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Universidade Federal da Paraíba Centro de Ciências Exatas e da Natureza Departamento de Química PPrrooffaa CCll GGllaauucciioo Universidade Federal da Paraíba Centro de Ciências Exatas e da Natureza Departamento de Química llaauuddiiaa ddee FFiigguueeiirreeddoo BBrraagg oo JJeeffffeerrssoonn ddee AArraaúújjoo GGoommee ((DDiiaaggrraammaaççããoo)) Universidade Federal da Paraíba Centro de Ciências Exatas e da Natureza Departamento de Química ggaa eess Índice 1. Hardware ................................................................................................................................... 3 1.1 Placa Mãe ............................................................................................................................ 3 1.2 Processador ......................................................................................................................... 3 1.3 Tipos de Memória ............................................................................................................... 3 1.4 BIOS ..................................................................................................................................... 6 1.5 Chipset ................................................................................................................................. 6 1.6 Clock .................................................................................................................................... 7 1.7 Acesso direto a memória (DMA) ......................................................................................... 7 1.8 CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) ....................................................... 7 1.9 Esquema de uma Placa Mãe ............................................................................................... 8 1.10 Sistemas Operacionais e Softwares .................................................................................. 9 1.11 Windows Funcionamento e Dicas – Cuidados básicos ao manusear computadores. .... 14 2. Internet .................................................................................................................................... 18 2.1 A Internet no Brasil e a RNP .............................................................................................. 18 2.2 Internet para Química ....................................................................................................... 18 2.2.1 Outros Sítios Nacionais .................................................................................................. 20 2.2.2 Outros Sítios Internacionais ........................................................................................... 20 3. - Laboratório Virtual ................................................................................................................ 21 3.1 Montando um experimento .............................................................................................. 23 3.2 Observando reações .......................................................................................................... 25 3.3 Exercícios ........................................................................................................................... 26 3.3.1 Exercício 01 – Cinética Química ..................................................................................... 26 3.3.2 Exercício 02 - Destilação ................................................................................................. 28 3.3.3 Exercício 03. - Formação de precipitado. ....................................................................... 29 3.3.4 Exercício 04 – Tutorial de reação ................................................................................... 30 3.3.5 Exercício 05 - Eletrólise .................................................................................................. 31 3.3.6 Exercício 06 - Titulação ................................................................................................... 32 3.4 Desafio - Criação de um roteiro de prática ....................................................................... 33 4. - ACD/ChemSketch .................................................................................................................. 34 4.1 Barra de Ferramentas........................................................................................................ 34 4.2 Desenhando Moléculas no ChemSketch ........................................................................... 36 4.3 Forma 3D ........................................................................................................................... 39 4.4 Verificando Tautomeria em Moléculas ............................................................................. 41 4.5 Imagens ............................................................................................................................. 42 5. Planilha Eletrônica ................................................................................................................... 45 5.1 Digitando fórmulas ............................................................................................................ 46 5.2 Construindo um gráfico ..................................................................................................... 47 5.3 Aplicação em Cinética Química ......................................................................................... 50 5.4 Assistente de Função......................................................................................................... 52 5.5 Desafios ............................................................................................................................. 54 5.5.1 Ajuste de funções ........................................................................................................... 54 5.5.2 Construção de Orbitais Atômicos ................................................................................... 55 5.5.3 Cinética – Cálculo da velocidade média ......................................................................... 57 5.5.4 Cálculo de absorbâncias e concentrações ..................................................................... 58 6. - Modelagem Molecular .......................................................................................................... 60 6.1 Abrindo o HyperChem ....................................................................................................... 60 6.2 Utilizando modelos prontos do Hyper .............................................................................. 62 6.3 Adicionando mais de uma estrutura ................................................................................. 63 6.4 Desenhando Estruturas ..................................................................................................... 63 6.5 Otimização de Geometria – Escolha do Método .............................................................. 65 6.6 Ligações Químicas e Estrutura Molecular ......................................................................... 66 6.7 Espectroscopia molecular: espectros de vibração ............................................................ 67 6.8 Desafio: Aquecimento Global............................................................................................ 69 6.9 Análise Conformacional .................................................................................................... 70 7. - Referências ............................................................................................................................ 733 Computação para Química 1. Hardware O Hardware é a parte física do computador (conjunto de componentes eletrônicos juntamente com os circuitos integrados e placas). Dessa forma, Vamos inicialmente conhecer um pouco dos componentes de um computador e suas principais funções.1 1.1 Placa Mãe Este componente, também é conhecido como MotherBoard. É o elemento principal do computador, pois nela encontra-se o processador e os componentes que fazem a comunicação dele com os demais periféricos. O tipo de placa a escolher, depende de como irá trabalhará o usuário do computador. (Se precisará de grande qualidade de vídeo, áudio, o tipo de processador e etc.) Os componentes on-board (vem incorporados a placa) em geral são modems, placas de rede, placas de som e etc. Eles reduzem o custo final da placa-mãe, porém estes componentes diminuem a desempenho do computador uma vez que eles utilizam recursos da própria placa. 1.2 Processador É considerado o cérebro do computador, pois é responsável por “tomar as decisões” do mesmo. Além disso, realiza os cálculos, tem acesso à memória RAM e controla todos os chips do computador. Também conhecido como Unidade Central de Processamento (Central Processing Unit – CPU) Antigamente os processadores ocupavam grandes espaços físicos. os microprocessadores surgiram com o advento da microeletrônica, quando a válvula foi substituída pelo transistor. 