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Quimica_Sem_Misterio

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Química
Sem Mistério
Série Sem Mistério
Alemão Sem Mistério
Álgebra Sem Mistério
Cálculo Sem Mistério
Conversação em Alemão Sem Mistério
Conversação em Espanhol Sem Mistério
Conversação em Francês Sem Mistério
Conversação em Italiano Sem Mistério
Espanhol Sem Mistério
Francês Sem Mistério
Geometria Sem Mistério
Gramática Inglesa Sem Mistério
Italiano Sem Mistério
Pré-Álgebra Sem Mistério
Pré-Cálculo Sem Mistério
Química Orgânica Sem Mistério
Química
Sem Mistério
Linda D. Williams
Tradução da 2a Edição
Rio de Janeiro, 2013
v
Sumário
Prefácio xi
Agradecimentos xiii
CAPÍTULO 1 Química 1
O que É Matéria? 2
O que É Química Moderna? 2
Ciência Básica e Ciência Aplicada 4
Método Científico 6
Hipótese 7
Medições 8
Precisão versus Exatidão 13
Fatores de Conversão 15
Teste Rápido 18
CAPÍTULO 2 Teoria e Estrutura Atômica 21
O que São Átomos? 22
Primórdios da Teoria Atômica 22
Moléculas 26
Teste Rápido 30
CAPÍTULO 3 Elementos e a Tabela Periódica 33
O que É Matéria? 34
Nomenclatura Química 35
Número Atômico 36
Massa Atômica 37
Classes de Elementos 41
Períodos e Grupos 42
Metalurgia – A Química dos Metais 43
Teste Rápido 52
vi QUÍMICA SeM MiSTéRio
CAPÍTULO 4 Sólidos e Líquidos 55
O que São Sólidos? 56
Cristalização e Ligação 57
Propriedades de um Sólido 60
Misturas 62
Compostos 63
O que São Líquidos? 63
Teste Rápido 73
CAPÍTULO 5 Gases e as Leis dos Gases 75
O que São Gases? 76
Atmosfera 77
Energia Cinética e Teoria dos Gases 78
Pressão Atmosférica 79
As Leis Empíricas dos Gases 81 
Lei do Gás Combinada 85
Lei de Avogadro 85
Lei do Gás Ideal 86
A Lei de Dalton das Pressões Parciais 88
Teste Rápido 90
CAPÍTULO 6 Soluções 93
O que É uma Solução? 94
Regras de Solubilidade 94
O que É um Mol? 96
Massa Molar 96
Molaridade 97
Percentual de Solução 98
Alteração da Concentração 101
Teste Rápido 103
CAPÍTULO 7 Orbitais 105
O que São Orbitais? 106
Níveis de Energia dos Elétrons 106
Subcamadas e a Tabela Periódica 112
Energia de Ionização 114
Teoria da Ligação de Valência 116
Teoria do Orbital Molecular 116
Teoria da Ressonância 117
Geometria Molecular 119
Teste Rápido 121
 SUMÁRIO vii
CAPÍTULO 8 Ligações Químicas 123
O que São Ligações Covalentes? 124
Compostos Covalentes 126
Polaridade 127
Nomeando Compostos Covalentes 129
O que São Íons? 130
Ligações Iônicas 133
Teste Rápido 136
CAPÍTULO 9 Eletroquímica 139
Introdução à Eletroquímica 140
O que É Oxidação e Redução (Redox)? 140
Balanceamento de Reações Redox 141
Estado de Oxidação 144
O que É uma Célula Eletroquímica? 145
O que É Eletrólise? 148
Condutores e Isolantes 149
Teste Rápido 152
CAPÍTULO 10 Ácidos e Bases 155
O que São Ácidos e Bases? 156
A Teoria de Arrhenius 156
Ácidos e Bases de Brønsted-Lowry 157
Neutralização 157
Pares Conjugados Ácido-Base 158
Por que o Hidrogênio É Importante? 162
Escala de pH 163
Tampões 165
Ácidos, Bases e Segurança 166
Teste Rápido 167
CAPÍTULO 11 Termodinâmica 169
O que É Termodinâmica? 170
Energia Cinética e Potencial 170
O que É Estado Padrão? 170
Primeira Lei da Termodinâmica 171
Segunda Lei da Termodinâmica 175
Terceira Lei da Termodinâmica 176
Energia Livre de Gibbs 176
