronsmovem-se em órbitas de trajetória circular ao redor do núcleo. ► Segundo postulado: somente certas órbitas são permitidas e, ao circular em uma mesma órbita, o elétron não emite nem absorve energia. ► Terceiro postulado: ao mudarem de órbita, os elétrons absorvem ou emitem uma quantidade de energia bem defi nida denominada quantum. Observação 1 O modelo proposto por Bohr também é conhecido como modelo de Rutherford-Bohr. As diferentes cores dos fogos de artifício são decorrentes das transições eletrônicas que acontecem em vários elementos químicos. Et_EM_1_Cad1_Qui_c02_20a40.indd 29 2/27/18 8:58 AM 30 CAPÍTULO 2 A estrutura da eletrosfera A grande contribuição de Bohr para o entendimento do átomo foi o estudo da estrutu- ra da eletrosfera. Como vimos, os elétrons presentes nessa região estão distribuídos em camadas, defi nidas cada uma por uma quantidade específi ca de energia, sendo mais bem denominadas de níveis de energia. 1 Para os elementos químicos conhecidos até então, seus átomos apresentam eletrosfe- ras com, no máximo, sete níveis de energia (ou camadas eletrônicas). Assim, os níveis são classifi cados em ordem crescente de energia, do centro para a extremidade do átomo, sendo representados por números de 1 a 7. Correspondentemente, as camadas eletrôni- cas são concebidas em ordem crescente de distância do núcleo, sendo estas denomina- das por letras maiúsculas, do K ao Q. Segue uma representação esquemática da eletrosfera incluindo a quantidade máxima de elétrons que pode ocorrer em cada nível (camada) para os elementos químicos conhecidos. Ordem crescente de energia Núcleo Camadas eletrônicas Níveis de energia Capacidade eletrônica K L M N O P Q 1 2 3 4 5 6 7 2 8 18 32 32 18 8 Os números da capacidade eletrônica aplicam-se aos elementos conhecidos até o momento. O número máximo teórico obedece à equação de Rydberg (X = 2 ∙ n2: 2 – 8 – 18 – 32 – 50 – 72 – 98), em que n é o número de camadas eletrônicas. Posteriormente, percebeu-se que cada um desses níveis de energia apresentava sub- divisões, podendo ser formados por um ou mais subníveis. São conhecidos quatro sub- níveis de energia, designados pelas letras minúsculas s (sharp), p (principal), d (difuse) e f (fundamental). A tabela a seguir mostra os subníveis conhecidos e o número máximo de elétrons que cada um comporta. Subnível Número máximo de elétrons s 2 p 6 d 10 f 14 Na tabela a seguir, estão relacionados os subníveis presentes em cada nível de ener- gia, respeitando-se a capacidade eletrônica de cada um. Assim, por exemplo, o nível 3 tem uma capacidade total de 18 elétrons. Dessa forma, apresenta em sua estrutura os subní- veis s (2 elétrons), p (6 elétrons), d (10 elétrons) e f (14 elétrons). Esse raciocínio é válido para a composição de todos os níveis. Repare que na coluna dos subníveis aparece um número na frente de cada letra minúscula indicando o nível a que ele pertence. Isso deve ser res- peitado para todos os subníveis. Nível de energia Camada eletrônica Subníveis 1 K 1s 2 L 2s 2p 3 M 3s 3p 3d 4 N 4s 4p 4d 4f 5 O 5s 5p 5d 5f 6 P 6s 6p 6d 7 Q 7s 7p Observação 1 Por causa de sua grande energia em comparação a sua pequeníssima massa, o elétron se “confunde”, às vezes, entre ser partícula ou onda eletromagnética. Isso lhe confere a condição de partícula dual, ou seja, pode ser considerado uma partícula ou uma onda eletromagnética. Assim, quando tratamos a eletrosfera por camadas, estamos tratando o elétron como corpo; quando a tratamos por níveis, ele é considerado energia. Niels Bohr (1885-1962), prêmio Nobel de Física em 1922, aplicou conceitos quânticos, para explicar o movimento dos elétrons na eletrosfera. R e p ro d u ç ã o /C o le ç ã o P a rt ic u la r Et_EM_1_Cad1_Qui_c02_20a40.indd 30 2/27/18 8:58 AM 31 Q U ÍM IC A Distribuição eletrônica Como os elétrons se encontram distribuídos na eletrosfera? Sabe-se que um princípio fundamental de estabilidade das estruturas é que estas apresentam a menor quantidade de energia possível. Decorre daí o fato de os elétrons ocuparem preferencialmente os sub- níveis de menor energia. Depois de muito estudo, o químico estadunidense Linus Pauling propôs um dia- grama, também conhecido como diagrama das diagonais, em que as setas indicam a ordem crescente de energia dos subníveis, conhecido por diagrama das diagonais de Pauling. Assim, podemos interpretar a representação abaixo da seguinte maneira: Quantidade de elétrons Subnível de energia Nível de energia p3 6 Observando o diagrama, percebemos que o subnível de menor energia é o 1s e o de maior energia é o 7p (conhecido até o momento). Quando os elétrons estão nos subníveis de menor energia, dizemos que o átomo está no estado fundamental. Assim, podemos observar a distribuição eletrônica de diversas maneiras, como no esquema a seguir. Pela distribuição em ordem de energia: 26 Fe: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 Número de elétrons no subnível de maior energia Subnível de maior energia Pela distribuição em ordem geométrica: 26 Fe: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2 Subnível mais externo (mais afastado do núcleo) Camada Elétrons Nível s Número de elétrons no subnível mais externo 1 2 3 4 2 8 14 2 K L M N s s s s Para a distribuição do ferro, podemos inferir ainda: • nível de valência (nível mais afastado do núcleo) s 4 • camada de valência (camada mais afastada do núcleo) s N Vamos conhecer a distribuição eletrônica por ordem de energia dos subníveis de al- guns elementos. Para o hidrogênio (H), com Z = 1, temos 1s1. Para o hélio (He), com Z = 2, temos 1s2. No caso do lítio (Li), com Z = 3, os primeiros dois elétrons estão no subnível 1s; o tercei- ro elétron deve fi car no subnível 2s (o seguinte na ordem de energia); portanto, a distribui- ção eletrônica do lítio é 1s2 2s1. Veja, a seguir, outros exemplos. Carbono (C) Z = 6: 1s2 2s2 2p2 Enxofre (S) Z = 16: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 Cálcio (Ca) Z = 20: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 1 Rutênio (Ru) Z = 44: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d6 No caso do rutênio, o subnível 5s aparece antes do subnível 4d. Podemos reescrever essa distribuição colocando juntos os subníveis pertencentes à mesma camada. Assim, teremos a distribuição eletrônica do rutênio por ordem de distância (geométrica): 44 Ru: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 3d10 4s2 4p6 4d6 5s2 2 1 Esta representação mostra que existem 6 elétrons no subnível p do 3º nível de energia (3ª camada). 3d10 4d10 4f14 5f145d10 6d10 4p6 5p6 6p6 7p67s2 6s2 5s2 4s2 3s2 2s2 1s2 3p6 2p6 As setas mostram o sentido em que aumenta a energia do subnível. Observações 1 Quando um subnível atinge sua capacidade máxima, preenchemos o subnível imediatamente posterior na ordem crescente de energia, mesmo que esse último nível fi que incompleto. 2 O cerne de um átomo indica sua distribuição eletrônica. É muito usado para simplifi car a distribuição eletrônica de átomos. Isso signifi ca que o símbolo [Ne], por exemplo, indica a confi guração eletrônica de um átomo de neônio: 1s2 2s2 2p6. Assim, ao escrever que a confi guração de um átomo de 17 Cl é [Ne] 3s2 3p5, estamos escrevendo de forma resumida a confi guração eletrônica do cloro, que é 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5. Costuma-se chamar o símbolo [Ne] de cerne de átomo de neônio. Atenção 1 A distribuição eletrônica em ordem de distância sempre será baseada nos níveis de energia, não necessariamente em ordem crescente dos subníveis. Et_EM_1_Cad1_Qui_c02_20a40.indd 31 2/27/18 8:58 AM INFO + ENEM 32 CAPÍTULO 2 H á muito tempo o átomo perdeu o rótulo de partícula elementar e indivisível que conservou durante muitos anos. Entretanto, apesar de hoje em dia sabermos que ele é formado por partículas menores que podem se dividir em outras mais elementares, o átomo continua sendo considerado como a porção mínimade um elemento químico que conserva as particularidades de tal elemento. Por exemplo, o átomo de ouro é a menor porção de matéria que conserva as propriedades do ouro. Se este se divide, os prótons, elétrons e nêutrons resultantes não se diferenciam em nada dos que formam os átomos de outros elementos. Um sistema em miniatura Os átomos são formados por três tipos de partículas: os prótons, os nêutrons e os elétrons, que se diferenciam entre si, especialmente, pelo tipo de carga elétrica que apresentam. Os dois primeiros (prótons e nêutrons) formam o núcleo atômico. Os elétrons, em contrapartida, orbitam ao redor dos núcleos em velocidades muito altas. Elétrons Orbitam ao redor do núcleo e sua carga é negativa. São muito menores do que os prótons e os nêutrons. Um átomo eletricamente neutro tem tantos elétrons em órbita quanto prótons em seu núcleo. O número atômico O número de prótons (+) defi ne o número atômico. Por exemplo, o nitrogênio, que tem 7 prótons. Níveis de energia Os elétrons se agrupam em camadas localizadas a diferentes distâncias do núcleo. Dois elétrons de uma mesma camada orbitam a igual distância do núcleo, apesar de as órbitas serem diferentes. Núcleo É formado por prótons (de carga positiva) e nêutrons (de carga neutra), que geralmente se apresentam em quantidades semelhantes. Segunda camada Admite até 8 elétrons. Primeira camada Admite até 2 elétrons. Apesar de, neste esquema, as órbitas serem semelhantes, na verdade podem ser mais ou menos excêntricas. É o número de prótons, nêutrons e elétrons que o hidrogênio apresenta, sendo o elemento mais leve e abundante da natureza. 1 Próton Nêutron JOSEPH JOHN THOMSON Nascido em 1856, esse físico britânico descobriu o elétron, em 1897, acontecimento que provocou enormes consequências para a Ciência, já que confi rmava a suspeita de que o átomo não era uma entidade indivisível como se havia acreditado durante muitos anos. Apesar de Thomson ter até conseguido calcular a massa do elétron, ele não foi capaz de gerar um modelo convincente de estrutura atômica, trabalho que completaram seus colegas anos mais tarde. Morreu em 1940 e obteve o prêmio Nobel de Física em 1906 por suas experiências sobre a passagem de eletricidade através dos gases. O ‡tomo Et_EM_1_Cad1_Qui_c02_20a40.indd 32 2/27/18 8:58 AM 33 Acesse a questão Info + Enem e mais conteúdos do exame utilizando seu celular. Saiba mais em <www.plurall.net>. © S o l 9 0 I m a g e s Os isótopos Em alguns casos, apesar de os átomos do mesmo elemento terem o mesmo número de prótons, podem diferenciar-se na quantidade de nêutrons. Assim, trata-se de isótopos que, inclusive, costumam ter propriedades muito diferentes entre si. Cálculo de probabilidades A partir de desenvolvimentos científi cos mais complexos, como a Mecânica Quântica e o princípio de incerteza, entre outros, considera-se impossível medir a posição exata de um elétron em determinado momento. Por isso, a representação de um átomo com seus elétrons pode ser mais exata se for usado um esquema de “probabilidades”, ou seja, de todos aqueles lugares nos quais é possível encontrar os elétrons em um dado momento. Quarks Ligados entre si por forças muito poderosas, jamais se encontram “livres” na natureza. Podem ser separados por uma fração de segundo durante os choques de partículas sob altas energias que se produzem nos aceleradores de partículas. Glúons São partículas sem massa nem carga elétrica que interagem com os quarks e são, em parte, responsáveis para que se mantenham unidos. As forças que mantêm os elétrons orbitando ao redor do núcleo são as mais poderosas da natureza. ISÓTOPOS DO OXIGÊNIO O oxigênio, que apresenta em seu núcleo 8 prótons e 8 nêutrons, além de 8 elétrons em órbita, tem 3 isótopos conhecidos estáveis e 14 instáveis. Um isótopo, o oxigênio-18, tem 8 prótons e 10 nêutrons, além de 8 elétrons em órbita. O isótopo radiativo oxigênio-12 tem 8 prótons e somente 4 nêutrons, além de 8 elétrons em órbita. Cálculo de probabilidades para o átomo de hidrogênio, que apresenta um único elétron. 90% da probabilidade total Quase todo o espaço que um átomo ocupa corresponde às órbitas dos elétrons. A maioria de sua massa concentra-se no núcleo. Se um átomo tivesse o tamanho de uma bola de golfe, o elétron giraria a uma d istância semelhante à altura da Torre Eiffel: 324 m. Para se ter uma ideia de tamanho, na superfície da cabeça de um alfi nete existem, em média, 10 bilhões de átomos. Os prótons e os nêutrons por dentro Durante muito tempo se pensou que os prótons e nêutrons eram partículas elementares e indivisíveis. Hoje, sabe-se que cada um é formado por três quarks unidos entre si por glúons. Os elétrons, em contrapartida, são partículas elementares e indivisíveis. elétrons juntos ocupam o espaço de apenas um próton. O diâmetro de um átomo é, em média, 0,0000001 mm. 1 840 8 nêutrons 8 nêutrons 8 nêutrons 4 nêutrons 8 nêutrons 10 nêutrons Et_EM_1_Cad1_Qui_c02_20a40.indd 33 2/27/18 8:58 AM 34 CAPÍTULO 2 Contextualize O que são e para que servem os aceleradores de partículas? Eles são os maiores laboratórios já construídos pelo homem. Por fora, parecem grandes túneis, que podem ser retos ou em forma de anel e ter vários quilômetros de extensão. Dentro deles, as partículas que compõem os átomos – como prótons e elé- trons – são aceleradas a velocidades próximas à da luz. Durante o trajeto pelo grande túnel, elas se chocam contra obstáculos ou até mesmo umas com as outras. Para quê? Para os cientistas entenderem melhor os mais ínfi mos componentes da matéria. Os quarks, por exemplo, que formam prótons e nêutrons, só foram descobertos em aceleradores. Só com esse tipo de equipamento é possível quebrar partículas incrivelmente densas e milhões de vezes menores que o átomo. Por um lado, dá para dizer que os aceleradores são uma espécie de gigantesco microscópio, já que permitem ao observador saber o que há dentro das menores partículas. Por outro, podem ser considerados um tipo de máquina do tempo. Afi nal, eles nos mostram do que era composto o universo antes de os próprios átomos terem se formado. Outra função desse sofi sticado equipamento é pesquisar o que acontece no mundo das velocidades relativísticas – assim chamadas por causa da Teo- ria da Relatividade, criada pelo grande físico alemão Albert Einstein (1879-1955). A famosa teoria prevê acontecimentos bizarros para a matéria caso sua velocidade chegue próxima à da luz. Nessas condições, as partículas fi cam com massa 20 vezes maior e vivem dez vezes mais tempo. Para um múon, tipo de partícula que vive só dois milionésimos de segundo, isso é pouco. Mas se fosse possível manter um ser humano a essa velocidade ele teoricamente viveria quase 1 000 anos! Enfi m, apenas os grandes aceleradores são capazes de trazer para a prática esse mundo pra lá de estranho das teorias físicas. Aceleradores menores, do tamanho de uma sala, têm outras aplicações. Eles criam jatos de partículas úteis, por exemplo, na medicina. “Um tumor de câncer pode ser combatido com feixes de prótons criados em aceleradores”, diz o físico Alejandro Szanto, chefe do Departamento de Física Nuclear da Universidade de São Paulo (USP). Disponível em: <https://mundoestranho.abril.com.br/ciencia/o-que-sao-e-para-que-servem-os-aceleradores-de-particulas>. Acesso em: 19 set. 2017. Globo da ciência e inovação no centro de pesquisa da Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear (antigo Cern), onde está situado o Grande Colisor de Hádrons (LHC). Interior do Grande Colisor de Hádrons. 1. A palavra ‡tomo quer dizer partículas indivisíveis. A partir do átomo de Thomson, sabemos que o átomo é divisível e formado por partículas ainda menores, chamadas de partículas elementares. Cite o nome de três dessas partículas. 2. Admitindoque um átomo de hidrogênio tem diâmetro de 10,6 ⋅ 10-11 m, qual seria o raio dentro do Grande Colisor de Hádrons? 3. Além de pesquisas científi cas para determinar a composição da matéria, esses equipamentos e similares podem ser usados para melhorar as condições da sociedade humana. Cite pelo menos um uso que justifi que isso. Distribui•‹o eletr™nica de ’ons Como vimos, um átomo pode ganhar ou perder elétrons, formando íons. Lembrando que, se um átomo ganha elétrons, fi ca com excesso de carga negativa, porque haverá mais elétrons que prótons. Nesse caso, dizemos que se forma um ânion, ou seja, um íon com carga negativa. Se um átomo perde elétrons, fi ca com excesso de carga positiva, porque haverá mais prótons que elétrons. Nesse caso, dizemos que se forma um cátion, ou seja, um íon com carga positiva. Para conhecermos a distribuição eletrônica de um íon, devemos antes fazer a distri- buição para o átomo neutro e, em seguida, transformá-lo em íon, adicionando ou retiran- do elétrons sempre na camada de valência. D o m in io n a rt /S h u tt e rs to ck B o g d a n K h m e ln y ts k y i/ S h u tt e rs to ck Et_EM_1_Cad1_Qui_c02_20a40.indd 34 2/27/18 8:58 AM 35 Q U ÍM IC A Atenção 1 Cuidado com a distribuição eletrônica de cátions de átomos com muitos elétrons. Tomemos como exemplo o ferro (Fe). ERRADO!! CERTO!! Cátion Átomo Cátion Átomo 26 Fe: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 26 Fe2+: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d4 26 Fe: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 Retiram-se 2 elétrons da camada mais distante. Retiram-se 2 elétrons do subnível de maior energia. 26 Fe2+: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 Distribuição eletrônica de ânions • Fazer a distribuição do átomo neutro. • Acrescentar os elétrons ganhos em ordem crescente de energia de subníveis. Por exemplo: 9 F: 1s2 2s2 2p5 9 F–: 1s2 2s2 2p6 Acrescenta-se 1 elétron. Átomo Flúor (F) Oxigênio (O) Ânion 8 O: 1s2 2s2 2p4 8 O2–: 1s2 2s2 2p6 Acrescentam-se 2 elétrons. Átomo Ânion Distribuição eletrônica de cátions • Fazer a distribuição do átomo neutro. • Retirar os elétrons perdidos em ordem decrescente de distância de camadas. Por exemplo: 11 Na: 1s2 2s2 2p6 3s1 11 Na+: 1s2 2s2 2p6 Retira-se 1 elétron. Retiram-se 2 elétrons. Átomo Sódio (Na) Cálcio (Ca) Cátion 20 Ca: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 20 Ca2+: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 Átomo Cátion 1 Atividades 13. (UFPR) De acordo com o modelo atômico de Bohr, elétrons giram ao redor do núcleo em órbitas específi cas, tais como os planetas giram em órbitas específi cas ao redor do Sol. Diferentemente dos planetas, os elétrons saltam de uma órbita específi ca para outra, ganhando ou perdendo ener- gia. Qual das afi rmações a seguir está em discordância com o modelo proposto por Bohr? a) Ao saltar de uma órbita mais próxima do núcleo para outra mais afastada, o elétron absorve energia. b) Ao saltar de uma órbita mais afastada do núcleo para outra mais próxima, o elétron emite energia. c) Dentro de uma mesma órbita, o elétron se movimenta sem ganho ou perda de energia. d) O processo no qual o elétron absorve energia sufi cien- te para escapar completamente do átomo é chamado ionização. e) O modelo proposto é aplicado com êxito somente ao átomo de hidrogênio. 14. (UnB-DF) Julgue (V ou F) os itens a seguir: ( ) O modelo atômico de J. J. Thomson foi rejeitado de- pois que se comprovou, experimentalmente, a exis- tência dos núcleos dos átomos. ( ) Os experimentos de Rutherford estabeleceram que os elétrons são partículas constituintes de todos os átomos. ( ) De acordo com o modelo atômico proposto por Niels Bohr, os elétrons podem ocupar órbitas, de quais- quer raios, ao redor do núcleo. ( ) O modelo atômico de Dalton incluiu a noção de eletrosfera. Et_EM_1_Cad1_Qui_c02_20a40.indd 35 2/27/18 8:58 AM 36 CAPÍTULO 2 15. (UFPR) Sobre o modelo atômico de Niels Bohr, proposto em 1913, indique a alternativa correta. a) No átomo, somente é permitido ao elétron estar em certos estados estacionários, e cada um desses estados possui uma energia fixa e definida. b) Quando um elétron passa de um estado estacionário de baixa energia para um de alta energia, há a emissão de radiação (energia). c) O elétron pode assumir qualquer estado estacionário permitido sem absorver ou emitir radiação. d) No átomo, a separação energética entre dois estados estacionários consecutivos é sempre a mesma. e) No átomo, o elétron pode assumir qualquer valor de energia. 16. (FEI-SP) Sabendo-se que o subnível mais energético de um átomo é o 4s1, determine: a) o número total de elétrons; b) o número de camadas da eletrosfera. 17. (Ufla-MG) Temos as seguintes configurações eletrônicas dos átomos A, B, C, D e E no estado fundamental. A. 1s2 2s2 B. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 C. 1s2 2s2 2p5 D. 1s2 2s2 2p6 E. 1s2 2s2 2p6 3s2 É correto afirmar que: a) o átomo que tem mais elétrons na última camada ele- trônica é o D. b) o átomo C apresenta 3 camadas eletrônicas ocupadas. c) o átomo A tem o mesmo número de camadas eletrô- nicas que o átomo E. d) o átomo B tem 3 elétrons na última camada eletrônica. e) os átomos A e E têm suas últimas camadas eletrônicas completas. 18. (ITE-SP) Sabendo que o número atômico do ferro é 26, responda: Na configuração eletrônica do íon Fe3+, o último subnível ocupado e o número de elétrons do mesmo são, respectivamente: a) 3d, com 6 elétrons b) 3d, com 5 elétrons c) 3d, com 3 elétrons d) 4s, com 2 elétrons 19. (PUC-RS) Quando se salpica um pouco de cloreto de sódio ou bórax diretamente nas chamas de uma lareira, obtêm- -se chamas coloridas. Isso acontece porque nos átomos dessas substâncias os elétrons excitados: a) absorvem energia sob forma de luz, neutralizando a carga nuclear e ficando eletricamente neutros. b) retornam a níveis energéticos inferiores, devolvendo energia absorvida sob forma de luz. c) recebem um quantum de energia e distribuem-se ao redor do núcleo em órbitas internas. d) emitem energia sob forma de luz e são promovidos para órbitas mais externas. e) saltam para níveis energéticos superiores, superando a carga nuclear e originando um ânion. Et_EM_1_Cad1_Qui_c02_20a40.indd 36 2/27/18 8:58 AM 37 QU ÍM IC A 20. +Enem [H17] A imagem apresentada faz alusão a um modelo que tenta dar sentido à forma como o átomo e seus componentes organizam-se no espaço. Esse modelo é conhecido como: a) modelo de Dalton, que considera os átomos como grãos de areia em uma praia. b) modelo de Thomson, que considera os átomos esferas maciças incrustradas de prótons, nêutrons e elétrons. c) modelo de Rutherford, que considera que as estrelas são grandes átomos com planetas orbitando à sua volta. d) modelo de Thomson, que considera que a massa dos átomos é constante quando estes participam de uma reação química. e) modelo de Rutherford, que considera os átomos como grandes espaços vazios, com núcleo denso positivo e elétrons orbitando o núcleo. Complementares Tarefa proposta 9 a 24 21. (UEPG-PR) O conhecimento atômico atual é fruto de mui- tos estudos anteriores. A seguir estão descritas algumas conclusões sobre os estudos da estrutura atômica. I. Quando um elétron do átomo recebe energia, salta para um nível de maior energia e, quando retorna ao nível anterior, cede a energia recebida sob forma de radiação eletromagnética (Bohr). II. Rutherford, ao fazer incidir partículas radioativas em uma lâmina de ouro, observou que a maioria das par- tículas atravessava a lâmina, algumas se desviavam e poucas se refl etiam. III. Átomos do mesmo elemento químico apresentam a mesma massa (Dalton). Nesse contexto, dê a soma dos números dos itens corretos. (01) A afi rmação II permitiu concluir que no centro do átomo existe um núcleo pequeno e denso. (02) Os estudos de Bohr implicaram o modelo de partícu- la-onda para o elétron. (04) A afi rmação II permitiu concluir queno átomo há grandes espaços vazios. (08) A afi rmação III está incorreta, o que pode ser com- provado pela existência dos isótopos. (16) Os fogos de artifício e os letreiros de neon são aplica- ções do princípio de Bohr. 22. (UFPE) Em 1913, Niels Bohr propôs um modelo para o átomo de hidrogênio que era consistente com o modelo de Rutherford e explicava o espectro do átomo daquele elemento. A teoria de Bohr já não é a última palavra para a compreensão da estrutura do átomo, mas permanece como o marco do advento da teoria atômico-quântica. Em relação aos postulados e aplicações dessa teoria, jul- gue (V ou F) os itens a seguir. I. O elétron movimenta-se ao redor do núcleo em órbi- tas circulares. II. Somente um número limitado de órbitas com deter- minadas energias é permitido. III. Ocorre necessariamente emissão de luz quando o elé- tron salta de uma órbita para outra. IV. A teoria de Bohr explica com precisão, exclusivamen- te, o espectro do átomo de hidrogênio. V. A teoria de Bohr pode ser aplicada com sucesso na interpretação do espectro de íons como He+ e Li2+, que contêm um único elétron. 