1.3 Tipos de Memória Memórias primárias São memórias sem as quais o computador não pode funcionar. Também são chamadas de Memória Real, e podem ser endereçadas diretamente pelo processador. Estas fornecem geralmente uma ponte para as secundárias. Sua principal função é conter a informação necessária para o processador num determinado momento (por exemplo, dados dos programas em execução). Nesta categoria insere-se a memória RAM (volátil), memória ROM (não volátil), registradores e memórias cache. 1 Fundação IDEPAC. Apostila de hardware. Figura 1 MotherBoard Figura 2 - Processador 4 DQ/CCEN/UFPB Memória ROM A memória ROM (Read Only Memory) permite apenas a leitura, ou seja, as suas informações são gravadas pelo fabricante uma única vez e após isso não podem ser alteradas ou apagadas, somente acessadas. São memórias cujo conteúdo é gravado permanentemente. Memória RAM É nela onde são gravados grande parte dos dados que serão posteriormente processados. Os dados gravados na RAM são perdidos quando o computador é desligado por isso é chamada volátil. Na linguagem de informática, quando falamos de memória nos referimos a memória RAM, ou seja, memória em que se pode ler e gravar informações. Para que se execute o processamento dos dados é necessário buscar as informações na memória RAM ou em memórias secundárias de massa tais como os discos rígidos, Cds, disquetes e etc. Quanto mais memória RAM tem um computador, mas espaço ele tem para armazenar as informações que precisam ser acessadas rapidamente pelo processador logo mais rápido será o processamento de informações. Cache O processador tem uma velocidade muito superior a memória, assim inicialmente o processador ficava ocioso a maioria do tempo esperando que a memória ficasse pronta para receber ou enviar os dados para serem processados, (a este processo dá-se o nome de WAIT STAITS), tornando baixo o desempenho dos computadores. Dessa forma, criou-se um tipo de memória (Cache), chamada de memória Estática (ao contrario da memória RAM, que é chamada de memória Dinâmica),onde um circuito controlador de cache geralmente embutido no chipset da placa mãe) lê os dados da memória RAM que provavelmente serão utilizados pelo processador, liberando a RAM e acelerando o acesso aos dados. Memórias secundárias Estas memórias são geralmente não-voláteis e não pode ser endereçada diretamente, a informação precisa ser carregada em memória primária antes de poder ser tratada pelo processador. Não são estritamente necessárias para a operação do computador. Nesta categoria, estão os discos rígidos, Pen-Drivers, CDs, DVDs e disquetes ou no próprio HD (Hard Disk) do computador. Figura 3 - Memória RAM 5 Computação para Química Disco Rígido O Hard Disk (HD) ou Disco Rígido de um computador é formado por um conjunto de placas metálicas onde os dados são gravados por um braço mecânico que também tem a função de ler os dados já gravados. O HD é dividido por trilhas e setores no ato da formatação. O motor deste componente trabalha a altíssimas velocidades como 3.600, 4.800 e 7.200 rpm (ou até mais dependendo do tipo de disco), por este motivo é um dispositivo lacrado e que não tem contato com o meio externo, pois uma partícula de poeira poderia causar grande dano a superfície do mesmo danificando os dados nele gravados. Por estar girando a uma velocidade tão grande durante o movimento da cabeça de leitura cria- se um colchão de ar entre a superfície do disco e as cabeças de leitura/gravação. Ele é formado pelo número de faces (ou cabeças), número de trilhas por face (ou cilindros), e o número de setores por trilha. Multiplicando-se esses três valores, teremos o número total de setores do disco. Multiplicando- se o resultado por 512 (cada setor ainda comporta 512 bytes), teremos a capacidade total do disco rígido em bytes. Para sabermos o resultado em GB, deveremos dividir o resultado encontrado por 1.073.741.824, que é o valor em decimal de 1 GB. Cd’s Mesmo com a popularização dos Pendrivers os CDs e DVDs ainda são muito utilizados pela população em geral devido a facilidade com que podem ser gravados e terem um baixo custo. Os CDs e DVDs são peças de policarbonato transparente que durante a fabricação foi impresso com sulcos microscópicos dispostos em uma trila de dados em espiral continua e extremamente longa. Uma vez formada a peça de policarbonato uma fina camada refletora de alumínio é micropulverizada sobre o disco cobrindo os sulcos e em seguida é coberta por uma fina camada de acrílico para protegê-la. Figura 4 - Esquema de um HD Figura 5 - Camadas de um CD 6 DQ/CCEN/UFPB Funcionamento de um drive de CD/DVD Os leitores de CD/DVD são equipados com uma lente que em seu interior possui geralmente duas outras: uma lente geradora de laser e uma lente receptora de laser. A lente geradora produz um feixe contínuo de laser capaz de ultrapassar a camada de policarbonato que compõe os CDs e DVDs comerciais. Já a lente receptora capta o feixe proveniente do disco uma vez que a camada de alumínio o reflete com desvios causados pelos sulcos microscópicos com a trilha de dados contidos no policarbonato. Os desvios são lidos e transformados em bits que formarão os bytes. Os softwares reprodutores de áudio por exemplo convertem esses bytes em informação sonora gerando neste caso o som de uma música. 1.4 BIOS O Sistema Básico de Entrada/Saída (Basic Input/Output System - BIOS) é o primeiro programa executado pelo computador ao ser ligado. Sua função primária é preparar a máquina para que o sistema operacional (que pode estar armazenado em discos rígidos, disquetes, CDs, etc) possa ser executado. O BIOS é armazenado num chip ROM (Read-Only Memory) localizado na placa mãe, chamado ROM BIOS. 1.5 Chipset É o chip responsável pelo controle de diversos dispositivos de entrada e saída como o barramento, o acesso à memória, o acesso ao HD, periféricos on-board e off-board, comunicação do processador com a memória RAM e entre outros componentes da placa-mãe. O chipset sul (south Bridge) geralmente é responsável pelocontrole de dispositivos de entrada ou saída (I/O) como as interfaces IDE que ligam os HDs, drives de disquete, e drives de CD/DVD-ROM ao processador. Controlam também as interfaces Serial ATA. Geralmente cuidam também do controle de dispositivos on-board como o som. O chipset norte (north Bridge) faz o trabalho mais pesado (o que gera mais calor) e por isso geralmente requer um dissipador de calor devido ao seu elevado aquecimento. Figura 7 - BIOS Figura 8 - Chipset Figura 6 - Drive de CD/DVD 7 Computação para Química 1.6 Clock O Clock faz o sincronismo entre todos os circuitos que constituem o computador, ou seja,faz com que todos os dispositivos (placa de vídeo, memória RAM, HD) trabalhem em harmonia, não havendo assim conflito. E também, é capaz de dar velocidade ao processador. Este sincronismo se dá no CHIPSET. Seria impossível para o microcomputador trabalhar de forma organizada se não fosse o clock. Não havendo um momento certo para cada informação ser processada e armazenada, haveria um grande congestionamento de informações nos barramentos. 1.7 Acesso direto a memória (DMA) Somente o processador tem acesso a memória RAM, portanto qualquer outro dispositivo que queira acessar a memória deverá fazê-lo através do processador, contudo se isto acontecesse o desempenho do computador cairia acentuadamente. Para que estes dispositivos tenham acesso à memória, contam com a ajuda de circuitos de apoio para acesso a memória, este controlador é chamado de DMA, no caso do periférico ter acesso a memória o DMA faz o controle sem que o processador tome conhecimento, dessa forma o processador executa outras tarefas sem causa perda de desempenho. 1.8 CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) Esta memória é como uma memória RAM, pois permite que os dados sejam lidos e gravados, para que os dados gravados nela não sejam apagados, a bateria que fica na placa mãe alimenta essa memória mesmo depois que o computador é desligado. Para mudar as configurações utilizamos o Setup (programa que guarda e modifica as configurações da CMOS). Na identificação das configurações instaladas são executados alguns testes que conforme os erros que ocorram podem gerar algumas mensagens. 