Cinética Química 177
viii QUÍMICA SeM MiSTéRio
Equilíbrio 181
Princípio de Le Châtelier 182
Por que a Termodinâmica É Tão Importante? 182
Teste Rápido 183
CAPÍTULO 12 Química Orgânica: Tudo sobre Carbono 185
O que É Química Orgânica? 186
Carbono – Mais Surpreendente do que Nunca 186
Hidrocarbonetos 188
Nomenclatura dos Orgânicos 192
Polaridade de Ligação 194
Grupos Funcionais Comuns 195
Isômeros 196
Reações Orgânicas 200
Teste Rápido 203
CAPÍTULO 13 Bioquímica 205
O que É Bioquímica? 206
Hidrocarbonetos – Hidrofílicos versus Hidrofóbicos 207
Ácidos Carboxílicos 208
Ésteres 209
Aminas 211
Amidas 212
Fenóis 213
O que São Proteínas? 215
O que São Enzimas? 217
O que São Carboidratos? 220
O que São Lipídios? 223
Marcadores Biológicos 226
Nanomedicina 227
Teste Rápido 231
CAPÍTULO 14 Química Ambiental 233
O que É Química Ambiental? 234
Contaminação 234
O que É Chuva Ácida? 237
Efeito Estufa 239
Biodegradável 245
Teste Rápido 246
 SUMÁRIO ix
CAPÍTULO 15 Química Nuclear 249
O que É Radioatividade? 250
Isótopos 250
Reações Nucleares e Balanceamento 253
O que É Decaimento Radioativo? 253
Detecção de Radiação 257
Números Mágicos 259
O que É Meia-Vida? 259
Exposição à Radiação 263
Dose de Radiação 264
Medicina Nuclear 265
Outros Usos de Elementos Radioativos 267
Lixo Radioativo 267
Teste Rápido 268
Teste Final 271
Respostas dos Testes Rápidos e do Teste Final 293
Apêndice: Unidades-Base do SI e Conversões 297
Glossário 301
Referências e Sites da Internet 315
Planilhas de Estudo - Química em um Relance 319
Tabela Periódica dos Elementos 323
Índice 325
xi
Prefácio
Química Sem Mistério, Tradução da 2ª Edição, é para alguém que está interessado em 
química e quer aprender mais sobre essa importante área científica. O livro também 
pode ser usado por alunos que estudam em casa, estudantes tutelados e pessoas 
que querem mudar de carreira. O material é apresentado de uma maneira fácil de 
seguir e pode ser compreendido melhor quando lido do início ao fim. No entanto, se 
você só precisa de mais informações sobre temas específicos (por exemplo, oxidação/
redução, entalpia, radioisótopos) ou quer rever as moléculas orgânicas, os capítulos 
específicos podem ser analisados separadamente.
Nesta segunda edição, combinei alguns dos capítulos originais (por exemplo, 
sólidos e líquidos) e acrescentei novos (por exemplo, bioquímica e termodinâmica). 
Atualizei ideias e realizações marcantes de químicos, biólogos, físicos e engenhei-
ros para dar-lhe uma noção de como as perguntas e as ideias de pessoas como você 
avançaram a humanidade.
A ciência é toda sobre a curiosidade e o desejo de descobrir como algo acontece. 
Os ganhadores do Prêmio Nobel eram estudantes que sonhavam em enfrentar os 
problemas de novas maneiras. Eles sabiam que as respostas tinham de estar lá e fo-
ram teimosos o suficiente para continuar a pesquisar. Desde 1901, o Prêmio Nobel 
foi concedido mais de 500 vezes para a excelência científica. A pessoa mais jovem 
a receber o prêmio, o físico britânico Lawrence Bragg, tinha somente 25 anos de 
idade quando o dividiu em 1915 com seu pai, o físico Sir William Henry Bragg, 
pelo trabalho de ambos sobre a estrutura atômica cristalina e a difração de raios X.
