Prévia do material em texto
97 CAPÍTULO Átomos e moléculas7 O que é uma molécula? O que é um átomo? Mudanças climáticas, camada de ozônio e governança global “Um resfriamento global, com mais invernos rigorosos e má distribuição de chuvas, é esperado nos próximos vinte anos, em vez do aquecimento global antropogênico (AGA) alardeado pelo Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas (IPCC). O AGA é uma hipótese sem base científica sólida. [...] Seu pilar básico é a intensificação do efeito estufa pelas ações humanas emissoras de dióxi- do de carbono e metano, por meio da queima de combustíveis fósseis e de florestas tropicais, das atividades agrícolas e da pecuária ruminante. Porém, o efeito estufa jamais foi comprovado, nem sequer é mencionado nos textos de Física. Ao contrário, há mais de cem anos o físico Robert W. Wood demonstrou que seu conceito é falso. As temperaturas já estiveram mais altas com concentrações de gás carbônico inferiores às atuais. Por exemplo, entre 1925 e 1946 o Ártico, em particu- lar, registrou aumento de 4 °C com concentração de gás carbônico inferior a 300 ppmv (partes por milhão em volume). Hoje, a concentração é de 390 ppmv. Após a Segunda Guerra, quando as emissões aumentaram significativamente, a temperatura global diminuiu até a metade dos anos 1970. Ou seja, é obvio que o gás carbônico não contro- la o clima global. Reduzir as emissões, a um custo enorme para a sociedade, não terá impacto no cli- ma. Como mais de 80% da matriz energética global depende de combustíveis fósseis, reduzir emissões significa reduzir a geração de energia e condenar países subdesenvolvidos à pobreza eterna, aumen- tando as desigualdades sociais no planeta. Essa foi, em essência, a mensagem central da carta aberta entregue à presidenta Dilma Rousseff antes da Rio+20 – assinada por 18 cien- tistas brasileiros, eu inclusive. A trama do AGA não é novidade e seguiu a mesma receita da suposta destruição da camada de ozônio pelos clorofluorcarbonos (CFC) nos anos 1970 e 1980. Criaram a hipótese que moléculas de CFC, cinco a sete vezes mais pesadas que o ar, subiam a mais de 40 km de altitude, onde ocorre a forma- ção de ozônio. Cada átomo de cloro liberado des- truiria milhares de moléculas de ozônio, redu- zindo a sua concentração e permitindo a maior entrada de radiação ultravioleta na Terra, o que aumentaria os casos de câncer de pele e elimi- naria milhares de espécies de seres vivos. Reuniões com cientistas, inclusive de países subdesenvolvidos, foram feitas para dar um ca- ráter pseudocientífico ao problema inexistente […] Porém, em 2007 cientistas do Jet Propulsion Laboratory da Nasa demonstraram que as [...] equações não ocorrem nas condições da estratos- fera antártica e que não são a causa da destruição do ozônio.” Luiz Carlos Baldicero Molion (Físico pela USP, Ph.D. em Meteorologia pela Universidade de Wisconsin, Estados Unidos, e Professor Associado da Ufal, Maceió, AL.). Disponível em: <www1.folha.uol.com.br/fsp/ opiniao/57751-mudancas-climaticas-e-governanca-global.shtml>. Acesso em: 24 ago. 2012. Saiu na Mídia! Você sabe explicar? Quimica_MR_v1_PNLD15_097a114_U2_C07.indd 97 3/8/13 12:14 PM Unidade 2 • Oxigênio e ozônio98 Na tabela abaixo estão apresentadas as principais etapas do mé- todo científico indutivo utilizado pelos cientistas para a construção do conhecimento que vamos começar a estudar agora. Etapas Características Observação Descrição qualitativa e/ou quantitativa de um fenômeno. Experimentação Verificação prática de todas as condições em que ocorre o fenômeno em estudo. Verificação de regularidades Constatação das condições em que o fenômeno se repete da mesma maneira. Reunião e organização dos dados Organização dos dados obtidos. Interpretação Interpretação e explicação do fenômeno a partir dos dados obtidos. Afirmação de regras Generalizações de fatos que ocorrem apenas com uma parcela dos itens relacionados ao fenômeno. Afirmação de leis Generalizações que ocorrem sem restrições, baseadas em experimentações e deduções lógicas. Elaboração de teorias A teoria elaborada para a explicação de uma lei pode ser abandonada a favor de outra teoria que se mostre mais completa e correta. Criação de modelos Um modelo é uma imagem mental que o cientista utiliza para explicar uma teoria a respeito de um fenômeno que não pode ser observado diretamente. Previsão de outros fenômenos A teoria elaborada para explicar o fenômeno deve ser capaz de prever o que ocorrerá em outras situações além das que foram experimentadas. Desse modo, segundo o método indutivo, o