23. (Fuvest-SP) Considere os seguintes elementos e seus res- pectivos números atômicos: I) Na(11) II) Ca(20) III) Ni(28) IV) Al (13) Dentre eles, apresenta (ou apresentam) elétrons no subní- vel d de suas confi gurações eletrônicas apenas: a) I e IV b) III c) II d) II e III e) II e IV 24. (UFRGS-RS) Assinale a alternativa que apresenta correta- mente os símbolos das espécies que possuem, respectiva- mente, as seguintes confi gurações eletrônicas: I. [Ar] 4s2 3d10 4p4 II. [Ar] 4s1 3d10 III. [Ne] 3s2 3p5 Dados: Números atômicos: Ne (Z = 10), Cl (Z = 17), Ar (Z = 18), Cu (Z = 29), Zn (Z = 30), As (Z = 33), Se (Z = 34) a) Se, Zn, Cl b) Se, Cu, Cl c) As–, Zn, Cl d) As, Cu+, Cl– e) As, Zn2+, Cl– Et_EM_1_Cad1_Qui_c02_20a40.indd 37 2/27/18 8:58 AM 38 CAPÍTULO 2 Tarefa proposta 7. (FEI-SP) Um átomo do elemento Y apresenta número atô- mico igual a (2x – 6) e número de massa igual a (x + 25). Sabendo-se que este átomo possui 20 nêutrons no interior do seu núcleo, pede-se determinar o número de elétrons presentes no íon Y2–. a) 12 b) 14 c) 18 d) 20 e) 24 8. +Enem [H17] + + Cátodo Ânodo Sombra Amostra de sulfeto de zinco Para vácuo Alta tensão – – – + A fi gura é um esquema do funcionamento de um tubo de raios catódicos, usado por Thomson no desenvolvimento de sua teoria sobre a organização do átomo. Esse modelo atômico: a) foi o primeiro a usar a palavra átomo para fi ns de nomenclatura. b) teve como ideia inédita a hipótese de os átomos apre- sentarem natureza elétrica. c) previa que os átomos eram todos iguais entre si, tra- tando-se de esferas maciças e indivisíveis. d) entendia que o átomo tem um núcleo e uma eletros- fera contendo elétrons. e) trouxe o conceito da existência de uma partícula sem carga, denominada nêutron. 9. (PUC-MG) Relacione a primeira e a segunda colunas, as- sociando os nomes dos cientistas aos modelos atômicos. 1. Dalton 2. Rutherford 3. Niels Bohr 4. J. J. Thomson A. Descoberta do átomo e seu tamanho relativo. B. Átomos esféricos, maciços, indivisíveis. C. Modelo semelhante a um “pudim com passas” com carga positiva e negativa em igual número. D. Os elétrons giram em torno do núcleo em determina- das órbitas. a) 1 - 2 - 4 - 3 b) 1 - 4 - 3 - 2 c) 2 - 1 - 4 - 3 d) 3 - 4 - 2 - 1 e) 4 - 1 - 2 - 3 1. (UPM-SP) Se o isótopo do chumbo que apresenta número de massa 210 forma íons Pb2+ e Pb4+, que possuem respec- tivamente 80 e 78 elétrons, então o número de nêutrons desse átomo neutro é: a) 138 b) 130 c) 132 d) 128 e) 158 2. (UFV-MG) O enxofre é um elemento químico vital para o organismo humano, encontrado em ossos, gorduras, queratina da pele, cabelos e unhas. Os isótopos de enxofre existentes na natureza são os seguintes: 32 16 S 33 16 S 34 16 S 36 16 S Considerando o átomo neutro de enxofre, assinale a afi r- mativa correta. a) O 36S apresenta 16 elétrons e 20 prótons. b) O 33S apresenta 17 elétrons e 16 prótons. c) O 34S apresenta 17 nêutrons e 17 elétrons. d) O 32S apresenta 16 prótons e 16 nêutrons. 3. (Unifor-CE) O modelo do átomo nuclear foi resultado de uma das interpretações dos experimentos de: a) Rutherford. b) Faraday. c) Chadwick. d) Thomson. e) Lavoisier. 4. (Urcamp-RS) Considerando a experiência de Rutherford, assinale a alternativa verdadeira: a) A experiência constitui em bombardear películas me- tálicas delgadas com elétrons. b) Algumas partículas alfa foram desviadas do seu trajeto devido à atração exercida pelo núcleo positivo do metal. c) Observando o espectro de difração das partículas alfa, Rutherford concluiu que o átomo é nucleado. d) Essa experiência permitiu descobrir os elétrons e sua massa relativa. e) Rutherford desconhecia a natureza das partículas alfa. 5. (UFGD-MS) Assinale a alternativa que corresponde apenas a espécies isoeletrônicas, independentemente dos proces- sos que as originaram. a) 10 Ne0; 11 Na1+, 9 F1–, H 2 O b) 18 Ar0; 17 Cl1– 16 S2–, 19 K2+ c) 33 As2–, 34 Se2–, 35 Br1–, 36 Kr0 d) 51 Sb3–, 52 Te2–, 53 I0, 54 Xe1− e) CO; NO; FO; N 2 6. (Vunesp) Dentre as alternativas abaixo, indicar a que con- tém a afi rmação correta: a) Dois átomos que possuem o mesmo número de nêu- trons pertencem ao mesmo elemento químico. b) Dois átomos com o mesmo número de elétrons em suas camadas de valência pertencem ao mesmo elemento químico. c) Dois átomos que possuem o mesmo número de pró- tons pertencem ao mesmo elemento químico. d) Dois átomos com iguais números de massa são isótopos. e) Dois átomos com iguais números de massa são alótropos. A B C Et_EM_1_Cad1_Qui_c02_20a40.indd 38 2/27/18 8:58 AM 39 Q U ÍM IC A 10. (Aman-SP) O elemento hipotético com número atômico (Z = 116) apresenta na camada mais externa (camada de valência) um número de elétrons igual a: a) 2 b) 4 c) 6 d) 8 e) 18 11. (PUCC-SP) A corrosão de materiais de ferro envolve a trans- formação de átomos do metal em íons (ferroso ou férrico). Quantos elétrons há no terceiro nível energético do átomo neutro de ferro? Dado: 26 Fe. a) 2 b) 14 c) 18 d) 6 e) 16 12. (UFRGS-RS) Sobre o elemento químico hidrogênio são feitas as seguintes afi rmações: I. Apresenta apenas 1 elétron em sua camada de valên- cia; sendo, portanto, um metal alcalino. II. Ao ganhar um elétron, adquire confi guração eletrôni- ca semelhante à do gás nobre hélio. III. Os átomos do isótopo mais abundante não apresen- tam nêutrons em seu núcleo. Quais estão corretas? a) Apenas II. b) Apenas I e II. c) Apenas I e III. d) Apenas II e III. e) I, II e III. 13. (UCDB-MS) Considere as seguintes afi rmações: I. Rutherford propôs um modelo atômico no qual os átomos seriam constituídos por um núcleo muito denso e carregado positivamente, onde praticamente toda a massa estaria concentrada. Ao redor do nú- cleo, estariam distribuídos os elétrons. II. No modelo de Rutherford-Bohr, os elétrons encon- tram-se em órbitas circulares ao redor do núcleo; os elétrons podem ocupar somente órbitas com determi- nadas quantidades de energia. III. Se um elétron passa de uma camada para outra mais afastada do núcleo, ocorre absorção de energia. Assinale a alternativa correta, a respeito dessas afir- mações. a) Todas estão corretas. b) Somente I e III estão corretas. c) Somente II e III estão corretas. d) Somente I está correta. e) Somente I e II estão corretas. 14. (FEI-SP) Num exercício escolar, um professor pediu a seus alunos que imaginassem um átomo que tivesse número atômico igual ao seu número de chamada e número de nêutrons 2 unidades a mais que o número de prótons. O aluno número 15 esqueceu de somar 2 para obter o número de nêutrons e, consequentemente, dois alunos imaginaram átomos isóbaros. Determine os númerosde chamada dos alunos com quem este fato ocorreu. 15. (Unimontes-MG) Alguns sais de metais, quando aqueci- dos, apresentam coloração característica. Essa proprie- dade pode ser usada para a obtenção das diversas cores vistas na queima de fogos de artifício. Sais de chumbo (Pb), por exemplo, têm coloração azul, quando aqueci- dos. Considere o elemento químico chumbo nas suas formas: Pb82 204 Pb82 206 Pb82 207 Pb82 208 Sobre as propriedades desse elemento e a cor dos seus sais de metais, quando aquecidos, é incorreto afi rmar que: a) os sais do Pb82 208 não apresentam coloração azul ao serem aquecidos. b) a confi guração eletrônica dos quatro isótopos do chumbo é a mesma. c) o isótopo Pb82 204 possui a menor densidade entre os quatro isótopos. d) as propriedades químicas dos quatro isótopos do chumbo são idênticas. 16. (UEPG-PR) Quando um átomo está eletricamente neutro, ele possui prótons e elétrons em igual número. Contudo, quando um átomo neutro perde ou ganha elétrons, ele se transforma em um íon. Baseado nisso, assinale o que for correto. (01) Um íon negativo é chamado de ânion e um íon posi- tivo é chamado de cátion. (02) Quando o átomo neutro de sódio origina seu cátion monovalente, observa-se a diminuição de uma uni- dade em sua massa atômica. (04) O cátion Ca2+ ( 20 Ca) é constituído por 20 prótons e 18 elétrons. (08) Para Cl, Z = 17, a distribuição eletrônica do ânion Cl– é 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6. Dê a soma dos números dos itens corretos. 17. (Ueba) O número de elétrons do cátion X3+ é igual ao número de prótons do átomo Y, que por sua vez é isótopo do átomo W, que apresenta número atômico e número de massa, respectivamente, 36 e 84. O número atômico do elemento X é: a) 33 b) 36 c) 39 d) 45 e) 51 18. (UEL-PR) Dentre os números atômicos 23, 31, 34, 38, 54, os que correspondem a elementos químicos com dois elé- trons de valência são: a) 23 e 38. b) 31 e 34. c) 31 e 38. d) 34 e 54. e) 38 e 54. Et_EM_1_Cad1_Qui_c02_20a40.indd 39 2/27/18 8:58 AM 40 CAPÍTULO 2 19. (PUC-RS) 1. Átomo como partícula descontínua com eletrosfera dividida em níveis de energia. 2. Átomo como partícula maciça indivisível e indestrutível. 3. Átomo como modelo probabilístico sem precisão es- pacial na localização do elétron. 4. Átomo como partícula maciça com carga positiva in- crustada de elétrons. 5. Átomo formado por núcleo positivo com elétrons gi- rando ao seu redor na eletrosfera. A alternativa que corresponde cronologicamente à evolu- ção do modelo atômico é: a) 2 – 4 – 1 – 3 – 5 b) 2 – 4 – 5 – 1 – 3 c) 3 – 1 – 5 – 4 – 2 d) 4 – 1 – 5 – 3 – 2 e) 4 – 5 – 2 – 1 – 3 20. (ITA-SP) Um átomo de hidrogênio com o elétron inicial- mente no estado fundamental é excitado para um estado com número quântico principal (n) igual a 3. Em correlação a este fato qual das opções a seguir é a correta? a) Este estado excitado é o primeiro estado excitado per- mitido para o átomo de hidrogênio. b) A distância média do elétron ao núcleo será menor no estado excitado do que no estado fundamental. c) Será necessário fornecer mais energia para ionizar o átomo a partir deste estado excitado do que para ioni- zá-lo a partir do estado fundamental. d) A energia necessária para excitar um elétron do estado com n = 3 para um estado com n = 5 é a mesma para excitá-lo do estado com n = 1 para um estado com n = 3. e) O comprimento de onda da radiação emitida quando este elétron retornar para o estado fundamental será igual ao comprimento de onda da radiação absorvida para ele ir do estado fundamental para o mesmo estado excitado. 21. (Fuvest-SP) Supondo que 1 nêutron apresenta massa 1 kg, qual seria a massa de um átomo com 11 prótons, 12 nêu- trons e 11 elétrons? a) 1 kg b) 11 kg c) 12 kg d) 23 kg e) 34 kg 22. (Uesc-BA) As partículas Ne, F–, Na+, O2– e Mg2+ são isoele- trônicas, isto é, possuem as mesmas configurações ele- trônicas. Dentre elas, a que apresenta maior número de prótons é: a) Ne b) F– c) O2– d) Mg2+ e) Na+ 23. (IMT-SP) A distribuição eletrônica no último nível de um certo íon X2+ é 3s2 3p6. Qual o número atômico desse íon? Qual a distribuição eletrônica do último nível do íon As3–, cujo número atômico é 33? 24. +Enem [H15] Analise o espectro de ondas de três ele- mentos. H He Hg l = comprimento de onda 1 nm = 10–9 m l, nm 400 500 600 700 A partir do espectro de linhas apresentado, segundo o modelo atômico proposto por Bohr: a) ao mudar de órbita o elétron mantém o seu estado de energia. b) um átomo tem certo número de órbitas, com energia constante, onde os elétrons movimentam-se sem va- riação de energia. c) os elétrons se organizam em camadas circulares ao re- dor do núcleo, sendo que cada camada abriga apenas 2 elétrons. d) o átomo é uma esfera sem carga e a emissão de ondas justifica-se pela colisão dos elétrons na eletrosfera. e) quando um átomo é exposto a uma fonte de ener- gia, os elétrons saltam para órbitas mais próximas do núcleo. Vá em frente Acesse <www.e-quimica.iq.unesp.br/index.php?option=com_content&view=article&id=72:experimento-de-rutherford&catid=36: videos&Itemid=55> e <http://e-quimica.iq.unesp.br/index.php?option=com_content&view=article&id=73:experimento-de- thonson>. Acesso em: 24 set. 2017. Assista aos vídeos dos modelos atômicos de Thomson e Rutherford para conhecer como eram os equipamentos usados por esses cientistas ao formularem suas teorias atômicas. Autoavaliação: Vá até a página 95 e avalie seu desempenho neste capítulo. Et_EM_1_Cad1_Qui_c02_20a40.indd 40 2/27/18 8:58 AM ► Estabelecer relações entre a estrutura da tabela periódica e a distribuição eletrônica em subníveis. ► Classifi car os elementos químicos sob diversos parâmetros. ► Reconhecer as principais propriedades periódicas e relacioná-las às propriedades das substâncias químicas. Principais conceitos que você vai aprender: ► Grupo ► Período ► Metal e ametal ► Raio atômico e raio iônico ► Energia de ionização ► Afi nidade eletrônica e eletronegatividade 41 3 CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA DOS ELEMENTOS OBJETIVOS DO CAPÍTULO QU ÍM IC A Jason W inte r/S h u tte rsto ck De fato, a minha tabela periódica escolar não trazia fotografi as de cada elemento. Só fui perceber que aquelas cifras possuíam uma substância real diante da enorme tabela dos ele- mentos químicos que costumava fi car exposta no Museu de Ciências de Londres. Esta tinha espécimes reais. Em cada retângulo da malha familiar havia uma pequena bolha de vidro, dentro da qual uma amostra do elemento relevante tremeluzia ou se aninhava. [...] Eles eram quase todos cinzentos, ainda que uma coluna com cobre, prata e ouro desse algum colorido; que os não metais, mais variados em cor e textura, fi cavam no canto superior direito. Com isso, tive de começar a minha própria coleção, o que não seria fácil. Poucos elementos são encontrados em estado puro na natureza. Em geral, estão quimicamente contidos em minerais e minérios. [...] Defi nitivamente, aquilo era um aperfeiçoamento do Museu de Ciências. Eu não só podia ver os meus próprios espécimes de perto como também manuseá-los e sentir se eram mornos ou frios ao toque – um lingote brilhante de estanho, que fora um rolo de solda antes que eu o fundisse num pequeno recipiente de cerâmica, era incrivelmente pesado. Hist—rias peri—dicas: a curiosa vida dos elementos, de Hugh Aldersey-Williams. p. 15. • No texto, o autor traz algumas impressões sobre as características de elementos de uma tabela periódica diferente. Você é capaz de imaginar outras propriedades que diferenciam os elementos químicos? M o m o ta ro u 2 0 1 2 /M u s e u N a c io n a l d e C iê n c ia N a tu a l, T ó q u io , J a p ã o . Et_EM_1_Cad1_Qui_c03_41a61.indd 41 2/27/18 8:59 AM 42 CAPÍTULO 3 A tabela periódica Devemos ter em mente que a tabela periódica é um instrumento deconsulta e, por isso, é ela que deve nos fornecer as informações das quais necessitamos. Para conseguir- mos entender essas informações, precisamos compreender como elas serão reveladas pela tabela. Por exemplo, precisamos conhecer todos os livros de uma biblioteca quando queremos apenas um? Precisamos conhecer todas as casas de uma cidade se queremos encontrar apenas uma específi ca? Então, precisamos mesmo conhecer todos os elemen- tos da tabela periódica? O que precisamos é saber como é que essas informações – a biblioteca, as ruas e, no nosso caso, a tabela periódica – estão organizadas. Conhecendo a estrutura, fi ca fácil en- contrar a informação desejada. 1 Histórico Até 1650, eram apenas 11 os elementos químicos conhecidos: prata, arsênio, ouro, carbo- no, cobre, estanho, ferro, mercúrio, enxofre, chumbo e antimônio. No começo do século XIX, porém, esse número já tinha sido triplicado, o que fez com que os químicos buscassem formas de organizar os elementos, levando em consideração suas características e suas propriedades, criando classifi cações e tabelas que pudessem facilitar a utilização das in- formações adquiridas até então. O químico alemão Johann Döbereiner, em 1829, verifi cando que poderia reunir os ele- mentos químicos em grupos de três, por causa de suas propriedades semelhantes, organi- zou o que se pode considerar a primeira classifi cação científi ca dos elementos químicos: as tríades. Tríades de Döbereiner Tríade 1 Tríade 2 Tríade 3 Lítio (Li) Cloro (Cl) Fósforo (P) Sódio (Na) Bromo (Br) Arsênio (As) Potássio (K) Iodo (I) Antimônio (Sb) Em 1862, Béguyer de Chancourtois desenvolveu o parafuso telúrico, uma estrutura em forma de linha espiralada ao redor de um cilindro, na qual ele dispunha os elementos com caracte- rísticas semelhantes sobre uma mesma linha vertical. Esse dis- positivo, no entanto, funcionava bem apenas até o elemento de número atômico 40, deixando de atender a outros 20 elementos conhecidos na época. Logo depois, em 1866, John Newlands, músico e cientista, propôs organizar os elementos em grupos de sete, colocan- do-os em ordem crescente de massas atômicas, de modo tal que as propriedades químicas do 1º eram semelhantes às do 8º, às do 15º, e assim por diante, como acontece com as sete notas musicais. Essa classificação recebeu o nome de lei das oitavas. Apesar de a comparação entre química e mú- sica ter sido ridicularizada na época, percebeu-se, mais tar- de, que a lei das oitavas foi importante para a classificação dos elementos, ao mostrar que havia periodicidade em suas propriedades. Enquanto na Alemanha, em 1869, Lothar Meyer mostrava, por meio de gráfi cos, que propriedades físicas dos elementos – como ponto de fusão e densidade – variavam de acordo com suas massas atômicas, o químico russo Dmitri Ivanovich Mendeleev apresen- tava uma classifi cação dos elementos na qual os distribuía em ordem crescente de massa atômica, deixando, porém, alguns lugares vagos, que, segundo ele (e acertadamente!), per- tenceriam a elementos químicos ainda desconhecidos. Atenção 1 Não será preciso decorar a tabela periódica! H Li Be C N O O Na Mg Si P S 0 2 4 6 8 10121416 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 0 2 1412 M a ss a a tô m ic a S e m e lh a n çaPlanificado Massa atômica 10 4 6 8 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 H Li O Na Parafuso telúrico de Chancourtois. Defi nição Periodicidade : fenômeno que se repete em intervalos regulares ao longo das linhas horizontais da tabela periódica. Et_EM_1_Cad1_Qui_c03_41a61.indd 42 2/27/18 8:59 AM 43 Q U ÍM IC A Com seus trabalhos, Mendeleev anunciou a lei periódica segundo a qual as proprieda- des físicas e químicas dos elementos são dependentes de suas massas atômicas. A partir daí, os elementos foram organizados numa estrutura dividida em linhas retas e colunas, fi cando nas verticais os elementos com propriedades semelhantes. 1 Henry G. J. Moseley, em 1913, verifi cou que as propriedades periódicas de um elemento químico dependiam do número de prótons do núcleo (número atômico – Z) e, assim, corri- giu algumas poucas falhas da tabela de Mendeleev, colocando os elementos organizados em ordem crescente de número atômico, chegando-se, então, à tabela periódica atual. Tabela periódica dos elementos 1 Símbolo Número atômico Massa atômica NOME Série dos lantanídeos 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 IA IIA IIIB IVB VB VIB VIIB VIIIB IB IIB IIIA IVA VA VIA VIIA VIIIA ou 0 2 3 4 Pe rí o d o s 5 6 7 Série dos actinídeos 1,01 6,94 9,01 23,0 24,3 39,1 40,1 85,5 87,6 133 137 (223) (226) (261) (262) (263) (264) (265) (266) 45,0 88,9 47,9 91,2 50,9 92,9 52,0 95,9 184 54,9 (99) 186 55,8 101 190 58,9 103 192 58,7 106 195 63,5 108 197 65,4 112 201 69,7 27,0 10,8 28,1 72,6 74,9 122 128 (210) (210) 126,9 79,978,9 35,532,131,0 19,0 20,2 4,00 39,9 83,8 131,3 (222) 16,014,012,0 115 204 119 207 209 175,0173,0168,9167,3164,9162,5158,9157,3152,0150,4(145)144,2140,9140,1138,9 (271) (272) (277) (289) (292) 178 181 (260)(259)(258)(257)(252)(251)(247)(247)(243)(244)(237)238,0(231)232,0(227) H Li Be K Ca Rb Sr Cs Ba Fr Ra Sc Y Ti Zr Hf Rf V Nb Ta Db Cr Mo W Sg Mn Tc Re Bh Fe Ru Os Hs Co Rh Ir Mt Ni Pd Pt Cu Ag Au Zn Cd Hg Ga Al B Si Ge As Sb Te Po At I BrSe Cl SP F Ne He Ar Kr Xe Rn ONC In Tl Sn Pb Bi LuYbTmErHoDyTbGdEuSmPmNdPrCeLa Ds Rg Cn Fl Lv Na Mg LrNoMdFmEsCfBkCmAmPuNpUPaThAc ESCÂNDIO ÍTRIO LANTANÍDEOS ACTINÍDEOS TITÂNIO ZIRCÔNIO HÁFNIO RUTHERFÓRDIO VANÁDIO NIÓBIO TÂNTALO DÚBNIO CRÔMIO MOLIBDÊNIO TUNGSTÊNIO SEABÓRGIO MANGANÊS TECNÉCIO RÊNIO BÓHRIO FERRO RUTÊNIO ÓSMIO HÁSSIO COBALTO RÓDIO IRÍDIO MEITNÉRIO NÍQUEL PALÁDIO PLATINA COBRE PRATA OURO ZINCO CÁDMIO MERCÚRIO GÁLIO ALUMÍNIO BORO SILÍCIO GERMÂNIO ARSÊNIO ANTIMÔNIO TELÚRIO POLÔNIO ASTATO IODO BROMOSELÊNIO CLOROENXOFREFÓSFORO FLÚOR NEÔNIO HÉLIO ARGÔNIO CRIPTÔNIO XENÔNIO RADÔNIO OXIGÊNIONITROGÊNIOCARBONO ÍNDIO TÁLIO ESTANHO CHUMBO BISMUTO LUTÉCIOITÉRBIOTÚLIOÉRBIOHÓLMIODISPRÓSIOTÉRBIOGADOLÍNIOEURÓPIOSAMÁRIOPROMÉCIONEODÍMIOPRASEODÍMIOCÉRIOLANTÂNIO DARMSTÁDIO ROENTGÊNIO COPERNÍCIO FLERÓVIO LIVERMÓRIO HIDROGÊNIO LÍTIO BERÍLIO SÓDIO MAGNÉSIO POTÁSSIO CÁLCIO RUBÍDIO ESTRÔNCIO CÉSIO BÁRIO FRÂNCIO RÁDIO LAURÊNCIONOBÉLIOMENDELÉVIOFÉRMIOEINSTÊNIOCALIFÓRNIOBERQUÉLIOCÚRIOAMERÍCIOPLUTÔNIONETÚNIOURÂNIOPROTACTÍNIOTÓRIOACTÍNIO 3 4 11 12 20 37 38 55 87 88 21 39 57 - 71 89 - 103 22 40 72 104 23 41 73 105 24 42 74 106 25 43 75 107 26 44 76 108 27 45 77 109 28 46 78 29 47 79 30 48 80 31 13 5 14 32 33 51 52 84 85 53 3534 171615 9 10 2 18 36 54 86 876 49 81 50 82 83 717069686766656463626160595857 110 111 112 114 Mc MOSCÓVIO 115 Nh NIHÔNIO 113 116 Ts TENNESSINO 117 Og OGANESSÔNIO 118 19 56 1031021011009998979695949392919089 Estrutura da tabela periódica A tabela periódica é uma das criações mais importantes da química, porque os elementos estão organizados de forma clara. Assim, conhecendo apenas a posição de um elemento na ta- bela, descobrimos várias de suas propriedades, independentemente de qual seja esse elemento. Olhando para a estrutura da tabela, nota-se que os elementos estão distribuídos de forma bastante simples: em linhas horizontais (um ao lado do outro) e em linhas (colunas) verticais (um em cima do outro). Essa é a principal característica estrutural da tabela pe- riódica e é com base nela que desenvolveremos outras análises. 1 Linhas horizontais São chamadas de períodos e totalizam, para os elementos químicos hoje conhecidos, sete linhas. Os períodos indicam o número de camadas eletrônicas (níveis de energia) da eletrosfera do elemento químico ali presente. Observe que o primeiro período é o menorde todos, formado apenas pelos elementos hidrogênio (Z = 1) e hélio (Z = 2). Primeiro Segundo Terceiro Quarto Quinto Sexto Sétimo 1 H 2 1 3 4 5 6 7 Períodos Camadas ocupadas 2 He Atenção 1 Na tabela periódica atual, os elementos estão dispostos em ordem crescente de número atômico (Z). Curiosidade 1 Conta-se que Mendeleev escrevia as propriedades de cada elemento numa fi cha e as colocava em uma parede. Assim, ia mudando a ordem das fi chas, várias vezes, até achar grupos de elementos químicos com propriedades semelhantes. Et_EM_1_Cad1_Qui_c03_41a61.indd 43 2/27/18 8:59 AM 44 CAPÍTULO 3 Exemplos: O berílio apresenta 2 níveis de energia, portanto é encontrado no 2º período. 4 Be: 1s2 2s2 O zinco apresenta 4 níveis de energia, portanto é encontrado no 4º período. 30 Zn: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 Linhas verticais São chamadas de grupos ou famílias e totalizam 18 colunas. Cada grupo contém ele- mentos que apresentam propriedades químicas semelhantes. Isso acontece porque esses elementos têm o mesmo subnível de maior energia e apresentam também o mesmo nú- mero de elétrons nesse subnível. Para melhor entendermos, vejamos como a tabela periódica está dividida em relação ao subnível de maior energia para os elementos. 1 s Bloco d Bloco f Bloco pB lo co s Vamos também detalhar o número de elétrons no subnível de maior energia para cada grupo da tabela periódica. s1 s2 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10 p1 p2 p3 p4 p5 p6 IA 1 IIA 2 IIIB IVB VB VIB VIIB VIIIB VIIIB VIIIB IB IIB 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 IIIA IVA VA VIA VIIA 0 18 H 1 He 2 Os grupos dos elementos cujas eletrosferas terminam nos subníveis s e p são chama- dos de elementos representativos (são as famílias A). Já os que terminam em d são chama- dos de elementos de transição (são as famílias B). Podemos agora determinar a que grupo pertence cada elemento químico observando seu subnível mais energético. Exemplos: 9 F: 1s 2 2s2 2p5 30 Zn: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 Pertence ao grupo 17 (VIIA). Pertence ao grupo 12 (IIB). Os elementos das duas linhas que estão abaixo da tabela são chamados de elementos de transição interna, conhecidos também como séries. Todos têm o subnível f como o de maior energia. A primeira série, dos lantanídeos, está no sexto período e seu subnível de maior energia é o 4f; a série dos actinídeos está no sétimo período e seus elementos apre- sentam subnível de maior energia 5f. Esses elementos não estão no nosso principal foco de estudo. Observação 1 A IUPAC recomenda que os grupos sejam numerados de 1 a 18, sequencialmente. Entretanto, continua sendo muito usada a forma tradicional, que caracteriza as famílias (ou grupos) com algarismos romanos, seguidos das letras A e B. Et_EM_1_Cad1_Qui_c03_41a61.indd 44 2/27/18 8:59 AM 45 QU ÍM IC A Os elementos representativos serão os mais estudados ao longo de todo o Ensino Mé- dio e, por isso, recebem maior atenção. Alguns de seus grupos ganham nomes especiais: • Grupo 1 (IA): metais alcalinos (exceto H) • Grupo 2 (IIA): metais alcalinoterrosos • Grupo 16 (VIA): calcogênios ou chalcogênios • Grupo 17 (VIIA): halogênios • Grupo 18 ou 0 (VIIIA): gases nobres Além disso, podemos determinar a posição dos elementos na tabela periódica verifi - cando o número de elétrons da camada de valência (última camada), em vez de os carac- terizarmos apenas pelo subnível de maior energia. 