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U N I V E R S I D A D E E S T A D U A L D E M A T O G R O S S O D O S U L Curso de Química - Unidade de Naviraí -2010 Disciplina de Química Geral - Prof. Dr. Alberto A. Cavalheiro 1 Fundamentos de Ciências Exatas 1. Algarismos significativos 1.1. Definição e Arredondamento Numérico Tudo o que medidos é tem algum erro embutido. Em outras palavras, toda medida de qualquer propriedade contém uma certa incerteza numérica. Esta incerteza tem o nome de erro, desvio ou imprecisão da medida. Por isso, os resultados das medidas devem ser expressos e manipulados de modo tal que se possa controlar a precisão ou confiabilidade com que elas foram obtidas ou calculadas. Assim, o número que representa a medida de uma propriedade não pode ter uma quantidade qualquer de algarismos, mas apenas aqueles que representem realmente a precisão com que a medida foi feita. Logo, todos os algarismos de um número devem ter um significado, por isso o termo Algarismos Significativos. Vamos para a calculadora. Todos vocês devem ter uma boa calculadora científica em mãos. Mas, o que vem a ser uma boa calculadora científica? Bom! Em primeiro lugar, uma calculadora científica é aquela que tem as funções superiores, como logaritmo, exponencial, notação científica, raízes superiores, etc. Ou seja: é aquela calculadora que tem muito mais do que as operações básicas de soma, subtração, multiplicação e divisão. Aquelas calculadoras de mercadinho. Mas e daí? Como saber qual é a melhor? Com toda certeza, a melhor calculadora é aquela resistente e que você saiba manipular por completo. Aliás, este é o principal ponto: saber mexer na sua calculadora. Se ela for baratinha, não tem problema, quando ela quebrar, você compra outra. Afinal ela é baratinha mesmo. Mas, vamos entrar em exemplos. No início, vocês precisam de bastantes comparações. Quando escrevemos 6,40 g, significa que a certeza máxima da medida de massa está no último algarismo "0". É errado escrever 6,4 g, pois significaria dizer que a balança só é capaz de pesar 1 casa depois da vírgula. Significa também que não se conhece a segunda casa depois da vírgula, o que é mentira, pois sabemos que ela é zero. Não podemos confundir a necessidade de tal algarismo para uma operação matemática com o significado do algarismo para medidas e cálculos científicos. U N I V E R S I D A D E E S T A D U A L D E M A T O G R O S S O D O S U L Curso de Química - Unidade de Naviraí -2010 Disciplina de Química Geral - Prof. Dr. Alberto A. Cavalheiro 2 No entanto, há um porém quando aparecem zeros no início ou no fim do número. Os zeros que aparecem no início não são significativos, pois indicam simplesmente a posição da vírgula. Assim, 0,00370 e 3,70 têm o mesmo número de algarismos significativos (três, ao todo): 3, 7 e 0. Às vezes (não é sempre), os zeros que aparecem como últimos algarismos à direita indicam apenas a ordem de grandeza. Por exemplo, o número 250 poderia ter apenas dois algarismos significativos (o 2 e o 5) e o zero indicaria a centena, ou de fato, são todos os três algarismos significativos, ou seja: 2, 5 e 0. Vamos para um exemplo prático. Há algumas notações para representar a incerteza de um algarismo presente em uma medida. No caso acima, poderíamos escrever 250, com o zero grifado para indicar incerteza. Isto significa que não podemos afirmar se é 254 ou 247, ou qualquer ou número entre 246 e 254, que arredondando para dois algarismos significativos daria o número 250. Outra notação é 25(0), entre parênteses. É óbvio que o zero não pode ser jogado fora, pois o 250 (duzentos e cinqüenta) viraria 25 (vinte e cinco). Um absurdo, não é?! Pense se fosse dinheiro! É como se tivéssemos somente notas de dez reais no bolso. Ou daríamos 250 ou 240 ou 260. Não teria como dar 253 ou 247 reais, pois não teríamos moedas de um real. Mas, felizmente existem estas moedas e poderíamos fazer o troco, correto?! Inclusive, temos até moedas de centavos, ou seja, a precisão do dinheiro é na segunda casa decimal. Mas, vamos seguir nesta analogia do dinheiro. Se um produto custar R$ 1,27, significa que custa um real e vinte e sete centavos (centésimos) de real. Uma moeda de 1 real, mais uma moeda de 25 centavos e mais duas moedas de um centavo, por exemplo, já que há outras combinações exatas que resultam nesta quantia. Assim, com estas moedinhas teremos, justo e preciso: R$ 1,27. Mas, se você gastar a metade disso, ficará com