Até o final de sua vida, Alfred Nobel tinha 355 patentes de invenções diferentes. 
Após sua morte em 1896, Nobel descreveria o estabelecimento de uma premiação 
anual internacional “para aqueles que, no ano anterior, contribuíram com benefícios 
para a humanidade” nas áreas de química, física, fisiologia/medicina, literatura e 
paz. Em 1968, o Prêmio Nobel de Economia foi estabelecido. Mais de 829 pessoas 
receberam o Nobel em todas as áreas desde que o primeiro prêmio foi dado.
Nobel quis reconhecer os heróis inovadores e incentivar outras pessoas na 
sua busca de conhecimento. Talvez, aprendendo sobre o passado das descobertas 
premiadas, a sua própria criatividade seja acesa.
xii QUÍMICA SeM MiSTéRio
Este livro oferece uma ampla visão da química geral com divisões em todas as 
principais áreas que você encontrará em uma aula de química ou em um estudo 
individual da matéria. Os princípios básicos são explicados para familiarizar você 
com os termos, os conceitos e as ferramentasmais utilizadas por cientistas, médicos 
e engenheiros. Também listei os sites da internet com informações intrigantes atua-
lizadas e dispositivos interativos de aprendizagem.
Ao longo do texto, há ilustrações para ajudar a visualizar o que está acontecendo 
na estrutura química, na ligação e nas reações. Testes Rápidos e o Teste Final são 
fornecidos. Todas as questões são de múltipla escolha e muito parecidas com aque-
las usadas em testes padronizados. Cada capítulo tem um pequeno Teste Rápido de 
“livro aberto”. Você não deve ter nenhum problema com esses. Você pode olhar atrás 
em todo o capítulo para refrescar sua memória ou verificar os detalhes da reação. 
Anote suas respostas e tenha um amigo ou os pais para verificá-las com as respostas 
no final do livro. Leve o tempo necessário para passar por cada capítulo e não siga 
em frente até que você tenha um bom controle sobre o material e obtenha a maioria 
das perguntas certas do Teste Rápido.
O Teste Final do livro é composto por perguntas mais fáceis do que aquelas 
dos Testes Rápidos. Faça o Teste Final quando você tiver terminado todos os Testes 
Rápidos e quando se sentir confortável com o material de modo geral. Uma boa 
pontuação no Teste Final é de pelo menos 75% de respostas corretas.
Com os Testes Rápidos e o Teste Final, você pode querer que um amigo ou os 
pais lhe deem a sua pontuação, sem revelar quais as perguntas que errou. Então, 
você não deve tentar memorizar as respostas para as perguntas erradas, mas, em 
vez disso, volte e veja se você não compreendeu uma ideia. Quando a sua pontua-
ção do Teste Rápido estiver onde você gostaria que ela estivesse, volte e verifique as 
questões individuais para confirmar seus pontos fortes e as áreas que necessitam 
de maior estudo.
Tente passar por um capítulo por semana. Uma hora por dia, ou então permita-se 
assimilar as informações devagar. Não corra. Química não é difícil mas, às vezes, pede 
um pouco de reflexão para decifrar. Apenas mantenha um ritmo constante. Se você 
quiser obter mais informações sobre tampões, leve mais tempo no Capítulo 10. Se 
você precisar saber mais sobre os recentes marcadores biológicos, gaste seu tempo no 
Capítulo 13. Depois de concluir o curso e você ser um químico em formação, este livro 
poderá servir como um guia de referência pronto com seu glossário, Planilhas de Es-
tudo da Química em um Relance, Tabela Periódica, apêndice e índice compreensivo.
Linda D. Williams
xiii
Agradecimentos
As ilustrações deste livro foram geradas com o CorelDRAW e o Microsoft PowerPoint, 
cortesia da Corel Corporation e da Microsoft Corporation, respectivamente.