1 Interação Os elementos químicos denominados “terras raras” são os que se situam entre o lantânio (La, Z = 57) e o lutécio (Lu, Z = 71), incluindo o ítrio (Y, Z = 39) e o escândio (Sc, Z = 21). Esses elemen- tos apresentam diversas aplicações, como catalisadores, marcadores imunológicos, tratamen- to de câncer, entre outros, que envolvem equipamentos eletrônicos de última geração. São considerados commodities de grande valor comercial cujo preço é infl uenciado pelo governo chinês, o que será estudado em Geografi a, caderno 12, capítulo 3. Veja os exemplos: 8 O: 1s 2 2s 2 2p 4 6 elétrons na última camada (Grupo 16 ou família VIA) Elemento representativo (Grupo A)Camada de valência (2º nível de energia) Grupo 16 ou família VIA 2º período 53 I: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p6 5s 2 4d10 5p5 Grupo 17 ou família VIIA 5º período Camada de valência (5º nível de energia) 7 elétrons na última camada (Grupo 17 ou família VIIA) Elemento representativo (Grupo A) Classifi cação dos elementos De acordo com suas propriedades, os elementos podem ser classifi cados em metais, ametais (ou não metais) e gases nobres. Veja alguns exemplos dessas propriedades: • metais apresentam brilho metálico e conduzem corrente elétrica; • ametais não apresentam brilho e, normalmente, não são condutores de corrente elétrica; • gases nobres são muito estáveis, por isso difi cilmente estão ligados a outros elementos. O hidrogênio tem características próprias, ou seja, não se enquadra em nenhuma das classifi cações anteriores. Apesar de apresentar um elétron na camada de valência (1s1), não é classifi cado como metal alcalino. Em algumas tabelas periódicas, o hidrogênio está disposto na coluna do grupo 1 (família IA); porém, em outras, aparece isolado. Além dessas classifi cações, podemos obter outras, apenas analisando a posição de um elemento na tabela periódica. Quanto ao estado físico, por exemplo, a 25 °C e 1 atm, teremos: • líquido: bromo (Br 2 ) e mercúrio (Hg); • gasoso: os gases nobres, hidrogênio (H 2 ), fl úor (F 2 ), oxigênio (O 2 ), nitrogênio (N 2 ), cloro (Cl 2 ); • sólido: os demais. Observação 1 O número que aparece abaixo de cada símbolo (elemento) na tabela deste material é a massa atômica. Outras tabelas podem mudar as posições das informações; portanto, antes de consultar qualquer tabela periódica, atente-se para a legenda, a fi m de saber o que signifi ca cada informação. Todos os elementos com números atômicos acima de 93 (netúnio) não existem na natureza — foram produzidos artifi cialmente em laboratórios, como o nobélio, cujo número atômico é 102. Os elementos com Z ø 92 são chamados de cisurânicos e os elementos com Z . 92 são denominados de transurânicos. Os elementos 43 Tc, 61 Pm, 85 At e 87 Fr são considerados elementos artifi ciais por causa da sua baixa concentração na crosta terrestre. Et_EM_1_Cad1_Qui_c03_41a61.indd 45 2/27/18 8:59 AM 46 CAPÍTULO 3 Decifrando o enunciado Lendo o enunciado Nesse caso, a compreensão das regras do jogo é fundamental para defi nir o ganhador e os conceitos de grupo e período. De acordo com o enunciado, cada jogador pode mover sua peça somente ao longo de um período – linha horizontal; ou ao longo de um grupo – linha vertical. O objeto é uma latinha de refrigerante, cujo principal constituinte é o alumínio. Fuvest-SP Cinco amigos resolveram usar a tabela periódica como tabuleiro para um jogo. Regras do jogo: Para todos os jogadores, sorteia-se o nome de um objeto, cujo constituin- te principal é determinado elemento químico. Cada um joga quatro vezes um dado e, a cada jogada, move sua peça somente ao longo de um grupo ou de um período, de acordo com o número de pontos obtidos no dado. O início da contagem é pelo elemento de número atômico 1. Numa partida, o objeto sorteado foi “latinha de refrigerante” e os pontos obtidos com os dados foram: Ana (3,2,6,5), Bruno (5,4,3,5), Célia (2,3,5,5), Décio (3,1,5,1) e Elza (4,6,6,1). Assim, quem conseguiu alcançar o elemento procurado foi: a) Ana. b) Bruno. c) Célia. d) Décio. e) Elza. Resolução Resposta: E Comentário: Para alcançar o elemento químico alumínio, de acordo com as regras do jogo, teremos de mover a peça com as jogadas de Elza, como mostra o esquema a seguir: 1 jogada 4 casas 3 jogadas 6 casas 2 jogadas 6 casas 4 jogadas 1 casa R e p ro d u ç ã o /F U V E S T, 2 0 0 4 . Atividades1. (Fuvest-SP) Em seu livro de contos, O sistema periódico, o escritor italiano Primo Levi descreve características de elementos químicos e as relaciona a fatos de sua vida. Dois trechos desse livro são destacados a seguir: (I) “[Este metal] é mole como a cera...; reage com a água onde fl utua (um metal que fl utua!), dançando freneti- camente e produzindo hidrogênio.” (II) “[Este outro] é um elemento singular: é o único capaz de ligar-se a si mesmo em longas cadeias estáveis, sem grande desperdício de energia, e para a vida sobre a Terra (a única que conhecemos até o momento) são necessárias exatamente as longas cadeias. Por isso, ... é o elemento-chave da substância viva.” O metal e o elemento referidos nos trechos (I) e (II) são, respectivamente: a) mercúrio e oxigênio. b) cobre e carbono. c) alumínio e silício. d) sódio e carbono. e) potássio e oxigênio. Et_EM_1_Cad1_Qui_c03_41a61.indd 46 2/27/18 8:59 AM 47 Q U ÍM IC A 2. (Udesc) Os elementos químicos situados entre as colunas 3 e 12 na tabela periódica: a) apresentam o subnível d completo. b) tendem a ganhar elétrons, quando participam de liga- ções químicas. c) são encontrados na natureza somente em estado sólido. d) são denominados metais de transição. e) aumentam o raio atômico de acordo com o número da coluna. 3. (UnB-DF, adaptada) Julgue (V ou F) os itens a seguir, rela- cionados à tabela periódica. ( ) Os elementos estão organizados em ordem crescen- te de número atômico e distribuídos de modo a si- tuar os de propriedades mais semelhantes em uma mesma coluna. ( ) Atribui-se o nome periódico ao conjunto de elemen- tos de cada coluna. As linhas horizontais foram de- nominadas grupos ou famílias. ( ) Os símbolos dos elementos: sódio, chumbo, man- ganês, magnésio e antimônio são, respectivamente, Na, Pb, Mn, Mg e Sb. 4. (Fuvest-SP) Um astronauta foi capturado por habitantes de um planeta hostil e aprisionado numa cela, sem seu capacete espacial. Logo começou a sentir falta de ar. Ao mesmo tempo, notou um painel como o da fi gura, em que cada quadrado era uma tecla. R e p ro d u ç ã o /U n B -D F R e p ro d u ç ã o /F u v e s t, 2 0 0 2 . Apertou duas delas, voltando a respirar bem. As teclas apertadas foram: a) @ e # b) # e $ c) $ e % d) % e & e) & e * 5. (Unitau-SP) Um átomo X tem um próton a mais que um átomo Y. Com base nesta informação, assinale a alterna- tiva correta. a) Se Y for um gás nobre, X será um metal alcalino. b) Se Y for um alcalinoterroso, X será um metal alcalino. c) Se Y for um gás nobre, X será um halogênio. d) Se Y for um metal, X será um gás nobre. e) Se Y for um gás nobre, X será um alcalinoterroso. 6. (IFCE) A forma como os elétrons são distribuídos entre os orbitais de um átomo é chamada de confi guração eletrô- nica, que, entre outras informações, pode indicar a que família e período da tabela periódica um elemento químico pertence. Com base nisso, considere três elementos quí- micos, X, Y e Z, cujos números atômicos são 35, 54 e 56. Pela confi guração eletrônica, é correto afi rmar que: a) o elemento X se localiza na família IVA e no 2º período da tabela periódica. b) o elemento Y se localiza na família IIIA e no 5º período da tabela periódica. c) o elemento Z se localiza na família IIA e no 6º período da tabela periódica. d) os elementos X e Y são não metais, mesmo pertencen- do a famílias e períodos diferentes. e) os elementos X e Y são metais, mesmo pertencendo a famílias e períodos diferentes. Et_EM_1_Cad1_Qui_c03_41a61.indd 47 2/27/18 8:59 AM 48 CAPÍTULO 3 7. (Uece) Dados os elementos químicos: G: 1s2 J: 1s2 2s1 L: 1s2 2s2 M: 1s2 2s2 2p6 3s2 Apresentam propriedades químicas semelhantes: a) G e L, pois são gases nobres. b) G e M, pois têm dois elétrons no subnível mais energético. c) J e G, pois são metais alcalinos. d) L e M, pois são metais alcalinoterrosos. 8. +Enem [H24] I II IV V VI VIIIII No esquema da tabela periódica acima, são numeradas diversas regiões, sendo que: a) I apresenta apenas ametais. b) VII apresenta substâncias sólidas, líquidas e gasosas à temperatura ambiente. c) V e VI apresentam apenas metais. d) III apresenta apenas elementos sólidos à temperatura ambiente. e) II apresenta elementos que contêm 2 elétrons na ca- mada de valência. Complementares Tarefa proposta 1 a 12 9. (Ufl a-MG) Se um átomo do grupo 1, da tabela periódica, perder um elétron: a) sua carga total fi cará positiva. b) sua carga total fi cará negativa. c) sua carga total não se alterará. d) sua massa total diminuirá consideravelmente. 10. (UEPA) O açaí é um fruto típico da região Norte do Brasil, cuja polpa é consumida pura ou com outros ingredien- tes. Esse produto da cultura amazônica é conhecido mundialmente. O incremento da comercialização e con- sumo do açaí, no mercado brasileiro e mundial, estimu- lou o estudo da composição química do produto. Foram analisados os nutrientes inorgânicos e orgânicos desse alimento, demonstrando assim a importância nutricional do seu consumo. O açaí apresenta em sua composição elementos como: potássio, cálcio, magnésio, ferro, zin- co, fósforo e outros. Os três primeiros metais citados no texto são: a) alcalinos. b) alcalinoterrosos. c) um alcalino e os outros dois alcalinoterrosos. d) um alcalino, um alcalinoterroso e um de transição. e) metais de transição. 11. (Vunesp) Associar os números das regiões da tabela perió- dica esquematizada a seguir com: a) os metais alcalinos. b) os não metais. c) os gases nobres. d) os metais de transição. 12. (UFSM-RS) Assinale a alternativa que completa, correta- mente, as lacunas da frase abaixo: O elemento químico de confi guração eletrônica 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5 pertence ao grupo e é classifi cado como elemento . a) VA (15), de transição b) VA (15), representativo c) VB (5), de transição d) VIIA (17), representativo e) VIA (16), representativo R e p ro d u ç ã o /V u n e s p Et_EM_1_Cad1_Qui_c03_41a61.indd 48 2/27/18 8:59 AM 49 Q U ÍM IC A Propriedades periódicas Sabemos que, dentro de um período de 12 meses, a primavera no Brasil, por exemplo, se repete sempre na mesma época do ano. Aqui no hemisfério sul, de dezembro a março, sempre é verão. A primavera e o verão são acontecimentos periódicos. Por que podemos dizer que a classifi cação dos elementos químicos é periódica? Mui- tas propriedades físicas e químicas dos elementos se repetem regularmente em todos os períodos ao longo da tabela. Assim, para se prever determinada característica de um ele- mento químico, basta saber a posição desse elemento (grupo e período) e de que maneira essa característica varia ao longo da tabela periódica. Por exemplo, podemos afi rmar que todo metal do grupo 1 (IA) tem tendência a trans- formar-se em íon positivo (cátion), assim como todos os ametais do grupo 17 (VIIA) têm alta tendência a transformar-se em íons negativos (ânions). Conforme “percorremos” um período da tabela periódica, da esquerda para a direita, algo sempre se repete: começa- mos com metais que podem formar cátions e terminamos com ametais que podem for- mar ânions (sem considerarmos os gases nobres). Com o auxílio das principais propriedades periódicas dos elementos químicos – raio atômico, energia de ionização, afi nidade eletrônica, eletronegatividade e eletropositivi- dade –, podemos entender o porquê dessa diferença entre o comportamento dos metais e o dos ametais. Raio atômico É muito difícil determinar exatamente onde “termina” um átomo, pois a nuvem de elé- trons que circunda seu núcleo não tem um limite preciso. Por isso, como defi nição, con- sidera-se como medida do raio atômico a metade da distância entre um par de núcleos vizinhos de um mesmo elemento químico, como ilustra o desenho a seguir. d r r = d 2 Observe a fi gura ao lado e perceba, pelos valores, como os raiosatômicos (medidos em picômetros: 1 pm = 10–12 m) variam periodicamente. Os raios atômicos diminuem e aumentam com uma pe- riodicidade bem clara, de acordo com a variação do número atômico. Em um período, conforme nos “deslocamos” na ta- bela, da esquerda para a direita, os raios vão diminuindo. Já dentro de um grupo, quanto mais abaixo estiver o elemento, maior será o seu raio, isto é, o seu tamanho. Explicar por que o raio aumenta conforme “descemos” em um grupo é fácil. Para isso, vamos comparar as distribuições eletrônicas do lítio e do potássio, ambos metais do grupo 1 (IA). 3 Li: 1s2 2s1 s o lítio apresenta apenas duas camadas ele- trônicas. 19 K: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 s o potássio apresenta quatro camadas eletrônicas. O elemento que apresenta maior número de camadas eletrônicas é maior. Assim, dentro de um mesmo grupo: Maior número de camadas eletrônicas Maior raio atômico Cs 265 Rb 248 K 227 Na 186 Li 152 IA Ba 222 Sr 215 Ca 197 Mg 160 Be 112 IIA Tl 170 In 167 Ga 135 Al 143 B 85 IIIA Pb 146 Sn 140 Ge 122 Si 118 C 77 IVA Bi 150 Sb 140 As 120 P 110 N 75 VA 168 Po Te 142 Se 119 S 103 O 73 VIA At (140) I 133 Br 114 Cl 100 F 72 VIIA Rn (141) Xe 131 Kr 112 Ar 98 Ne 71 VIIIA 1 2 13 14 15 16 17 18 Variação dos raios atômicos de alguns elementos químicos. Et_EM_1_Cad1_Qui_c03_41a61.indd 49 2/27/18 8:59 AM 50 CAPÍTULO 3 E por que, ao “caminharmos” para a direita dentro de um período, os átomos dimi- nuem de tamanho? Veja que, ao longo de um mesmo período da tabela, com o aumento do número de prótons, o número de elétrons também aumenta na mesma quantidade, para que se mantenha a neutralidade de cargas da estrutura atômica. Para entendermos, vamos analisar o potássio e o criptônio (ambos do quarto período): 19 K: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 s o potássio tem quatro camadas eletrônicas. 36 Kr: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 s o criptônio também tem quatro camadas eletrônicas. Os dois átomos não têm o mesmo tamanho! Observe novamente a figura da página an- terior, que mostra o tamanho de alguns átomos: o átomo de potássio tem 227 pm de raio e o de criptônio tem 112 pm. Como explicar esse “encolhimento” do potássio para o criptônio? Vemos que ambos apresentam o mesmo número de camadas eletrônicas, mas não podemos esquecer que suas eletrosferas são eletricamente atraídas pelos prótons que estão no núcleo. O criptônio tem 36 deles, e o potássio, somente 19. Fazendo o raciocínio a seguir, podemos entender por que o átomo de criptônio é menor que o de potássio. São 36 prótons atraindo quatro camadas de elétrons. O átomo fica menor que o que tem apenas 19 prótons atraindo as mesmas quatro camadas, como é o caso do potássio. Logo, para átomos que apresentam igual número de camadas, podemos raciocinar da seguinte maneira: Maior número atômico (Z) Maior número de prótons no núcleo Maior atração núcleo c eletrosfera Menor raio atômico Portanto, de maneira geral, concluímos que o valor do raio atômico aumenta da direi- ta para a esquerda e de cima para baixo, na tabela. He Fr O frâncio é o átomo de maior raio atômico de toda a tabela periódica. O hélio é o átomo de menor raio atômico de toda a tabela periódica. Modelo Colocar a sequência de átomos – 11 Na, 17 Cl e 55 Cs – em ordem crescente de raio atômico. Resolu•‹o Passo 1: Montar as distribuições eletrônicas. 11 Na: 1s2 2s2 2p6 3s1 17 Cl: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 55 Cs: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s1 Passo 2: Localizar os elementos químicos na tabela. O sódio e o césio pertencem ao mesmo grupo, 1 (família IA), e o cloro está localizado no grupo 17 (família VIIA). Passo 3: Comparar os raios dos átomos dos elementos do mesmo grupo. O césio tem seis camadas; portanto, esse átomo apresenta raio maior do que o outro, o sódio. Passo 4: Para os elementos do mesmo período – o sódio e o cloro –, o “desempate” deve ser feito de acordo com o critério do número de prótons (número atômico): maior número atômico – menor raio atômico. Portanto, o 11 Na é maior que o 17 Cl. Afinal, a atração elétrica entre 17 prótons e todos os elétrons de três camadas eletrônicas é maior que a dos 11 pró- tons do sódio com as suas três camadas. Essa maior atração leva a uma diminuição do raio. Portanto, a ordem crescente será: 17 Cl (100 pm) , 11 Na (186 pm) , 55 Cs (265 pm) As setas indicam o sentido do crescimento do raio atômico. Et_EM_1_Cad1_Qui_c03_41a61.indd 50 2/27/18 8:59 AM 51 Q U ÍM IC A Raio iônico O átomo de Na é maior que o cátion Na+. Todos os cátions são menores que os seus átomos geradores porque, quando um átomo se transforma em um cátion, perde uma parte da sua eletrosfera – normalmente, toda a camada de valência. Além disso, ter menos elétrons signifi ca menor repulsão entre eles, o que ajuda na contração do raio. Logo, para átomos de mesmo elemento químico, podemos raciocinar da seguinte forma. R átomo . R cátion O átomo de Cl é menor que o ânion Cl–. Quando um átomo se transforma em um ânion, ele adquire novos elétrons. Lembre-se de que os elétrons são negativos, portanto há um efeito repulsivo entre eles, o qual cresce ao se formar um ânion (afi nal, agora há mais elétrons na eletrosfera). Isso faz com que todos os ânions sejam maiores que seus átomos geradores. Portanto, quando temos átomos de mesmo elemento químico, podemos racio- cinar da seguinte forma. R átomo , R ânion Para séries isoeletrônicas (espécies com igual número de elétrons), o número de cama- das é o mesmo. Assim, seguiremos a regra do número atômico: quanto maior é o número atômico, maior é o número de prótons, portanto maior será a atração entre prótons e elé- trons, diminuindo o raio da espécie química. Veja a comparação entre os raios iônicos do ânion 1 H– e o cátion 3 Li+. Distribuição eletrônica: 1 H– 1s2 K 2 elétrons 1 próton 3 Li+ 1s2 K 2 elétrons 3 prótons Como o número de camadas é o mesmo, deverá ser analisado o número de prótons. Atração entre próton e elétron Atração entre próton e elétron Raio Raio ∴ ∴ Portanto, teremos que o raio do 1 H– é maior que o raio do 3 Li+. Energia de ionização Muitas vezes, a formação de uma substância depende da transferência de elétrons de um átomo para outro e, considerando-se que os elétrons estão “presos” na eletrosfera por causa da atração que os prótons do núcleo exercem sobre eles, é fácil concluir que esses elétrons não sairão “gratuitamente” de suas eletrosferas em direção a outro átomo. Para que esse processo ocorra, ou seja, para se conseguir “arrancar” elétrons de um átomo, faz-se necessária a entrada de energia na eletrosfera que cederá tais elétrons. Funciona como se você quisesse comprar um produto de alguém. Para comprá-lo, a pessoa cobra um preço, determinado pelo valor que o produto tem. Assim, quanto maior o valor, maior o preço. A pessoa que está vendendo é a eletrosfera, o produto é o elétron desejado e você é o átomo a que se destinará o elétron. Portanto, se você (átomo) tiver o dinheiro (energia) necessário, levará o produto (elétron) embora. O valor é defi nido pela intensidade da atração do núcleo pela eletrosfera; logo, a energia de ionização é diretamente dependente do raio atômico, sendo tanto maior quanto me- nor for o tamanho do átomo e menor quando o átomo for maior. Portanto, a energia de ionização e o raio atômico são fatores (propriedades) inversamente proporcionais. 1 Observação 1 A equação genérica que representa a energia de ionização pode ser representada por: X (g) + Energia w X+ (g) + e– Dizemos que a energia de ionização é um processo endotérmico; isso signifi ca que é um processo que absorve calor. Defi nição Energia de ioniza•‹o : energia mínima necessária para remover o elétron mais externo de um átomo no estado gasoso e isolado. Et_EM_1_Cad1_Qui_c03_41a61.indd 51 2/27/18 8:59 AM 52 CAPÍTULO3 Para entendermos a energia de ionização, vamos considerar o processo de ionização do magnésio (Mg), como demonstra a seguinte equação: Mg (g) w Mg+ (g) + e– A saída desse elétron requereu a entrada de 738 kJ/mol de energia. Esse valor é considerado a primeira energia de ionização do magnésio (E 1 ) por ter sido o primeiro elétron a ser retirado. Isso quer dizer que mais elétrons podem ser “comprados” da eletrosfera? Sim, porém, a partir de agora, os valores das energias necessárias serão cada vez maiores, pois, como o número de prótons continua o mesmo, estes atrairão um menor número de elétrons por causa da saída do elétron anterior, retendo, assim, os restantes com maior intensidade. Então, as próximas ionizações serão gradativamente mais dispendiosas. Observe a ioniza- ção de um segundo elétron do magnésio: Mg+ (g) w Mg2+ (g) + e– Agora, a saída desse segundo elétron requereu a entrada de 1 450 kJ/mol de energia. Esse valor é considerado a segunda energia de ionização do magnésio (E 2 ) por ter sido o segundo elétron a ser retirado. 1 Para determinarmos como a energia de ionização varia ao longo da tabela periódica, vamos considerar somente a primeira energia de ionização dos elementos. Em um grupo, conforme “descemos” na tabela, a energia de ionização diminui. Isso acontece porque é nesse sentido que o raio atômico aumenta, o que acarreta uma dimi- nuição da atração entre o núcleo e o elétron a ser retirado. Fica mais fácil “arrancar” o elétron, e a energia de ionização diminui. Lembre-se: Maior raio atômico Menor energia de ionização Observe: Energia de ionização do grupo 2 (IIA) Mg e− Energia de ionização = 738 kJ/mol e−Ca Energia de ionização = 599 kJ/mol Sr Energia de ionização = 550 kJ/mol e− Já nos períodos, como o raio atômico diminui conforme “caminhamos” para a direita (em direção aos gases nobres), é nesse sentido que a energia de ionização aumenta. Por- tanto, de maneira geral, podemos concluir que a energia de ionização aumenta da esquer- da para a direita e de baixo para cima, na tabela. He Fr O frâncio apresenta a menor energia de ionização de toda a tabela periódica. O hélio apresenta a maior energia de ionização de toda a tabela periódica. Perceba que os elementos com as mais altas energias de ionização são “vizinhos” do elemento hélio (basicamente ametais e, obviamente, os outros gases nobres). A tendência deles será a de não perder elétrons facilmente, ou seja, não se transformarem em cátions. Já os elementos com as mais baixas energias de ionização – como o frâncio – são os que se transformam em cátions com maior facilidade. As setas indicam o sentido do aumento da energia de ionização. Atenção 1 A energia de ionização do segundo elétron é sempre maior que a do primeiro; a do terceiro, maior que a do segundo, e assim por diante. E 1 , E 2 , E 3 , ... , E n Et_EM_1_Cad1_Qui_c03_41a61.indd 52 2/27/18 8:59 AM 53 Q U ÍM IC A Afi nidade eletrônica (eletroafi nidade) A afi nidade eletrônica é a energia liberada por um átomo gasoso e no estado isolado, quando recebe um elétron em sua camada mais externa. A estabilidade de um átomo é diretamente dependente da menor quantidade possível de energia armazenada em sua estrutura. Assim, como a entrada de elétron pode ser vista como a entrada de energia na eletrosfera, conclui-se que, para restabelecer a estabilidade, certa quantidade de energia deve ser desprendida. 1 Devemos pensar que isso sempre será avaliado como um processo de troca. Se o elé- tron sai, energia deve ser absorvida (energia de ionização); se o elétron entra, energia deve ser liberada (afi nidade eletrônica). Compare, agora, os valores das afi nidades eletrônicas dos elementos sódio e cloro, ambos do 3º período da tabela periódica: Na (g) + e– w Na– (g) s Energia liberada = 53 kJ/mol Cl (g) + e– w Cl– (g) s Energia liberada = 349 kJ/mol Por que a energia liberada pelo cloro é bem maior que a liberada pelo sódio? Como o raio atômico do cloro é menor, isso contribui para uma atração mais intensa en- tre núcleo-eletrosfera. Esse fato leva a uma maior “tensão” interna e, em virtude da entrada do elétron, há necessidade de uma liberação maior de energia. Podemos concluir, então, que afi nidade eletrônica e raio atômico são fatores inversamente proporcionais. 2 Assim, de maneira geral, a afi nidade eletrônica aumenta da esquerda para a direita e de baixo para cima, na tabela. F Cl O flúor e o cloro apresentam as maiores afinidades eletrônicas de toda a tabela periódica. É muito difícil medir a afi nidade eletrônica dos metais, uma vez que eles não tendem a receber elétrons; quando medida, indica sempre valores muito baixos. Já os gases nobres – que são extremamente estáveis – não têm nenhuma afi nidade por elétrons. Portanto, não se defi nem valores de afi nidade eletrônica para esse grupo. As setas indicam o sentido do crescimento da afi nidade eletrônica. Observações 1 A equação genérica que representa a afi nidade eletrônica pode ser indicada por: X (g) + e− w X– (g) + Energia Dizemos que a afi nidade eletrônica é um processo exotérmico; isso signifi ca que é um processo que libera calor. Quanto maior a energia liberada, maior será a afi nidade eletrônica, ou seja, maior será a tendência do átomo de receber elétrons. 