quanto? Faria esta conta na calculadora ou mesmo na mão e chegaria ao valor exato de R$ 0,635. Mas, sua conta estaria errada, pois não há moedinha de 5 “milavos” (milésimos) ou R$ 0,005, mas somente R$ 0,01, que é um centavo de real. A precisão termina no centavo para o nosso dinheiro, ou seja, na segunda casa depois da vírgula. Assim, ou o vendedor cobraria a menos ou a mais e você teria R$ 0,64 ou R$ 0,63 no bolso. O engraçado que a resposta correta é R$ 0,64, ou seja, você saiu ganhando. E sabe porquê? Porque a pergunta é quanto você teria no bolso após gastar metade do valor e a resposta se refere ao que você tem no bolso. Arredondando, seguindo a regra de arredondamento, R$ 0,635 vai para R$ 0,64. Se a pergunta fosse quanto você gastou, U N I V E R S I D A D E E S T A D U A L D E M A T O G R O S S O D O S U L Curso de Química - Unidade de Naviraí -2010 Disciplina de Química Geral - Prof. Dr. Alberto A. Cavalheiro 3 então sairia perdendo, porque o arredondamento é no dinheiro gasto e subiria o gasto, lhe sobrando R$ 0,63, que era o troco. Vimos que é possível fazer qualquer operação matemática na calculadora e chegar a um resultado, mas na vida real, este resultado pode não ser válido. É este o espírito científico. Os números que usamos para fazer cálculos foram medidos em aparelhos. E estes, têm certas limitações para fazer medidas. Uma régua, por exemplo, mede até o milímetro, ou seja, você pode medir coisas com comprimentos de 2,5 cm ou 3 mm, mas não há como medir comprimentos de 2,58cm ou 3,4 mm. Logo, se fizer cálculos com estes dados, nunca poderá usar, na sua resposta, a segunda casa na unidade de centímetro ou a casa decimal do milímetro, pois este dado não terá sentido real. Um exemplo: Um elástico de 5,3 cm de comprimento (medido com uma régua comum) pode ser esticado até duas vezes e meia o seu tamanho antes de arrebentar. Qual o comprimento máximo que ele atinge antes que se arrebente? Fazemos a conta 5,3 cm x 2,5 = 13,25 cm ou 53 mm x 2.5 = 132,5 mm. Agora eu pergunto: Como você pode comprovar isso na prática se a régua comum não mede comprimentos menores que 1 milímetro? Resposta: Não pode! Você terá que fazer um arredondamento após o cálculo e chegará a um comprimento de 13 cm ou 130 mm. Mas, porque 130 mm e não 133 mm? Por que foram descartados dois algarismos do resultado? Como proceder para saber quantos algarismos deve ter uma resposta e poder descartar os números excedentes? Em primeiro lugar, você deve saber quantos algarismos significativos determinado resultado numérico deve ter e, para isso, devemos conhecer a precisão das medidas e considerar as operações matemáticas feitas a partir deles. Uma balança analítica pesa com até 5 casas depois da vírgula (você verá uma dessas no laboratório), mas sua capacidade máxima é de 160 g, o que perfaz 7 algarismos significativos, no máximo, por exemplo: 112,4529 g. Uma balança semi-analítica mede apenas 2 casas depois da virgula, mas pode pesar até 2000 g, o que permite obter 6 algarismos significativos (1345,37 g, por exemplo). Para acertar os algarismos significativos de um resultado, devemos proceder com um arredondamento do número, mas há regras para fazer isso. Quando for necessário descartar algarismos não significativos, tanto antes da operação matemática, como no final, deve-se obedecer as seguintes regras: U N I VE R S I D A D E E S T A D U A L D E M A T O G R O S S O D O S U L Curso de Química - Unidade de Naviraí -2010 Disciplina de Química Geral - Prof. Dr. Alberto A. Cavalheiro 4 Regra baixa Se o algarismo a ser cortado for menor que 5 (0, 1, 2, 3 ou 4), o algarismo anterior mantém-se inalterado. Ex: 3,21 � 3,2 e 0,274 � 0,27. Regra alta: Se o algarismo a ser cortado for maior ou igual a 5 (5, 6, 7, 8, ou 9), soma-se 1 ao algarismo anterior, que passará a ser o último algarismo significativo. Ex: 3,27 � 3,3 e 0,75 � 0,8. Mas, lembre-se: somente o algarismo vizinho à direita ao que vai permanecer no número é o que importa. O resto dos algarismos não influencia o arredondamento do número. Por exemplo: o número 4,149 deve ser arredondado para 4,1 e não para 4,2, pois o número vizinho à direita do último que ficou é o 4, que segue a regra baixa, não importando que o outro era um número grande, o 9. O 9 somente teria importância se o arredondamento fosse para duas casas depois da virgula, aí ficaria 4,15. Veja a seguir, outros exemplos de arredondamento: 2,3908654 ���� 2,390865: O 4 foi cortado e o 5 ficou inalterado: Regra baixa. 