Agradecemos à National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), à 
National Aeronautics and Space Administration (NASA), à Environmental Protec-
tion Agency (EPA) e ao United States Department of Agriculture (USDA) pelas in-
formações que foram utilizadas, onde indicadas.
Um agradecimento especial a Paulo Grover Miller, ph.D., professor-associado da 
Faculdade de Medicina da Universidade de Arkansas, em Ciências Médicas, pelas 
sugestões na reorganização do assunto e nos conhecimentos de química durante a 
revisão técnica do livro.
Muito obrigado a Judy Bass, da McGraw Hill, por sua incrível energia e apoio, 
apesar dos soluços e descarrilhamentos ocasionais da vida. Química Sem Mistério, 
Tradução da 2ª Edição, é uma prova da sua visão dos livros de matemática e ciências 
na série Sem Mistério.
Sobre a Autora
Linda D. Williams é uma escritora de não ficção, com especialidades em ciência, 
medicina e espaço. O trabalho da senhorita Williams variou de bioquímica e 
microbiologia a genética e pesquisa de enzimas de humanos. Com experiência em 
microbiologia e imunologia, ela trabalhou como cientista-chefe e/ou escritora técnica 
para Wyle Laboratories, McDonnel Douglas Space Systems e Rice University, e 
serviu como palestrante sobre ciência para a Divisão de Ciências Médicas da NASA–
Johnson Space Center. A senhorita Williams tem mais de 20 anos de experiência 
em investigação científica e publicou mais de uma dezena de livros, alguns inclusos 
na série Sem Mistério (por exemplo, Environmental Science Demystified). Sua obra foi 
traduzida em várias línguas. Além disso, ela é professora substituta de ciências no 
Ensino Fundamental e nos níveis de Ensino Médio, e fundou um Café de Ciência 
para compartilhar as descobertas da ciência e da tecnologia com o público.
1
Capítulo 1
Química
Nossos ancestrais não tinham comida pronta disponível, medicamentos e produtos 
feitos em máquinas. A vida diária incluia secar o peixe e as carnes com sal, concen-
trar líquidos em tinturas, fundir e moldar metais em ferramentas. Testes de tentativa 
e erro ofereciam pistas para a composição do mundo natural. O que funcionava 
era passado para a próxima geração; o que não funcionava era descartado. Muitas 
substâncias do mundo físico eram um mistério.
OBJETIVOS DO CAPÍTULO
Neste capítulo, você vai:
 ! Aprender como o método científico funciona
 ! Entender o Sistema Internacional de Unidades (SI)
 ! Descobrir as diferenças entre precisão e exatidão
 ! Entender os fatores de conversões
 ! Aprender por que a temperatura é importante
2 QUÍMICA SeM MiSTéRio
O que É Matéria? 
Química é uma ciência em torno de uma questão simples: o que é matéria? Aris-
tóteles (384-322 a.C.), um estudioso da Academia Grega, pensou na matéria como 
composta por quatro elementos: fogo, água, ar e terra. Ele escreveu que nem a forma 
nem a matéria existiam sozinhas, mas em combinações de quente, úmido, seco e 
frio, que se uniam para formar os elementos. A explicação de Aristóteles sobre o 
mundo foi aceita por quase 1800 anos. Mas os tempos mudaram, e mudou também 
a nossa compreensão da matéria. Os capítulos deste livro exploram, passo a passo, 
os conceitos sobre a matéria exatamente como eles foram descobertos e explicados 
ao longo do tempo.
Alquimia
A teoria dos quatro elementos, de Aristóteles, juntamente com a formação de ligas 
metálicas, foi a base da química primitiva e da alquimia.
Uma mistura de astúcia e arte, a alquimia prometeu coisas surpreendentes (por 
exemplo, chumbo em ouro) para aqueles que detinham o poder. Alquimistas se 
tornaram grandes estrelas. Aqueles que fizeram alarde, mas não puderam mostrar 
resultado, foram permanentemente deixados de lado. Outros fizeram progressos 
científicos. Soluções de cristalização e destilação começaram a ser compreendidas 
e utilizadas como práticas comuns. Muitos elementos e compostos anteriormente 
desconhecidos foram descobertos.