2 Os gases nobres não apresentam tendência de atrair elétrons, pois já são átomos estabilizados. Essa estabilidade se explica porque, originalmente, já apresentam 8 elétrons na camada de valência (com exceção do hélio, que tem 2 elétrons na camada de valência). Essa é a chamada teoria do octeto. Eletronegatividade e eletropositividade A quarta propriedade periódica é talvez a que esteja mais associada às ligações químicas. É a eletronegatividade: medida da capacidade de um átomo de atrair elétrons de outros átomos para perto dele. Veja, na tabela a seguir, a escala que o cientista Linus Pauling criou para os valores de eletronegatividade. Pauling atribuiu arbitrariamente o valor 4,0 ao fl úor, o elemento mais eletronegativo, e, baseado em experimentação, atribuiu as eletronegati- vidades relativas aos outros elementos. 2,1 1,0 0,9 0,8 0,8 0,7 0,7 1,5 1,2 1,0 1,0 0,9 0,9 1,3 1,2 1,21,0 1,5 1,4 1,3 1,6 1,6 1,5 1,3 2,8 1,7 1,5 1,9 1,9 1,8 2,2 2,2 1,9 2,2 2,2 1,9 2,2 2,2 1,9 1,0 2,4 1,6 1,7 1,9 1,6 1,7 1,8 1,8 1,8 1,0 2,0 1,9 1,9 2,4 2,1 2,0 2,8 2,5 2,2 – 1,5 1,8 2,1 2,5 3,0 – 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 – – – – Aumento de eletronegatividade A u m e n to d e e le tr o n e g a ti vi d a d e H Li Be Na Mg K Ca Rb Sr Cs Ba La-Lu Ac-LrFr Ra Sc Y Ti Zr Hf Rf V Nb Ta Db Cr Mo W Sg Mn Tc Re Bh Fe Ru Os Hs Co Rh Ir Mt Ds Rg Cn Ni Pd Pt Cu Ag Au Zn Cd Hg Al B Si Ge As Sb Te Po At I BrSe ClSP F Ne He Ar Kr Xe Rn ONC In Tl Sn Pb Bi Fl Lv Ga 1 2 18 13 14 15 16 17 3 4 5 6 7 9 108 11 12 2,1 1,0 0,9 0,8 0,8 0,7 0,7 1,5 1,2 1,0 1,0 0,9 0,9 1,3 1,2 1,21,0 1,5 1,4 1,3 1,6 1,6 1,5 1,3 2,8 1,7 1,5 1,9 1,9 1,8 2,2 2,2 1,9 2,2 2,2 1,9 2,2 2,2 1,9 1,0 2,4 1,6 1,7 1,9 1,6 1,7 1,8 1,8 1,8 1,0 2,0 1,9 1,9 2,4 2,1 2,0 2,8 2,5 2,2 – 1,5 1,8 2,1 2,5 3,0 – 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 – – – – H Li Be Na Mg K Ca Rb Sr Cs Ba La-Lu Ac-LrFr Ra Sc Y Ti Zr Hf Rf V Nb Ta Db Cr Mo W Sg Mn Tc Re Bh Fe Ru Os Hs Co Rh Ir Mt Ds Rg Cn Ni Pd Pt Cu Ag Au Zn Cd Hg Al B Si Ge As Sb Te Po At I BrSe ClSP F Ne He Ar Kr Xe Rn ONC In Tl Sn Pb Bi Nh Mc Ts OgLv Ga 1 2 18 13 14 15 16 17 3 4 5 6 7 9 108 11 12 Et_EM_1_Cad1_Qui_c03_41a61.indd 53 2/27/18 8:59 AM 54 CAPÍTULO 3 Perceba que todos os elementos com eletronegatividade � 2,5 são ametais, localizados na parte superior direita da tabela. Já todos os elementos com eletronegatividade �1,4 são metais, localizados na região inferior esquerda da tabela. Costumamos dizer que esses metais apresentam alta eletropositividade – medida da tendência de um átomo de perder elétrons. Evidentemente, é o oposto da eletronegatividade. Por que os ametais apresentam essa grande afi nidade por elétrons e os metais têm comportamento inverso? Dois fato- res, basicamente, determinam essa diferença. • Fator 1. Quanto menor o tamanho (raio) do átomo – e os ametais, lembre-se, apresentam os menores raios do seu pe- ríodo —, maior a atração elétrica que os prótons do seu núcleo conseguem exercer sobre os elétrons periféricos. Em decorrência disso, os ametais têm alta eletronegatividade. • Fator 2. Os átomos, em sua maioria, adquirem grande estabilidade ao fi carem com 8 elétrons na sua camada de valência. Como os ametais têm maior possibilidade de obter esses 8 elétrons na última camada – pois já têm de 4 a 7 elétrons –, a tendência de atraírem mais elétrons é alta, isto é, sua eletronegatividade é elevada. Esses fatores explicam por que as setas da eletronegatividade crescente apontam para a direita – região em que os átomos tendem, com maior facilidade, a apresentar 8 elétrons na camada de valência – e para o alto da tabela – região de menores raios atômicos. As setas da eletropositividade crescente são, obviamente, opostas. E le tr o n e g a ti vi d a d e c re sc e n te E le tr o p o si ti vi d a d e c re sc e n te Eletropositividade crescente Eletronegatividade crescente Observe a sequência de eletronegatividade decrescente: F O Br MetaisN ClH I S CH H P HH Veja, agora, a variação de outras propriedades periódicas. Densidade D e n si d a d e Pontos de fusão e ebulição D e n si d a d e P o n to s d e f u sã o e e b u liç ã o (g ru p o s 1 , 2 , 1 2 , 1 3 e 1 4 ) P o n to s d e f u sã o e e b u liç ã o As setas indicam o crescimento da propriedade periódica em questão. Dos elementos que apresentam densidade determinada, os mais densos são: ósmio (22,6 g/mL) e irídio (22,5 g/mL). O me- tal com maior ponto de fusão é o tungstênio (W): 3 410 °C e o ametal com maior ponto de fusão é o carbono (Cgrafi te): 3 550 °C! Essas últimas propriedades são das substâncias simples formadas pelos elementos, não dos próprios elementos. Obser- ve os esquemas a seguir, os quais nos possibilitam conclusões extremamente importantes. Os metais, dentro do seu período... Os ametais, dentro do seu período... são os átomos de maior raio. são os átomos de menor raio. Isso causa: – baixa energia de ionização – alta eletropositividade Isso causa: – alta afi nidade eletrônica – alta eletronegatividade Resultado: perdem elétrons com facilidade, convertendo-se em... Resultado: ganham elétrons com facilidade, convertendo-se em... cátions ânions Et_EM_1_Cad1_Qui_c03_41a61.indd 54 2/27/18 8:59 AM 55 QU ÍM IC A Contextualize CA Nanopartículas verdes Plantas do cerrado são usadas na produção de nanossistemas para controle de patógenos e pragas da agricultura, entre outras aplicações. Cascas, sementes, polpas e folhas de árvores e plantas do cerrado brasileiro – como pequizeiro, cajuzinho-do-cerrado, manga- beira, sucupira, bureré e outras –, além de várias espécies de cogumelos, são as matérias-primas escolhidas por pesquisadores da Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia (Cenargen), sediada em Brasília, para a obtenção de nanopartículas com potencial de utilização em biossensores para detecção de vírus em plantas, controle de larvas de insetos, microrganismos, células tumorais e outras aplicações. [...] A biorredução é um processo biológico mediado por moléculas como enzimas, proteínas, aminoácidos, polissacarídeos e me- tabólitos encontrados nos extratos de cascas, sementes e folhas, por exemplo, que transforma o íon de prata (quando há ganho de elétrons) em prata metálica, resultando na formação de nanopartículas. Uma grande vantagem do método de síntese biológico em vez do químico tradicional é que parte das moléculas ativas também adere à superfície dessas nanopartículas, o que lhes con- fere características diferenciadas como atividade antibacteriana, antiviral ou antialérgica dependendo do vegetal ou cogumelo utilizado. “Esse método de síntese de nanopartículas é chamado de nanotecnologia verde.” [...] Síntese biológica Extratos de plantas transformam prata em nanopartículas metálicas Luciano Silva / Embrapa cenargen Após aperfeiçoar as condições de cres- cimento dos micélios, de síntese de nano- partículas e suas caracterizações físicas, químicas e estruturais, a pesquisa entrará agora na fase de caracterização das ati- vidades biológicas das nanopartículas. O cuidado se explica pelo grande poten- cial de aplicação farmacêutica, medici- nal, agrícola e industrial dos compostos presentes nos cogumelos. Entre os com- postos bioativos estão as beta-glucanas, carboidratos complexos com proprieda- des imunorreguladoras e antitumorais, as lectinas, proteínas com propriedades antitumorais e de imunorregulação, os triterpenos, substâncias com ação anti- -hipertensiva, antiviral, antitumoral e an- tialergênica, os fenólicos, compostos com atividade antiplaquetária, antioxidante e anti-infl amatória, além de outros com ação antimicrobiana. [...] Pesquisa Fapesp. (Adaptado.) 1. Pensando na classifi cação periódica, quais elementos químicos têm maior possibilidade de atuar como a nanopartícula metálica apresentada na reportagem? Justifi que. 2. O metal que forma a nanopartícula apresenta uma irregularidade na distribuição eletrônica, não obedecendo ao diagrama de energia de Linus Pauling porque a configuração (n-1)d9 ns2 é menos estável que a configuração (n-1)d10 ns1. Ciente dessa informação, escreva a distribuição do íon metálico e do metal quando se encontram na forma de nanopartículas. 3. Escreva duas substâncias, citadas no texto, separando aquelas que apresentam função energética e aquelas que apresentam função estrutural no organismo humano. 4. O processo de formação das nanopartículas recebeu o nome de “nanotecnologia verde”. Pesquise sobre a “Química verde” e justifi que o nome dado ao processo. Ag0 Ag− Ag− Ag− Ag0 Ag0 Ag0 Ag0Ag0 Ag0 Ag0Ag0 Ag0 Ag0 Ag0 Ag0Ag0 Ag0 Ag0 Ag0Ag0Ag0 Ag0Ag0 Ag0 Ag0 Ag 0 Ag0 Ag0 Ag0 Ag0Ag0 Ag0Ag0 Ag0 Ag0Ag0Ag0 Meio de cultivo Biorredução Nucleação Íons de prata Moléculas dos extratos vegetais Prata metálica Em um meio líquido são adicionadas partes da planta e partículas de prata. Ali ocorrerá a biorredução. O processo todo conta com a participação de outras substâncias, como enzimas, proteínas, aminoácidos, polissacarídeos e metabólitos de extratos vegetais. Essas substâncias serão as responsáveis por transformar o íon prata em prata metálica. Ao final do processo, os átomos de prata metálica se agregam, formando o que chamamos de nanopartículas de prata. Ag− Partículas de prataFolhas Sementes Meio líquido Cascas Et_EM_1_Cad1_Qui_c03_41a61.indd 55 2/27/18 8:59 AM 56 CAPÍTULO 3 Atividades 16. (FGV-SP) A fi gura apresenta uma parte da tabela periódica: Dentre os elementos considerados, aquele que apresenta átomo com maior raio atômico e aquele que apresenta a primeira energia de ionização mais alta são, respecti- vamente: a) Ge e O. b) Ge e Br. c) Br e Se. d) P e C. e) C e Se. 17. (UEMT) As energias de ionização (em kcal/mol) de um dado metal são: 1ª energia de ionização: 138 2ª energia de ionização: 434 3ª energia de ionização: 656 4ª energia de ionização: 2 767 Com base nesses dados, espera-se que um átomo desse metal, ao perder elétrons, adquira confi guração de gás nobre quando perde: a) 2 elétrons. b) 3 elétrons. c) 4 elétrons. d) 5 elétrons. e) 6 elétrons. 18. (UPM-SP) Damos, a seguir, o 1º, 2º, 3º e 4º potenciais de ionização do Mg (Z = 12), B (Z = 5) e K (Z = 19). Esses elementos, na tabela, serão representados porX, Y, Z, mas não necessariamente na mesma ordem. X Y Z Potenciais ionização (em volts) 1o 8,3 7,6 4,3 2o 25 15 32 3o 38 80 46 4o 259 109 61 R e p ro d u ç ã o /F G V , 2 0 0 5 . 13. (Vunesp) A energia liberada quando um elétron é adicio- nado a um átomo neutro gasoso é chamada de: a) entalpia de formação. b) afi nidade eletrônica. c) eletronegatividade. d) energia de ionização. e) energia de ligação. 14. (Inatel-MG, adaptada) Que motivo causa a contração do raio atômico dos elementos químicos, quando se percorre a tabela periódica da esquerda para a direita, do terceiro período em diante? a) É porque a eletronegatividade decresce com o aumen- to do número de massa. b) É devido ao aumento da carga nuclear, que aumenta com o aumento do número atômico. c) É a consequência do aumento da massa atômica do elemento considerado. d) É devido ao aumento do ponto de fusão dos elemen- tos químicos. 15. (UFMG) A propriedade cujos valores diminuem à medida que aumenta o número atômico na coluna dos halogê- nios é: a) densidade da substância elementar. b) primeira energia de ionização do átomo. c) raio atômico. d) temperatura de ebulição da substância elementar. e) temperatura de fusão da substância elementar. Et_EM_1_Cad1_Qui_c03_41a61.indd 56 2/27/18 8:59 AM 57 QU ÍM IC A Marque a alternativa em que há uma correspondência correta entre Mg, B, K e as letras X, Y, Z. X Y Z a) B K Mg b) B Mg K c) K Mg B d) K B Mg e) Mg B K 19. +Enem [H18] 5 5 10 15 20 25 PI (eV) 10 15 20 (Z) O gráfi co mostra como varia a energia de ionização de al- guns elementos em razão dos números atômicos. A energia de ionização é uma propriedade que: a) aumenta em um período da direita para a esquerda. b) aumenta quanto maior for o número atômico. c) aumenta em um período da esquerda para a direita. d) não apresenta relação com a variação do número atômico. e) aumenta em uma família de cima para baixo. 20. (Ufscar-SP) Considere as seguintes propriedades: • confi guração eletrônica da camada de valência ns2 np3; • boa condutividade elétrica; • baixa energia de ionização; • alta afi nidade eletrônica. A sequência de elementos que apresentam as proprieda- des relacionadas, na ordem dada, é: a) N, Pt, Cl e F. b) Ca, Cu, K e Br. c) Al, Au, Cl e Na. d) P, Cu, Na e Cl. e) As, Cl, K e Br. Complementares Tarefa proposta 13 a 24 21. (Vunesp) Na tabela periódica a seguir, os algarismos roma- nos substituem os símbolos dos elementos. Sobre tais elementos, é correto afi rmar que: a) I e II são líquidos à temperatura ambiente. R e p ro d u ç ã o /V u n e s p , 1 9 9 9 . b) III é um gás nobre. c) VII é um halogênio. d) o raio atômico de IV é maior que o de V e menor que o de IX. e) VI e IX apresentam o mesmo número de camadas ele- trônicas. 22. (Efoa-MG) Considere as afi rmativas abaixo: I. A primeira energia de ionização é a energia necessária para remover um elétron de um átomo neutro no es- tado gasoso. II. A primeira energia de ionização do sódio é maior do que a do magnésio. Et_EM_1_Cad1_Qui_c03_41a61.indd 57 2/27/18 8:59 AM 58 CAPÍTULO 3 III. Nos períodos da tabela periódica, o raio atômico sem- pre cresce com o número atômico. IV. A segunda energia de ionização de qualquer átomo é sempre maior que a primeira. São afi rmativas corretas: a) II e III. b) II e IV. c) I, II, III e IV. d) I e IV. e) I e II. 23. (UTFPR) Na tabela esquemática a seguir está apresentado o sentido de crescimento de uma propriedade periódica. Propriedade periódica é aquela cujos valores para os diver- sos elementos crescem e decrescem em função do número atômico crescente. Assinale a propriedade que apresenta este sentido de crescimento. a) eletronegatividade (exceto os gases nobres). b) eletropositividade (exceto os gases nobres). c) energia de ionização. R e p ro d u ç ã o /U F T P R d) densidade. e) volume atômico. 24. (Unimontes-MG) O gráfi co a seguir apresenta a variação da primeira energia de ionização (EI) em três grupos da tabela periódica, genericamente chamados de A, B e C. Analisando-se esse gráfi co, pode-se afi rmar que: a) os elementos do grupo C formam, com maior facilida- de, cátions. b) o grupo A possui elementos com tendência em perder um elétron. c) o grupo B contém elementos químicos mais inertes que os de A. d) os elementos do grupo A apresentam maior caráter metálico. R e p ro d u ç ã o /U n im o n te s -M G Tarefa proposta 1. (UFTM-MG) Sobre tabela periódica, um estudante formu- lou as proposições abaixo. I. Átomos de um mesmo período possuem o mesmo nú- mero de camadas ocupadas. II. Átomos de um mesmo período possuem o mesmo nú- mero de elétrons na camada de valência. III. Um átomo, cujo número atômico é 18, está classifi ca- do na tabela periódica como gás nobre. IV. Na tabela periódica atual, os elementos estão ordena- dos em ordem crescente de massa atômica. São corretas apenas as afi rmações: a) I e II b) II e III c) I e III d) II e IV e) III e IV 2. (UEL-PR) As seguintes proposições relacionam-se com fa- mílias da classifi cação periódica. I. Por serem pouco reativos, os gases nobres formam substâncias simples monoatômicas. II. O chumbo é elemento metálico da família do carbono. III. Nas condições ambiente, os elementos químicos da família VIA formam substâncias simples sólidas. Pode-se afi rmar que somente: a) I é correta b) II é correta c) III é correta d) I e II são corretas e) II e III são corretas 3. A associação entre o nome do grupo e seu número é uma das principais ferramentas de que um químico pode precisar. Faça a associação entre as colunas a seguir, que correspondem aos grupos de elementos segundo a tabela periódica. 1- Gases nobres 2- Metais alcalinos 3- Metais alcalinoterrosos 4- Calcogênios 5- Halogênios ( ) Grupo 1 ( ) Grupo 2 ( ) Grupo 16 ( ) Grupo 17 ( ) Grupo 18 A sequência numérica fi cará: a) 1, 2, 3, 4, 5. b) 2, 3, 4, 5, 1. c) 3, 2, 5, 4, 1. d) 3, 2, 4, 5, 1. e) 5, 2, 4, 3, 1. 4. (PUC-RS) Sabemos que sinais são transmitidos no siste- ma nervoso através de um processo que depende de um balanço entre íons de sódio e potássio. Assim, podemos esperar que os íons provenientes do carbonato de Et_EM_1_Cad1_Qui_c03_41a61.indd 58 2/27/18 8:59 AM 59 Q U ÍM IC A possam apresentar um comportamento semelhante, afe- tando a forma como as células nervosas se comunicam. a) magnésio. b) estrôncio. c) lítio d) alumínio e) silício 5. (UFPB) Leia o texto a seguir: Atividade física intensa e prolongada de um atleta pro- voca perdas de sais minerais que são importantes para o equilíbrio orgânico (equilíbrio hidroeletrolítico). Substâncias minerais como sódio, potássio, magnésio, cálcio, entre ou- tros, regulam a maioria das funções de contração muscular. Adaptado de <www.saudenainternet.com.br>. Considerando as substâncias citadas, identifi que as afi r- mativas corretas: I. Sódio e magnésio são metais de transição. II. Potássio e cálcio são elementos representativos. III. O cátion sódio tem confi guração eletrônica semelhan- te à de um gás nobre. IV. Sódio e magnésio pertencem a um mesmo período da classifi cação periódica. V. Magnésio e cálcio pertencem a um mesmo grupo da classifi cação periódica. 6. (Udesc) Os elementos químicos sódio, ferro e fósforo são de grande importância para a sociedade, pois possuem várias aplicações. Esses três elementos possuem a seguinte distribuição eletrônica: Na: 1s2 2s2 2p6 3s1 Fe: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 P: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 A partir das distribuições eletrônicas apresentadas, assi- nale a alternativa incorreta. a) O ferro é um elemento de transição interna. b) O fósforo é um elemento pertencente ao grupo do nitrogênio. c) O sódio é um metal alcalino. d) O fósforo é um não metal. e) O ferro é um metal. 7. (Unisa-SP) O elemento que terminaem 4d1 está assim localizado na tabela periódica: a) período 4 e grupo 3B. b) período 5 e grupo 4B. c) período 5 e grupo 3B. d) período 6 e grupo 4B. e) período 1 e grupo 1A. 8. (EEM-SP) Um certo átomo do elemento E, genérico, apre- senta o elétron mais energético no subnível 4p6. Pede-se: a) Qual o período e família do sistema periódico a que pertence o elemento E? b) Qual o número atômico dos elementos que antece- dem e sucedem o elemento E na mesma família do sistema periódico? 9. (UFU-MG) A atividade física intensa e prolongada causa a transpiração do corpo e, assim, a perda de sais minerais, principalmente sais de sódio, importantes para o equilíbrio orgânico, que tecnicamente se chamam hidroeletrolíticos. Isso ocorre porque minerais como sódio, potássio, magnésio e cálcio são importantes para a maioria das funções de con- tração muscular do nosso corpo. Esses minerais, perdidos pelo suor – cuja densidade média é 1,004 g/L – durante a transpiração, podem ser repostos pela ingestão de bebidas isotônicas, melhorando o desempenho esportivo. Considerando as informações do texto, têm-se as seguin- tes afi rmativas: I. O suor é uma mistura heterogênea do tipo suspensão. II. A densidade do suor é a razão entre seu volume e sua massa e representa uma propriedade química. III. O suor sobre a pele desaparece quando o atle- ta para de jogar, porque retira energia térmica do corpo para transformar seu estado físico de líquido para gasoso. IV. Os íons sódio e potássio, contidos no suor, são metais alcalinos e pertencem ao primeiro grupo da tabela pe- riódica. V. Os íons sódio, potássio e magnésio, liberados durante a transpiração, possuem cargas iguais a +1, +1 e +2, respectivamente. Assinale a alternativa que reúne somente afi rmativas cor- retas. a) II, III, IV, V b) I, II, IV, V c) III, IV, V d) I, II, IV 10. +Enem [H25] A estrutura a seguir é o modelo simplifi cado da organização de um chip de memória para computadores. Camada de silício Camada de dióxido de silício Camada de silício contaminada com átomos de fósforo Sobre os componentes do chip: a) o silício apresenta símbolo Si e o fósforo, F. b) o fósforo é um metal abundante na crosta terrestre. c) o silício é usado na fabricação de vidros e cerâmica. d) o fósforo encontra-se presente em importantes molé- culas biológicas. e) o silício é relativamente raro na crosta terrestre, motivo do seu alto valor. 11. (FEI-SP) Explique, comparando os subníveis, como pode- mos diferenciar os elementos representativos (típicos) dos elementos de transição. 12. (Udesc) Os elementos X e Y apresentam as seguintes con- fi gurações eletrônicas 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p3 e 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1, respectivamente. O período e a família em que se encontram estes elementos são: a) Os elementos X e Y pertencem ao quarto período, sendo que o elemento X pertence à família V A, en- quanto e elemento Y pertence à família I A. b) Os elementos X e Y pertencem ao quarto período, sendo que o elemento X pertence à família III A, en- quanto e elemento Y pertence à família I A. c) Os elementos X e Y pertencem à mesma família e ao mesmo período. Et_EM_1_Cad1_Qui_c03_41a61.indd 59 2/27/18 8:59 AM 60 CAPÍTULO 3 d) Os elementos X e Y pertencem ao terceiro e primeiro período respectivamente. Quanto à família os dois ele- mentos pertencem à família IV A. e) O elemento X é um elemento alcalino e o elemento Y é um halogênio. 13. (Vunesp) Considere os elementos K, Co, As e Br, todos localizados no quarto período da classificação periódica. O elemento de maior densidade e o elemento mais ele- tronegativo são, respectivamente: a) K e As. b) Co e Br. c) K e Br. d) Co e As. e) Co e K. 14. (UFSM-RS) Tanto o feijão quanto a couve, consumidos na feijoada, contêm o elemento ferro na forma de íon Fe2+, essencial à vida humana. Julgue (V ou F) cada uma das afirmativas a seguir em re- lação ao ferro. ( ) Pertence ao 4º período da tabela periódica. ( ) Trata-se de um metal de transição interna. ( ) Quando perde dois elétrons, sua configuração ele- trônica é [Ar] 3s2 3p6 3d6. ( ) Ao perder dois elétrons, seu raio atômico diminui. A sequência correta é: a) F – V – V – F b) V – F – F – V c) F – V – F – V d) V– F – V – F e) F – F – V – F 15. (UFRN) Comparando-se os átomos dos elementos químicos N, P e K, presentes no fertilizante NPK, pode-se afirmar: a) O raio atômico do N é maior que o do P. b) O elemento P possui energia de ionização menor que a do elemento K. c) O K possui maior raio atômico. d) O elemento N apresenta a menor energia de ionização. 16. (UFMG) Com relação a átomos de oxigênio, todas as afir- mativas estão corretas, exceto: (Dado: Z (O) = 8) a) A massa total do átomo está, praticamente, concen- trada no núcleo. b) A perda de elétron pelo átomo neutro ocorre com libe- ração de energia. c) O ganho de dois elétrons leva à formação de um íon negativo de raio maior que o do átomo neutro. d) Os átomos de número de massa 18 têm 10 nêutrons. e) Os núcleos dos átomos neutros são envolvidos por oito elétrons. 17. (UFPR, adaptada) Com base nos elementos da tabela periódica e seus compostos, considere as seguintes afir- mativas: I. Elementos que apresentam baixos valores da primeira energia de ionização, mas altos valores de afinidade eletrônica, são considerados bastante eletronegativos. II. Os compostos gerados por elementos de baixa eletro- negatividade têm caráter metálico. III. Os elementos de alta eletronegatividade são ametais. IV. Os elementos representativos que apresentam valo- res mais altos da primeira energia de ionização são os mais eletronegativos. Assinale a alternativa correta. a) Somente as afirmativas II, III e IV são verdadeiras. b) Somente as afirmativas I e II são verdadeiras. c) Somente as afirmativas I, III e IV são verdadeiras. d) Somente as afirmativas II e III são verdadeiras. e) Somente as afirmativas III e IV são verdadeiras. 18. (UEMT) As energias de ionização (EI) em (kcal/mol) de um dado metal são: 1ª EI = 138 2ª EI = 434 3ª EI = 656 4ª EI = 2 767 A configuração eletrônica da camada de valência deste metal representativo é: a) ns1 b) ns2 c) ns2 np1 d) ns2 np2 e) ns2 np3 19. (UEL-PR) Considere as afirmações a seguir, acerca da tabela periódica. I. Na família 6A, a eletronegatividade aumenta de cima para baixo. II. Os números atômicos dos elementos químicos au- mentam da esquerda para a direita, nos períodos. III. Na família 1A, a energia de ionização aumenta de bai- xo para cima. IV. A eletronegatividade aumenta da esquerda para a di- reita, nos períodos. V. Na família 7A, a temperatura de ebulição aumenta de cima para baixo. As afirmações corretas são em número de: a) 5 b) 4 c) 3 d) 2 e) 1 20. (Fuvest-SP) O gráfico a seguir mostra a variação do poten- cial de ionização para elementos com número atômico (Z) de 1 a 19. a) Dê o nome dos três elementos que têm maior dificul- dade de formar cátions, no estado gasoso. b) Explique por que, no intervalo de Z = 3 a Z = 10, o potencial de ionização tende a crescer com o aumento do número atômico. c) Dos elementos do gráfico, qual deve possuir maior ele- tropositividade? 