2,390865 ���� 2,39087: O 5 foi cortado e o 3 subiu para 4: Regra alta. 2,39087 ���� 2,3909: O 7 foi cortado e o 8 subiu para 9: Regra alta. 2,3909 ���� 2,391: O 9 foi cortado e o 0 subiu para 1: Regra alta. 2,391 ���� 2,39: O 1 foi cortado e o 9 ficou inalterado: Regra baixa. 2,39 ���� 2,4: O 9 foi cortado e o 3 subiu para 4: Regra alta. 2,4 ���� 2: O 4 foi cortado e o 2 ficou inalterado: Regra baixa. Agora, preste bem atenção às passagens 0,54847 ���� 0,5495 ���� 0,548. Os números NÃO podem ser arredondados subseqüentemente. Qualquer número arredondando têm que ter por base de corte o número original, no caso o 0,54847. Caso contrário, se viéssemos arredondando um a um, poderíamos chegar no número 0,6, por exemplo, e não em 0,5, como é o correto, pois, se nossa necessidade é deixar apenas uma casa depois da vírgula ou apenas um algarismo significativo, então devemos olhar diretamente para o número à direita dele, que é o 4, portanto, regra baixa. U N I V E R S I D A D E E S T A D U A L D E M A T O G R O S S O D O S U L Curso de Química - Unidade de Naviraí -2010 Disciplina de Química Geral - Prof. Dr. Alberto A. Cavalheiro 5 1.2. Preservando o significado dos números nas operações Para fazer operações matemáticas considerando os algarismos significativos, devemos seguir duas regras distintas, dependendo da operação a ser feita: Subtração e adição: A posição onde se encontra o último algarismo significativo é determinada pela presença deles em todos os valores da operação, por exemplo: 246,7 + 57,774 = 304,5 � 246,7 + 57,8 = 304,5: Antes de fazer a soma, foi arredondado o número 57,774 para 57,8 através da regra alta, para que os dois números da operação a ser feita ficassem com mesmo número de casas decimais, ou seja, apenas uma casa depois da virgula. Outro exemplo: 1,004 - 0,0032 = 1,001 � 1,004 - 0,003 = 1,001, utilizando a regra baixa. Obs: esta regra é baseada no fato de não podermos somar ou subtrair algo desconhecido de um número. No caso da soma acima, montaríamos a conta como abaixo, vírgula sobre vírgula. Devemos somar da direita para esquerda, acrescentando o algarismo da dezena na soma à esquerda, caso haja. Mas, qual é o algarismo que deverá se somar ao quatro? Não há este algarismo. E nem o próximo à esquerda dele. Logo, não poderemos fazer a conta desta maneira. Não podemos somar ao 4 do número 57,704 algo que não existe, ou seja, a segunda e terceira casas depois da virgula no número 246,7. O mais comum de acontecer é supor que sejam zeros os algarismos ausentes. Isso pode ser aceito pela calculadora, mas tem significado prático. Vamos trabalhar um exemplo para entender isso. Imagine que você saiba exatamente quanto de dinheiro tenha no bolso: 12 reais e 25 centavos, ou seja, R$ 12,25. Mas, não saiba exatamente U N I V E R S I D A D E E S T A D U A L D E M A T O G R O S S O D O S U L Curso de Química - Unidade de Naviraí -2010 Disciplina de Química Geral - Prof. Dr. Alberto A. Cavalheiro 6 quanto eu tenho, só sei que são 10 reais e lembro que tenho algumas moedinhas de 5 centavos no bolso (não mais que 3 ou 4, de forma que não passa de 20 centavos). O fato é que tenho 10 reais com certeza, mas não sei ao certo quantos centavos. Sem pegarmos o dinheiro para contar, quanto seria a soma de nosso dinheiro? Que quantia nós dois teríamos, com certeza? A soma correta é R$ 22, com certeza. Não poderíamos falar de centavos, pois eu não sei quanto eu tenho. Talvez nem tenha. Vai que o bolso está furado e eu tenha perdido as moedas. Entendeu? É uma incógnita os meus centavos. Só poderemos fazer contas com os números inteiros, não considerando as casas decimais. Mas, você pode dizer: Mas eu sei que tenho 25 centavos, então a soma será R$ 22,25. Errado!!! E seu eu tiver de fato 15 centavos, então a conta seria R$ 22,35. Mas eu não vou contar meu dinheiro. Deveremos saber a soma sem por a mão no bolso. O fato é que não poderemos nunca usar meus centavos na conta. E como fazer então? Você esquece seus centavos também. Você terá então 12 reais, com certeza e eu 10 reais, com certeza, resultando em 22 reais, com certeza. Assim, no exemplo acima, arredondamos o número 57,774 para 57,8 (regra alta). Nota: nas operações de soma e subtração, não importa a quantidade total de algarismos significativos, mais somente a posição da grandeza numérica, ou seja, quantas casas decimais tem o número menos preciso. Todos os números com mais casas devem ser arredondados antes. Multiplicação e divisão: vale a menor quantidade de algarismos significativos. 