8 DQ/CCEN/UFPB 1.9 Esquema de uma Placa Mãe A: Processador B: Slots Para Memória RAM C: Slots de Expansão D: Slot de Placa para Expansão de Vídeo (Off-Board) E: Placa de Son On-Board F1 : Conectores IDE F2 : Conector Drive de Disquete G: Conectores SATA H: Bios I: Bateria J: ChipSet Norte e Sul K: Plug de Alimentação (força que vem da fonte de alimentação) L: Conectores On-Board para monitor, teclado, mouse, impressora e portas USB traseiras. A B C D E F1 G H I J K L F2 9 Computação para Química 1.10 Sistemas Operacionais e Softwares Software: É a parte lógica do computador (ao contrário do Hardware que é a parte física) ex: música, fotografias, arquivos e programas. Arquivos: são todos os dados digitais salvos (gravados) com um nome e que recebem uma extensão do programa que o originou. Extensão: é a terminação do nome de um arquivo após o ponto que identificam o tipo de arquivo.Exemplos: DOC: Documento gerado pelo word XLS: pasta de trabalho do Excel EXE: Arquivo executável (um programa) TXT: Arquivo de texto simples gerado pelo bloco de nota; PDF: arquivo no formato PDF (protegido) que só pode ser lido pelo programa ADOBE ACROBAT READER HTM ou HTML: São páginas da Internet –Web ZIP/RAR: Arquivo compactado (Winzip ou WinRar) MDB: arquivo de banco de dados gerado pelo programa Access RTF: Arquivo de texto, não permite figuras, bordas e tabelas. JPEG ou JPG: arquivos de imagem PPT: arquivos de slides gerados pelo power point GIF: pequenos arquivos de animações da internet SWF: Arquivos do programa Flash. Utilizados como animação de pequenas figuras ou de páginas da internet. BMP: arquivos gerados pelo programa Paint SCR: arquivos de proteção de tela ou vírus. Pastas: locais virtuais condicionados nas unidades para armazenar os arquivos para uma melhor organização dos dados no computador. Também conhecido como diretório. Unidade é a representação das partições ou drives presentes no computador através de letras do nosso alfabeto. A: Drive de Disquete C: Disco Rígido (1ª partição) D: Disco Rígido (2ª partição) E: unidade camaleão, ou seja, dependendo de qual drive tenhamos instalado, poderá ser: CDROM, DVDROM, CDRW. DVDRW ou uma parte do disco rígido quando particionado. Figura 9 - Unidades de um Computador 10 DQ/CCEN/UFPB Sistemas Operacionais: são programas que gerenciam o hardware (parte física) e o software (parte lógica) do computador. Exemplos:MS-DOS, Microsoft Windows, Linux, OS/2, UNIX Linguagem de programação: é uma linguagem artificial criada pelo homem para informar ao computador o que fazer. Exemplos: Fortran, COBOL, Pascal, C e C++, Java e Java script. Tradutores – são os interpretadores e os compiladores que traduzem a linguagem de programação para linguagem de máquina. Software Aplicativo: são programas desenvolvidos para trabalhos específicos como o Microsoft Excel (planilha eletrônica) ou o Microsoft Word (editor de texto) Software Utilitário são programas que fazem a manutenção do computador e das unidades, a segurança do computador ajudam a aumentar o desempenho da máquina. Exemplos: Antivírus, desfragmentador , scandisk e etc. Ferramentas do Sistema (apenas Windows) - São programas utilitários que visam “melhorar”o desempenho do computador e “corrigir” possíveis defeitos nas unidades. Scandisk - Permite a correção de falhas nas gravações dos arquivos e/ou setores defeituosos quando for possível, pois da “lesão” na superfície das unidades magnéticas o mesmo poderá ou não “consertar”. (verificação de disco). Desfragmentador - Uma gravação de dados nas unidades é feita de forma fragmentada. A desorganização (fragmentação) gera nas unidades uma certa lentidão quando solicitamos a abertura de um arquivo. Por isso temos que desframentá-las para não ocasionar “sonolência” ao computador. Possui a finalidade de organizar os dados nas unidades magnéticas entre as trilhas e os setores, deixando assim, todos os dados de forma linear. Assistente de Backup – Define-se backup como a cópia de arquivos para a segurança/manutenção do computador. 11 Computação para Química Evolução do sistemas operacionais MS DOS DOS 1.0 Lançado em 1981 para IBM-PC. Suportava 16kB de RAM, e drives de disquete de 5 ¼ “ de 160kB. DOS 1.1 Com os problemas da versão anterior corrigidos passa a suportar drives de disquetes de 3 ½ “ de 320 KB DOS 2.0 Foi suporte para o lançamento do IBM XT em 1983. Possuia o dobro de comandos da versão anterior, suportava HDs de até 5MB DOS 2.1 Foi suporte para o lançamento do IBM PCjr. Poucas melhorias DOS 3.0Concebido para suportar o “novo” hardware IBM-AT. Alguns comandos de rede foram adicionados DOS 3.1 Mais comandos de rede adicionados DOS 3.2 Passa a suportar drives de disquetes de 3 ½ “ de 720KB DOS 3.3 Passa a suportar IBM PS/2 e o novo drive drives de disquetes de 3 ½ “ de 1440KB. Novos caracteres internacionais foram adicionados (suporte para 17 países). DOS 4.0 DOS Shell adicionado, corrigidos alguns problemas da versão anterior. DOS 5.0 Implementado em1991, incluía gerenciamento de memória superior e f d M12 ferramentas de Macro DOS 6.x Suporte para Microsoft Windows, desfragmentador de disco,compressão de arquivos, backups, anti-virus, etc. Figura 10 – Logo MS DOS Figura 11 - Tela MS DOS 12 DQ/CCEN/UFPB Windows Windows 3.x - Foi a primeira versão do Windows que permitiu aos usuários utilizarem os processadores de 32 bits da Intel (o DOS só opera 16 bits) A partir desse momento veio a grande utilização da GUI (Interface Gráfica do Usuário) que revolucionou o mercado da Informática. As versões do Microsoft Windows (3.0, 3.11, Groups 3.1) não são sistemas operacionais, na realidade são aplicativos do DOS. Essas versões não possibilitam a multitarefa preemptiva (utilização de vários programas ao mesmo tempo pelo processador) Windows 9.x O Windows 95 é de fato um sistema operacional que permitia o processamento de dados de 16 bits e também programas de 32 bits.O Windows 98 foi lançado em 1998, sendo uma versão melhorada do W95, oferecendo melhor estabilidade, conectividade com a Internet e atualizações de drivers, ou seja, houve um melhoramento no Plug and Play. O Windows ME – Milênio foi lançado em 2000 e trouxe “dores de cabeça” para os usuários, pois o mesmo veio com várias falhas (bugs) o que tornava o sistema instável. O Windows NT foi projetado para computadores de 32 bits especificamente para computadores cliente/servidor, o mesmo é formador por dois componentes o Windows NT Workstation e Windows NT Server. O Windows NT work é utilizado nos computadores do tipo desktop individuais que estão conectados a uma rede no qual existe um servidor com WinNT Server instalado. Windows XP -É o mais utilizado atualmente. Em 2005 foi lançado o Windows Vista. Provavelmente em 2009 será lançado o Windows Seven. Figura 12 - Logo Windows Figura 14 - Windows 1.0 - 1985 Figura 13 - Windows 2.0 - 1987 Figura 15 - Windows 3.0 - 1990 - Windows for Workgroups 3.11 - 1993 13 Computação para Química 1995: Windows 95 1996: Windows NT Workstation 4.0 1998: Windows 98 1999: Windows 98 SE 2000: Windows Millennium Edition (Windows Me) 2000: Windows 2000 Professional 2001: Windows XP 2001: Windows XP 64-Bits Linux O aparecimento do SistemaOperacional LINUX foi originado a partir do Sistemas Unix. O LINUX começou a ter vida em 01/01/1991 nas mãos de Linus Torvalds um finlandês que a princípio tinha a criação do Sistema com passatempo. Em 16/01/1992 o Linux é oficialmente licenciado de acordo com a GNU (General Public License). Esse sistema ganhou força na comunidade acadêmica por ser um software (gratuito) e de código aberto. Atualmente, é o único Sistema Operacional grátis do mundo. Uma das difernças do Linux é o fato de ter vários desktops (áreas de trabalho) – KDE, GNOME e Window maker. O “Office” do Linux chama-se Open Office. Além disso o Linux tem Compatibilidade ‐Vmware e permite ao usuário rodar todo Windows dentro nele sem que seja necessário reiniciar o computador. Versões do Linux e sua estrutura de diretórios: Pressionando-se no teclado + E Abrir o Windows Explorer + F Abrir a ferramenta Pesquisar + R Abrir o comando Executar + D Abrir o Desktop + M Minimizar todas as janelas + L Bloquear o computador (para o WXP Professional e 2003 server) Figura 16 - Logo Linux Figura 18 - Versões do Linux Figura 17 - Estrutura de diretórios 14 DQ/CCEN/UFPB 1.11 Windows Funcionamento e Dicas – Cuidados básicos ao manusear computadores. Gravação de CDs A gravação de CDs de dados (aqueles que são lidos pelos computadores) pode ser feita basicamente de duas formas: Uma delas é “fechando o disco”. Neste caso mesmo que haja uma parte do CD não preenchida essa parte é “queimada” para que não seja possível adicionar novos dados. A outra é criando uma multisessão onde apenas uma parte do CD é utilizada e o restante não ocupado ainda fica livre para receber novos dados. Cada vez que adiciona-se novos dados a um CD cria-se uma nova seção do CD. Ou seja cada gravação corresponde a uma seção. Geralmente os programas de gravação de CDs/DVDs como o Nero (mais conhecido) mostram antes de começar a queima de um cd a opção de fazer ou não multisessão no disco ATENÇÃO: A opção de multisessão apesar de muito prática apresenta alguns riscos se não forem tomados alguns cuidados. Sempre que for adicionar dados a um CD já gravado deve-se observar se os dados já existentes estão sendo reconhecidos pelo programa gravador, ou seja, se os mesmos aparecem junto com os dados novos adicionados. Caso isso não ocorra, não se deve proceder com a gravação, pois o programa pode reconhecer o disco como limpo e criar uma seção como sendo a primeira, fazendo com que as seções anteriores não sejam lidas posteriormente. Desta forma os dados estarão no CD, mas não serão lidos pela unidade pois serão ignorados pela mesma. Para evitar isso evite tentar criar uma nova seção em um disco com um programa diferente do que foi utilizado para criar a primeira. Às vezes até mesmo versões diferentes de um mesmo programa podem não reconhecer seções anteriores no disco. Portanto CUIDADO na hora de fazer um disco com várias seções. Dica: Sempre que possível tenha mais de uma cópia dos dados importantes para evitar transtornos devido a perda de dados por qualquer motivo. Figura 19 – Nero: Gravação em multisessão 15 Computação para Química Vírus de computador Em 1923 Len Eidelmen apresentou em um seminário sobre segurança computacional um programa auto-replicante. No ano seguinte na 7th Annual Information Security Conference foi mostrado que