21. (UMC-SP) Quando retiramos o primeiro elétron de um átomo neutro, no estado gasoso, podemos afirmar que: a) diminui a força de atração do núcleo sobre os elétrons restantes, portanto a primeira energia de ionização é sempre maior que a segunda. R e p ro d u ç ã o /F u v e s t Et_EM_1_Cad1_Qui_c03_41a61.indd 60 2/27/18 8:59 AM 61 Q U ÍM IC A b) diminui a força de atração do núcleo sobre os elétrons restantes, portanto a primeira energia de ionização é sempre menor que a segunda. c) aumenta a força de atração do núcleo sobre os elé- trons restantes, portanto a primeira energia de ioniza- ção é sempre maior que a segunda. d) aumenta a força de atraçãodo núcleo sobre os elé- trons restantes, portanto a primeira energia de ioniza- ção é sempre menor que a segunda. e) se o segundo elétron estiver no mesmo nível de ener- gia do primeiro, então a primeira energia de ionização será sempre igual. 22. (PUC-SP) O ponto de fusão de compostos iônicos está relacionado com a força de atração entre os íons no re- tículo (energia reticular). A lei de Coulomb é uma boa aproximação para determinar essa força de atração: q q d uru = ⋅ ⋅ F K 1 2 2 onde K é uma constante, q 1 é a carga do cátion, q 2 é a carga do ânion e d é a soma dos raios iônicos (d = r cátion + + r ânion ). Considerando a lei de Coulomb e as propriedades periódicas, assinale a alternativa que apresenta os pontos de fusão (PF) dos compostos iônicos NaF, NaCl, MgO e NaBr em ordem crescente de temperatura. a) PF NaCl � PF MgO � PF NaF � PF NaBr b) PF NaBr � PF NaCl � PF NaF � PF MgO c) PF MgO � PF NaBr � PF NaCl � PF NaF d) PF NaF � PF NaCl � PF NaBr � PF MgO e) PF NaBr � PF MgO � PF NaCl � PF NaF 23. (PUC-PR) A tabela periódica dos elementos é uma das ferramentas mais importantes na Química, pois organiza os elementos de uma maneira que algumas propriedades mostram variações com tendências relativamente previsí- veis, em função dos tamanhos e das estruturas eletrônicas dos átomos. Conhecer algumas propriedades periódicas de determinado elemento químico auxilia na compreensão de suas características físico-químicas, e mesmo de algumas substâncias das quais este faz parte. A fi gura abaixo mostra valores de energia (em kJ · mol-1) relativos a uma certa propriedade periódica para cada ele- mento do bloco dos elementos representativos da tabela periódica. Fonte: ATKINS,P; JONES, L. Princ’pios de qu’mica: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 5 ed. Porto Alegre: Bookman, 2012. p. 43. Sobre a propriedade periódica em questão, é correto afi r- mar que: a) trata-se da primeira energia de ionização, a qual é a energia liberada quando se adiciona um elétron a um átomo no estado fundamental e no estado gasoso. b) trata-se da eletroafi nidade, a qual é a energia forneci- da para remover o primeiro elétron de um átomo no estado fundamental e no estado gasoso. c) trata-se da primeira energia de ionização, a qual é a energia fornecida para remover o primeiro elétron de um átomo no estado fundamental e no estado gasoso. d) trata-se da eletroafi nidade, a qual é a energia liberada quando se adiciona um elétron a um átomo no estado fundamental e no estado gasoso. e) é a eletronegatividade, a qual é a intensidade com que um elemento atrai os elétrons em uma ligação química. 24. +Enem [H24] Os elementos de números atômicos 81 e 84 pertencem ao mesmo período da tabela periódica, consequentemente: a) pertencem à mesma família da tabela periódica. b) o elemento de número atômico 81 tem maior energia de ionização. c) o elemento de número atômico 84 tem maior raio atômico. d) apresentam o mesmo número de elétrons na camada de valência. e) apresentam o mesmo número de camadas eletrônicas ocupadas. R e p ro d u ç ã o /P U C -P R , 2 0 1 4 . Vá em frente Assista Química: uma história volátil, episódio 2, A ordem dos elementos, parte 1, disponível em: <www.ciencias.seed.pr.gov.br/ modules/video/showVideo.php?video=8959>. Acesso em: 20 nov. 2017. Neste episódio, o professor Al-Khalili comenta sobre os químicos do século XIX, os quais lutaram para impor ordem ao mundo apa- rentemente aleatório dos elementos. A busca dos cientistas para decifrar a ordem oculta dos elementos esteve repleta de caminhos errôneos e disputas ferrenhas. No entanto, levou a uma das criações intelectuais mais belas da Química – a tabela periódica. Autoavalia•‹o: V‡ atŽ a p‡gina 95 e avalie seu desempenho neste cap’tulo. Et_EM_1_Cad1_Qui_c03_41a61.indd 61 2/27/18 8:59 AM ► Identifi car o estado físico de uma substância em diferentes temperaturas, baseando-se nos pontos de fusão e de ebulição. ► Executar cálculos usando o conceito de densidade. ► Apontar e compreender curvas de aquecimento e resfriamento. ► Reconhecer os principais métodos de separação de misturas e selecionar equipamentos necessários para a execução. Principais conceitos que você vai aprender: ► Estados físicos e mudanças nos estados de agregação ► Propriedades da matéria ► Sistemas ► Separação de misturas 62 OBJETIVOS DO CAPÍTULO 4 SUBSTÂNCIAS E TRANSFORMAÇÕES A lpha_7D /S h u tte rsto ck Os métodos de separação das substâncias são usados em diversas situações, desde dentro de casa até em diferentes processos industriais, sendo um dos processos funda- mentais para o êxito do produto fi nal. Para separar os componentes de uma mistura, devem-se usar processos específi cos, defi nidos de acordo com fatores preestabelecidos. • Tipo de mistura: homogênea ou heterogênea. • Estado físico da mistura: sólido, líquido ou gasoso. • Algumas propriedades físicas dos materiais que constituem a mistura, como pontos de fusão e ebulição, densidade e/ou solubilidade. O petróleo, uma importante matéria-prima para diversos produtos industriais, é um exemplo em que a separação de mistura é empregada. Por ser de extrema importância mundial, são os Estados que detém as maiores reservas, como podemos ver no gráfi co a seguir. Propriedade das reservas mundiais O acesso às reservas de petróleo é uma das principais questões geopolíticas e fonte de confl itos no mundo. Empresas estatais detêm atualmente 77% do 1,26 trilhão de barris de óleo equivalente certifi cados 77% 10% 7% 6% Reservas detidas por empresas estatais com acesso às empresas provadas por meio de participação Reservas detidas por empresas privadas russas Reservas de acesso livre às empresas privadas Reservas de empresas estatais (acesso limitado) Fonte: PFC Energy 2009 • O processo de separação dos componentes químicos do petróleo é físico ou químico? E o processo de transformação dos componentes do petróleo em plásticos? Et_EM_1_Cad1_Qui_c04_62a96.indd 62 2/27/18 9:01 AM 63 Q U ÍM IC A Substâncias e misturas Em nosso dia a dia, ao analisarmos uma porção de matéria, um corpo, qualquer estru- tura, estamos, obrigatoriamente, realizando uma observação macroscópica do sistema. Verifi camos sua massa, seu volume, sua textura, etc. Ou seja, observamos as característi- cas que podemos ver ou sentir. Sabemos também que essa estrutura é constituída por porções menores e que, sem- pre que nos aprofundamos mais em nossa análise, concluímos que essas porções são cada vez menores, menores, menores. Tão menores que chegamos ao nível microscópico unitário: o átomo! E como é que de uma estrutura tão minúscula conseguimos chegar a corpos robustos e grandiosos, como um carro, um prédio ou até mesmo uma montanha? Para responder- mos a essa questão, vamos conhecer algumas defi nições químicas. Substâncias químicas Vamos considerar a composição da água. Sabemos que a fórmula da água é H 2 O. Ao dizermos isso, estamos detalhando a constituição de uma pequena estrutura determina- da pela presença de dois átomos representando o elemento hidrogênio e de apenas um átomo do elemento oxigênio. É, simultaneamente, um relato qualitativo (pois estamos dizendo quais elementos estão presentes) e quantitativo (pois também estamos dizendo quantos átomos de cada um desses elementos estão presentes). Assim, uma fórmula pode representar a menor estrutura constituída por átomos e, por isso, também é extremamen- te pequena individualmente. Também podemos analisar as substâncias de diferentes formas, e uma das caracteri- zações mais importantes é sobre o tipo de átomo que as compõe. Dessa maneira, classifi - camos as substâncias como simples e compostas. Substância simples Agrupamento de átomos de um mesmo elemento químico. Exemplos: O 2 ; O 3 ; C (graf.) ; P 4 . O número do lado direito indica aquantidade de átomos de um elemento na molécula (atomicidade). Substância composta Agrupamento de átomos de elementos químicos diferentes. Exemplos: CO 2 ; H 3 PO 4 ; H 2 O. Quando o índice é 1, ele não precisa ser representado na fórmula. Assim, tudo o que vemos, sentimos e/ou tocamos é constituído por substâncias. Elas estão presentes em toda a natureza. No entanto, cada corpo macroscópico que existe não é formado por uma única substância. Existem, sim, corpos nos quais ocorre a presença de um único tipo de molécula (uma única substância), mas, na maioria das vezes, eles são constituídos por vários tipos (várias substâncias). Dessa maneira, então, podemos classifi car as substâncias como puras e misturas. Substância pura Ocorre quando o sistema apresenta apenas uma substância química. Isso quer dizer que, ao percorrermos toda a extensão do material, todas as substâncias terão a mesma fórmula, ou seja, serão absolutamente iguais. Podemos realizar agora uma classifi cação empregando o mesmo critério aceito para caracterizar as substâncias, ou seja, pelo tipo de elemento presente. • Substâncias (puras) simples: são constituídas por átomos de mesmo elemento quími- co. Por exemplo: O 2(g); P 4(s); Br 2(�) . • Substâncias (puras) compostas: são constituídas por átomos de elementos químicos diferentes. Por exemplo: CO 2(g); C 6 H 12 O 6(s) ; H 2 O (�) . 1 Veja, no esquema ao lado, uma forma simples de entendermos essa classifi cação. 2 Observações 1 Quando uma substância composta é formada por dois elementos químicos, diz-se que é binária; por três elementos químicos, é ternária; por quatro elementos químicos, é quaternária, e assim por diante. 2 Normalmente, o termo pura na classifi cação das substâncias puras é omitido. Assim, chamaremos apenas de substância simples e de substância composta os sistemas que agrupam espécies químicas iguais. Cl 2 Cl 2 Cl 2 H 2 O H 2 O H 2 O Sistema com substância pura simples Sistema com substância pura composta Et_EM_1_Cad1_Qui_c04_62a96.indd 63 2/27/18 9:01 AM 64 CAPÍTULO 4 Observe o anúncio de uma marca de água mineral hipotética. Água pura direto da natureza para você. Nascente pura Água pura direto da natureza para você. Nascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente puraNascente 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mL750 mL É necessário prestarmos muita atenção no emprego de alguns termos científi cos no cotidiano: água potável e água pura não são a mesma coisa. Cientifi camente, água pura quer dizer que há exclusivamente moléculas da substância química água, e água potável é a água que pode ser consumida porque não faz mal à saúde. Esta contém, além de água, outras substâncias dissolvidas, como sais minerais e certos gases. Misturas Se em um sistema houver duas ou mais substâncias químicas (dois ou mais tipos de substâncias), é porque estamos diante de uma mistura. Só para relembrar, é importante salientar que a maioria dos materiais que nos cercam é mistura. A água potável, o gás de cozinha, a gasolina do automóvel, o granito, o ar atmosférico, o sangue, o leite, enfi m, existe uma infi nidade de exemplos de misturas que podemos ci- tar, visto que a maioria dos materiais que nos cercam é mistura. Antes, porém, de classifi carmos as misturas, é muito importante que saibamos dois conceitos. • Componente: é cada substância presente no sistema. Por exemplo, uma mistura de água, gelo, areia e óleo contém três componentes (água – líquida e sólida –, areia e óleo). • Fase: é toda extensão do sistema em que as propriedades encontradas são as mesmas. Por exemplo, uma mistura de água e óleo apresenta duas fases. Quando misturamos uma pitada de sal em água, a mistura formada tem uma única fase. Podemos agora realizar a classifi cação das misturas quanto ao número de fases. • Mistura homogênea: apresenta uma única fase (sistema monofásico). Isso quer dizer que não podemos distinguir os componentes presentes. Há um aspecto uniforme, crian- do a falsa sensação da existência de uma única substância. Por exemplo: água e álcool, água e açúcar (sem depósito no fundo do recipiente) e todas as misturas gasosas. • Mistura heterogênea: apresenta duas ou mais fases (sistema polifásico). Isso quer dizer que podemos distinguir mais de uma porção visível em um sistema. Por exemplo: água e óleo, água e areia e a maio- ria das misturas entre sólidos. 1 1 Atenção 1 Existem misturas aparentemente homogêneas, mas que, examinadas com um microscópio, se mostram heterogêneas. Uma delas é o leite que, ao microscópio, é um líquido branco com gotas de gordura espalhadas. Outro sistema importante é o sangue, que, a olho nu, apresenta aspecto homogêneo e, quando observado em um microscópio, notamos que é heterogêneo por causa da fase líquida – plasma – e da fase sólida – hemácias, leucócitos, etc. O granito é uma rocha que apresenta três fases, o quartzo o feldspato e a mica. Observações 1 1. As misturas homogêneas são também chamadas de soluções. 2. Solução quase sempre nos remete ao estado líquido – como a solução de “água + sal (NaCl)”. No entanto, não podemos esquecer que as soluções podem estar nos três estados físicos, como a seguir. ► Estado sólido: ligas metálicas, como o ouro 18 quilates (liga metálica de composição 75% de ouro + 13% de Ag + 12% de Cu para confecção do ouro amarelo). ► Estado líquido: gasolina usada como combustível. É uma mistura que contém, atualmente, 27,5% de álcool anidro e 72,5% de hidrocarbonetos. Essas porcentagens podem variar em virtude da oferta no mercado das substâncias que compõem a mistura. ► Estado gasoso: toda mistura de gases é necessariamente uma mistura homogênea, logo sempre é uma solução. As bancadas de cozinha ou pias podem ser de granito, um sólido trifásico que contêm quartzo, feldspato e mica. Defi nição Mistura : sistema formado por duas, ou mais, espécies químicas diferentes. Não pode ser representada por uma única fórmula. A rt a zu m /S h u tt e rs to ck E v g e n y K a ra n d a e v /S h u tt e rs to ck E x c e lle n t b a ck g ro u n d s /S h u tt e rs to ck Et_EM_1_Cad1_Qui_c04_62a96.indd 64 2/27/18 9:08 AM 65 Q U ÍM IC A Alotropia É denominada alotropia a propriedade que certos elementos químicos têm para for- mar diferentes substâncias simples (substâncias formadas por um só elemento químico, por exemplo: O 2 , N 2 , P 4 , S 8 , etc.). Essas substâncias são chamadas variedades alotrópicas e podem apresentar diferentes propriedades físicas. As propriedades químicas, contudo, costumam ser semelhantes. Os alótropos podem ser classifi cados em: • Alótropos de atomicidade: ocorre quando a diferença está no número de átomos que formam a molécula. Exemplos: O 2 e O 3 ou P 4 e P n . • Alótropos de estrutura: ocorre quando o número de átomos é o mesmo e a diferença ocor- re na estrutura cristalina. Exemplos: S 8 : rômbico e monoclínico; C n : grafi te e diamante. Casos de alotropia • Gases oxigênio e ozônio: o elemento oxigênio apresenta duas formas alotrópicas: o gás oxigênio (O 2 ) e o gás ozônio (O 3 ). O oxigênio é o gás inodoro, essencial à vida e a todas as reações de combustão (gás comburente). Na forma líquida, o O 2 tem cor azul-clara. O ozônio tem um odor penetrante e é usado como bactericida e germicida. A camada de ozônio da estratosfera protege a superfície terrestre da radiação ultravioleta do Sol, que, em excesso, pode causar câncer de pele. No estado líquido, o O 3 é azul-escuro. • Carbono: outro caso clássico de alotropia ocorre com o carbono, que na natureza se apresenta sob duas formas: grafi te e diamante. A diferença entre os dois está na ma- neira como os átomos de carbono estão ligados. Observe estas estruturas: O diamante tem uma estrutura compacta, responsável por sua grande dureza. Ele é bri- lhante, não conduz eletricidade, mas conduz bem o calor, e sua densidade é de 3,5 g/cm3. A grafi te é um sólido escuro, menos duro que o diamante, escorregadio, conduz bem a eletricidade, e sua densidade é de 2,5 g/cm3. Atualmente, conhecemos mais variedades alotrópicas do carbono, todas artifi ciais, ou seja, foram produzidas pelo ser humano em laboratório: o fulereno, os nanotubos e os grafenos. Um cientista chamado Harry Kroto, em 1985, vaporizou grafi te com laser e, aparente- mente ao acaso, obteve um tipo de molécula formada por 60 átomos de carbono – o C 60 –, que lembra uma bola de futebol (é constituída por pentágonos e hexágonos). Em home- nagem a um arquiteto chamado Buckminster Fuller, que desenhou uma redoma com as- pecto semelhante ao dessa molécula, muitos anos antes de sua descoberta, chamou-a de buckminster fullerene, que, em português, chamamos de fulereno. Algum tempo depois, no Japão, foi sintetizada outra variedade alotrópica do carbono: os nanotubos. Como o nome indica, são minúsculos tubos de carbono. Os átomos de car- bono nos nanotubos também estão dispostos em pentágonos e hexágonos. Essa desco- berta também ocorreu aparentemente ao acaso. Desde quando foram descobertos, tanto o fulereno quanto os nanotubos estão sendo estudados em pesquisas para, no futuro, serem de alguma forma úteis à humanidade. Os grafenos são folhas planares de átomos de carbono arranjados numa estrutura he- xagonal. Atualmente estão sendo feitos estudos para que essa estrutura possa substituir o silício em semicondutores. A B Defi nição Combustão : reação de queima. Comburente : substância que alimenta a combustão. (A) Diamante (carbonos dispostos em tetraedros) e (B) grafi te (carbonos dispostos em hexágonos). Et_EM_1_Cad1_Qui_c04_62a96.indd 65 2/27/18 9:08 AM 66 CAPÍTULO 4 Características das substâncias Imagine uma pessoa preparando uma limonada: ela espreme alguns limões, coloca água, algumas pedras de gelo e, para completar, um pouco de açúcar. Dentro do armário estão dois potes com sólidos brancos em pó, cujos rótulos que indicavam “sal” e “açúcar” caíram. O que fazer? Simples!Como o sal e o açúcar têm sabores diferentes, fi ca fácil saber qual é qual expe- rimentando um pouco de um dos sólidos. E lembrando-se de colar os rótulos novamente! Nesse exemplo, a pessoa que preparava a limonada identifi cou qual era o açúcar entre dois sólidos aparentemente iguais testando uma de suas propriedades: o gosto. Muitas vezes, um químico, durante seu trabalho, também precisa identifi car substâncias aparen- temente iguais que estão num laboratório, mas ele não pode simplesmente provar essas substâncias, porque algumas delas podem fazer mal à saúde. Assim, para identifi car uma substância, um químico testa várias características, que são denominadas propriedades da matéria e são divididas em gerais, funcionais e específi cas. • Propriedades gerais: são propriedades presentes em todas as substâncias. São elas: massa, extensão, impenetrabilidade e compressibilidade. 1 • Propriedades funcionais: são características que determinado grupo de substâncias tem em comum. Por exemplo: ácidos de Arrhenius – são substâncias que, quando dis- solvidas em água, se ionizam formando, como único cátion, o íon H 3 O+. • Propriedades específi cas: nesse caso são propriedades inerentes a cada substância química. São usadas na identifi cação de substâncias e são subdivididas em: proprie- dades organolépticas – são as perceptíveis aos sentidos, como cor, cheiro, gosto, etc. –, propriedades químicas – dizem respeito às reações químicas características de deter- minada substância (podemos citar o caso do gás hidrogênio (H 2 ), sua combustão, ou seja, a reação com o gás oxigênio, produz a substância água (H 2 O)) e, por fi m, as pro- priedades físicas – as que avaliam as grandezas físicas de cada substância. Propriedades físicas Neste momento será de grande valia estudarmos mais profundamente os conceitos relacionados às propriedades físicas. Como foi dito, trata-se da avaliação das grandezas físicas; logo, elas poderão ser associadas a um valor numérico e a uma unidade. Ou seja, são características das substâncias que, variando, podem ser dimensionadas e descritas por meio de números. Antes, porém, de tratarmos desse assunto, outro conceito ainda se faz necessário: as fases de agregação da matéria. Fases de agregação da matéria Para o Ensino Médio, são considerados apenas três os estados de agregação da matéria, que podem ser determinados pela quantidade de energia cinética das estruturas e, conse- quentemente, das distâncias intermoleculares. São diretamente dependentes da tempera- tura e da pressão às quais estão submetidos. São os estados sólido, líquido e gasoso. Generalizando suas características, podemos as- sim compará-los: Ordem crescente de energia cinética Sólido Líquido Gasoso Forma e volume constantes Forma variável e volume constante Forma e volume variáveis Dependendo da energia empregada no sistema, qualquer subs- tância pode ser convertida em qualquer um dos três estados de agregação, e cada processo de transformação recebe um nome específi co. Veja ao lado as principais mudanças de fase da matéria. Observação 1 As propriedades da matéria ainda podem ser divididas em intensivas e extensivas. ► Intensivas: são independentes das quantidades de material. Exemplos: densidade, pontos de fusão e ebulição, etc. ► Extensivas: dependem da quantidade de material. Exemplos: massa, volume, quantidade de calor liberado ou absorvido em processos físicos e químicos, etc. Fusão Solidificação Sublimação Vaporização Condensação (liquefação) Diminuição de temperatura (a água é esfriada) Aumento de temperatura (a água é aquecida) O vapor-d’água é incolor, logo, quando misturado com o ar, é invisível. Et_EM_1_Cad1_Qui_c04_62a96.indd 66 2/27/18 9:08 AM 67 Q U ÍM IC A Ponto de fusão (PF) É a temperatura em que determinado sistema no estado sólido se transforma em líqui- do. Isso ocorre porque no estado sólido as estruturas microscópicas estão tão próximas umas das outras (por causa da baixa energia) que chegam a formar cristais. Com o aqueci- mento, há um aumento da energia de cada estrutura, forçando-as a se “desligarem” desse cristal, aumentando a fl uidez, ou seja, sua capacidade de escoamento. Surge então a fase líquida. Se o sistema analisado contiver uma substância pura, durante toda a fusão (do surgi- mento da primeira gotícula de líquido até o total desaparecimento da fase sólida), a tempe- ratura permanecerá constante. Ou seja, por apresentar o mesmo tipo de substância, a tem- peratura será sempre a mesma durante o processo. Dessa forma, cada substância tem seu próprio ponto de fusão, o que possibilita sua identifi cação. Para uma mistura homogênea, por apresentar substâncias diferentes, o processo de fusão ocorrerá com temperatura va- riável. Nesse caso, a faixa de temperatura dependerá da proporção entre os componentes. Ponto de ebulição (PE) Outra propriedade que nos auxilia na identifi cação das substâncias é o ponto de ebu- lição. Defi ne-se como a temperatura em que um sistema líquido passa para a fase gasosa. Esse processo acontece porque as estruturas na fase líquida, mesmo tendo maior liber- dade para movimentação, ainda estão muito próximas e sofrem atração umas pelas outras em razão da existência de forças denominadas intermoleculares. Com o aquecimento, no- vamente há um aumento da energia de cada estrutura, forçando-as, agora, a se “desligarem” defi nitivamente umas das outras, aumentando tanto a fl uidez que, nessa nova confi gura- ção, as estruturas ocupam todo o espaço disponível no recipiente. Eis então a fase gasosa. Nota-se também nesse caso que as substâncias puras apresentam pontos de ebulição constantes, enquanto as misturas homogêneas têm pontos de ebulição variáveis. O ponto de ebulição também é uma característica própria para cada substância pura e, para uma mistura, é dependente da proporção entre os seus componentes. 1 O ponto de fusão não depende da quantidade de sólido e o ponto de ebulição não depende da quantidade de líquido. Um líquido pode ser transformado em gás em temperaturas menores que o seu ponto de ebulição – é o que acontece com roupas secando em um varal. Essa transformação é chamada evaporação. Observe o gráfi co, que mostra a variação da temperatura de uma substância pura (água), da fase sólida para a fase gasosa, em função do tempo: Temperatura constante Temperatura constante Início da fusão Fim da fusão Início da ebulição Fim da ebulição Temperatura Tempo s g s w L L Lw g A B C D E F Por esse gráfi co – chamado curva de aquecimento – e conhecendo os pontos de fusão e de ebulição da água, percebemos que: Atenção 1 Substância pura: PF e PE são constantes. Mistura homogênea: PF e PE são variáveis. • no intervalo A-B, temos gelo; • no ponto B, começa a fusão; • no intervalo B-C, temos água na fase sólida (gelo) e água na fase líquida; • no ponto C, termina a fusão; • no intervalo C-D, temos água na fase líquida; • no ponto D, começa a ebulição; • no intervalo D-E, temos água nas fases líquida e gasosa; • no ponto E, termina a ebulição; • no intervalo E-F, temos água na fase gasosa. Et_EM_1_Cad1_Qui_c04_62a96.indd 67 2/27/18 9:08 AM 68 CAPÍTULO 4 Alguns sólidos, como a naftalina, passam diretamente para a fase gasosa. Essa trans- formação recebe o nome de sublimação; e o processo inverso – transformação do estado gasoso para o estado sólido – recebe o nome de ressublimação ou sublimação inversa. 