1,234 x 12,2672 = 15,14 ou 1,234 / 12,2672 = 0,1006. Apenas 4 algarismos significativos, como o numero 1,234, que é o número (medida) que tem o menor número de algarismos significativos entre os dois números da operação efetuada, ou: 0,096 X 24,412 = 2,3 ou ou 0,096 / 24,412 = 0,0039. Apenas 2 algarismos significativos, como o numero 0,096. Repare que agora o que importa são a quantidade de números significativos e não as casa decimais. Um número pode ter casas decimais e o outro não, não importa. Valerá o que tiver menos números significativos. Durante os cálculos, pode-se até trabalhar com algarismos a mais durante as operações na calculadora (e é aconselhável nas operações de multiplicação, divisão, potenciação e radiciação), mas o resultado final deve U N I V E R S I D A D E E S T A D U A L D E M A T O G R O S S O D O S U L Curso de Química - Unidade de Naviraí -2010 Disciplina de Química Geral - Prof. Dr. Alberto A. Cavalheiro 7 representar apenas o número correto de algarismos significativos. Mas, nas operações de soma e subtração, isso não pode ser feito de maneira nenhuma, devendo sempre arredondar antes operação os números com maior quantidade de algarismos significativos em função do número com menor número de algarismos significativos. Nota importante: Quando a operação for com um número inteiro ou fracionário, que indique razão ou proporção, mantêm-se todos os algarismos significativos da medida. Por exemplo, a metade de 2,248 é 1,124, pois o dois na divisão pela metade não é operação entre medidas, apenas proporção de uma medida alterada por um operador. Se fosse uma operação entre medidas, seria 2,248 / 2 = 1. Assim, um terço da massa de 2,04 g é 0,667, metade da massa de 1,002 é 0,5010. Aumentou uma casa decimal mas não a quantidade de números significativos, pois é uma operação de divisão e as casas decimais não importam, somente o número de algarismos significativos. Qual o valor de x na expressão abaixo, considerando as regras de arredondamento e operações com númerossignificativos? x = ½(2,335 + 24,9) . 2,7906 + ¼ (0,458 – 10,4 . 0,00474) Resolveremos passo a passo este exercício. Primeiro, as operações dentro dos parênteses. Se não houver parêntese, faça primeiro as operações de maior ordem de grandeza, segundo a seqüência, logaritmo e potenciação, depois multiplicação e divisão e por último soma e subtração. Esta ordem só pode ser alterada se houver parênteses. Mas dentro dos parênteses, se houver mistura de operações a ordem ainda vale. x = ½(2,3 + 24,9) . 2,7906 + ¼ (0,458 – 10,4 . 0,00474). Arredondado o número 2,335 para conter somente uma casa decimal, que é o que tem o número 24,9. x = ½(27,2) . 2,7906 + ¼ (0,458 – 0,0493). Feitas duas operações dentro dos parênteses, respeitando a ordem da multiplicação antes da subtração no segundo parênteses. Resultou em 3 algarismos significativos na multiplicação, pois ambos tinham 3. x = 13,6 . 2,7906 + ¼ (0,458 – 0,049). Feita a operação de proporção ½ (mantém o 3 algarismos significativos) e arredondado o número 0,0493 para 0,049 no segundo parênteses, para conter somente 3 casas decimais, que é o que tem o número 0,458. x = 1,28 + ¼ (0,409). Feita a multiplicação e o resultado tem somente 3 algarismos significativos. Feita também a subtração dentro dos parênteses. x = 1,28 + 0,102. Feita a proporção de ¼, mantendo os 3 algarismos significativos. x = 1,28 + 0,10. Arredondado o número 0,102 para 0,10, para conter somente duas casas decimais, que é o que tem o número 1,28. x = 1,38. Feita a soma. U N I V E R S I D A D E E S T A D U A L D E M A T O G R O S S O D O S U L Curso de Química - Unidade de Naviraí -2010 Disciplina de Química Geral - Prof. Dr. Alberto A. Cavalheiro 8 2. Notação Científica 2.1. Definição e Usos Para facilitar a manipulação com números extremamente grandes ou pequenos, costuma-se usar potências de 10 ou notação científica: o número 0,00074 elevado ao cubo, por exemplo, é 0.00000000041, ou seja: (0,00074)3 = 0.00000000041. Se tivermos uma seqüência de operações com números muito pequenos, o cálculo ficará muito trabalhoso e aumentará ainda a chance de errarmos. Para números muito grandes há ainda um outro motivo para usar a notação científica, preservar na notação os algarismos significativos. O número 56.000.000.000, por exemplo, não sabemos ao certo quantos algarismos significativos