tal programa podia também modificar outros programas para que seja possível instalar cópias de si mesmo. Em 1986 tais programar passaram a ser chamados de “Vírus de Computador”, o primeiro deles o “Brain” , um vírus de boot, era transmitido por um disquete contaminado. Daí surgiram muitos outros como o Elk Cloner Criado por Richard Skrenta ou o “I LOVE YOU” um vírus considerado bastante pesado pois deletava dados importantes para o bom funcionamento do sistema operacional. � Até 1995 eram conhecidos cerca de 5 mil vírus de computador. � Até 1999 esse numero sobe para mais 20 500. � Até 2000 já eram conhecidos 49 000 vírus diferentes. � Em 2001 conheciam 58 000, até 2005 já eram 72 010 vírus catalogados. � Até que em 2007 o número de vírus conhecidos já era superior a 150000. Hoje existem vários tipos de vírus vamos ver os mais conhecidos: Vírus de Boot (inicialização): São vírus que iniciam antes mesmo de carregar o sistema operacional eles podem causar danos graves ao computador pois podem apagar arquivos essenciais ao inicialização sistema operacional. Time Bomb (bomba de tempo): São aqueles que permanecem “adormecidos” por um intervalo de tempo (definido pelo desenvolvedor que o programou). Quando tal tempo é esgotado eles agem geralmente tornando o computador incapaz de iniciar o sistema operacional ou apagando dados do usuário. Worm (minhocas ou vermes): Geralmente não causam muito dano ao sistema operacional porém se replicam em alta velocidade e podem apagar dados do usuário ou torna-los inelegíveis (impossíveis de ler). Figura 20 Figura 21 - Evolução dos vírus de computador 16 DQ/CCEN/UFPB Trojan (cavalo de tróia): São vírus bastante perigosos pois dão espaço para que outros vírus sejam instalados no computador. Além disso, permitem que o computador receba comandos sem o conhecimento do usuário. Estes (assim como muitos outros) sã colocados embutidos em transições de slides que intertem o usuárioenquanto procedem sua instalação. Keylogger (capturador de teclas): Esses vírus trazem um risco extremamente grande pois são capazes de armazenar as teclas digitadas pelo usuário em formulário de internet entre INCLUSIVE SENHAS. A grande maioria das fraudes que envolvem vírus são realizadas com o auxilio de keyloggers Tanto que hoje em dia a grande maioria dos bancos pedem para que o usuário digite sua senha de acesso a conta em teclados virtuais desenvolvidos por eles próprios para evitar a ação desse tipo de vírus. Porem deve-se sempre ter muito cuidado com os dados que são digitados no computador pois tais vírus podem reuni-los e enviá-los a seus criadores através da internet sem o conhecimento do usuário. Atualmente devido a grande quantidade de pessoas que acessam sites de relacionamento como o Orkut tem crescido o numero de vírus que são colocados em tais páginas. Os vírus de Orkut são em sua maioria Trojans e Keyloggers. Muitos deles enviam scraps infectados para toda a lista de amigos do usuário como se o próprio os enviasse. Para evitá-los nunca clique em links ou imagens que não tenham procedência comprovadamente conhecida Computador no estado Zumbi Ocorre quando um computador encontra-se infectado por programas que permitem a terceiros controlá-lo com intuito de disseminar arquivos maliciosos. O estado Zumbi é resultado da DESATUALIZAÇAO de programas preventivos (antivírus) em computadores. Antivírus São programas desenvolvidos para detectar e prevenir a presença de softwares maliciosos em um computador. Baseiam-se em um BANCO DE DADOS QUE PRECISA SER ATUALIZADO. Pois a cada dia novos vírus surgem na rede. Ou seja: Não adianta apenas ter instalado o antivírus, e necessário atualizá-lo sempre. USE SEMPRE ANTIVÍRUS Figura 22 Figura 23 - Nunca esquecer! Preca De forma geral para evitar problemas causados por vírus de computador basta tomar algumas precauções simples como: Ter sempre um Software Antivírus atualizado Sempre que possível escanear computador a procura de vírus que adquiridos. Tomar cuidado com anexos contidos em emails mesmo os vindos de amigos Ter sempre cuidado com CDs e Pendrivers de procedência duvidosa. Não sair clicando em tudo que DESISTA: Você não ganhará nada por ser o 999999999999999º usuário a acessar um site. Não clicar em links de scraps suspeitos principalmente os vindos da lista de amigos. Nunca digitar números de conta e principalmen desconhecidos ou suspeitos. Computação para Química cauções De forma geral para evitar problemas causados por vírus de computador basta tomar algumas precauções simples como: Ter sempre um Software Antivírus atualizado no computador. Sempre que possível escanear computador a procura de vírus que adquiridos. Tomar cuidado com anexos contidos em emails mesmo os vindos de amigos Ter sempre cuidado com CDs e Pendrivers de procedência duvidosa. Não sair clicando em tudo que lhe pedirem na internet e principalmente DESISTA: Você não ganhará nada por ser o 999999999999999º usuário a Não clicar em links de scraps suspeitos principalmente os vindos da lista de Nunca digitar números de conta e principalmente senhas em computadores desconhecidos ou suspeitos. 17 Computação para Química De forma geral para evitar problemas causados por vírus de computador basta tomar algumas precauções simples como: Sempre que possível escanear computador a procura de vírus que adquiridos. Tomar cuidado com anexos contidos em emails mesmo os vindos de amigos Ter sempre cuidado com CDs e Pendrivers de procedência duvidosa. lhe pedirem na internet e principalmente DESISTA: Você não ganhará nada por ser o 999999999999999º usuário a Não clicar em links de scraps suspeitos principalmente os vindos da lista de te senhas em computadores 18 DQ/CCEN/UFPB 2. Internet 2.1 A Internet no Brasil e a RNP No Brasil, os primeiros embriões de rede surgiram em 1988 e ligavam universidades do Brasil a instituições nos Estados Unidos. No mesmo ano, o Ibase começou a testar o AlterNex, o primeiro serviço brasileiro de internet não-acadêmica e não-governamental. Inicialmente o AlterNex era restrito aos membros do Ibase e associados e só em 1992 foi aberto ao público. O primeiro backbone brasileiro foi inaugurado em 1991, destinado exclusivamente à comunidade acadêmica. Mais tarde, em 1995, o governo resolveu abrir o backbone e fornecer conectividade a provedores de acesso comerciais. A partir de 1997, iniciou-se uma nova fase na internet brasileira. O aumento de acessos a rede e a necessidade de uma infra-estrutura mais veloz e segura levou a investimentos em novas tecnologias. Entretanto, devido a carência de uma infra- estrutura de fibra óptica que cobrisse todo o território nacional, primeiramente, optou- se pela criação de redes locais de alta velocidade, aproveitando a estrutura de algumas regiões metropolitanas. Como parte desses investimentos, em 2000, foi implantado o backbone RNP2 com o objetivo de interligar todo o país em uma rede de alta tecnologia. Atualmente, o RNP2 conecta os 27 estados brasileiros e interliga mais de 300 instituições de ensino superior e de pesquisa no país. A partir de 2005, a comunicação entre os Pontos de Presença (PoPs) da rede começou a ser ampliada com o uso de tecnologia óptica, o que elevou a capacidade de operação a 11 Gbps.2 2.2 Internet para Química A internet avançou rapidamente e abrange as várias áreas de conhecimento científico. Vamos conhecer a partir daqui alguns sites de interesse na química.3 CNPq O Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) é uma agência do Ministério da Ciência e Tecnologia (MCT) destinada ao fomento da pesquisa científica e tecnológica e à formação de recursos humanos para a pesquisa no país. Sua história está diretamente ligada ao desenvolvimento científico e tecnológico do Brasil contemporâneo. http://www.cnpq.br/ 2 Carvalho, 2006. 3 Santos, 2008. 19 Computação para Química CAPES Os periódicos indexados apresentam-se como o meio de informação mais utilizado no meio acadêmico. Eles apresentam as informações mais específicas e detalhadas sobre um determinado assunto. Nem todo este material é disponível via internet, mas atualmente mais de 180 instituições pertencentes a todos os estados do país (inclusive a UFPB) possuem acesso on-line através do sítio chamado Portal Periódicos aos serviços promovidos pela Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES): http://www.periodicos.capes.gov.br/ QUÍMICA NOVA Química Nova publica artigos com resultados originais de pesquisa, trabalhos de revisão, divulgação de novos métodos ou técnicas, educação e assuntos gerais em português, espanhol e inglês. Os artigos submetidos à revista são avaliados por consultores (do Brasil e exterior) especialistas na área envolvida e que eventualmente podem pertencer ao Conselho Editorial. A edição de Química Nova está a cargo de um corpo editorial e suas linhas gerais e planejamento de longo prazo estão sob responsabilidade dos Editores e do Conselho Editorial. Química Nova é uma publicação bimestral, distribuída gratuitamente a todos os sócios ativos da SBQ. A SBQ também publica a revista Química Nova na Escola e o Journal of the Brazillian Chemical Society. Em seu site podemos encontrar grande quantidade de artigos publicados. http://quimicanova.sbq.org.br/ QUÍMICA NOVA NA ESCOLA A Revista Química Nova na Escola (QNEsc), com uma periodicidade semestral,propõe-se a subsidiar o trabalho, a formação e a atualização da comunidade do Ensino de Química brasileiro. Química Nova na Escola é um espaço aberto ao educador, suscitando debates e reflexões sobre o ensino e a aprendizagem de química. Nesse sentido, a Divisão de Ensino disponibiliza neste portal, na íntegra, e de forma totalmente gratuita, todos os artigos publicados além de Cadernos Temáticos e também é possível realizar buscas nas as edições já publicadas da revista. http://qnesc.sbq.org.br/ LABVIRT O Laboratório Didático Virtual é uma iniciativa da Universidade de São Paulo - USP, atualmente coordenado pela Faculdade de Educação. Nele você vai encontrar simulações feitas pela equipe do LabVirt a partir de roteiros de alunos de ensino médio das escolas da rede pública; links para simulações e sitios interessantes encontrados 20 DQ/CCEN/UFPB na Internet; exemplos de projetos na seção "projetos educacionais" e respostas de especialistas para questões enviadas através do site. http://www.labvirt.fe.usp.br/ 2.2.1 Outros Sítios Nacionais UNICAMP http://www.chemkeys.com/ USP http://gepeq.iq.usp.br/ HARDWARE http://www.gdhpress.com.br 2.2.2 Outros Sítios Internacionais VÍDEOS DE QUÍMICA http://www.science-tube.com Journal Chemical Education http://jchemed.chem.wisc.edu/ CURSOS DISPONIBILIZADOS PELO MIT http://www.ocw.cn/OcwWeb/index.htm Para obter mais informações sobre o uso da internet no conhecimento científico e outros sítios voltados à química acesse o artigo da revista Química Nova a seguir. http://quimicanova.sbq.org.br/qn/qnol/2008/vol31n2/44-ED07263.pdf 21 Computação para Química 3. - Laboratório Virtual O laboratório virtual é um autêntico laboratório de química, em formato digital, com o qual pode-se criar e modelar experiências e reações, de forma fácil e segura. O software que utilizamos para estas ativiades é o Crocodile Chemistry. Este programa pode facilitar de maneira considerável o aprendizado acerca das reações químicas. Nele encontram-se diversos reagentes químicos, vidrarias, equipamentos e instrumentpos que podem ser utilizados e combinados conforme desejado. Daí as reações são modeladas à medida que os reagentes são adcionados. Pode-se ainda criar simultaneamente os gráficos de dados relativos a experiência, e visualizar os diversos mecanismos através de animações. Assim como o ChemSketch, ele encontra-se na versão em inglês, porém este fato não dificultará o aprendizado acerca do programa, tendo em vista o seu alto teor ilustrativo durante o uso. Já existe uma versão em português (de Portugal) para este programa e em 2008 este foi substituído por duas novas versões Yenka Inorganic Chemistry e Yenka Electrochemistry. Todos esses programas necessitam de licença para que funcionem (o Crocodile custa entre 400 e 800 Euros dependendo do tipo de licença). O Crocodile Chemistry apresenta-se da seguinte forma: Ao ser iniciado o programa mostra em nome de quem encontra-se licenciado no momento, seguido da janela de boas vindas (ao lado). Nela tem-se a opção de visualizar uma série de tutoriais (em inglês) fornecidos pelo programa, caso não queira vê-los, basta fechar a janela. Uma vez encerrada a janela de Boas Vindas tem-se a seguinte: A Área de Trabalho é o local onde são realizados os experimentos. Na barra de ferramentas encontramos todas as opções que o programa oferece. Nos materiais e reagentes encontramos tudo aquilo que pode ser utilizado no experimento, reagentes, vidrarias, gráficos e imagens além de tutoriais com experimentos já prontos. Cada guia corresponde a uma nova área de trabalho – Para o caso de experimentos simultâneos. Barra de Ferramentas do Crocodile Chemistry Figura 24 - Crocodile Chemistry Figura 25 - Janela geral do Crocodile 22 DQ/CCEN/UFPB A utilização do Crocodile Chemistry é muito simples. Por conter uma interface gráfica de fácil entendimento, ele utiliza conceitos como arrastar e soltar para adicionar materiais e reagentes a área de trabalho. Imagine a barra lateral sendo uma grande estante onde podemos encontrar reagentes, materiais, gráficos e etc. Assim, para trazer qualquer material reagente ou outra coisa da barra, basta clicar sobre o item desejado,segurar o clique e arrastar para a área de trabalho. Para acessar a qualquer parte dos materiais basta clicar sobre o nome do grupo que deseja e a barra se expandirá mostrando os subgrupos. Na Barra “Contents” encontramos uma biblioteca de experimentos montados onde o usuário avança conforme as instruções (em inglês). La pode-se realizar experimentos de eletroquímica, Ácido Os modelos deste grupo não podem ser modificados, apenas seguidos. Em “Parts Library” encontramos tudo que será utilizado em um experimento que será totalmente criado pelo usuário do programa. Neste grupo encontramos vidraria, equipamentos, ilustrações (gráficos imagens, botões, texto e etc), reagentes e indicadores. Para adicionar um item a área de trabalho, clique sobre o mesmo, segure e arraste para o local desejado. Aqui são mostradas e podem ser modificadas as propriedades de um determinado item selecionado. No caso de vidrarias, por exemplo, a cor, escala, espessura da linha e etc. Pode-se alterar as propriedades químicas relacionadas a aquela vidraria e opções de reação. Ao se passar o ponteiro do mouse próximo a uma vidraria qualquer aparece a mini- janela ao lado. Figura 26 - Barra de ferramentas do Crocodile Figura 27 23 Computação para Química Informação - Mostra os detalhes da reação como reação global efetiva, as concentrações dos materiais envolvidos e etc. Visualização - mostra (quando possível) uma janela cúbica onde aparece o que está ocorrendo naquele recipiente em 3D. Esvaziar - limpa o recipiente a que ele está vinculado Nomear – Dá nome ao que está ao frasco 3.1 Montando um experimento Vamos começar montando um experimento simples que envolve reações de Ácido- Base, para explorar o caráter ilustrativo do programa. Vá em “Parts Library” > “Glassware” e pegue 6 “Beaker (100mL)” arrastando-o para a área de trabalho. Neste experimento faremos um teste rápido de pH de soluções através do uso de indicadores Ácido-Base. Indicadores de pH são substâncias que em contato com soluções ácidas apresentam uma coloração (ou mesmo, ausência de cor), e outra em contato com soluções básicas ou neutras. Existem ainda indicadores que apresentam uma cor para cada faixa da escala de pH (0-14). Os indicadores não reagem com a solução tendo papel apenas de mostrar a variação no pH da mesma. Cada indicador possui a sua coloração específica para determinado pH. Para este experimento necessitaremos do Indicador Universal - “Universal”: Vá em “Parts Library” > “Indicators” > “Solutions” > “Universal” Agora, em “Parts Library” > “Indicators” > “Charts” e pegue a respectiva escala de cor. No Crocodile Chemistry pode-se encontrar reagentes em qualquer dos três estados físicos Os líquidos são mostrados em frascos semelhantes a esse. Nos frascos encontramos algumas informações como: Ao clicar sobre a unidade de qualquer uma das grandezas, aparecem as opções por exemplo, ao clicar sobre mL: Volume pode ser mostrado em mililitros, centímetros cúbicos ou Litros. Figura 29 Figura 28 Figura 30 Figura 31 24 DQ/CCEN/UFPB Já as substâncias sólidas podem aparecer em forma de pedras “Lumps” ou em um recipiente similar a um pote. Neles também há informações sobre o composto: A granulometria deum composto pode ser fina, média ou grossa. Vamos utilizar as seguintes soluções: Em: “Parts Library” > “Chemicals” > “Acids” > “Hydrochloric Acid” (Ácido Clorídrico). “Parts Library” > “Chemicals” > “Alkalis” > “Sodium Hydroxide” (Hidróxido de Sódio). “Parts Library” > “Chemicals” > “Miscellaneous” > “Liquids & Solutions” > “water” (Água) Antes de iniciar qualquer experimento (começar a adicionar um reagente a outro) deve-se primeiro pausar a reação (Botão na parte superior da barra de ferramentas) para evitar que o tempo gasto por exemplo procurando algum reagente exerça alguma influencia nos produtos da reação. 1 – Copie e cole os frascos do Ácido Clorídrico e Hidróxido de Sódio até que hajam 3 de cada. Modifique as concentrações para 0,01 M – 0,5 M – 1,0 M e o volume para 20 mL de ambos. 2 – Adicione a cada Becker, 50 mL de água (basta clicar/segurar sobre o frasco da água, arrastar por sobre o Becker até que apareça um ícone de um pequeno Becker derramando e soltar. Repetir sobre os demais beckers. 3 – Adicione aleatoriamente os ácidos com suas concentrações aos três primeiros beckers. 4 – Faça o mesmo com as bases e adicione o indicador universal a todos os beckers. 5 – Agora, através da mudança de coloração identifique as concentrações adicionadas Como a mesma quantidade de água foi adicionada a todos, o que tornará essas soluções mais ácida ou básica, será a concentração da solução adicionada. Assim, por exemplo quanto mais concentrada for a solução de HCl utilizada mais escuro será o vermelho da solução. Figura 32 Figura 33 Figura 34 25 Computação para Química Exercício: Pause a Reação, pegue um becker de 250 mL e adicione 12,5 mL de HCl 9,6 M , 100 mL de NaOH 1,2 M e adicione 50 mL de água. Adicione o indicador universal. Antes de iniciar a reação responda: Qual o pH que solução final vai apresentar ? Por quê ? Equacione essa reação. 