1 Além da curva de aquecimento, temos a curva de resfriamento. Como exemplo, ob- serve ao lado a curva de resfriamento da água, ao nível do mar (os estados de agregação encontrados em cada temperatura estão indicados). Vamos analisar agora o que acontece durante as mudanças de estado de uma mistura quando a temperatura varia. Observe o gráfi co a seguir. Va ria çã o de te m pe ra tu ra Va ria çã o de te m pe ra tu ra Início da fusão Fim dafusão Início da ebulição Fim da ebulição Temperatura Tempo s g s w L L L w g Isso não acontece com todas as misturas. Existem dois tipos especiais que se compor- tam de maneira diferente. • Mistura eutética: durante a fusão, a temperatura é constante, mas, durante a ebuli- ção, ela varia. Exemplo: liga de cádmio (40%) e bismuto (60%). O ponto de fusão do cád- mio puro é 321 °C e o do bismuto puro é 271 °C; a liga apresentada tem ponto de fusão de 140 °C. Observe o gráfi co: Temperatura constante Início da fusão Fim da fusão Início da ebulição Fim da ebulição Temperatura Tempo s g s w L Va ria çã o de te m pe ra tu ra L L w g • Mistura azeotrópica: durante a fusão, a temperatura varia, mas, durante a ebulição, ela é constante. Exemplo: etanol (álcool hidratado) na proporção de 96% de etanol e 4% de água apresenta ponto de ebulição de 78,1 °C, enquanto a água pura ferve a 100 °C e o etanol puro entra em ebulição a 78,4 °C. Observe o gráfi co: s w L L s Início da fusão Fim da fusão Início da ebulição Fim da ebulição Temperatura Tempo s g Va ria çã o de te m pe ra tu ra Temperatura constante L w g Por causa das diferenças que observamos, podemos, analisando o gráfi co de mudança de estado, saber se um sistema homogêneo é formado por uma única substância ou se é uma mistura. 2 1 Temperatura 0 °C 100 °C g g + L L L + s s Tempo Observação 1 Os pontos de fusão e de ebulição dependem do local onde são determinados. Em geral, usamos os valores determinados ao nível do mar. Curiosidades 1 Veja a fi gura que mostra a sublimação do iodo. Condição Aquecimento Fase gasosa Vapor de iodo Sublimação do iodo Fase s—lida Cristais de iodo Mudança de fase 2 O que aconteceria com a temperatura se derretêssemos corpos de gelo cada vez maiores? Será que o ponto de fusão seria diferente? E se fervêssemos volumes de água diferentes? O ponto de ebulição variaria também? Para os dois casos, a resposta é não! Tanto o ponto de fusão quanto o ponto de ebulição são propriedades inerentes à substância, ou seja, são dependentes apenas do tipo, e não da quantidade de moléculas. A única diferença aparecerá no tempo gasto para derreter cada corpo sólido e no tempo de fervura de cada recipiente líquido diferente. In n a B ig u n /S h u tt e rs to ck Et_EM_1_Cad1_Qui_c04_62a96.indd 68 2/27/18 9:08 AM 69 Q U ÍM IC A Densidade Responda rápido: o que é mais pesado, 1 kg de chumbo ou 1 kg de algodão? Se não ra- ciocinarmos direito, responderemos 1 kg de chumbo! Isso está errado, pois a quantidade de matéria, ou seja, a massa em cada um dos dois sistemas é a mesma. Para que isso ocor- ra, o volume de algodão deve ser muito maior que o volume de chumbo. Por que temos a sensação de que o “tal” 1 kg de chumbo é mais pesado? Na verdade, isso acontece porque fazemos uma comparação entre chumbo e algodão com volumes iguais, pois temos uma tendência espontânea de comparar corpos pelo tamanho, já que a visão, em geral, vem antes do tato. E é essa discussão a respeito das relações entre massa e volume que norteia o con- ceito de densidade. Materialmente falando, densidade é medida em massa, disposta em determinado espaço físico. Como garantia de que entendemos essa defi nição, vamos considerar o seguin- te exemplo: três garrafas exatamente iguais foram dispostas uma em cada balança. A primeira enchemos com óleo, a segunda com água e a terceira com areia. Nossos olhos veem claramente recipientes exatamente iguais em tamanho, porém de massas diferentes. Matematicamente, a densidade expressa exatamente essa relação entre a massa do corpo e seu volume ocupado. Assim, dividindo a massa de um material por seu volume, teremos a fórmula que calcula a densidade (d): d massa volume = A unidade mais usada para a densidade é g/cm3, ou seja, o valor da densidade mostra a massa do material, em gramas, contida num volume de 1 cm3. No exemplo das três garrafas, percebemos que, se os volumes são iguais, a densidade é determinada pela massa de cada sistema. d massa volume 1 = d massa volume 2 = d massa volume 3 = Portanto, se m 3 � m 2 � m 1 , logo d 3 � d 2 � d 1 . A partir de agora (considerando a total insolubilidade entre os componentes), se mis- turarmos areia, água e óleo em qualquer proporção, o sistema apresentará sempre o as- pecto da foto ao lado. Cada substância tem sua própria densidade. Assim, podemos identifi car a substância que existe num material desconhecido calculando a densidade desse material e compa- rando-a com os valores de uma tabela. A tabela a seguir mostra as densidades de algumas substâncias a 20 °C. Substância Densidade (g/cm3) Água 1,0 Alumínio 2,7 Diamante 3,5 Prata 10,5 Cuidado com algumas situações como esta: Você acha que água e gelo formam uma mistura heterogênea? Não! Apesar de haver duas fases, água pura e gelo não formam uma mistura heterogênea. O que existe na verdade é uma única substância em dois estados físicos diferentes: sólido e líquido. Nessa situação, devemos usar o conceito de sistema. Compare as semelhanças e as diferenças entre estes dois sistemas: • água e óleo: heterogêneo, duas fases, dois componentes (materiais diferentes); • água e gelo: heterogêneo, duas fases, um componente (água em dois estados físicos diferentes). Um copo com água, óleo e areia é um sistema trifásico, ou seja, apresenta três fases. D o tt a 2 Defi nição Sistema : parte do Universo que é separada para ser objeto de estudo. Et_EM_1_Cad1_Qui_c04_62a96.indd 69 2/27/18 9:08 AM 70 CAPÍTULO 4 Nesses casos, usando o conceito de sistema, teremos: Mistura heterogênea Substância pura (em dois ou mais estados físicos diferentes) Heterogêneo Sistema Mistura homogênea Substância pura (em um único estado físico) Homogêneo Atividades 1. (Ufes) Qual é a alternativa em que só aparecem misturas? a) Grafi te, leite, água oxigenada, fósforo vermelho. b) Ferro, enxofre, mercúrio, ácido muriático. c) Areia, açúcar, granito, metanol. d) Vinagre, álcool absoluto, água do mar, gás amoníaco. e) Ar, granito, vinagre, água sanitária. 2. (Ufal) A mudança de estado de uma substância pura ocorre sempre em condições constantes. O gráfi co a seguir repre- senta a mudança de estado da água pura. Podemos afi rmar que o ponto “A” representa o: a) início da ebulição. b) fi m da fusão. c) fi m da ebulição. d) início da fusão. e) início da sublimação. R e p ro d u ç ã o /U fa l 3. (Unitau-SP) Misturas azeotrópicas são: a) misturas heterogêneas com ponto de fusão constante. b) misturas homogêneas ou ligas de ponto de fusão constante. c) líquidos ou ligas de ponto de fusão constante. d) soluções líquidas de ponto de ebulição constante. e) líquidos de ponto de ebulição variável. 4. Associe os gráfi cos aos itens da coluna a seguir. I. T (°C) 0 s L t (min) II. T (°C) 0 t (min) s L III. T (°C) 0 s L t (min) IV. L T (°C) 0 s t (min) ( ) Substância pura ( ) Mistura homogênea ( ) Mistura eutética ( ) Mistura azeotrópica Et_EM_1_Cad1_Qui_c04_62a96.indd 70 2/27/18 9:08 AM 71 Q U ÍM IC A 5. (Ufes) Observe a representação dos sistemas I, II e III e seus componentes. O número de fases em cada um é, respectivamente: a) 3, 2 e 4. b) 3, 3 e 4. c) 2, 2 e 4. d) 3, 2 e 5. e) 3, 3 e 6. 6. (UFSC) Considere a curva de aquecimento de uma subs- tância sólida até seu estado gasoso, em função do tempo, à pressão de 1 atmosfera. De acordo com as informações do enunciado e com o grá- fi co apresentado, assinale a(s) proposição(ões) correta(s). ( 01 ) No tempo t 2 coexistem sólido e líquido. ( 02 ) A temperatura T 2 representa o ponto de ebulição da substância. ( 04 ) No intervalo de tempo de t 3 a t 4 , os estados líquido e vapor da substância coexistem a uma temperatura constante. ( 08 ) A curva de aquecimento mostraque a substância não é pura, mas, sim, uma mistura homogênea simples. ( 16 ) O tempo t 1 representa o início da vaporização da substância. ( 32 ) No intervalo de tempo de t 2 a t 3 , a substância se en- contra no estado líquido a uma temperatura que va- ria de T 1 a T 2 . Dê a soma dos números dos itens corretos. R e p ro d u ç ã o /U fe s 7. (UFV-MG) Um recipiente “A” contém um líquido inco- lor que, após aquecimento até secura, deixa um resíduo branco. Um recipiente “B” contém uma substância líquida azulada transparente e uma substância escura depositada. A substância líquida contida no recipiente “B” foi trans- ferida para um recipiente “C”, que, após aquecimento, deixa um resíduo azulado. Assinale a alternativa que classifi ca corretamente os siste- mas “A”, “B” e “C”, respectivamente: a) mistura homogênea, mistura heterogênea e mistura homogênea; b) mistura heterogênea, mistura heterogênea e mistura homogênea; c) solução, solução composta binária e mistura homogênea; d) mistura heterogênea, mistura heterogênea e mistura heterogênea; e) mistura homogênea, solução e mistura heterogênea. 8. +Enem [H17] Observe a fi gura a seguir: 1 2 3 4 5 6 Existem misturas nos sistemas de número: a) 1 e 2. b) 1 e 3. c) 3 e 4. d) 3 e 5. e) 4 e 6. R e p ro d u ç ã o /U F S C Et_EM_1_Cad1_Qui_c04_62a96.indd 71 2/27/18 9:08 AM 72 CAPÍTULO 4 Complementares Tarefa proposta 1 a 13 9. (UFF-RJ) Quando se retira uma garrafa de vidro com água de uma geladeira, depois de ela ter fi cado lá por algum tempo, veem-se gotas d’água formando-se na superfície externa da garrafa. Isso acontece por causa, principalmente, da: a) condensação do vapor-d’água dissolvido no ar ao en- contrar uma superfície à temperatura mais baixa. b) diferença de pressão, que é maior no interior da garra- fa e que empurra a água para seu exterior. c) porosidade do vidro, que permite a passagem de água do interior da garrafa para sua superfície externa. d) diferença de densidade entre a água no interior da garrafa e a água dissolvida no ar, que é provocada pela diferença de temperaturas. e) condução de calor através do vidro, facilitada por sua porosidade. 10. (Pasusp) Um químico precisa identifi car três blocos produzi- dos com plásticos de diferentes densidades (polipropileno: 0,80 g/cm3, poliestireno: 1,04 g/cm3 e policarbonato: 1,09 g/cm3), empregando, para tanto, água (densidade: 1,00 g/cm3) e uma solução de NaCl: 1,20 g/cm3 (solução A). Isso não pode ser feito usando-se somente a água e a solução A, pois é possível identifi car o bloco de polipropileno (único que fl utua em água), mas não se pode distinguir o bloco de poliestireno do de policarbonato (ambos afundam na água e fl utuam na solução A). Para resolver o problema, o químico preparou duas outras soluções de NaCl menos densas: solução B (densidade: 1,10 g/cm3) e solução C (densidade: 1,05 g/cm3). A identifi ca- ção dos três blocos pôde, então, ser efetuada, empregando-se: a) água e solução B. b) água e solução C. c) soluções A e B. d) soluções A e C. e) soluções B e C. 11. (FEI-SP) Qual das alternativas abaixo contém somente subs- tâncias simples? a) H 2 O, HCl, CaO b) H 2 O, Au, K c) H 2 O, Cl 2 , K d) Au, Fe, O 2 e) H 2 , Cl, NaCl 12. (UFSM-RS) O café fi ltrado apresenta fase(s), con- tendo uma . Assinale as palavras que completam, respectivamente, as lacunas. a) uma - substância composta b) duas - mistura homogênea c) uma - mistura heterogênea d) duas - substância simples e) uma - mistura homogênea Separação de misturas Existem mais de 10 milhões de substâncias conhecidas, entre as que são encontradas na natureza e aquelas produzidas artifi cialmente. A maioria dessas substâncias não existe na forma pura; elas estão misturadas umas com as outras. Assim, é preciso separar essas misturas para obtermos as substâncias que desejamos. Por isso, é necessário conhecermos as propriedades das substâncias – ponto de fusão, ponto de ebulição, densidade – para podermos usar métodos que permitam separá-las. Vamos ver alguns desses métodos. Misturas heterogêneas Sólido-sólido Catação Separação do feijão das impurezas é denominado catação. Empregada quando a operação pode ser efetuada manualmente, como na “escolha do feijão” antes de ser cozido. Flotação A fl otação é um dos processos usados no tratamento de minérios de ferro. É realizada adicionando-se um líquido de densidade intermediária entre dois sólidos. Por exemplo: areia + serragem – acrescenta-se água, fazendo com que a areia, mais densa, permaneça no fundo do recipiente, enquanto a serragem, menos densa, fl utue na água. Sublimação Iodo sendo sublimado e ressublimado no interior de um frasco. Pode ser usada quando um dos sólidos sofre sublimação, como o iodo ou a naftalina. H e ld e r A lm e id a /S h u tt e rs to ck ja n p rc h a l/ S h u tt e rs to ck A la m y /F o to a re n a Et_EM_1_Cad1_Qui_c04_62a96.indd 72 2/27/18 9:08 AM 73 Q U ÍM IC A Separação magnética Equipamento que separa materiais ferrosos de não ferrosos. É realizada quando um dos componentes sofre ação de um ímã (como os metais ferro, cobalto e níquel – chamados de metais ferromagnéticos), por exemplo, uma mistura de limalha de ferro, que é atraída por ele, e sal de cozinha. Levigação A separação do ouro nos garimpos envolve a levigação. Ocorre quando uma corrente de um líquido arrasta o componente menos denso, enquanto o componente mais denso permanece no recipiente. Esse sistema é empregado no garimpo de ouro de aluvião. Cristalização fracionada Lagoas de cristalização de sal nas salinas de Tenerife. Método usado nas salinas para a separação dos componentes sólidos que estão dissolvidos na água do mar. À medida que ocorre a evaporação do solvente (líquido), o sólido com menor solubilidade se cristaliza. A fase líquida que permanece sobre o sólido cristalizado recebe o nome de “água-mãe de cristalização”. Isso ocorre porque a solubilidade das substâncias é dependente da temperatura. Fusão fracionada A fusão fracionada envolve metais com diferentes temperaturas de fusão É feita quando os sólidos apresentam pontos de fusão diferentes. O sólido com menor ponto de fusão se torna líquido e pode ser separado por decantação. Peneiração ou tamisação Na construção civil, a areia é separada dos pedregulhos por meio da peneiração. Nesse caso, os sólidos a serem separados apresentam tamanhos diferentes. Esse sistema é usado na construção civil para separar os cascalhos que estão misturados na areia. Ventilação Uma das etapas do tratamento dos grãos de café envolve a ventilação para retirada de sólidos leves como folhas. Nesse método, usa-se uma corrente de ar que arrasta os sólidos mais leves, separando-os dos sólidos mais pesados. Usado em indústrias que benefi ciam o arroz para separar as cascas desse cereal. Dissolução fracionada Pode ser usada de duas formas, dependendo da mistura. A primeira, com adição de um solvente capaz de dissolver ape- nas um dos componentes. Veja o quadro a seguir. Água Dissulfeto de carbono NaCl (sal de cozinha) Solúvel Insolúvel Enxofre Insolúvel Solúvel A segunda forma de dissolução fracionada ocorrerá quando os sólidos tiverem solubilidades diferentes em temperatu- ras diferentes. Para a obtenção de sais em salinas, a água do mar é colocada em tanques para que se transforme em vapor (evapore) naturalmente. Ao fi nal da evaporação, obtém-se uma mistura de sais. Nesse caso, se adicionarmos água, o enxofre continuará no estado sólido e poderá ser removido por fi ltração, enquanto no fi ltrado (ou seja, água + sal de cozinha) poderemos fazer uma evaporação, eliminando a água. S u ra s a k _ P h o to /S h u tt e rs to ck Ta m a ra K u lik o v a /S h u tt e rs to ck G ra n d p a /S h u tt e rs to ck N e il L o ck h a rt /S h u tt e rs to ck M o lg u nI g o r/ S h u tt e rs to ck m u s ic p h o n e /S h u tt e rs to ck Et_EM_1_Cad1_Qui_c04_62a96.indd 73 2/27/18 9:08 AM 74 CAPÍTULO 4 Sólido-líquido Decantação: é um método que faz uso da ação da gravidade, por isso ocorre quando dei- xamos uma mistura em repouso até que todo o sólido se deposite no fundo do recipiente. Para separarmos os componentes, podemos entornar o recipiente, deixando o líquido es- coar em outro recipiente, ou usar uma mangueira e efetuar uma sifonação. Veja o esquema: Mangueira Líquido Líquido Sólido A decantação também é realizada em estações de tratamento de água. Nesse proces- so, a água que vai ser tratada é colocada em tanques. São adicionados, então, sulfato de alumínio e cal, que reagem formando um material gelatinoso em fl ocos (daí receberem o nome de fl oculação). As partículas sólidas juntam-se a esses fl ocos, tornando-se maiores e mais pesadas (densas), e, dessa forma, se depositam mais rápido no fundo do tanque, de onde são aspiradas. Esse procedimento também é empregado na limpeza de piscinas. 1 Centrifugação: é uma decantação acelerada por um equipamento denominado centrí- fuga. O sólido deposita-se no fundo do tubo por inércia. Esse método é usado para separar os componentes do sangue. Fase sólida Tubos em rotação Fase líquida Filtração: é usada para separar sólidos que não são solúveis em um líquido, como água e areia. Suporte Bastão de vidro Funil (onde é colocado o papel-filtro) Apenas o sólido (areia) fi ca no papel-fi ltro. O líquido (água), depois da separação, é cha- mado de fi ltrado. Nos fi ltros de água domésticos, em vez de papel-fi ltro, usa-se uma peça de cerâmica, a vela, para separar as partículas sólidas da água de beber. Atenção 1 A decantação é o processo de separação. A sedimentação é o processo de as partículas irem para o fundo do recipiente. Porém, na prática, são muitas vezes confundidas e usadas como sinônimos. A separação das fases sólido-líquido do sangue é feita por centrífugas. R o m a s e t/ S h u tt e rs to c k Et_EM_1_Cad1_Qui_c04_62a96.indd 74 2/27/18 9:09 AM 75 Q U ÍM IC A Filtração a vácuo (ou sob pressão reduzida): acelera a fi ltração quando esta ocorrer naturalmente, de forma muito lenta. O equipamento usado para essa modalidade de se- paração está esquematizado a seguir. Mangueira Funil de Büchner Kitassato Mangueira Ar Trompa de vácuo Torneira Nesse caso, a água da torneira, passando em alta velocidade pelo interior da trompa de vácuo, aspira o ar contido no interior dos tubos, reduzindo a pressão interna no interior do kitassato, acelerando a fi ltração. Sólido-gás Filtração: a separação ocorre através de um fi ltro que retém as partículas no estado sólido, separando-as da fase gasosa. É o que acontece dentro dos aspiradores de pó. Ao ser ligado, o aspirador suga ar e poeira juntos. Dentro dele existe um saco de pano que funciona como fi ltro, segurando a poeira e deixando passar o ar. Câmara de gás: usada em indústrias que injetam ar dentro de um tubo com vários obs- táculos em seu interior, com velocidade baixa, provocando a decantação das partículas sólidas em seu interior. Veja o esquema: Sólido depositado Gás + sólido Gás Líquido-líquido Decantação com funil de bromo (ou de decantação): é usada para separar líquidos imiscíveis com densidades diferentes, como água e óleo. Nesse método, usamos a seguin- te aparelhagem: Suporte Funil de decantação Óleo Óleo Água Béquer Água Óleo O líquido mais denso – a água, nesse caso – fi ca na parte de baixo do funil de decanta- ção (A). Abrimos a torneira e deixamos esse líquido escoar em um béquer (B). Então, fecha- mos a torneira e, em outro béquer, colocamos o líquido menos denso (C). A B C Sujeira retida no interior de um aspirador de p—. B u n p h o t K lia p h u a n g p h it /S h u tt e rs to ck Et_EM_1_Cad1_Qui_c04_62a96.indd 75 2/27/18 9:09 AM 76 CAPÍTULO 4 Sifonação: nesse caso, usamos o mesmo sistema empregado no processo de decan- tação explicado na separação de misturas sólido-líquido com decantação. Veja a seguir o esquema da separação de uma mistura de água e óleo. Água Óleo Óleo Nas estações de tratamento de água ocorrem diversos processos de separação de mis- turas até torná-la potável, ou seja, própria para o consumo humano. A seguir está o esque- ma de uma estação de tratamento de água com todas as etapas, desde a captação em um corpo d’água até a distribuição para o consumo. AdutoraRede de distribuição Cloro e flúor Sulfato de alumínio, cal, cloro Sulfato de alumínio, cal, cloro Filtração DecantaçãoFloculação Represa Adutora de captação Reservatório de água tratada Canal de água filtrada Canal de água filtrada Carvão ativado Areia Cascalho Reservatório elevado Misturas homogêneas Sólido-líquido Destilação simples: é usada para separar misturas homogêneas de sólidos e líquidos, por exemplo, uma solução de sal de cozinha em água. Para esse processo, temos a aparelhagem apresentada ao lado. A solução é aquecida usando-se um bico de Bunsen ou uma manta de aquecimento (elé- trica). O sal, que apresenta ponto de ebulição maior que o da água, permanece no balão. Já o vapor-d’água produzido é resfriado no conden- sador e, novamente como líquido, deposita-se no erlenmeyer. Bico de Bunsen Saída de água Líquido em ebulição Entrada de água Tela de amianto Líquido puro Mistura Balão de destilação Termômetro Erlenmeyer Condensador refrigerado a água Nesta montagem, estamos usando o bico de Bunsen. Defi nição Vapor : nome dado ao estado gasoso de uma substância que é encontrada na natureza no estado sólido ou no estado líquido. Por exemplo: a água é um líquido; água no estado gasoso chama-se vapor-d’água. Et_EM_1_Cad1_Qui_c04_62a96.indd 76 2/27/18 9:09 AM 77 Q U ÍM IC A Líquido-líquido Destilação fracionada: misturas homogêneas de líquidos com pontos de ebulição di- ferentes também podem ser separadas por um tipo especial de destilação: a destilação fracionada. A aparelhagem é muito parecida com a usada na destilação, exceto pela co- luna de fracionamento. Essa destilação é usada, por exemplo, no fracionamento do pe- tróleo, mas não pode ser usada para a separação de misturas azeotrópicas, porque, como vimos, estas apresentam ponto de ebulição constante. Observe: Líquido puro Termômetro Saída de água Entrada de água Condensador Coluna de fracionamento Aquecendo-se a mistura, o líquido mais volátil, ou seja, com ponto de ebulição menor, ferve antes dos demais. O vapor formado segue pela coluna de fracionamento, é resfriado no condensador e, novamente no estado líquido, vai para o erlenmeyer. O problema é que, durante o aquecimento, uma parte do líquido de ponto de ebulição maior também evapora. A função da coluna de fracionamento é fazer com que esse vapor se condense e volte para o balão, impedindo que ele se misture novamente com o outro líquido no erlenmeyer. Gás-gás Liquefação fracionada: usada para separar os componentes do ar atmosférico. Nesse caso, os gases passam por um processo de liquefação seguido de destilação fracionada. Decifrando o enunciado Lendo o enunciado Interagem: signifi ca que apresentam algum tipo de afi nidade química. Agregado: partículas que estão juntas. Nanopart’culas magnŽticas: partículas que têm dimensões nanométricas (1 nm = 10–9 m) com propriedades magnéticas. Enem Um grupo de pesquisadores desenvolveu um método simples, barato e efi caz de re- moção de petróleo contaminante na água, que utiliza um plástico produzido a partir do líquido da castanha-de-caju (LCC). A composição química do LCC é muito parecida com a do petróleo e suas moléculas, por suas características, interagem formando agregados com o petróleo. Para retirar os agregados da água, os pesquisadores misturam ao LCC nanopart’culas magnŽticas. Adaptado de KIFFER, D. Novo métodopara remoção de petróleo usa óleo de mamona e castanha-de-caju. Disponível em: <www.faperj.br>. Acesso em: 31 jul. 2012. Essa técnica considera dois processos de separação de misturas, sendo eles, respectivamente: a) fl otação e decantação. b) decomposição e centrifugação. c) fl oculação e separação magnética. d) destilação fracionada e peneiração. e) dissolução fracionada e magnetização. Resolução Resposta: C Se o LCC interage formando agregados, podemos afi rmar que houve fl oculação, cujos fl ocos (agregados) são retirados por imantação (separação magnética) pela adição das nanopartículas magnéticas. Et_EM_1_Cad1_Qui_c04_62a96.indd 77 2/27/18 9:09 AM 78 CAPÍTULO 4 Tipos de transformações Os materiais podem sofrer dois tipos de transformações: físicas e químicas. As trans- formações também são conhecidas como fenômenos. Transformações físicas São aquelas que não produzem substâncias novas. Veja alguns exemplos: • Fusão do gelo: antes e depois da transformação, temos a mesma substância – água. 1 Central Park em Nova York após uma nevasca. Telhado danifi cado após chuva de granizo. • Misturar açúcar em água: não há formação de substâncias novas; o açúcar simples- mente se dissolve na água. • Quebrar uma pedra: antes e depois da transformação, temos as mesmas substâncias. O que muda é o tamanho das pedras. Todas as transformações que acontecem no ciclo da água são físicas, uma vez que, nesse caso, acontecem apenas mudanças de estado físico. Ciclo da água na natureza Armazenamento de água no gelo PrecipitaçãoPrecipitação Escoamento superficial proveniente de degelo Escoamento superficial proveniente de degelo Escoamento superficial Escoamento superficial Evapotranspiração Caudal no rioCaudal no rio EvaporaçãoEvaporação Evaporação Condensação Armazenamento de água na atmosfera Sublimação Armazenamento de água doce Armazenamento de água doce Armazenamento de água nos oceanos Armazenamento de água subterrânea Armazenamento de água subterrânea NascenteNascente Descarga do aquífero Descarga do aquífero InfiltraçãoInfiltração O ciclo da água na natureza apresenta apenas fenômenos físicos. 