há. Será que todos são significativos? Se somente 4 algarismos fossem significativos poderíamos ainda usar o grifado, como dito antes, ficando 56.000.000.000. como você deve ter percebido, não é uma maneira prática de lidar com números significativos. Deste modo, usamos a notação científica para converter os números em potência de 10. A maioria das calculadoras faz isso com apenas uma tecla (tecla F-E, na maioria delas). No braço, convertemos um número muito grande ou muito pequeno para notação científica, contando as casas decimais ou a grandeza até que a vírgula se posicione entre o primeiro e o segundo algarismo significativo. Vejamos isso com exemplos. O número 0,00074 terá a seguinte notação científica: 7,4.10-4. O algarismo 7 é o primeiro algarismo significativo deste número e teremos que andar com a vírgula para direita, aumentando seu valor de 10 em 10 até que fique entre o 7 e o 4. Para isso andamos 4 casas. Assim, 7,4.10-4. O expoente negativo em uma potencia de 10 significa que aquele número (7,4, no caso) é dividido (sinal -) por 10.000 (104). 104 é o mesmo que 10x10x10x10 = 10000. Um zero para cada 10, multiplicado por ele mesmo. A quantidade de zeros é o valor da potência. Quatro números 10 multiplicados entre si: 104. Para números pequenos (sempre menor que 1), como décimos, centésimos, milésimos e por aí vai, usa-se o sinal negativo. Assim, o número 0,000001 é escrito em notação científica como 1.10-6. É 10/10/10/10/10/10, ou seja, 10 dividido por ele mesmo seis vezes (10-6). O número 0,000045 é 4,5.10-5. Veja que preservamos os algarismos significativos (4 e 5). A operação mostrada no início do parágrafo, por exemplo, poderia ser escrita assim: (7,4 x 10-4)3 = 4,1 x 10-10, por exemplo. Podemos fazer esta operação no braço U N I V E R S I D A D E E S T A D U A L D E M A T O G R O S S O D O S U L Curso de Química - Unidade de Naviraí -2010 Disciplina de Química Geral - Prof. Dr. Alberto A. Cavalheiro 9 sem grandes dificuldades, fazendo 7,43 . (10-4)3 separadamente. 7,4 x 7,4 x 7,4 = 405 e potência elevada à potência é a multiplicação das potências, ou seja, -4 x 3 = -12. Logo, o resultado seria 405.10-12. Mas isso ainda não é notação científica, pois a vírgula deve estar posicionada entre o primeiro e o segundo algarismo significativo. Logo, andamos com a vírgula (que está omitida após o 5) duas casas para a esquerda, reduzindo em duas casas decimais a grandeza do número 4,05. Arredondamos para 4,1, pois o 5 não é significativo, o que nos obriga a descartá-lo e elevar em uma unidade o que ficou por último, o 0 passa a ser 1. Para compensar a redução do 405 para 4,1, aumentamos a potência em duas unidades, somando 2, ou seja: -12 + 2 = -10. Assim: 4,1.10-10, que é o resultado que a calculadora nos fornece, sem arredondar. Somos nós que fazemos o arredondamento sempre, já que as calculadoras científicas comuns não o fazem. O uso da notação científica é indispensável quando tratamos com grandezas muito pequenas ou muito grandes, como o número de Avogadro (NA), utilizado para dar a grandeza de um mol: 6,022 x 1023. O NA é a quantidade de unidades contida e qualquer porção equivalente a 1 mol. Valendo seus múltiplos e submúltiplos. Como a dezena (10 unidades), a dúzia (12 unidades), a centena (100 unidades) ou o milhar (1.000 unidades), o NA é 602.200.000.000.000.000.000.000 unidades e é extremamente necessário não somente em Química, mas em Física, Bioquímica, e outras ciências que buscam a quantificação da matéria e da energia, pois o tamanho do átomo é muito pequeno para que consigamos contá-los as dezenas, milhares, milhões ou mesmo trilhões. Se fossemos tentar dizer o mol desta maneira teríamos que dizer, por exemplo, que 12 g de grafite tem seiscentos e dois sextilhões e 200 quinquilhões de átomos de hidrogênio. Fótons e elétrons também se contam aos mols, por exemplo. A notação científica não permite a utilização de expoentes fracionados. Por exemplo: 1,2.102,3. A calculadora faz esta operação somente utilizando a tecla xy ou yx. Não é possível utilizar a tecla “EXP” de Exponencial (necessária para a utilização de notações científicas). Você escreve uma notação científica na calculadora digitando o número normalmente e teclando EXP em seguida, para entrar com o expoente, que será digitado em seguida. Expoentes negativos exigem que se tecla um sinal negativo. Atenção. O sinal da subtração é diferente do sinal negativo. Procure na sua calculadora o sinal negativo. O sinal de subtração fica próximo do sinal de soma e outras operações, U N I V E R S I D A D E E S T A D U A L D E M A T O G R O S S O D O S U L Curso de Química - Unidade de Naviraí -2010 Disciplina de Química Geral - Prof. Dr. Alberto A. Cavalheiro 10 mas i sinal de negativo fica localizado em outra região da calculadora, ás vezes, entre parênteses (-) ou junto com o sinal positivo (+/-). 