3.2 Observando reações O Crocodile Chemistry permite ao usuário visualizar o que ocorre em uma reação em escala molecular. No exemplo acima temo uma reação Ácido-Base. Conforme sabemos: ACIDO + BASE → SAL + ÁGUA. Porém, nem sempre as reações são tão simples de serem equacionadas, desta forma podemos o programa mostra as reações que ocorrem em determinado momento. Então voltando ao experimento acima: Inicie a reação (retire-a de pausa). Para visualizar não apenas as equações, mais uma grande quantidade de informações acerca do becker que adcionou-se 12,5 mL de HCl 9,6 M , 100 mL de NaOH 1,2 M e 50 mL de água, (conforme dito anteriormente) passe o ponteiro do mouse sobre o becker e aparecerá esta barra opções. Clique sobre o botão “Reaction Details” e aparecerá uma caixa semelhante a esta (ao aproximar o ponteiro do mouse): Nela temos uma reação do que ocorre no becker atualmente. Porem ela mostra não a fórmula mas o nome dos compostos. Para visualizar a reação na forma como estamos acostumados clique sobre “word” e selecione “simbolic”. A reaçã será mostrada com as fórmulas dos compostos. Tem-se ainda a opção para mostrar a equação iônica basta clicar sobre “Ionic”. Atualmente a caixa mostra apenas a reação que ocorre. Para visualizar o restante dos dados disponíveis clique sobre o botão, a janela se expandirá mostrando os detalhes da reação. Esta caixa mostra uma série de características físicas e químicas como temperatura, volume total da solução, líquidos presentes, massa total, os gases presentes e seus respectivos volumes, os indicadores presentes na reação o pHe etc. Figura 35 26 DQ/CCEN/UFPB Outra opção é a visualização 3D (que não pode ser mostrada em todos os casos. Clique sobre o botão “Atom Viewer” e será mostrada a caixa lado Ela possui uma barra de opções que permite adicionar ou não, Água a visualização, modificar a forma como são mostrados os compostos (formula ou nome) e mostrar ou ocultar o cubo e os compostos presentes. 3.3 Exercícios Nesta seção serão apresentados vários exercícios que vão se tornando menos detalhados, pois tem a finalidade fazer com que você desenvolva uma familiaridade com o programa. 3.3.1 Exercício 01 – Cinética Química Este exemplo demonstra como fazer um experimento simples para observar o efeito da temperatura e superfície de contato sobre a velocidade de uma reação. Lembre-se sempre de Pausar a Reação antes de começá-la. Algumas reações duram apenas alguns segundos ou minutos e podem ser perdidas enquanto é montado o experimento. 1. Vá para Parts library > Glassware > Standard e escolha um Erlenmeyer, em seguida coloque outro erlenmeyer ao lado do primeiro. 2. Agora vá para pasta Parts library > Glassware >Measuring e adcione duas seringas a tela de trabalho, colocando uma sobre cada frasco. 3. Vá para Parts Library > Equipment > Stoppers > Large e peque duas rolhas (de um furo – One tube), uma para cada frasco ajustando-as. 4. Em Parts Library > Equipment >Aparatus, adcione um Electric heater (aquecedor elétrico) a um dos frascos e marque 60°C. 5. Passe o cursor sob a rolha em um dos frascos. Uma pequena conexão (quadro branco) irá aparecer. Clique/segure neste e mova o cursor para o bico da seringa e solte para ligar o bico da seringa à rolha. Faça o mesmo para o segundo frasco. 6. Esvazie a seringa, clicando sobre o botão “Empty” para retirar qualquer ar da mesma. 7. Reagentes. Vá para Parts Library > Chemicals > Acids. Arraste um frasco de (HCl) para tela de trabalho, mude a molaridade para 2 mol/L e o volume para 50 cm3 . Adicione este reagente a cada erlenmeyer. 8. Agora em Parts Library >Chemicals> Carbonates> Powders. Adicione CaCO3 , modifique (se necessário) a massa para 10 g e adicione a cada frasco. 9. Verifique se o marcador de velocidade está marcado ao meio (para evitar que a reação ocorra muito rapidamente ou lentamente demais) 10. Inicie a Reação observando a velocidade de deslocamento do pistão. Figura 36 27 Computação para Química Agora responda: 1. Por que o sistema com aquecimento foi mais rápido? 2. Equacione a reação. Qual o gás formado e preso na seringa? 3. Monte um novo experimento similar a este. Desta vez não utilize aquecedor. Em um erlenmeyer utilize o CaCO3 Fino (Fine) e outra utilize o Grosso (Coarse) e responda: a. Qual seringa enche mais rapidamente? Por quê? b. O que você conclui após a realização dos experimentos? 28 DQ/CCEN/UFPB 3.3.2 Exercício 02 - Destilação Neste exemplo iremos separar uma mistura de dois líquidos (água e etanol) pelo processo de destilação. 1. No índice Parts library > Glassware > Standard pegue um Erlenmeyer, um becker e um condensador. 2. Em Parts library > Equipment > Standard pegue um heater (aquecedor). Coloque o erlenmeyer sobre este. 3. Pegue uma rolha de um tubo (Stoppers> large > one-tube stopper) e tampe o frasco. 4. Coloque o condensador a esquerda do frasco num ângulo em torno de 60ºC. 5. Mova o cursor em cima da rolha e clique sob o conector que aparece. Faça o mesmo sob o condensador. Uma mangueira irá se formar, leve-a ate o topo do erlenmeyer. 6. Mova o béquer para baixo do condensador. 7. O condensador já possui uma conexões para entrada e saída de água de refrigeração que encontram-se ocultas. 8. Em Parts library > Chemicals > Miscellaneous > Liquids & Solutions pegue um frasco de água e outro de etanol (water e ethanol). Adcione ambos ao erlenmeyer. 9. O Etanol evapora a 78°C enquanto a água a 100°C. Se você aquecer a mistura acima de 78°C, mas abaixo de 100°C, apenas o etanol irá evaporar. O condensador resfriar o vapor de etanol que condensarávoltando ao estado liquido. 10. Marque a temperatura do aquecedor. 11. O etanol irá ser coletado no becker. NOTA: Este experimento exige um pouco de atenção durante a sua execução, pois se a mistura ficar tempo demais em contato com o aquecedor corre-se o risco de que evaporar a água, portanto deve-se monitorar o conteúdo do erlenmeyr, do condensador e do béquer. Responda: 1- Qual o princípio envolvido no processo de separação de substâncias através da destilação. 2- A destilação serve para separar qualquer mistura de líquidos? Explique. 3.3.3 Exercício 03. - Formação de precipitado. Quando duas soluções aquosas insolúvel. Este sólido é chamado precipitado. Este experimento mostra o precipitado formado quando soluções de nitrato de prata e cloreto de potássio são misturadas. 1. Vá em ... > Nitrates > Solutions Agora em ... > Halides >Solutions Modifique as molaridades de ambas as soluções para 2M. 2. Mova seu cursor sobre o becker e pressione o botão “ ativar a visualização 3D. E em seguida em “ 3. Pegue um becker e adicione a ele as soluções de 4. A reação de precipitação procederá rapidamente com o precipitado formando logo que as duas soluções são misturadas. O sólido é dispersado através da solução e irá decantar por gravidade. 5. Usando o Atom viewer,veja os íons Cloreto e prata se aproximando para formar o sal que decantará no fundo do recipiente. Responda a) Qual o precipitado formado? Equacione a reação ( b) A partir da equação calcule a massa de AgCl formada. Qual o volume das mesmas soluções que precisaríamos para formar 34,4 g de precipitado? Considere, MAg = 108 g/mol e M Agora partindo do mesmo becker 1. Pause a Reação e adicione a área de trabalho outro becker, um funil ( um papel filtro (Filter Paper) 2. Em Parts library > Equipment > (Balance). 3. Posicione o Papel filtro dentro do funil a balança e clicando sobre o botão “T” ( de estarmos interessados apenas na massa do precipitado que será posteriormente pesada (se isso não fosse feito, o peso do vidro de relógio também seria contado). 4. Posicione o becker abaixo do funil com o papel filtro. Adicione a solução de AgNO3 e KCl ao papel fora do papel). Retire a 5. Transfira CUIDADOSAMENTE Compare o valor obtido com o calculado anteriormente. Computação para Química Formação de precipitado. Quando duas soluções aquosas são misturadas podem reagir formando um sólido insolúvel. Este sólido é chamado precipitado. Este experimento mostra o precipitado formado quando soluções de nitrato de prata e cloreto de potássio são misturadas. ... > Nitrates > Solutions pegue um frasco de Silver nitrate (AgNO > Halides >Solutions pegue o potassium chloride (KCl) Modifique as molaridades de ambas as soluções para 2M. Mova seu cursor sobre o becker e pressione o botão “Atom viewer” ativar a visualização 3D. E em seguida em “Reation Detals”. Pegue um becker e adicione a ele as soluções de AgNO3 e o A reação de precipitação procederá rapidamente com o precipitado formando logo que as duas soluções são misturadas. O sólido é dispersado através da solução e irá decantar por gravidade. Usando o Atom viewer,veja os íons Cloreto e prata se aproximando para formar o sal que decantará no fundo do recipiente. a) Qual o precipitado formado? Equacione a reação (Global e Iônica). b) A partir da equação calcule a massa de AgCl formada. Qual o volume das mesmas soluções que precisaríamos para formar 34,4 g de precipitado? = 108 g/mol e MCl = 35,5 g/mol Agora partindo do mesmo becker com a solução e o precipitado continue: Pause a Reação e adicione a área de trabalho outro becker, um funil ( Filter Paper) e um vidro de relógio (Evaporating Disth) Parts library > Equipment > Meters and Probes pegue uma bal Posicione o Papel filtro dentro do funil. Tare o vidro de relógio, pondo ele sobre a balança e clicando sobre o botão “T” (Tare). Isso é necessário devido ao fato de estarmos interessados apenas na massa do precipitado que será te pesada (se isso não fosse feito, o peso do vidro de relógio também seria contado). Posicione o becker abaixo do funil com o papel filtro. Adicione a solução de e KCl ao papel CUIDADOSAMENTE (para que não caia precipitado fora do papel). Retire a reação de pausa para que a filtração inicie. CUIDADOSAMENTE o precipitado para o vidro de relógio e pese Compare o valor obtido com o calculado anteriormente. 