1 Atenção 1 Toda mudança de estado é reversível. Veja este exemplo: colocando um copo de plástico cheio de água líquida em um freezer para congelar, depois de algum tempo teremos gelo (aconteceu a solidifi cação da água). Se deixarmos esse copo com gelo fora do congelador, acontecerá o processo inverso, isto é, o gelo se derreterá e teremos, de volta, a água no estado líquido (aconteceu a fusão do gelo). Assim, as mudanças de estado são transformações físicas e reversíveis. Curiosidade 1 Diferença entre neve e granizo Neve: ocorre quando há fusão da água presente no interior de uma nuvem, normalmente entre 20 oC e –40 oC. A água líquida ou vapor (sublimação) forma cristais que se precipitam na forma de fl ocos de cor branca e que podem apresentar diversas formas. Granizo: forma-se no interior de nuvens do tipo cumulus nimbus pela queda de pequenas pedras de gelo, retirando umidade de dentro da nuvem por causa do congelamento. J o h n A . A n d e rs o n /S h u tt e rs to c k C la u d io S to c c o /S h u tt e rs to c k Et_EM_1_Cad1_Qui_c04_62a96.indd 78 2/27/18 9:09 AM 79 QU ÍM IC A Transformações químicas São aquelas que produzem substâncias novas, ou seja, em que há reação química. Existem alguns fatores que podem evidenciar a ocorrência de reações químicas. São eles: • mudança de cor; • formação ou dissolução de um precipitado; • mudança de temperatura; • liberação de gases. Lembramos que esses fatores podem evidenciar a ocorrência de uma reação química, mas não garantir sua ocorrência. Veja a seguir alguns exemplos. • Queima da gasolina no motor de um automóvel: a gasolina é transformada em outras substâncias, como os gases e os sólidos (fuligem) que saem do motor pelo escapamen- to. Essas substâncias têm características diferentes das características da gasolina; portanto, toda queima é uma transformação química. • Aquecimento do açúcar: nessa transformação, obtemos um líquido escuro e pastoso – o caramelo. Poderíamos pensar que o açúcar passou de sólido para líquido? Como toda mudança de estado é reversível, pelo processo inverso voltamos ao estado origi- nal. Assim, se a transformação do açúcar em caramelo fosse física, poderíamos obter novamente o açúcar resfriando o caramelo, mas isso não acontece – houve realmente a produção de uma substância nova (ocorreu uma transformação química). 1 • Obtenção de cobre a partir de seus minérios: uma das primeiras transformações quí- micas feitas pelo ser humano. Durante a Pré-História, percebeu-se que, aquecendo-se algumas pedras verdes (minérios de cobre), obtinha-se uma nova substância brilhante e de cor avermelhada (cobre). • Carro enferrujando: o material passa de cinza para marrom e fi ca quebradiço. Ocorre a formação de uma nova substância – a ferrugem. Lembre-se de que toda reação química é um fenômeno químico. Na Antiguidade, des- de a descoberta do fogo, a espécie humana se utiliza das transformações químicas para conseguir energia, para produzir novos materiais – como a obtenção de metais (a partir de seus minérios) para a confecção de armas e ferramentas –, para conservar alimentos, para combater doenças, etc. Atualmente, as reações químicas são de extrema importância para nossa vida, visto que a maior parte do que consumimos é industrializada, ou seja, são produtos obtidos pela transformação química de determinadas matérias-primas. Desenvolva CA H8 Identifi car etapas em processos de obtenção, transformação, utilização ou reciclagem de recursos naturais, energéticos ou matérias-primas, considerando processos biológicos, químicos ou físicos neles envolvidos. Etanol de segunda geração: o desafio do bioetanol O bioetanol, também conhecido como etanol de 2a geração, é uma molécula igual ao Etanol comum, porém é produzida a partir do bagaço da cana-de-açúcar, que normalmente é quase todo descartado. Atualmente algumas usinas já conseguem produzir o bioetanol. Mas o maior desafi o é fazê-lo de forma efi ciente e com menor custo. A etapa mais importante da produção deste combustível é a utilização de um coquetel enzimático (mistura de enzimas específi cas). Estas enzimas são essenciais para a degradação da cana-de-açúcar para que ocorra a liberação do açúcar do bagaço e posteriormente a fermentação, resultando na produção do bioetanol. Muitos projetos de pesquisa no Brasil e no mundo estão focados em descobrir e produzir em escala industrial enzimas mais efi cientes liberadas por fungos ou bactérias. [...] No laboratório de bioprodutos do ICB/USP, nosso estudo está direcionado para um fungo da espécie Annulohypoxylon sty- gium, que é capaz de produzir diferentes pectinases [...]. Estas enzimas podem complementar um coquetel enzimático já existente ou fazer parte de um novo produto. Mariana Brolezzi Gomes Latarullo. Disponível em: <www.icb.usp.br/bmm/ext/index.php?option=com_content&view=article&catid=12%3Ageral&id= 162%3Aetanol-de-segunda-geracao&lang=es>. Acesso em: 27 set. 2017. Atenção 1 Transformação química é o mesmo que reação química. Et_EM_1_Cad1_Qui_c04_62a96.indd 79 2/27/18 9:09 AM 80 CAPÍTULO 4 1 2 3 4 5 Pré-tratamento A matéria-prima entra no reator. Sua ruptura dá acesso às fibras de celulose. Produção do etanol de segunda geração Hidrólise enzimática Catalisadores (enzimas, no caso) quebram as fibras de glicose em açúcares mais fáceis de serem fermentados. Fermentação Os açúcares são fermentados por leveduras geneticamente modificadas. Biomassa No começo, serão usados bagaço e palha de cana-de-acúcar. Uma espécie mais eficiente de cana está em desenvolvimento. Lignina Embora não seja aproveitada na produção de etanol, pode ser usada na geração de nergia. Destilação Purificação do etanolpelo processo físico da destilação. A intenção é obter um etanol idêntico ao comum. Distribuição O etanol de segunda geração deixa a indústria e segue para o consumo. Logística Logística Biomassa 1. Classifi que em físicos e/ou químicos os processos de produção de açúcar e álcool a partir da cana-de-açúcar descritos no texto. 2. O componente celular usado para a obtenção do etanol de segunda geração está localizado no(a): a) cloroplasto. b) complexo golgiense. c) retículo endoplasmático. d) parede celular. e) membrana plasmática. Et_EM_1_Cad1_Qui_c04_62a96.indd 80 2/27/18 9:09 AM 81 Q U ÍM IC A Conexões A questão do lixo Lixo doméstico: subproduto do consumo de bens duráveis e não duráveis. Quanto maior o PIB per capita, maior a geração de lixo por residências e indústrias. Brasil: 1,2 kg de lixo produzido por pessoa ao dia. Composição do lixo urbano na cidade de Ribeirão Preto Matéria orgânica 51,4 13,1 Papel/papelão - Tetrapak Plástico filme Plástico rígido Aço Alumínio Vidros Outros 8,9 4,6 2,3 2,4 0,6 16,7 Fonte: <www.portalresiduossolidos.com/gravimetria-estimada-dos-residuos-solidos-da-cidade-de-ribeirao-preto-sp>. Acesso em: 16 set. 2017. Quais são as opções de destinação fi nal de resíduos sólidos? 1. Lixão Caminhão despejando resíduos em um lixão. São depósitos de lixo a céu aberto que apresentam a alternativa mais barata para o poder público. Mas é o pior destino que o lixo pode ter porque, além de atrair insetos, roedores e outros animais capazes de disseminar várias doenças, também polui o meio ambiente por causa da for- mação de gases estufa, como o metano e o chorume. 2. Aterro controlado Disposição de camada de terra em aterro controlado. É parecido com o lixão. Nesse caso, os resíduos sólidos coletados durante certo tempo são cobertos com material inerte, como terra ou areia. Haverá contaminação próxima ao local porque não há impermeabilização de solo, logo, os líquidos formados podem contaminar o lençol freático. Além disso, permite a dispersão de gases para a atmosfera. k a b a n d /S h u tt e rs to ck H a n s V o n M a n te u ff e l/ P u ls a r Im a g e n s m y m o m e n t_ N a th a ri n /S h u tt e rs to ck Et_EM_1_Cad1_Qui_c04_62a96.indd 81 2/27/18 9:09 AM 82 CAPÍTULO 4 3. Aterro sanitário Imagem de aterro sanitário em uma cidade alemã. É uma alternativa com custo mais elevado, porque o local tem de receber tratamento, como impermeabiliza- ção do solo e nos muros de contenção, além de sistemas de drenagem de líquidos e queima dos gases formados em seu interior. O lixo depositado é coberto, diariamente, com camada de terra compactada por tratores, para evitar a en- trada de ar. A decomposição nas camadas inferiores é ex- clusivamente anaeróbia, formando metano, que pode ser usado na geração de energia elétrica. 4. Incineração Planta de incineração de lixo. Nesse processo ocorre a queima do lixo em tempera- turas muito elevadas, reduzindo o volume do lixo em até 90%. A energia liberada na queima desse material pode ser usada na geração de energia elétrica. Porém, os gases for- mados na combustão podem poluir o ar com partículas e metais pesados. 5. Compostagem Na compostagem, procedimento feito exclusivamente com lixo orgânico, em um período de aproximadamente 30 a 60 dias, há decomposição aeróbia da matéria orgâ- nica em adubo pela ação de fungos, bactérias, minhocas e insetos. Em locais próximos a usinas de compostagem, podem apresentar mau cheiro e a proliferação de insetos e roedores. Outras desvantagens são a produção de com- postos de baixa qualidade e contaminados com metais pesados. 1. O governo federal instituiu pela lei nº 12 305/2010 a Política Nacional de Resíduos Sólidos – PNRS, que contempla a elaboração do Plano Nacional de Resíduos Sólidos. Esse plano prevê o gerenciamento dos resíduos gerados pela atividade humana, elaborada para minimizar os principais problemas ambientais, sociais e econômicos decorrentes do manejo inadequado dos resíduos sólidos. Os principais pontos dessa política são: a) Alcançar o fechamento dos lixões até o fim de 2014. b) Destinar apenas rejeitos para os aterros sanitários. c) Implantar a logística reversa. A respeito da política nacional de resíduos sólidos, responda: O que é logística reversa? Pesquise se ela está sendo cumprida no seu município. Pesquise se as metas propostas pelos principais pontos da política nacional de resíduos sólidos foram cumpridas. 2. Leia a manchete de um jornal de grande circulação. Brasil Ž campe‹o mundial na reciclagem de latas de alum’nio O Brasil é o maior reciclador de latas de alumínio. O índice brasileiro é de 98,4%. No mundo, aproximadamente 75% dessas embalagens são recicladas. Em 2014, foram vendidas no mercado brasileiro 294,2 mil toneladas de latas e recicladas 289,5 mil toneladas. A ativi- dade injetou R$ 845 milhões em economia, pesquisa da Abralatas, associação dos fabricantes. Há 14 anos, o país ocupa a liderança do mercado. Disponível em: <www1.folha.uol.com.br/seminariosfolha/2016/06/1784363-brasil-e-campeao-mundial- na-reciclagem-de-latas-de-aluminio.shtml>. Acesso em: 17 set. 2017. Cite vantagens ambientais e desvantagens sociais sobre a reportagem. B ild a g e n tu r Z o o n a r G m b H /S h u tt e rs to ck b e n s lim a n h a s s a n /S h u tt e rs to ck Trator trabalhando em uma área de compostagem de lixo. D w ra /S h u tt e rs to ck Et_EM_1_Cad1_Qui_c04_62a96.indd 82 2/27/18 9:09 AM 83 QU ÍM IC A Sabemos que o lixo, quando lançado no meio ambiente, gera uma série de impactos ambientais. As relações entre lixo e meio ambiente, assim como a análise das soluções para minimizar os efeitos dele, serão tratadas em Biologia, unidade 10, capítulo 4. Interação Atividades 13. (UFU-MG) O processo mais adequado para separar o álcool de uma mistura com acetona é: a) fi ltração. b) decantação. c) peneiração. d) destilação fracionada. e) fi ltração a vácuo. 14. (FAEE-GO) Os processos usados para separar as misturas gás oxigênio/ gás nitrogênio e água/ sal de cozinha são, respectivamente: a) liquefação fracionada e destilação. b) evaporação e condensação. c) destilação e fi ltração. d) sedimentação e liquefação. e) centrifugação e cristalização. 15. (Univaço-MG) A camomila é considerada um ótimo re- médio natural em casos de infl amação na gengiva, dor de dente, dor de garganta, gripe e febre; possui grande importância terapêutica; também é muito utilizada na área da estética no tratamento de pele e cabelos. Sobre as técnicas de separação de misturas usadas no preparo do chá de camomila, estão presentes: a) destilação seguida de fi ltração. b) extração por solvente seguida de fi ltração. c) destilação seguida de decantação. d) decantação seguida de fi ltração. 16. (UPM-SP) Os sistemas água-óleo, água-areia e ar-poeira podem ser separados respectivamente por: a) levigação, fi ltração e fi ltração. b) imantação, fi ltração e decantação. c) decantação, fi ltração e fi ltração. d) fi ltração, decantação e decantação. e) destilação, decantação e fi ltração. 17. (Ufam) O encontro das águas é um fenômeno que aconte- ce na confl uência entre o rio Negro, de água preta, e o rio Solimões, de água barrenta, onde suas águas correm lado a lado sem se misturar por uma extensão de mais de 6 km. Esse fenômeno é uma das principais atrações turísticas da cidade de Manaus. Uma das explicações dadas tem como base a velocidade das correntezas: o rio Negro corre cerca de 2 km/h a uma temperatura de 22 °C, enquanto o rio Solimões corre de 4 a 6 km/h a uma temperatura de 28 °C. Sendo assim, podemos afi rmar: a) mesmo aumentando as velocidades e as temperaturas dos dois rios, as águas não se misturam. b) são as substâncias orgânicas presentes nas águas do rio Negro que não permitem as águas dos rios semis- turarem na extensão de 6 km de encontro das águas. c) na extensão dos 6 km de encontro das águas ocorre somente fenômeno químico. d) na extensão de 6 km do encontro das águas o valor de pH não permite a formação de uma mistura homogê- nea com várias fases. e) o texto mostra que o encontro das águas é um fenô- meno físico. Et_EM_1_Cad1_Qui_c04_62a96.indd 83 2/27/18 9:09 AM 84 CAPÍTULO 4 18. (Unifor-CE) Uma das vantagens da fi ltração a vácuo em relação à fi ltração comum consiste em: a) ser mais rápida. b) reter menor quantidade de sólido. c) poder separar líquidos miscíveis. d) necessitar de aparelhagem de vidro. e) separar a mistura homogênea sólido-líquido. 19. (Ufl a-MG) O processo de separação apresentado no dia- grama a seguir partiu de um sistema heterogêneo consti- tuído por uma solução colorida e um sólido amarelado. Pela análise das etapas de separação, é incorreto afi rmar que: a) o líquido Y é uma solução. b) a operação 2 pode ser uma separação magnética. c) a operação 1 pode ser uma fi ltração. d) a operação 2 pode ser uma destilação. R e p ro d u ç ã o /U fl a -M G , 2 0 0 9 . 20. +Enem [H18] A evaporação e a destilação são métodos de separação de misturas que envolvem a mesma propriedade física. No entanto, um desses processos é preferido quan- do necessita-se obter as duas substâncias, sem desperdiçar nenhuma delas para o ambiente. A obtenção de sal da água do mar é realizada pelo processo remanescente. O texto faz referência a uma propriedade física, um pri- meiro processo de separação de misturas binárias com potencial de obter as duas substâncias que a compõem, e um segundo processo de separação mais simples. Quais são, respectivamente, a propriedade física, o primeiro e o segundo processos? a) Diferença de densidade dos seus componentes; desti- lação; evaporação. b) Diferença de temperatura de ebulição dos seus com- ponentes; destilação; evaporação. c) Diferença de densidade dos seus componentes; eva- poração; destilação. d) Diferença de temperatura de ebulição dos seus com- ponentes; evaporação; destilação. e) Diferença de temperatura de fusão dos seus compo- nentes; evaporação; destilação. Complementares Tarefa proposta 14 a 24 21. (UnB-DF) A Química está presente na vida das pessoas e, muitas vezes, não se toma consciência disso. Por exemplo, a reportagem “A saúde está na feira – substâncias recém descobertas em frutas e verduras, chamadas pelos cientistas de fi toquímicos, previnem o envelhecimento e ajudam na cura de doenças” publicada na revista Globo Ciência (ano 5. n. 58. pp. 32-4), dá uma ideia de como as substâncias regulam o funcionamento do corpo humano. Com o auxílio dessas informações, julgue os itens abaixo. 1) As substâncias químicas são prejudiciais à saúde. 2) Frutas e verduras são constituídas de substâncias. 3) A água salgada, utilizada para cozer alimentos, ferve a uma temperatura constante, por se tratar de substância composta. 4) O cozimento de verduras acarreta a separação de fi toquímicos por meio do processo conhecido como destilação. Et_EM_1_Cad1_Qui_c04_62a96.indd 84 2/27/18 9:09 AM 85 QU ÍM IC A c) O azoteto de sódio, o nitrogênio gasoso e o sódio são substâncias simples. d) O azoteto de sódio é uma mistura formada por uma substância simples e outra composta. e) O azoteto de sódio é uma substância composta e o nitrogênio gasoso e o sódio são substâncias simples. 3. (UPM-SP) São exemplos, respectivamente de alótropos e de substâncias compostas: a) H 2 O; H 2 O 2 e NaCl; CaCO 3 b) O 2 ; O 3 e Cl 2 ; F 2 c) C (grafi te) e Co; CO d) O 2 ; O 3 e KMnO 4 ; Mg(OH) 2 e) Hg; Ag e (NH 4 )+; (H 3 O)+ 4. (Univaço-MG, adaptada) Com relação à água mineral, pode-se afi rmar que: a) se trata de uma mistura homogênea e de boa qualida- de para consumo humano. b) apresenta minerais dissolvidos, oriundos da dissolução do petróleo. c) não pode apresentar elementos radioativos, depen- dendo de sua origem. d) pode ser usada diretamente da fonte como insumo na fabricação de bebidas. 22. (UEL-PR) Um aspirador de pó residencial, quando em fun- cionamento, separa uma fase: a) líquida de outra líquida. b) líquida de uma fase gasosa. c) sólida de uma fase gasosa. d) sólida de outra sólida. e) gasosa de outra gasosa. 23. (UFVJM-MG) A presença de água é fundamental para a permanência e diversifi cação da vida no planeta, pois ela atua como regulador térmico dos ambientes terrestres e aquáticos, além de desempenhar funções nos seres vivos. Esta fi gura representa um ciclo hidrogeológico: Com base nessa ilustração e em seus conhecimentos, as- sinale a alternativa correta. a) A água circula no planeta devido às suas alterações de estado, que são, principalmente, independentes da energia solar. b) Os processos representados pelos números (1), (2), (3) e (4) são, respectivamente, precipitação, evaporação, transpiração e evaporação. R e p ro d u ç ã o /U F V J M -M G , 2 0 1 0 . c) A precipitação é um processo físico e por isso ocorre mu- dança da composição da água durante esse processo. d) Os processos representados pelos números (3) e (4) ocorrem concomitantemente, e por isso são conheci- dos como condensação. 24. (UFCG-PB) Considerando-se os ciclos da água, do carbo- no e do nitrogênio, representados esquematicamente a seguir, pode-se afi rmar que: a) o único ciclo que envolve fenômenos químicos é o ci- clo do nitrogênio. b) todos os ciclos envolvem fenômenos físicos. c) o único ciclo que envolve fenômenos físicos é o ciclo da água. d) todos os ciclos envolvem fenômenos químicos. e) os ciclos do nitrogênio e do carbono envolvem fenô- menos físicos e químicos. Tarefa proposta 1. (Vunesp) Uma amostra de água do rio Tietê, que apresen- tava partículas em suspensão, foi submetida a processos de purifi cação, obtendo-se, ao fi nal do tratamento, uma solução límpida e cristalina. Em relação às amostras de água antes e após o tratamento, podemos afi rmar que correspondem, respectivamente, a: a) substâncias composta e simples. b) substâncias simples e composta. c) misturas homogênea e heterogênea. d) misturas heterogênea e homogênea. e) mistura heterogênea e substância simples. 2. (Uninove-SP) Ao infl amar o azoteto de sódio (NaN 3 ), rapida- mente ocorre a sua decomposição fornecendo nitrogênio gasoso (N 2 ), que é responsável por infl ar o air bag de auto- móveis. Essa reação pode ser representada pela equação: 2NaN 3(s) w 2Na (s) + 3N 2(g) A partir dessas informações, assinale a alternativa correta. a) O azoteto de sódio, o nitrogênio gasoso e o sódio são classifi cados como substâncias compostas. b) O azoteto de sódio é uma mistura de duas substâncias compostas. R e p ro d u ç ã o /U F C G -P B , 2 0 0 9 . Et_EM_1_Cad1_Qui_c04_62a96.indd 85 2/27/18 9:09 AM 86 CAPÍTULO 4 5. (Unirio-RJ) A partir do quinto quadrinho, Calvin começa a se tornar líquido por um processo físico de: a) condensação. b) fusão. c) sublimação. d) evaporação. e) solidificação. 6. (FDC-RJ) As fases de agregação para as substâncias a se- guir, quando expostas a uma temperatura de 30 °C, são, respectivamente: Materiais Ponto de fusão (oC) Ponto de ebulição (oC) Mercúrio -38,87 356,9 Amônia -77,7 -33,4 Benzeno 5,5 80,1 Naftaleno 80,0 217,0 a) sólido, líquido, gasoso e líquido. b) líquido, sólido, líquido e gasoso. c) líquido, gasoso, líquido e sólido. d) gasoso, líquido, gasoso e sólido. e) sólido, gasoso, líquido e gasoso. 7. (Fatec-SP) Com base no diagrama seguinte, que representa as curvas de aquecimento de duas amostras sólidas, ao longo do tempo, é correto afirmar que: a) sob pressão de 1 atm, a amostra A poderia ser a água pura. R e p ro d u ç ã o /U n ir io -R J , 2 0 0 9 . R e p ro d u ç ã o /F a te c , 2 0 0 4 . b) as amostras A e B são substâncias puras. c) os pontos de ebuliçãodas amostras A e B são iguais. d) nas temperaturas de fusão A ou B, temos misturas de sólido e líquido. e) o ponto de fusão da substância A é superior a 75 °C. 8. (Furg-RS) Considerando o diagrama abaixo, onde cada esfera representa um átomo, e esferas diferentes repre- sentam átomos diferentes, julgue as afirmativas. I. Existem apenas dois elementos químicos representa- dos no sistema. II. O sistema representa uma amostra de três substâncias. III. Encontram-se representadas apenas moléculas de substâncias simples. IV. Uma das substâncias representadas pode ser ozônio. V. O diagrama possui sete moléculas representadas. São verdadeiras as afirmativas: a) I, II e IV. b) I, II e V. c) II, III e V. d) III, IV e V. e) Apenas I e V. 9. (Fatec-SP) Um estudante construiu, em um mesmo dia- grama, as curvas da temperatura em função do tempo resultantes do aquecimento, sob pressão normal, de três líquidos em três béqueres distintos. Com base na análise das curvas de aquecimento, são fei- tas as seguintes afirmações: I. O líquido do béquer 1 apresentou uma temperatura de ebulição constante, igual a 100 °C; portanto, esse líquido é ou uma substância pura ou uma mistura azeotrópica. II. O líquido do béquer 2 apresentou uma faixa de tem- peraturas de ebulição entre 101 °C a 103 °C; portan- to, esse líquido é uma mistura. III. O líquido do béquer 3 apresenta o mesmo soluto e a mesma concentração que o líquido do béquer 2. Está correto o contido em a) I apenas. b) I e II apenas. c) I e III apenas. d) II e III apenas. e) I, II e III. R e p ro d u ç ã o /F u rg -R S R e p ro d u ç ã o /F a te c , 2 0 0 5 Et_EM_1_Cad1_Qui_c04_62a96.indd 86 2/27/18 9:09 AM 87 Q U ÍM IC A 10. (Ufam) Uma substância química é qualquer espécie de matéria formada por átomos, que pode ser representa- da por fórmula, em proporções específicas. Cada subs- tância possui um conjunto definido de propriedades e uma composição química. Considere as seguintes afirmativas com relação às características das substân- cias químicas. I. Uma substância química pode ser formada somente por átomos do mesmo elemento químico. II. Uma substância química possui arranjo estrutural igual entre si. III. As propriedades físicas, como densidade, ponto de fu- são e de ebulição, de uma substância química são fi xas. IV. Um mesmo elemento químico pode originar substân- cias químicas diferentes. V. Moléculas iguais, formadas por átomos diferentes, são chamadas de substâncias compostas ou misturas. VI. Algumas misturas, durante a fusão, apresentam com- portamento de substâncias puras. Assinale a alternativa correta. a) Somente a afi rmativa I está incorreta. b) Somente a afi rmativa V está incorreta. c) Somente as afi rmativas I e V estão incorretas. d) Somente a afi rmativa VI está incorreta. e) Somente as afi rmativas I e VI estão incorretas. 