2.2. Operações com Números em Notação Científica Quando for necessário fazer operações matemáticas com medidas representadas em notação cientifica, devemos observar algumas regras de potenciação. A primeira regra é que a multiplicação e a divisão de números representados por potências de mesma base, podem ser tratadas pela soma ou subtração de seus expoentes, mantendo a base intacta. Como a notação científica é sempre na base 10, esta regra então passa a ser crucial. Logo, para multiplicar 5,47.104 por 1,23.102, basta fazermos a multiplicação dos númerossem a potência, ou seja, 5,47 x 1,23 = 6,7281 e fazer em seguida o arredondamento para 6,728. A potência não carrega informação da precisão dos números para operações de multiplicação e divisão. Em seguida, para operar os expoentes da base 10. Se for uma multiplicação, então se somam os expoentes (preste atenção no sinal do expoente!). Assim, no número em questão, 4 + 2 = 6, logo, será 106. Unindo as duas partes, teremos 6,728.106, ou seja: 5,47.104 x 1,23.102 = 6,728.106. O mesmo vale para divisão, só que a operação no expoente é a subtração. Utilizando os mesmos números, teríamos 5,47.104 / 1,23.102. Dividindo 5,47 por 1,23, teríamos, já arredondado, 4,45 e subtraindo os expoentes, 4-2=2, ficaria 102. A operação de modo direto fica: 5,47.104 / 1,23.102 = 4,45.102. Veja outras operações com base 10: 10-5 x 103 = 10-2 ���� Mantém a base 10 e soma-se: -5 + 3 = -2 103 / 106 = 10-3 ���� Mantém a base 10 e subtrai-se: 3 - 6 = -3 10-2 x 10-4 = 10-6 ���� Mantém a base 10 e subtrai-se: -2 + (-4) = -2 - 4 = -6 A parte mais difícil de se fazer operações com notação científica no braço está justamente na soma e subtração. Isso porque os números devem estar na mesma ordem de grandeza para a soma ou subtração ser considerável. Aproveitamos para introduzir o conceito de número desprezível. Um número só pode ser desprezível em operações de U N I V E R S I D A D E E S T A D U A L D E M A T O G R O S S O D O S U L Curso de Química - Unidade de Naviraí -2010 Disciplina de Química Geral - Prof. Dr. Alberto A. Cavalheiro 11 soma e subtração, nunca em qualquer outra operação matemática. Por exemplo, qual o resultado da soma: 300 + 0,000048? Sim, é isso mesmo, o número 300 não se altera, pois 0,000048 é desprezível (muito pequeno para se fazer uma operação de soma ou subtração com o número 300). Assim, 300 + 0,000048 = 300. Façamos a mesma operação usando notação científica. 3,00.102 + 1,0.10-4. A regra de somar ou subtrair expoentes não pode ser usada, pois a operação entre os números não é uma multiplicação ou divisão. A regra é equiparar os expoentes da base, fazendo operações inversas com os números. Esse arranjo equivale a posicionar virgula sobre virgula numa conta habitual de soma ou subtração. Assim, devemos converter a menor potência na maior potência. Com bases e expoentes iguais, então se faz a operação normal com os números e copia-se a base mais o expoente, que foram igualados previamente, no resultado. Mas, lembre-se de fazer a operação inversa com o número significativo. Operemos o caso acima, transformando 10-4 em 102, para que o número 1,0.10-4 seja representado com a base 102. Devemos somar 6 no expoente, pois -4 + 6 = 2. Somar 6 do expoente significa tornar o número 1,00.102 exatamente um milhão de vezes maior do que ele é, ou seja: x 1.000.000 (106),. Para que o número não seja alterado, fazemos o inverso com o número significativo, dividindo-o por este número, o que fica: 0,0000010. Juntando o número 0,0000010 com a potência 102, fica: 0,0000010.102, que é equivalente a 1,0.10-4. Agora os dois estão com mesma base e expoente, assim temos: 3,00.102 + 0,0000010.102 = (3,00 + 0,0000010).102 = (3,00 + 0,00).102 = 3,00.102. Faça esta operação na calculadora e arredonde em seguida para conferir o resultado. Existe uma regra para considerar um número desprezível. Se julgarmos que um número é desprezível em relação ao outro, nem fazemos a operação, simplesmente copiamos o número de maior grandeza diretamente. Assim, para a operação 300 + 