cientista deve primeiro observar dados concretos e depois, a partir de uma base experimental, estruturar sua teoria. Dessa forma, qualquer teoria antecipada ao ex- perimento era considerada um entrave ao progresso da ciência. Porém, esse não é mais o método empregado. E hoje em dia, como é feito? Os progressos científicos sucessivos exigem sistemas mais rápidos de pesquisa. Para atender a essa demanda, foram implantadas mudan- ças gradativas no método de pesquisa e análise dos fenômenos. • Primeiro os cientistas imaginam as teorias mais prováveis para expli- car um fenômeno em estudo. • Só depois essas implicações da teoria são verificadas na prática. As informações obtidas experimentalmente servem para aperfei- çoar a teoria. O processo, repetido quantas vezes for necessário, acaba levando a um modelo teórico mais preciso. Na Física, por exemplo, quando a Mecânica clássica passou a ser insuficiente para explicar determinadas observações experimentais (como o comportamento das partículas da matéria), os cientistas chegaram à Mecânica quântica (que explica o com por tamento físico de partículas), utilizando essa sequên- cia de procedimentos. P h o to re se ar ch er s/ La ti n st o ck Nos laboratórios de Química dirigidos à pesquisa, os equipamentos computadorizados são indispensáveis. Quimica_MR_v1_PNLD15_097a114_U2_C07.indd 98 3/8/13 12:14 PM 99Capítulo 7 • Átomos e moléculas 1 Modelo atômico de Dalton Em 1803, o químico inglês John Dalton (1766-1844) desenvolveu uma teoria sobre a estrutura da matéria retomando a antiga ideia de átomo (partícula indivisível) imaginada pelos filósofos gregos Demócrito e Leucipo, por volta de 450 a.C. (matéria descontínua). Dalton foi muito habilidoso na elaboração de modelos mentais e na construção de re- presentações físicas desses modelos. Ele utilizou pequenos círculos para representar os átomos dos diferentes elementos químicos. Neste livro, representamos os átomos de Dalton da maneira a se- guir, com diâmetros relativos e cores fantasia, para tornar a explicação mais fácil e didática. hidrogênio oxigênio nitrogênio carbono enxofre estrôncio bário ferro zinco cobre fósforo magnésio sódio cálcio potássio chumbo prata ouro platina mercúrio Átomos de: hidrogênio oxigênio nitrogênio carbono enxofre As cores da figura abaixo são ilustrativas; átomos e moléculas não têm cor. As ima- gens estão fora de tamanho de escala. Postulados de Dalton Utilizando seu modelo, Dalton estabeleceu os postulados* a seguir: I. Todas as substâncias são constituídas de minúsculas partículas, denominadas átomos. Os átomos não podem ser criados nem des- truídos. Cada substância é constituída de um único tipo de átomo. II. As substâncias simples, ou elementos, são formadas de “átomos simples”, que são átomos isolados, pois átomos de um mesmo ele- mento químico sofrem repulsão mútua. Os “átomos simples” são indivisíveis. III. As substâncias compostas são formadas de “átomos compostos”, capazes de se decomporem, durante as reações químicas, em “áto- mos simples”. IV. Todos os átomos de uma mesma substância são idênticos na forma,no tamanho, na massa e nas demais propriedades; átomos de subs- tâncias diferentes possuem forma, tamanho, massa e propriedades diferentes. A massa de um “átomo composto” é igual à soma das massas de todos os “átomos simples” componentes. * Postulados são uma série de afirmações ou proposições que não podem ser compro- vadas, mas que são admitidas como verda- deiras, servindo de ponto de partida para a dedução, ou conclusão, de outras afirmações. Embora a teoria atômica de Dalton tenha surgido em um momento histórico no qual era muito grande o volume de informações sobre as quantidades de substâncias envolvidas em reações químicas, a atenção de Dalton estava voltada para outra direção. Seu interesse original e permanente sempre foi a Meteorologia, o ar atmosférico e os gases que o compõem. Foram esses estudos que o levaram a desenvolver sua teoria atômica. As ilustrações estão fora de escala. Cores fantasia. Quimica_MR_v1_PNLD15_097a114_U2_C07.indd 99 3/8/13 12:14 PM Unidade 2 • Oxigênio e ozônio100 Queimada em canavial A queima completa do carbono (matéria orgânica) produz gás carbônico e água. O monóxido de carbono (gás tóxico que se combina com a hemoglobina do sangue impedindo o transporte de oxigênio) é produto da queima incompleta. 