Química é a ciência das substâncias (ou seja, matéria), incluindo estrutura, propriedades 
e as reações que as transformam em outras substâncias.
O que É Química Moderna?
Como um estudo da matéria, a química é uma ciência física. Químicos isolam e 
estudam não apenas os átomos e as moléculas, mas soluções, cerâmicas e ligas 
metálicas. Por meio da experimentação, os químicos estudam o que as substâncias 
fazem e como reagem.
A química é agrupada em grandes áreas ou disciplinas. (Ver Tabela 1-1.) Estas 
incluem
 ! Química analítica – o uso de instrumentação precisa para analisar uma mistura 
quanto aos tipos e quantidades de substâncias presentes
 ! Bioquímica – o estudo de organismos vivos e sistemas em nível molecular, incluin-
do processos como reprodução, metabolismo e digestão 
 ! Inorgânica – o estudo da estrutura e das propriedades de todos os compostos 
(exceto o carbono) (ex.: sais)
Capítulo 1 QUÍMICA 3
TABELA 1-1 Disciplinas da Química
Disciplina Descrição
Agroquímica aplicação da química em produção agrícola, processamento 
de comida e remediação ambiental como um resultado da 
agricultura;também chamada de química agrícola
Química analítica propriedades de materiais ou desenvolvimento de ferramentas 
para analisar materiais
Astroquímica composição / reações de elementos químicos e moléculas en-
contradas em estrelas, no espaço, e interações entre matéria e 
radiação
Bioquímica reações químicas que ocorrem dentro de organismos vivos
Engenharia química aplicação prática da química para solucionar problemas
Química cluster conjuntos de átomos ligados, em tamanho intermediário entre as 
moléculas individuais e os sólidos de tamanho grande
Química 
combinatória
simulação computacional de moléculas e reações entre 
moléculas
Eletroquímica reações químicas em uma solução na interface entre um 
condutor iônico e um condutor elétrico
Química ambiental química do solo, do ar, da água e do impacto humano em 
sistemas naturais
Geoquímica composição química / processos associados com a Terra e outros 
planetas
Química sustentável processos / produtos que eliminam ou reduzem o uso ou a libe-
ração de substâncias perigosas
Química inorgânica estrutura e interações entre compostos inorgânicos (ou seja, 
compostos que não se baseiam em carbono)
Cinética examina a taxa na qual ocorrem reações químicas e os fatores 
que afetam a taxa de processos químicos
Nanoquímica montagem e propriedades dos agrupamentos de átomos ou 
partículas em nanoescala
Química nuclear química associada com reações nucleares e isótopos
Química orgânica a química do carbono e dos seres vivos
Fotoquímica química centrada em interações entre a luz e a matéria
Físico-química aplica a física ao estudo da química (por exemplo, mecânica 
quântica e termodinâmica)
Química de polímeros examina a estrutura e as propriedades de macromoléculas 
e polímeros; síntese dessas moléculas; também chamada de 
química macromolecular
Química do estado 
sólido
focada na estrutura, nas propriedades e nos processos químicos 
na fase sólida (por exemplo, a síntese e a caracterização de 
novos materiais em estado sólido)
Química teórica aplica cálculos de química / física para descrever ou predizer 
eventos químicos
4 QUÍMICA SeM MiSTéRio
 ! Química orgânica – o estudo do carbono e de todas as substâncias que contêm 
carbono, incluindo muitos compostos biológicos, drogas, petróleo e plásticos
 ! Físico-química – o estudo das propriedades físicas da matéria e a criação de mode-
los que analisam por que um produto químico reage de uma maneira específica
Os antigos egípcios foram os primeiros químicos. Eles foram pioneiros na arte 
da química usando soluções. Em 1000 a.C., antigas civilizações usavam tecnologias 
que formaram a base de várias disciplinas químicas. A química analítica surgiu da 
extração de metais dos minérios, bem como produtos químicos de plantas para 
medicina e perfume. Fermentação para fazer cerveja, vinho e queijo envolve bio-
química. A química inorgânica era importante na fabricação de ligas como bronze, 
cerâmica, esmaltes, vidros e pigmentos para cosméticos e pinturas. As aplicações da 
química orgânica eram diversas, incluindo tingimento de pano, curtimento de cou-
ro, processamento de gordura em sabão e produção de pigmentos orgânicos. Muitas 
dessas técnicas envolviam observações eficientes da físico-química de compostos a 
fim de isolá-los e mudá-los para diferentes fins.