0,00040 ou 3,00.102 + 4,0.10-4, saberá de antemão que não deverá fazer a operação. É regra da diferença de 3 no expoente. Exemplos: 3,00.102 + 4,0.10-4 ���� 4,0.10-4 é desprezível, pois 2 – (-4) = 6 1,23.104 + 5,66.107 ���� 1,23.104 é desprezível, pois 4 – 7 = -3 5,554.10-5 + 2,99886.10-9 ���� 2,99886.10-9 é desprezível, pois -5 – (-9) = 4 U N I V E R S I D A D E E S T A D U A L D E M A T O G R O S S O D O S U L Curso de Química - Unidade de Naviraí -2010 Disciplina de Química Geral - Prof. Dr. Alberto A. Cavalheiro 12 3. Unidades de Medida O conceito de prefixo de unidade de medida deve levar em conta a unidade do SISTEMA INTERNACIONAL e o PREFIXO associado a ela. O prefixo é um símbolo anexado a unidade que substitui a potência da notação científica. Por exemplo: kilo significa 103 e tanto faz, do ponto de vista da exatidão da medida, se escrevemos 3,00.103 g ou 3,00 kg, pois k equivale a 103. Esta notação é mais comum do nosso dia a dia do que podemos imaginar. E é por pura necessidade e facilidade de manuseio dos números. Imagine se tivéssemos que tratar de distâncias entre cidades, por exemplo, em metros, que a unidade no S.I.?! Deveríamos usar um monte de zeros ou a notação científica, complicando a pronúncia. E a memória em Byte de um pen drive? 2 GB seria 2.000.000.000 (dois bilhões) Bytes ou 2.109 Bytes (2 vezes 10 elevado a nona Bytes). Melhor dizer 2 GigaBytes ou “2 giga”, popularmente. B é o símbolo de Bytes e G é o prefixo de Giga (109). Para estes casos, utilizamos os símbolos e os prefixos. No caso da distância, utilizamos quilômetros e no caso da massa de um caminhão, por exemplo, utilizamos toneladas, que equivale ao prefixo mega também, seja, 10 toneladas é igual 10 Mg ou 107 g. Veja na tabela da página seguinte a relação de prefixos, suas equivalências e exemplos de uso. Antes de finalizarmos, mostramos como operar números contendo prefixos. A regra é simples: Se for soma ou subtração, iguale os prefixos da mesma forma que faz com as potências diferentes. Antes de mexermos nos números em si, devemos mexer nas potências, retirando os prefixos ou convertendo os prefixo menores (expoente negativos) nos prefixos maiores (expoentes positivos), idênticos ao da unidade já presente na operação. Exemplos: 3,00 km + 260 m = 3,00 km + 260.10-3 km = 3,00 km + 0,260 km = 3,26 km. 4,68 Kg – 25,4 mg = 4,68 kg - 25,4.10-6 kg = 4,68 kg – 0,0000254 kg = 4,68 kg. Em multiplicação, devemos converter todas as unidades para o sistema S.I., ou seja, retirar os prefixos e multiplicarmos também as unidades. Exemplos: 3,00 km x 260 m = 3,00.103 m x 2,60.102 m = 7,8.105 m2. U N I V E R S I D A D E E S T A D U A L D E M A T O G R O S S O D O S U L Curso de Química - Unidade de Naviraí -2010 Disciplina de Química Geral - Prof. Dr. Alberto A. Cavalheiro 13 2,92 mA x 4,5 s = 2,92 10-3 A x 4,5 s = 0,013 A.s = 13 mC, pois 0,013 = 13.10-3, 10-3 = m (mili) e corrente (A) vezes tempo (s) = carga (C). Em alguns casos, não é necessário convertemos as unidades para o sistema S.I., por conveniência prática, como cálculo de área em quilômetros, por exemplo: 10 km x 5,5 km = 55 km2. Entretanto, a situação mais comum dentro da pesquisa científica é convertermos todas as unidades para o S.I. fazer a operação, o que muito provavelmente resultará na conversão de algumas grandezas em outras , como A.s = C e, somente depois, caso seja conveniente, adequar o resultado para a grandeza mais adequada, como em mC, no exemplo acima. Tabela de prefixos usados, alguns usados somente na literatura cientifica. Prefixo Símbolo do Prefixo Fator de multiplicação Exemplo yocto y 10-24 yoctogramas (yg) zepto z 10-21 zeptometro (zm) ato a 10-18 atovolts (aV) femto f 10-15 femtometro (fm) pico * p 10-12 picolitro (pL) ângstron * Å 10-10 m Especifico para comprimento nano * n 10-9 nanômetro (nm) micro * µ 10-6 microlitro (µL) mili * m 10-3 milivolt (mV) centi * c 10-2 centímetro (cm) deci d 10-1 decibel (dB) Unidade SI 100 L, g, m, etc. deca da 101 decâmetro (Dm ou dam) hecto h 102 hectolitro (hL) kilo * k 103 kilômetro (km) mega * M 106 megawatt (MW) tonelada ton 106 g Especifico para massa giga * G 109 gigabyte (Gb) tera * T 1012 terabytes (Tb) peta P 1015 petâmetro (Pm) Exa E1018 exalitro (EL) zeta Z 1021 zetaohm (ZΩ) yota Y 1024 yotametro (Ym) Nós usaremos com freqüência os prefixos anotados com asteriscos. Construa uma tabela somente com estes prefixos para ter em mãos e memorizar. É obrigação dominar estes prefixos. U