9 g 1 g 8 g átomo composto de água * ( átomo simples de hidrogênio + átomo simples de oxigênio Os postulados de Dalton explicavam por que compostos diferentes podem ser formados pelos mesmos elementos químicos, ou seja, bas- tava para isso que a proporção entre esses elementos fosse diferente nos diferentes compostos. Por meio de uma única ideia, era possível explicar todas as leis ponderais que regiam as transformações químicas. Observe os exemplos a seguir envolvendo a queima do carbono: • Dado experimental: uma massa igual a 3 g de carbono se combina com 4 g de gás oxigênio para formar 7 g de um gás muito tóxico, o monóxido de carbono. carbono + oxigênio * * * ( monóxido de carbono 3 g 4 g 7 g Explicação pela teoria de Dalton: os “átomos compostos” de mo- nóxido de carbono são constituídos de um “átomo simples” de carbono e um “átomo simples” de oxigênio. • Dado experimental: uma massa igual a 3 g de carbono se combina com 8 g de gás oxigênio para formar 11 g de um gás atóxico, o dióxido de carbono (ou gás carbônico). carbono + oxigênio * * * ( dióxido de carbono 3 g 8 g 11 g Explicação: pela teoria de Dalton, no dióxido de carbono, que con- tém duas vezes mais oxigênio para a mesma quantidade de carbono, cada “átomo composto” é formado de um “átomo simples” de carbono e dois “átomos simples” de oxigênio. A partir dessa argumentação, os cientistas da época passaram a aceitar integralmente a teoria atômica. O conceito de massa relativa Dalton também acreditava que os átomos eram muito pequenos e não podiam ser vistos ou contados. Desse modo, não seria possível medir a massa de cada átomo individualmente, mas partindo de in- formações experimentais e de algumas “suposições”, seria possível estabelecer uma relação entre as massas dos diversos tipos de átomo. Ele utilizou a regra da máxima simplicidade para determinar as massas atômicas relativas dos elementos. Como os xperimentos mostravam que cada 9 g de água decomposta formava 1 g de hidrogênio e 8 g de oxigênio, ele considerou o “átomo composto” de água formado por um “átomo simples” de hidrogênio e por um “átomo simples” de oxigênio; logo, as massas relativas desses elementos seriam, respectivamente, 1 e 8. R ic ar d o A zo u ry /P u ls ar Im ag en s As ilustrações estão fora de escala. Cores fantasia. Quimica_MR_v1_PNLD15_097a114_U2_C07.indd 100 3/8/13 12:14 PM 101Capítulo 7 • Átomos e moléculas Apesar de as conclusões de Dalton em relação à composição da água serem incorretas, conforme ficou provado experimentalmente depois, a ideia de trabalhar com uma relação de massas para ter um parâmetro de grandeza dos diferentes tipos de átomo foi extremamen- te importante para o desenvolvimento da Química. Esse conceito é utilizado até hoje. C U R IO SI D A D E John Dalton nasceu em 6 de setembro de 1766, na Inglaterra, em Eaglesfield, Cumberland, nos primeiros anos da Revolução Industrial. Apesar da pouca eloquência e do discurso monótono, Dalton sabia explicar com clareza certos problemas científicos. Contam que, quando tinha 10 anos, ele foi o único que conseguiu demonstrar a alguns camponeses qual a diferença entre uma área de 60 metros quadrados e um quadrado com 60 metros de lado. A vocação de Dalton permitiu que ele se tornasse professor de Matemática da escola onde havia estudado com apenas 12 anos de idade. Enquanto lecionava, Dalton procurava consolidar sua formação básica em Matemática, Ciências Naturais e Grego. A Meteorologia, no entanto, sempre foi seu maior interesse. Ainda aos 12 anos, Dalton começou a anotar sistemati- camente observações meteorológicas diá- rias, montando um registro que, cinquenta anos depois, conteria cerca de 200 mil anotações, muito úteis no estudo retrospec- tivo do clima. Em 1794, publicou o livro Fatos extraor- din‡rios relativos ˆ visão das cores, em que descrevia de maneira minuciosa e científi- ca o problema de visão que o tornava inca- paz de distinguir certas cores e que acabou entrando para a Medicina com um termo associado a seu nome − daltonismo. Dalton faleceu em 1844, aos 78 anos de idade. 1. Julgue a afirmação a seguir como verdadeira ou falsa, justificando sua posição. “Os modelos que os cientistas criam para ilustrar uma teoria representam um retrato macroscópico fiel do que foi observado microscopicamente.” 2. Em relação à teoria de Dalton, responda: a) Por que, segundo Dalton, as substâncias simples eram necessariamente formadas por átomos isolados (“áto- mos simples”)? b) O que levou Dalton a concluir que o “átomo com posto” de água – conforme ele chamava – era formado de um “átomo simples” de oxigênio e um “átomo simples” de hidrogênio? Questões ATENÇÃO!Não escreva no seu livro! A lb u m /O ro n o z/ La ti n st o ck John Dalton Quimica_MR_v1_PNLD15_097a114_U2_C07.indd 101 3/8/13 12:14 PM