29 Computação para Química são misturadas podem reagir formando um sólido insolúvel. Este sólido é chamado precipitado. Este experimento mostra o precipitado formado quando soluções de nitrato de prata e cloreto de potássio são misturadas. Silver nitrate (AgNO3). potassium chloride (KCl). Atom viewer” para o KCl. A reação de precipitação procederá rapidamente com o precipitado formando logo que as duas soluções são misturadas. O sólido é inicialmente Usando o Atom viewer,veja os íons Cloreto e prata se aproximando para b) A partir da equação calcule a massa de AgCl formada. Qual o volume das mesmas com a solução e o precipitado continue: Pause a Reação e adicione a área de trabalho outro becker, um funil (Funnel), Evaporating Disth). pegue uma balança . Tare o vidro de relógio, pondo ele sobre Isso é necessário devido ao fato de estarmos interessados apenas na massa do precipitado que será te pesada (se isso não fosse feito, o peso do vidro de relógio Posicione o becker abaixo do funil com o papel filtro. Adicione a solução de (para que não caia precipitado reação de pausa para que a filtração inicie. o precipitado para o vidro de relógio e pese-o. 30 DQ/CCEN/UFPB 3.3.4 Exercício 04 – Tutorial de reação Conforme foi dito anteriormente, o Crocodile Chemistry possui uma biblioteca de reações que já estão prontas. Vamos neste exercício observaremos um desses exemplos. Vá em Contents > Equations and Amounts > Balanced Reactions. Obviamente todo o tutorial que explica como proceder na reação, está em inglês, assim como todos os demais. Porém esse fato não torna muito difícil o entendimento do experimento uma vez que o programa é bastante ilustrativo. Como ainda estamos iniciando o contato com o Crocodile, a tradução deste tutorial está descrita abaixo com alguns acréscimos que ajudarão entendimento do experimento. Cada parágrafo mostra a tradução do texto conforme avança-se clicando sobre Reações balanceadas 1 - Neste kit você aprenderá sobre equilíbrio e balanceamento de reações. Obs: Pause a reação. 2 - Escolha um dos metais alcalinos (abaixo) e arraste para o frasco para reagir. Certifique-se que todo o ar foi removido para o metal não oxidar (clicando em “Empty” no erlenmeyer). A. Lítio. B. Sódio C. Potássio 3 - Ligue o cilindro de gás de cloro, arrastando o controle deslizante para cima. Você verá o erlenmeyer encher-se de um gás amarelado. 4 - Aproxime o cursor da caixa na parte superior e clique sobre “Word” (abaixo) da caixa de detalhes da reação e selecione "symbolic" a partir da lista para alterar a forma como os nomes químicos são exibidos. Compare como eles são exibidos em símbolos e palavras. Deve haver o mesmo número de moléculas de cada lado da equação, para que ela seja equilibrada em forma simbólica. 5 - Desligue o gás, esvazie o erlenmeyer e teste outros metais. 31 Computação para Química 3.3.5 Exercício 05 - Eletrólise Neste exercício montaremos um experimento simples de eletrólise, onde uma peça de carbono é recoberto com prata (prateado). Processo este, denominado galvanização. 1. Inicialmente, vá em ...Glassware > Standard e pegue um “bath“ (banho). 2. Agora em ...Electrochemistry > Electrodes pegue um eletrodo “silver”(prata) e outro de “carbon” (carbono). 3. ...Chemicals > Nitrates > Solutions e pegue um frasco de AgNO3 ( “silver nitrate”). Altere seu o volume para 200 cm3 e adicione a “Bath”. 4. Coloque o eletrodo de prata do lado esquerdo do banho. A ponta do eletrodo deverá estar submergida na solução. 5. Coloque o eletrodo de carbono no lado oposto. 6. Vá em ...Electrochemistry > Equipment pegue uma bateria. Coloque-a acima do banho, entre os dois eletrodos. Rotacione a bateria 180° anti-horario. (para que fique com a ordem das cargas +/-). 7. Mova seu mouse sobre o polo positivo da bateria (+). Uma conexão irá aparecer, clique/segure e arraste o fio até o eletrodo de prata (solte para conectar). O eletrodo de prata é agora o ânodo na sua cela eletroquímica. Na galvanoplastia o material de sacrifício deve ser sempre o ânodo. 8. Conecte o outro pólo da bateria ao eletrodo de carbono. Este agora é o cátodo. 9. Inicie a reação e veja como a peça de carbono é lentamente galvanizada com a prata. Observe todos os detalhes da reação. Questões: 1. Faça um desenho esquemático do sistema proposto. 2. Descreva as semi-reações que ocorrem no catodo e no anodo. 3. O que eletrodo de sacrifício? 32 DQ/CCEN/UFPB 3.3.6 Exercício 06 - Titulação Agora, vamos realizar uma titulação. Processo muito comum no estudo da química Analítica. Neste caso realizaremos uma tilulação Ácido-Base. 1- Arraste uma bureta e um becker para a área de trabalho. 2- Adicionar 25cm3 (1cm3 = 1 mL) de hidróxido de sódio para o becker e 50cm3 de ácido clorídrico para a bureta. 3- Pressione o botão de encher a nível da bureta para trazer a quantidade de ácido na bureta para a marca zero. 4- Adicionar indicador Fenolftaleina ao becker. 5- Vá ao painel ...> Presentation e arraste um gráfico para a área de trabalho. 6- Clique e arraste o marcador ao lado do traço vermelho no gráfico de modo a que uma linha ligue-se ao becker. 7- Clique sobre “Property...” (pouco acima do eixo y) e escolha o “pH” a partir da lista que aparece. Assim o eixo y mostrará a medida do pH do conteúdo do becker. 8- Clique na seta para baixo (abaixo do eixo x) e selecione “Specific Part Property” e um segundo marcador irá aparecer. Conecte-o a bureta. 9- Agora, clique em “Property...” (à direita do botão) e escolha “Burette Level” na lista que aparece. Assim o eixo x mostrará o nível de líquido que tenha sido liberado a partir da bureta. 10- Selecione o gráfico com o botão direito do mouse e abra o painel Propriedades. Clique na guia “Y-axis”. Na seção definia o Min. e Max. modifique os valores para 0 e 14. Em “GridLines > Major, every” defina aparecer cada 2 unidades. 11- Na guia “X-axis” defina o Min. e máx. para 0 e 50 cm3. O gráfico foi agora totalmente configurado para medir o pH da solução no becker, e o volume de solução liberada a partir da bureta. 12- Adicione vagarosamente o HCl da bureta ao becker até que seja atingido o ponto de equivalência (que a solução no erlenmeyer mude de cor). 13- Observe como varia o pH no gráfico. 33 Computação para Química 3.4 Desafio - Criação de um roteiro de prática Até agora todos os experimentos realizados já possuíam um roteiro pré-definido. Para mostrar a versatilidade do programa Crocodile Chemistry, crie um roteiro de experiência no Crocodile Chemistry. Você pode utilizar livros e apostilas de aulas experimentais ou buscar na internet algum experimento legal. Porém atente-se para alguns detalhes ao escolher um procedimento. 1. Verifique se os reagentes e equipamentos exigidos pelo roteiro estão disponíveis no Crocodile Chemistry. O sucesso de um procedimento experimental depende da disponibilidade de reagentes. Assim, preste atenção e procure atentamente por todos os equipamentos e reagentes exigidos. Caso não encontre algum, procure saber se o mesmo pode ser substituído por outro existente no programa. 2. Crie um roteiro. Em todas as disciplinas experimentais existem apostilas ou livros que possuem o procedimento da aula prática. Desta forma, quando escolher a sua experiência, teste-a e procure fazer um roteiro do desenvolvimento da mesma. Você pode se basear nos roteiros dos exercícios, nos tutoriais (em inglês) do próprio programa ou adaptando roteiro que você pesquisou ao Crocodile. 3. Se preferir, adicione ao roteiro um esquema (imagem) de como o experimento deve ser organizado para que funcione da melhor forma possível. 4. Por fim, monte um pequeno questionário a ser respondido por aqueles que realizarão o experimento. Assim você o tornará mais atrativo. Inclua no questionário curiosidades ou perguntas que podem ser respondidas e explicadas através do bom entendimento do procedimento. 34 DQ/CCEN/UFPB 4. - ACD/ChemSketch O ChemSketch é um programa que atende as mais diversas necessidades no campo da química. Com ele podemos fazer cálculos de massa molecular, peso molecular, distância entre ligações além de tornar possível desenhar, visualizar em 3D e até nomear alguns compostos. Ele se encontra em duas versões, uma gratuita e de livre download na página do programa (mediante cadastramento) essa possui algumas restrições quanto a nomenclatura e alguns outros recursos. E uma versão paga onde é possível a execução de todas as restrições da primeira versão. Essa é a pagina que encontramos ao abrir o programa que se encontra dentro da pasta ACDLABS 10.0 > ChemSketch. É ela que utilizamos para fazer os desenhos das moléculas e onde se encontram a grande parte das ferramentas oferecidas pelo programa. Devemos perceber inicialmente os botões que alternam entre as paginas de Criação/Edição de moleculas e desenho, no canto superior da barra de ferramentas. 