Ciência Básica e Ciência Aplicada
A química é composta de ciência básica e ciência aplicada. Pesquisadores buscam 
entender os segredos e ações dos produtos químicos. A ciência básica, então, tenta 
entender as regras que regem as propriedades da matéria.
No entanto, muitas pessoas sabem mais sobre ciência aplicada, uma vez que 
se aplica às coisas diárias. Como é formada a ferrugem e como você pode removê-
-la? Como fazer roupas ficarem limpas quando lavadas com sabão feito de cinzas e 
gordura? Por que o cobre se torna verde e depois preto quando exposto ao ar? Como 
os nanotubos de carbono automontados podem carregar informação e eletricidade?
O governo federal norte-americano apoia a ciência básica e a ciência aplicada por 
meio de muitas agências, como o National Institute oh Health (NIH) e a National 
Aeronautical and Space Administration (NASA). A NASA é famosa por aplicar a ci-
ência básica de novas formas. Ela testa como algo se comporta no espaço com quase 
nenhuma gravidade, como a formação de cristais ou a perda de tecido muscular e, 
em seguida, usa essas informações para entender os experimentos terrestres.
Em associação com os cientistas na indústria, a NASA melhora os dispositivos 
farmacêuticos, óticos e da bioengenharia. A pesquisa aplicada dessa forma pode 
viajar mais rápido do laboratório para o indivíduo. A parceria entre instituições 
federais como a NASA e a indústria é chamada sociedade. Uma amostragem de so-
ciedades de ciência e tecnologia da NASA é apresentada na Tabela 1-2.
Capítulo 1 QUÍMICA 5
TABELA 1-2 Sociedades da NASA
Ano Tecnologias em sociedade da NASA
1976, 
2005
A espuma viscoelástica absorve o choque e oferece segurança extra nos 
carros de corrida da NASCAR, da Fórmula 1, do Champion Auto Racing 
Team (CART) e da Indy Racing League; em motocicletas e selas de cavalo; 
parques de diversões; aeronaves militares / civis; alvos dos arqueiros; mol-
des do corpo em tamanho natural; e próteses humanas / animais
1976 Melhorou o sistema de respiração dos bombeiros, pois sua mochila 
pesa apenas 9,1 kg para 30 min de suprimento de ar; a máscara facial 
redesenhada permite uma visão melhor; aviso pessoal notifica aos 
bombeiros quando eles estão ficando sem ar; reduz a confusão em um 
incêndio, quando a comunicação verbal é impossível
1981 Ferramentas sem fio originalmente vieram do desenvolvimento de uma 
broca portátil autônoma capaz de extrair amostras do núcleo de até 3 m 
abaixo da superfície da Lua; agora a tecnologia sem fio é usada em tudo, 
de comedores de plantas daninhas a instrumentos ortopédicos
1984, 
1996
As lentes antirriscos com revestimento duro de diamante são resistentes a 
riscos e deixam escorrer a água mais facilmente, reduzindo manchas
1994 O sistema de biópsia de mama estéreo LORAD utiliza um sistema de 
câmera digital para substituir a biópsia cirúrgica e é realizado sob 
anestesia local com uma agulha, e poupa tempo das mulheres, além de 
preservar da dor, de cicatrizes, exposição à radiação e economizar dinheiro
1995, 
2008
Válvula de retenção microbiana; dispensa de iodo para purificar a água 
potável 
1995, 
2009
O dispositivo de redução de etileno impede produtos e plantas de 
amadurecerem muito rápido por meio da conversão de etileno (C
2
H
4
) em 
água (H
2
O) e dióxido de carbono (CO
2
)
2003 O dispositivo de desminagem humanitária é semelhante a uma labareda e 
utiliza combustível de foguete para criar uma chama de alta temperatura, 
que queima o preenchimento explosivo das minas terrestres antes que elas 
explodam
2006 As lentes Eagle Eyes protegem a visão humana dos efeitos nocivos da 