N I V E R S I D A D E E S T A D U A L D E M A T O G R O S S O D O S U L Curso de Química - Unidade de Naviraí -2010 Disciplina de Química Geral - Prof. Dr. Alberto A. Cavalheiro 14 Muitas vezes, podemos representar números finais (após as operações) sem a notação cientifica, quando o expoente for -1 ou 1. Exemplos: pode-se representar 45 em vez de 4,5 101; 0,56478 em vez de 5,6478.10-1. Algumas vezes isso vale para -2 e 2, mas quase nunca para 3 e -3, pois entram em jogo os prefixo kilo e mili. Vocês saberão no decorrer do curso quando esse for o caso, mas adianto que é ou por praticidade ou por familiaridade dos números. Assim, 2,50.102 m será 250 m e 0,025 g será 25 mg. Não percamos a idéia por trás do uso da notação científica e dos prefixos: facilitar seu uso e a representação dos números. Assim, se a notação científica ou os prefixos complicarem os números sem estas representações, não devem ser usadas. 1ª Lista de Exercícios 1. Quantos algarismos significativos há nos números abaixo? a) 3,98 b) 0,0778 c) 234,0 d) 0,003 c) 9,1570 d) 1,06 e) 708,09 2. Quais as regras para arredondamento de um número? Fale sobre o arredondamento subseqüente. 3. Elimine um algarismo dos números abaixo, seguindo as regras de arredondamento. a) 0,9808 b) 0,00723 c) 234,5 d) 0,0505 c) 34,00 d) 2,012 e) 708 4. Faça as operações se soma e subtração abaixo, arredondando previamente a quantidade de casas decimais. a) 0,9808 + 56,8 b) 8,9 - 0,0723 c) 67 + 234,5 d) 0,0505 + 34,00 5. Faça as operações se multiplicação e divisão abaixo, arredondando o resultado com base no número de algarismos significativos do número menos preciso. a) 0,2808 . 6,80 b) 0,0009 / 0,0723 c) 607 / 34,508 d) 1,0008 . 4,00 6. Faça as operações de proporção e razão abaixo, mantendo o número de algarismos significativos inalterados. a) a metade de 0,2007 b) dez vezes mais que 1,0723 c) um milésimo de 7900. 7. Determine o valor de x nas expressões abaixo. a) x = ( - 0,335 + 4,05)2 . ½ 3,06 + (0,458 – 10,4)1/2 b) x = ½(2,335 + 24,9) . 2,7906 + ¼ (0,458 – 10,4 . 0,00474) c) x = ½(2,335 + 24,9) . 2,7906 + ¼ (0,458 – 10,4 . 0,00474) Nota: a potenciação preserva os algarismos significativos, pois significa o número multiplicado por ele mesmo n vezes. Um número elevado a meio (½) significa a raiz quadrada deste número, da mesma forma que elevado a 1/3 significa raiz cúbica deste número e assim por diante. U N I V E R S I D A D E E S T A D U A L D E M A T O G R O S S O D O S U L Curso de Química - Unidade de Naviraí -2010 Disciplina de Química Geral - Prof. Dr. Alberto A. Cavalheiro 15 8. Represente os seguintes valores em notação científica, mantendo todos os algarismos significativos. a) 60,002; b) 0,0093; c) 120000; d) 1 bilhão, duzentos e trinta mil e quatrocentos. 9. Ajuste a notação científica dos valores abaixo, caso não estejam corretos. a) 95,2.10-3; b) 0,993.104; c) 192,0000.1012; d) 3401.107; e) 0,00023.1012; f) 100,3.10-22. 10. Faça as operações com os expoentes das bases nos casos abaixo. a) 108 . 106 = b) 1012 / 104 = c) 105 . 10-3 = d) 10-4 . 102 = e) 10-6 . 10-3 = f) 106 / 10-2 = g) 10-2 / 107 = h) 10-4 / 10-12 = i) 10-9 / 10-2 = 11. Ajuste os expoentes nas operações abaixo para torná-los de mesma base para operações de soma e subtração. Em seguida, faça a operação. a) 2,2105.102 + 9,5.10-2 = b) 1,044.10-5 - 9,2.10-6 = c) 4,31.105 - 1,2.103 = d) 9,92.104 + 8,28.10-2 = e) 3,39.103 - 3,4.10-3 = 12. Represente a equação toda em notação científica e faça as operações multiplicação e divisão abaixo, mantendo os algarismos significativos e representando corretamente a resposta em notação cientifica. a) 2,2.102 / 255 = b) 1,044.10-4 / 9,2.10-3 = c) 192,0 . 4,2.10-3 = d) ½.0,00158 . 25 = e) 0,00023.1012; 95,2.10-3 = 13. Represente as medidas abaixo utilizando prefixos para tornarem mais fáceis de representar. a) 2,2105.1011 m b) 1,044.10-5 A c) 4,31.105 V d) 8,28.10-2 J e) 3,39.10-9 C c) 4,31.105 g 14. Converta as medidas abaixo para suas unidades básicas sem prefixo e represente os valores em notação científica. a) 342 km = b) 1,87 mg = c) 2,10 Å = d) 600 ton = e) 240 MB = f) 3,66 pL = 15. Faça as operações abaixo representando o resultado o mais conveniente possível pela utilização de prefixos e comparando com a representação na unidade sem prefixo. a) 8,02 km + 400m = b) 5,7 g – 500 mg = c) 2,10 Å . 440 nm = d) 240 MJ / 100 J = e) 60 GB - 460 MB f) (3,66 mm)3 =
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