4.1 Barra de Ferramentas Vamos agora conhecer melhor a barra de ferramentas do ChemSketch. 1 – Tabela periódica. Para adicionar elementos que não estao disponíveis na barra de elementos (a esquerda), basta clicar sobre esse botão, selecionar o elemento desejado e clicar onde se desejar inserir. 2 – Botões de Seleção e Movimento 2A – Selecionar/Mover: Serve para mover parte de uma estrutura (elemento ou ligação). Nos permite deslocar um fragmento da molécula deixanto intacto todo resto Figura 37 - Janela do ACD ChemSketch Figura 38 - Barra de ferramentas do ChemSketch 35 Computação para Química 2B – Rotação Plano: Rotaciona a estrutura (ou parte dela) no plano da area de trabalho. 3B – Rotacionar 3D: Rotaciona a estrutura em qualquer plano 3 – Seleção: Permite selecionar várias estruturas da área de trabalho. 4 – Desenho: Servem para desenhar manualmente ligações ou para transformar uma ligação simples em ligação dupla ou tripla. 5 – Desenhar/Alterar formato ligação: Permite desenhar ligações especiais como ligações dentro e fora do plano ou ligações coordenadas. 6 – Botões de edição: Funções basicas como apagar, recortar, colar etc. 7 – Sinal +: Insere o sinal gráfico de soma em reações. ATENÇÃO: Esse botão serve apenas como sinal grafico não funcionando como sinal de carga em um elemento ou composto. Para isso utilize as cargas que estão na barra abaixo da barra de elementos (a esquerda). 8 – Seta de Reação: Insere/apaga setas dos mais diversos tipos e formatos. 9 – Legenda Seta: Insere legenda abaixo ou acima da seta de reação. 10 – Comandos e Calculos de reação. 11 – Polimero: Mutiplica uma estrutura por número. Ex: Caso queira mutiplcar esse Ácido acético por 4, basta clicar no botão polimero, digitar o valor em “index” (4, no caso), aplicare selecioná-lo. 12 – Posição: Altera a posição de uma ligação ou elemento a ser selecionado 13 – Botões de rotação de ligação: Rotaciona uma ligação segundo o eixo selecionado. 14 – Espelha elemento ou ligação selecionado no plano vertical ou horizontal. 15 – Oferece uma opção de desenho automático ao se aproximar de um elemento em uma estrutura. 16 – Adapta a estrutura para que seja vista no plano da área de trabalho. 17 – Verifica se a estrutura selecionada possui forma tautomérica. 18 – Otimização 3D: Otimiza a estrutura desenhada para a melhor forma reconhecida pelo programa (Angulos e distancias de ligação). 19 – Ajustes de Tela: Opções de zoon da pagina da área de trabalho. 20 – Abrir modelos: Abre o acervo de moleculas, equipamentos de laboratorio, orbitais, desenhos que já vem prontos do programa. 21 – Gerar Nome: Gera o nome da estrutura selecionada. (restrições na versão free) 22 – Leva a estrura desenhada para a forma 3D. Figura 39 36 DQ/CCEN/UFPB 4.2 Desenhando Moléculas no ChemSketch Na pagina de criação de moleculas selecionado na área dos elementos, caso não, basta clicar sobre ele. Isso significa que cada vez que um na área de trabalho, um átomo de carbono sera adicionado com suas 4 ligações completadas com hidrogênio (CH4). Se uma linha for desenhada (clicando sobre um ponto, arrastando o ponteiro e soltando o clique) em cada extremidade será adicionado um C e as ligações restantes completadas com H (C O Naftaleno tem fórmula (C petróleo e é constituído de dois anéis benzênicos saturados. Apesar de já termos o anel benzênico pronto na barra da direita é interessante que por enquanto desenhemos sua estrutura manualmente, para que aprendamos como melhorar moléculas feitas manualmente. 1 - Então, com o carbono selecionado, clique sobre o botão lápis desenhe o Naftaleno. 2 – Agora selecione a molécula e clique no botão Note que além de alinhar perfeitamente a molécula, a otimização adicionou os hidrogênios que faltavam. Caso não queira que os H apareçam, basta ir sobre o botão “ clicar sobre “ Para facilitar o entendimento vamos numerar os carbonos do Naftaleno. Para isso,clique sobre “Tools” e em seguida Note que o grupo continua no carbono 5, embora que agora esse carbono tem prioridade na numeração. Adicione um grupo metil (CH Figura 40 Figura 43 – Naftaleno 1 Figura 44 - Naftaleno 3 Figura 45 culas no ChemSketch Na pagina de criação de moleculas (Structure), geralmente o Carbono aparecerá selecionado na área dos elementos, caso não, basta clicar sobre ele. Isso significa que cada vez que um clique for dado na área de trabalho, um átomo de carbono sera adicionado com suas 4 ligações completadas com ). Se uma linha for desenhada (clicando sobre um ponto, arrastando o ponteiro e soltando o clique) em cada extremidade será do um C e as ligações restantes completadas com H (C2H6) O Naftaleno tem fórmula (C10H8) e é um hidrocarboneto aromático derivado do petróleo e é constituído de dois anéis benzênicos saturados. Apesar de já termos o anel benzênico pronto na barra da direita é interessante que por enquanto desenhemos sua estrutura manualmente, para que aprendamos como melhorar moléculas feitas manualmente. Então, com o carbono selecionado, clique sobre o botão lápis desenhe o Naftaleno. Agora selecione a molécula e clique no botão 3D Optimization [18]. Note que além de alinhar perfeitamente a molécula, a otimização adicionou os hidrogênios que faltavam. Caso não queira que os H apareçam, basta ir sobre o botão “ clicar sobre “Remove Explicit Hydrogens” Para facilitar o entendimento vamos numerar os carbonos do Naftaleno. Para e em seguida “Auto Renumbering”. Note que o grupo continua no carbono 5, embora que agora esse carbono tem prioridade na numeração. Perceba que não é necessário que o desenho esteja alinhado perfeitamente Adicione um grupo metil (CH3) no carbono 5. Figura Figura 42 - Naftaleno 2 Figura 46 , geralmente o Carbono aparecerá ) e é um hidrocarboneto aromático derivado do Apesar de já termos o anel benzênico pronto na barra da direita é interessante que por enquanto desenhemos sua estrutura manualmente, para que aprendamos como 3D Optimization [18]. Note que além de alinhar perfeitamente a molécula, a otimização adicionou os hidrogênios que faltavam. Caso não queira que os H apareçam, basta ir sobre o botão “Tools” e Para facilitar o entendimento vamos numerar os carbonos do Naftaleno. Para saibamos Perceba que não é necessário que o desenho esteja alinhado perfeitamente Figura 41 - Desenhando estruturas 46 37 Computação para Química Vamos agora gerar o nome dessa estrutura clicando no botão [21]. Mesmo inicialmente com o grupo no carbono 5 da estrutura o nome foi gerado no carbono 1. Perceba que o grupo o C do grupo ainda não foi numerado. Para organizar a numeração dos carbonos basta renumerar a molécula. Para saber a fórmula molecular, clique sobre Tools > Calculate > Molecular Formula. Aparecerá uma janela com a respectiva fórmula do composto Para calcular massa molecular, clique sobre Tools > Calculate > Formula Weight. Aparecerá uma janela com a respectiva massa do composto Para calcular composição, clique sobre Tools > Calculate > Composition. Aparecerá uma janela com a respectiva massa do composto Para copiar para a área de trabalho qualquer desses valores, clique sobre o botão “Copy To Editor”. ATENÇÃO: na opção “...Calculate” existem outros cálculos que são conhecidos por nós como volume molar, densidade e etc. Exercício 1. Desenhe as estruturas ao lado no ChemSketch. 2. Gere o nome delas. 3. Calcule a fórmula molecular 4. Calcule a massa molecular 5. Calcule a composição 6. Qual o nome usual do composto (e)? Figura 52 Figura 47 Figura 48 Figura 49 Figura 50 Figura 51 38 DQ/CCEN/UFPB Desafio 1 - EDTA EDTA é o acrônimo em inglês para Ethylenediamine tetraacetic acid.(ácido etilenodiamino tetra-acético). Ele é um composto orgânico que age como agente quelante, formando complexos muito estáveis com diversos íons metálicos. Usado como descolorante para cabelos, pode ser também utilizado na fabricação de pães e derivados na indústria alimentícia. Também é usado durante tratamento endodôntico por ter uma função quelante e retirar íons cálcio (Ca2+). Essa afinidade com o cálcio confere-o propriedade de anticoagulante. Pesquise sobre o que são compostos quelantes, quelatos e como o EDTA se liga a metais. Agora, no chemsketch: a) Desenhe a estrutura do EDTA livre e complexado com Ca. Otimize. b) Calcule as composições, fórmulas e massas moleculares das duas estruturas. c) Gere o nome da estrutura livre. d) Gere a estrutura 3D (ver próxima seção). e) Mude o metal (Cu, Fe) e o numero de ligações no complexo. Desafio 2 Pesquise na internet a estrutura do principio ativo da maconha e da cocaína e desenhe-as no chemsketch. Figura 53 39 Computação para Química 4.3 Forma 3D Conforme já foi dito, uma das maiores vantagens do ChemSketch com relação a alguns programas é a possibilidade de visualizar as moléculas desenhadas em três dimensões. Mesmo com algumas restrições a versão free consegue levar para 3D grande parte das moléculas desenhadas. Para visualizar uma estrutura na forma 3D basta clicar sobre o botão “3d Viewer” na parte superior da barra de ferramentas. A janela mudará completamente
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