radiação do espectro de luz
2002 O desfibrilador cardioversor automático implantável monitora o coração 
continuamente, reconhece o surgimento de fibrilação ventricular e emite 
um choque elétrico corretivo
2002 A Virtual Window fornece, em tempo real, imagens 3D sem necessidade 
de óculos, head trackers, capacetes ou outros meios de visualização
1977, 
2003
Implante coclear seleciona a informação do sinal de fala e, em seguida, 
produz um padrão de impulsos elétricos na orelha do paciente. Um 
microfone capta os sons e os transmite ao processador de fala, que os 
converte em sinais digitais
6 QUÍMICA SeM MiSTéRio
TABELA 1-2 Sociedades da NASA
Ano Tecnologias em sociedade da NASA
2006Petroleum Remediation Product (PRP), para tratamento em caso de 
derramamento, tem milhares de microcápsulas (ou seja, minúsculas 
esferas ocas de cera de abelha); a água não pode entrar nas células das 
microcápsulas, mas o óleo é absorvido pelas esferas de cera de abelha 
enquanto elas flutuam na superfície da água
2005, 
2008
Diodos emissores de luz (LEDs) para aplicações médicas, como tratamento 
de câncer
2009 Os Botes Salva-Vidas Givens Buoy têm um forte preeenchimento de água 
de lastro para manter o centro da gravidade constante, tornando a janga-
da quase impossível de virar, mesmo com ventos de 160 km/h
2009 Biorreatores para multiplicar células-tronco do sangue de um paciente 
para tratar doenças
2009 Biossensor de nanotubos de carbono alerta investigadores para pequenas 
quantidades de contaminantes orgânicos perigosos e patógenos
Sociedades da NASA incluem tecnologia computacional, produtos de consumo 
para lazer e domésticos, gestão ambiental e de recursos, indústria e produção, se-
gurança pública e transporte.
As chaves do método científico são curiosidade e determinação, observação e 
análise, medição e conclusão. Como humanos, somos curiosos por natureza. Nos 
capítulos seguintes, você verá como os cientistas satisfazem essa curiosidade.
Método Científico
O desenvolvimento inicial do método científico surgiu a partir das leis de lógica 
de Aristóteles. Ele viu a importância da observação e então classificou o que era 
observado a fim de melhor compreender a natureza.
Na Idade Média, Ibn al-Haytham, um matemático persa e estudante da filosofia 
grega, desenvolveu mais o método científico. Seu estudo dos trabalhos de Aristóte-
les o fez perceber que a física e a matemática eram chaves importantes para desven-
dar os mistérios do universo. Durante sua vida, ele desenvolveu experimentos dife-
rentes para verificar suas observações físicas e fez descobertas valiosas no estudo da 
visão. Os sete volumes do Livro de Ótica de Al-Haytham foram escritos entre 1011 
d.C. e 1021 d.C., e descreveram corretamente a transmissão, a reflexão e a refração 
da luz. Seu trabalho demonstrou o poder inicial do método científico.
Nos tempos modernos, Galileu (1564-1642) é comumente creditado como o 
pai do método científico, embora muitos cientistas tenham contribuído para o seu 
Capítulo 1 QUÍMICA 7
entendimento ao longo dos séculos. No século XX, o método científico foi organi-
zado em quatro etapas:
 ! Observação
 ! Hipótese
 ! Predição
 ! Experimentação
Desde que o fogo foi descoberto, as pessoas notaram como ele mudou seu am-
biente; capim nas proximidades foi incendiado, e árvores, queimadas. Eventual-
mente, seguindo o método científico, cientistas fizeram grandes descobertas, como 
o que acontece quando alguma coisa queima. Eles perceberam que recolher o má-
ximo de informação possível antes de qualquer conclusão era fundamental para a 
adquirir compreensão.