11. (Fuvest-SP) Ar Gás carbônico Naftaleno Iodo Latão Ouro 18 quilates Se esses materiais forem classifi cados em substâncias puras e misturas, pertencerão ao grupo das substâncias puras: a) ar, gás carbônico e latão; b) iodo, ouro 18 quilates e naftaleno; c) gás carbônico, latão e iodo; d) ar, ouro 18 quilates e naftaleno; e) gás carbônico, iodo e naftaleno. 12. +Enem [H17] A tabela a seguir apresenta algumas subs- tâncias e suas temperaturas de fusão e ebulição. Substância TF TE Clorofórmio –63 61 Éter etílico –116 34 Etanol –117 78 Fenol 41 182 Pentano –130 36 A temperatura de 40 °C, encontram-se no estado gasoso as substâncias: a) clorofórmio e éter etílico. b) clorofórmio e etanol. c) éter etílico e fenol. d) éter etílico e pentano. e) fenol e pentano. 13. (PUCC-SP) “O sistema formado por etanol, água e três cubos de gelo é X e contém Y substâncias químicas”. Com- pleta-se corretamente a afi rmação mencionada substituin- do-se X e Y, respectivamente, por: a) bifásico - duas. b) bifásico - três. c) trifásico - duas. d) tetrafásico - três. e) pentafásico - duas. 14. (UFRGS) Em um experimento, preparou-se uma solução aquosa com quantidade excessiva de um soluto sólido. Após um período de repouso, observou-se a formação de um depósito cristalino no fundo do recipiente. Para recu- perar todo o sólido inicialmente adicionado, é necessário: a) aquecer e fi ltrar a solução. b) deixar a solução decantar por período mais longo. c) evaporar totalmente o solvente. d) resfriar e centrifugar a solução. e) adicionar à solução inicial outro solvente no qual o so- luto seja insolúvel. 15. (Ufl a/PAS-MG) Considere uma mistura constituída de sal, areia e iodo. Assinale a alternativa que melhor representa a sequência de separação dos componentes dessa mistura. a) Adicionar água, fi ltrar, evaporar a água. b) Destilação, decantação, fi ltração. c) Flotação, sublimação, dissolução. d) Sublimação, adicionar água, fi ltrar, evaporar água. 16. (PUC-RS, adaptada) Responder à questão numerando cor- retamente a coluna que contém exemplos de sistemas, de acordo com a que apresenta a classifi cação deles. 1- elemento químico 2- substância simples 3- substância composta 4- mistura homogênea 5- mistura heterogênea ( ) fl uoreto de sódio (NaF) ( ) gás oxigênio (O 2 ) ( ) água do mar fi ltrada ( ) limonada com gelo A alternativa que contém a sequência correta dos núme- ros da coluna inferior, de cima para baixo, é: a) 3 - 2 - 4 - 5 b) 3 - 2 - 5 - 4 c) 2 - 1 - 4 - 5 d) 2 - 3 - 5 - 4 e) 1 - 2 - 3 - 4 17. (Unicentro-PR) A água distribuída para a população ur- bana passa por estações de tratamento onde ocorrem os processos de decantação, de fi ltração e de cloração, dentre outros. Com relação a esses processos, é correto afi rmar: a) na fi ltração da água, são retiradas substâncias de baixa solubilidade, impróprias ao consumo. b) no fi nal do processo de tratamento, a água armazena- da para a distribuição à população é considerada uma substância pura. c) na decantação, adiciona-se cloro com a fi nalidade de facilitar a separação das substâncias solúveis. d) no processo de cloração, ocorre a fl oculação de micror- ganismos existentes na água captada de mananciais. e) no processo de tratamento, a água potável produzida se encontra isenta de íons. 18. (Fuvest-SP) O ciclo da água na natureza, relativo à forma- ção de nuvens, seguida de precipitação da água na forma de chuva, pode ser comparado, em termos das mudanças Et_EM_1_Cad1_Qui_c04_62a96.indd 87 2/27/18 9:09 AM 88 CAPÍTULO 4 de estado físico que ocorrem e do processo de purificação envolvido, à seguinte operação de laboratório: a) sublimação b) filtração c) decantação d) dissolução e) destilação 19. (Vunesp) Um sistema heterogêneo, S, é constituído por uma solução colorida e um sólido branco. O sistema foi submetido ao seguinte esquema de separação. Sistema heterogêneo S Sólido branco X Líquido colorido Y Sólido colorido Z Líquido incolor W Operação I Operação II Ao se destilar o líquido W, sob pressão constante de 1 atmosfera, verifica-se que sua temperatura de ebulição variou entre 80 °C e 100 °C. Indique qual das seguintes afirmações é correta. a) A operação I é uma destilação simples. b) A operação II é uma decantação. c) O líquido colorido Y é uma substância pura. d) O líquido incolor W é uma substância pura. e) O sistema heterogêneo S tem, no mínimo, 4 componentes. 20. (Fuvest-SP) O composto orgânico sólido ácido ftálico, uti- lizado na síntese de corantes, pode estar impurificado por naftaleno, matéria-prima para sua obtenção. Solvente Água Álcool Éter Substância Fria Quente Fria Quente Fria Quente Naftaleno i i s m s m Ácido ftálico p m s s p P m = muito solúvel s = solúvel i = insolúvel p = parcialmente solúvel Baseado na tabela, descreva um procedimento que per- mita separar o ácido ftálico do naftaleno, obtendo o pri- meiro no estado sólido. 21. (Fuvest-SP) Uma certa amostra de cloreto de sódiocontém areia. Descreva resumidamente um método que permita puri- ficar o cloreto de sódio, tal que se tenha no final o sal sólido. 22. (Unicamp-SP) Deseja-se fazer a separação dos componen- tes da pólvora negra, que é constituída de nitrato de sódio, carvão e enxofre. Sabe-se que o nitrato de sódio é solúvel em água, o enxofre é solúvel em dissulfeto de carbono, enquanto o carvão é insolúvel nesses solventes. Proponha um procedimento para realizar essa separação. 23. (IFSP) Aquecendo-se o leite até ficar morno e acrescentan- do-se vinagre, formam-se grumos de um material sólido que é a caseína, uma das proteínas do leite. Coando-se em um pano, separa-se a caseína. Continuando- -se a aquecer o líquido restante até a ebulição, forma-se ou- tro material sólido, que é outra proteína do leite, a albumina. Coando-se novamente, separa-se a albumina. Deixando-se evaporar o líquido restante, forma-se um resíduo sólido de sabor adocicado, constituído principalmente pelos açúcares e sais minerais do leite. Os processos de separação de misturas que permitiram, nesse procedimento, a obtenção da caseína, da albumina e do resíduo adocicado são, respectivamente: a) filtração, filtração, cristalização. b) filtração, filtração, levigação. c) filtração, levigação, centrifugação. d) decantação, centrifugação, destilação. e) decantação, filtração, destilação. 24. +Enem [H8] Uma das maneiras de se purificar sólidos é pela recristalização. Nela, o sólido é dissolvido em água quente até formar uma solução saturada. Em seguida, o sistema é resfriado de maneira que o sólido vá se desprendendo da solução e formando um corpo de fundo. O gráfico a seguir mostra como varia a solubilidade de três sais em função do aumento da temperatura. temperatura NaCl KBr KNO 3 so lu b ili d a d e A recristalização é um bom método para a purificação do sal: a) NaCl, por cauda da facilidade de solubilizá-lo em bai- xas temperaturas. b) KNO 3 , por causa da sua baixa solubilidade, indepen- dentemente da temperatura da solução. c) KBr, por causa do seu ponto de ebulição elevado. d) NaCl, por causa da propriedade de salgar a água. e) KNO 3 , por causa da grande variação de solubilidade em função da temperatura. Vá em frente Acesse <www.youtube.com/watch?v=4J2nVloDN1M>. Acesso em: 27 set. 2017. O documentário Bem-vindo ao nano-mundo, com 4 episódios, mostra o universo da nanotecnologia e a associação entre diversas áreas, como Medicina, Eletrônica, Física, Química, etc. Autoavaliação: V‡ atŽ a p‡gina 95 e avalie seu desempenho neste cap’tulo. Et_EM_1_Cad1_Qui_c04_62a96.indd 88 2/27/18 9:09 AM LÍ N G U A P O RT U G U ES A 89 GabaritoooGabarito Q U ÍM IC A Capítulo 1 Complementares 9. e 10. O advento da Filosofi a incitou a curiosidade do ser humano em tentar explicar os fenômenos do mundo à sua volta de uma maneira menos mística e mais embasada em observações, permitindo a criação de teorias e princípios. 11. No contexto da Idade dos Metais, a humanidade já era capaz de produ- zir o bronze do cobre e do estanho. No entanto, a obtenção do ferro na forma metálica só foi possível após a sofi sticação do domínio do ser humano sobre o fogo e os proces- sos de fusão, já que a temperatura necessária para a forja do ferro é superior à do bronze. 12. c 21. Ácido sulfúrico. Pode trazer pre- juízos quando imaginamos, por exemplo, um acidente em que um indivíduo sofre uma queimadura durante o manuseio dessa substân- cia. No entanto, é usado em diver- sas reações químicas importantes para a indústria, além se ser um componente importante das bate- rias automobilísticas. 22. I – objeto; II – matéria; III – sistema; IV – sistema 23. Os plásticos são derivados do petró- leo e, em geral, demoram milhares de anos para se decompor na natu- reza (ou seja, são compostos pouco biodegradáveis). Dessa forma, o descarte inapropriado traz proble- mas importantes, como a poluição ambiental, a contaminação de am- bientes aquáticos, a toxicidade para as plantas, entre outras desordens ambientais. 24. Remédios usados para dor de cabe- ça, quando ingeridos em excesso, podem causar dependência e não resolver o problema. Tarefa proposta 1. e 2. Demócrito e Leucipo. Eles afi rma- vam que toda a matéria era formada por partículas muito pequenas, in- visíveis e indivisíveis, que recebe- ram o nome de átomos. A teoria previa que os átomos poderiam se combinar para formar diversas substâncias e que existiam átomos de diferentes tipos. O modelo é co- nhecido como “modelo da praia”, comparando os átomos a grãos de areia. 3. b 4. d 5. d 6. O bronze é formado pelos metais cobre e estanho. Outros exemplos de ligas metálicas que podem ser citadas são o latão (cobre e zinco) e o aço (ferro e carbono). 7. A partir do momento em que o ser humano primitivo abandonou o comportamento nômade e viu-se em ambientes mais seguros e de sobrevivência menos difícil, tornou- -se muito mais fácil a observação crítica dos fenômenos da natureza e, posteriormente, a formulação de teorias, princípios e leis que podiam ser aplicados ao desenvolvimento de novas técnicas e ferramentas. 8. A alquimia é baseada, em grande parte, na teoria dos quatro elemen- tos, segundo a qual todas as subs- tâncias existentes eram misturas de proporções diferentes de terra, ar, fogo e água. Dois fi lósofos im- portantes para o desenvolvimento dessa teoria foram Empédocles e Aristóteles. 9. Análises experimentais; uso de ba- lanças; determinação de critérios (sistemas fechados). 10. d 11. c 12. b 13. O ceticismo é a característica que um indivíduo possui de duvidar, de criticar as concepções estabelecidas à sua volta. No contexto do desen- volvimento científi co, o ceticismo contribui de maneira fundamental para que leis, teorias e princípios sejam constantemente retomados e revisados, gerando conhecimento cada vez mais aprofundado. 14. b 15. Não. A Química estuda todas as substâncias da natureza, indepen- dentemente de sua origem ser na- tural ou artifi cial. 16. d 17. Sim. Um corpo é uma porção limita- da de matéria de um determinado sistema. Um objeto, por sua vez, é uma porção limitada de matéria que se presta a um determinado uso ou objetivo devido a sua forma. 18. Por “escova sem química”, o anún- cio quer dizer que o procedimento é realizado sem substâncias quí- micas normalmente usadas em processos de alisamento, como o formol. No entanto, mesmo na au- sência de substâncias desse tipo, o processo de alisamento do cabelo é resultado de processos físicos e quí- micos, como a quebra de ligações com átomos de enxofre pelo calor. Desse modo, o anúncio poderia ser substituído por “aqui fazemos es- cova sem substâncias prejudiciais à saúde”. 19. c 20. Diminuição da energia necessária para obter a matéria-prima, dimi- nuição do volume de lixo coletado, economia de fontes de matéria-pri- ma como o petróleo, geração de empregos, barateamento do pro- duto fi nal. 21. d 22. c 23. e 24. b Capítulo 2 Complementares 9. b 11. a 12. d 21. Soma = 31 (01 + 02 + 04 + 08 + 16) 22. V – V – F – F – V 23. b 24. b Tarefa proposta 1. d 2. d Et_EM_1_Cad1_Qui_c04_62a96.indd 89 2/27/18 9:09 AM 90 3. a 4. c 5. a 6. c 7. c 8. b 9. c 10. c 11. b 12. d 13. a 14. Alunos 14 e 15. 15. a 16. Soma = 13 (01 + 04 + 08) 17. c 18. a 19. b 20. e 21. d 22. d 23. Z = 20 s átomo X 33 As3− s Último nível: 4s2 4p6 24. b Capítulo 3 Complementares 9. a 10. c 11. a – I; b – VI; c – VII; d – III 12. d 21. d 22. d 23. b 24. a Tarefa proposta 1. c 2. d 3. b 4. c 5. F – V – V – V – V 6. a 7. c 8. a) 4o período, família VIIIA (Grupo 18) b) Elemento que precede: 18. Elemento que sucede: 54 9. c 10. d 11. Os elementos representativos são caracterizados por terem os subní- veis s ou p como mais energéticos. Os elementos de transição podem ter subnível mais energético d (sendo considerados, nessecaso, de transição externa) ou f (sendo considerados, nesse caso, de tran- sição interna). 12. a 13. b 14. b 15. c 16. b 17. a 18. c 19. b 20. a) Hélio, neônio e fl úor. b) O potencial de ionização é uma propriedade periódica que au- menta de valor conforme aumen- ta o número atômico. Isso ocorre porque, quanto mais à direita em um período o elemento estiver, menor é o seu raio atômico, de modo que os elétrons sofrem maior força de atração eletrostá- tica pelo núcleo, aumentando a energia necessária para se retirar um elétron do elemento. c) Potássio (K) 21. d 22. b 23. c 24. e Capítulo 4 Complementares 9. a 10. b 11. d 12. e 21. F – V – F – F 22. c 23. b 24. c Tarefa proposta 1. d 2. e 3. d 4. a 5. b 6. c 7. d 8. b 9. b 10. c 11. e 12. d 13. a 14. c 15. d 16. a 17. a 18. e 19. e 20. Inicialmente, mistura-se o ácido ftá- lico impuro com água quente. Isso provoca a solubilização do ácido ftálico e a deposição do naftaleno como corpo de fundo. Em seguida, separa-se a mistura água + ácido do naftaleno por uma fi ltração em peneira bastante fi na. A seguir, rea- liza-se destilação simples da mistu- ra ácido ftálico + água, ou mesmo evaporação da água, obtendo-se ao fi nal ácido ftálico sólido. 21. Primeiro, adiciona-se água à mistura. O NaCl vai se solubilizar, enquanto a areia formará corpo de fundo. Separam-se as duas fases por fi ltração, fi cando a areia retida no fi ltro. Em seguida, realiza-se o aqueci- mento da mistura água + NaCl, ocorrendo evaporação da água e restando apenas NaCl sólido. 22. Primeiro, adiciona-se água à mistura, solubilizando o nitrato de sódio. Em seguida, fi ltra-se a mistura, separando a água com nitrato da mistura enxofre + carvão. Obtém-se o nitrato a partir da evaporação da água. Após, adicio- na-se dissulfeto de carbono à mistura enxofre + carvão, solubilizando o en- xofre. Separa-se a mistura água + en- xofre do carvão por meio de fi ltração, e, em seguida, vaporiza-se o dissulfe- to, concluindo a separação. 23. a 24. e Et_EM_1_Cad1_Qui_c04_62a96.indd 90 2/27/18 9:09 AM REVISÃO Nome: Data: Turma:Escola: 91 1-2 Química – Propriedades gerais da matéria / Atomística Capítulo 1 – O surgimento da Química Capítulo 2 – Átomo H3 Confrontar interpretações científi cas com interpretações baseadas no senso comum, ao longo do tempo ou em dife- rentes culturas. 1. A partir do século XVII, a Ciência andava a passos largos e não dava mais para acreditar que tudo ao nosso redor era formado por apenas quatro elementos. Alguns perso- nagens, como o alquimista Boyle e os cientistas Priestley e Lavoisier, tiveram um papel fundamental nessa história. Quais foram os fatores que enterraram de vez a teoria dos quatro elementos? H2 Associar a solução de problemas de comunicação, transpor- te, saúde ou outro, com o correspondente desenvolvimento científi co e tecnológico. 2. Magos, bruxos, charlatões.... Assim eram considerados os alquimistas na Idade Média. Mas a busca pela transfor- mação de qualquer metal em ouro ou pela vida eterna propiciaram importantes contribuições para o desenvol- vimento da química. Escreva quais contribuições que, em sua opinião, são as mais importantes. Et_EM_1_Cad1_Qui_c04_62a96.indd 91 2/27/18 9:09 AM 92 H17 Relacionar informações apresentadas em diferentes formas de linguagem e representação usadas nas ciências físicas, químicas ou biológicas, como texto discursivo, gráfi cos, ta- belas, relações matemáticas ou linguagem simbólica. 3. O quadro abaixo apresenta o número de prótons, nêutrons e elétrons de quatro espécies químicas. Espécie Número de prótons Número de nêutrons Número de elétrons I 19 20 18 II 17 18 18 III 34 45 34 Analisando o quadro, verifi que se as afi rmações a seguir são verdadeiras ou falsas, justifi cando a sua escolha. ( ) A espécie I é um isótopo da espécie II. ( ) A espécie III tem distribuição eletrônica: [Ar]4s23d104p4 ( ) A espécie I é um átomo neutro. H20 Caracterizar causas ou efeitos dos movimentos de partículas, substâncias, objetos ou corpos celestes. 4. Quantas vezes, aproximadamente, o núcleo do átomo de 16 8 O é mais pesado que a sua própria eletrosfera? 16 8 1 1 840 3 680 1 núcleo eletrosfera m m = ⋅ = Et_EM_1_Cad1_Qui_c04_62a96.indd 92 2/27/18 9:09 AM REVISÃO Nome: Data: Turma:Escola: 93 3-4 Química – Propriedades gerais da matéria / Atomística Capítulo 3 – Classifi cação periódica dos elementos Capítulo 4 – Substâncias e transformações H3 Confrontar interpretações científi cas com interpretações baseadas no senso comum, ao longo do tempo ou em dife- rentes culturas. 1. Leia o texto a seguir. “Bem-vindo ao Reino Periódico”. Este é o reino dos ele- mentos químicos, as substâncias a partir das quais tudo o que tangível é feito. Não é um país grande, pois consiste apenas em pouco mais de cem regiões (como muitas vezes denotaremos de elementos); ainda assim, ele é responsá- vel por tudo que é material no nosso mundo real. Do alto vemos que ele se estende quase a se perder de vista, des- de o hidrogênio para além do urânio longínquo. “Mesmo desta altura, muito acima do Reino, podemos ver as carac- terísticas principais das suas paisagens (veja fi gura)”. “A leste, a paisagem varia de forma notável, mesmo quando observada desta altitude. Aqui estão as regiões mais ame- nas do Reino e um lago pode ser visto”. ATKINS, P. W. O reino peri—dico. Carbono Nitrogênio Oxigênio Hidrogênio Deserto Ocidental Ilha do Sul Costa sul Lantanídeos Actinídeos Ouro Mercúrio M e ta is a lc a lin o s M e ta is a lc a lin o te rr o so s Costa norte N S LO Observando o mapa do reino, indique: a) Qual é a área no mapa que abriga os metais de transição? b) Qual é a característica dos elementos que “habitam” a ilha do sul? c) Qual é a região geográfi ca que apresenta os elemen- tos com maior potencial de ionização? d) No texto o autor cita que, pela vista aérea, é visualiza- do um lago. Explique a citação do autor. H10 Analisar perturbações ambientais, identifi cando fontes, transporte e(ou) destino dos poluentes ou prevendo efeitos em sistemas naturais, produtivos ou sociais. 2. (Uerj, adaptada) O rompimento da barragem de contenção de uma mineradora em Mariana (MG) acarretou o der- ramamento de lama contendo resíduos poluentes no rio Doce. Esses resíduos foram gerados na obtenção de um minério composto pelo metal de menor raio atômico do grupo 8 e pelo ametal com a segunda maior eletronega- tividade da classifi cação periódica. A lama levou 16 dias para atingir o mar, situado a 600 km do local do acidente, deixando um rastro de destruição nesse percurso. Caso al- cance o arquipélago de Abrolhos, os recifes de coral dessa região fi carão ameaçados. Com o auxílio da tabela periódica, responda: a) Qual é o símbolo e o nome do metal que apresen- ta as características químicas descritas no texto? Justifique. b) Qual é o símbolo e o nome do ametal que apresenta as características químicas descritas no texto? Justifi que. Et_EM_1_Cad1_Qui_c04_62a96.indd 93 2/27/18 9:09 AM 94 H18 Relacionar propriedades físicas, químicas ou biológicas de produtos, sistemas ou procedimentos tecnológicos às fi na- lidades a que se destinam. 3. A cozinha de casa é um verdadeiro laboratório e uma ver- dadeira indústria de transformação. Durante o preparo dos alimentos, há diferentes transformações físicas e químicas. Observando: a) o preparo de um cafezinho com coador, quais são os processos de separação que envolvem essa operação? b) a preparação de claras em neve, há ocorrência de fe- nômeno físico ou químico? Explique. c) a ebulição de água retirada do fi ltro, ao longo do tem- po a temperatura permanecerá constante. Essa frase está certa ou errada? Justifi que. H25 Caracterizar materiais ou substâncias, identifi cando etapas, rendimentos ou implicaçõesbiológicas, sociais, econômicas ou ambientais de sua obtenção ou produção. 4. Os antigos povos que habitavam a América do Norte e a América Central faziam uso da mescalina durante a realização de seus cultos religiosos. A mescalina é uma substância que pertence à classe dos alcaloides e pode ser extraída de várias espécies de cactos, como o peyote. Para extrair a mescalina dos cactos, são necessários alguns procedimentos relacionados aos processos de separação de misturas. Hoje em dia, para extrair a mescalina, trituram-se as fo- lhas dos vegetais que são fervidas em solução aquosa de HCl 5% e, a seguir, neutralizadas com solução aquosa de NaOH. Abaixo, encontra-se a tabela de solubilidade dela nos principais solventes. Sabendo que o restante do procedimento envolve as ope- rações de extração, evaporação e fi ltração, não necessa- riamente nessa ordem, proponha uma sequência apro- priada de procedimentos mais indicada para fi nalizar o isolamento da mescalina. Solvente Solubilidade da mescalina H 2 O Pouco solúvel Éter etílico Solúvel Diclorometano Solúvel Et_EM_1_Cad1_Qui_c04_62a96.indd 94 2/27/18 9:09 AM Atribua uma pontuação ao seu desempenho em cada um dos objetivos apresentados, segundo a escala: 4 para excelente, 3 para bom, 2 para razoável e 1 para ruim. Escala de desempenho Agora, somando todos os pontos atribuídos, verifi que seu desempenho geral no caderno e a recomendação feita a você. Entre 48 e 36 pontos, seu desempenho é satisfatório. Se julgar necessário, reveja alguns conteúdos para reforçar o aprendizado. Entre 35 e 25 pontos, seu desempenho é aceitável, porém você precisa rever conteúdos cujos objetivos tenham sido pontuados com 2 ou 1. Entre 24 e 12 pontos, seu desempenho é insatisfatório. É recomendável solicitar a ajuda do professor ou dos colegas para rever conteúdos essenciais. Procure refl etir sobre o próprio desempenho. Somente assim você conseguirá identifi car seus erros e corrigi-los. Avalie seu desempenho no estudo dos capítulos deste caderno por meio da escala sugerida a seguir. 95 Q U ÍM IC A Autoavaliação O surgimento da Química 4 3 2 1 Você lembra quais são os quatro elementos de Empédocles? 4 3 2 1 Percebeu quais são as diferenças entre matéria, sistema, corpo e substância? 4 3 2 1 Consegue notar o erro em: “Suco de fruta preparado sem substâncias químicas”? Átomo 4 3 2 1 Você é capaz de identifi car e caracterizar todos os modelos atômicos? 4 3 2 1 Analisando a fi gura de um átomo, consegue identifi car as partículas que o compõem? 4 3 2 1 Consegue fazer todas as distribuições eletrônicas que lhe são impostas? Classifi cação periódica dos elementos 4 3 2 1 Consegue descrever o histórico da construção da tabela periódica? 4 3 2 1 É capaz de identifi car os principais grupos e os elementos químicos que a compõem? 4 3 2 1 Sabe quais propriedades periódicas são dependentes do raio atômico? Substâncias e transformações 4 3 2 1 Lembra como diferenciar uma substância pura de uma mistura? 4 3 2 1 Sabe analisar um sistema em função do número de componentes e fases? 4 3 2 1 Consegue propor uma sequência de métodos para separar os componentes de uma mis- tura heterogênea? Et_EM_1_Cad1_Qui_c04_62a96.indd 95 2/27/18 9:09 AM 96 Revise seu trabalho com este caderno. Com base em sua autoavaliação, anote abaixo suas conclusões: aquilo que aprendeu e pontos em que precisa melhorar. Conclus‹o Direção geral: Guilherme Luz Direção editorial: Luiz Tonolli e Renata Mascarenhas Gestão de projetos editoriais: João Carlos Puglisi (ger.), Renato Tresolavy, Thaís Ginícolo Cabral, João Pinhata Edição e diagramação: Texto e Forma Gerência de produção editorial: Ricardo de Gan Braga Planejamento e controle de produção: Paula Godo, Adjane Oliveira, Carlos Eduardo de Macedo, Mayara Crivari Revisão: Hélia de Jesus Gonsaga (ger.), Kátia Scaff Marques (coord.), Rosângela Muricy (coord.), Ana Paula C. Malfa, Brenda T. de Medeiros Morais, Carlos Eduardo Sigrist, Célia Carvalho, Celina I. Fugyama, Gabriela M. de Andrade e Texto e Forma Arte: Daniela Amaral (ger.), Leandro Hiroshi Kanno (coord.), Daniel de Paula Elias (edição de arte) Iconografi a: Sílvio Kligin (ger.), Claudia Bertolazzi (coord.), Denise Durand Kremer (coord.), Roberto Silva (coord.), Monica de Souza/Tempo Composto (pesquisa iconográfi ca) Licenciamento de conteúdos de terceiros: Cristina Akisino (coord.), Liliane Rodrigues, Thalita Corina da Silva (licenciamento de textos), Erika Ramires e Claudia Rodrigues (analistas adm.) Tratamento de imagem: Cesar Wolf e Fernanda Crevin Ilustrações: Luís Moura e Mouses Sagiorato. Cartografi a: Eric Fuzii (coord.), Mouses Sagiorato (edit. arte), Ericson Guilherme Luciano Design: Gláucia Correa Koller (ger.), Aurélio Camilo (proj. gráfi co) Todos os direitos reservados por SOMOS Sistemas de Ensino S.A. 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