No século XVIII, Antoine Lavoisier, um cientista francês, descobriu que quan-
do o mercúrio prateado era queimado no ar, ele virava uma substância vermelho-
-alaranjada, com uma massa maior do que a de uma amostra de mercúrio original. 
Ele também fez observações sobre os gases do ar. Por essas descobertas, Lavoisier 
é muitas vezes chamado de pai da química.
Hipótese
Quando todos os fatos são conhecidos, o próximo passo no método científico 
é desenvolver uma hipótese. A hipótese é uma declaração que explica uma 
observação.
Lavoisier criou uma hipótese com base em suas observações com o fogo e o ar. 
Ele sugeriu uma hipótese para explicar a combustão ou como as coisas se queimam. 
Sua ideia era que alguma parte do ar combinada com uma amostra queimando o 
transformava. Lavoisier chamou essa parte do mistério de oxigênio.
Hipótese é uma declaração que descreve ou explica uma observação.
Uma hipótese é importante não só para explicar o que é visto, mas também 
para predizer o que pode acontecer. Se algo no ar se combina com uma amostra, 
então a nova substância (ou seja, formada após a queima) deve ter a adição de mas-
sa proveniente da contribuição do ar para a combustão. Isso também poderia ser 
possível para reverter o processo.
8 QUÍMICA SeM MiSTéRio
Ainda com Dif iculdades?
Lavoisier sabia como era importante realizar experimentos precisos. Ele mostrou 
depois da queima do mercúrio que uma nova substância mais pesada, óxido de 
mercúrio, foi formada. Ele também mostrou a reação reversa (ou seja, a massa 
original do mercúrio poderia ser recuperada). Em outras palavras, o oxigênio 
pode ser recuperado do óxido de mercúrio.
?
Um experimento é um teste controlado das propriedades de uma substância ou de 
um sistema por medições cuidadosamente registradas.
Agora, para aprender se a hipótese é verdadeira, esta deve ser testada com ex-
perimentos. O experimento adicional de Lavoisier mostrou que o ar é composto de 
vários outros gases (por exemplo, nitrogênio), mas, ao contrário do oxigênio, eles 
não combinam com o mercúrio. Sua hipótese em combustão tornou-se uma teoria, 
que é uma hipótese completamente provada pela experimentação.
Uma teoria é o resultado de um teste completo e a confirmação de uma hipótese.
Após experiências realizadas mais tarde por outros cientistas em muitas dis-
ciplinas diferentes, como astronomia, eletricidade, matemática, biologia, química 
e medicina, foram registrados dados que apoiaram como quase tudo poderia ser 
estudado e previsto por meio de uma série de observações e cálculos. Quando os 
cientistas ao redor do mundo tinham o mesmo resultado repetidamente, uma hipó-
tese particular ou teoria se tornava uma lei.
Uma lei científica é uma hipótese ou teoria que é testada repetidas vezes com os 
mesmos dados resultantes e pensada para ser sem exceção.
Medições
Observação e medição, como são em toda ciência, são chaves para a química. Na 
pesquisa, como em outras partes da vida, nós estamos constantemente medindo. A 
bola de beisebol ultrapassou a barreira do campo por um metro. A bola de futebol 
não acertou o vaso de flores por dez centímetros. O motorista austríaco cruzou a 
160 quilômetros por hora (km/h). A favorita Kentucky Derby saiu na frente por 
Capítulo 1 QUÍMICA 9
um palmo. O esquiador olímpico deslizou em primeiro lugar por dois centésimos 
de segundo. A carta para a casa do soldado pesava 28 gramas.
Pesquisa baseia-se em medições. Para repetir uma experiência ou seguir os mé-
todos de alguém, a mesma unidade deve ser usada. Não funciona ter um pesqui-
sador em Nova York medindo com xícaras enquanto na Alemanha se mede em 
milímetros. Para repetir uma experiência e aprender sobre ela, cientistas do mundo 
inteiro precisam de um sistema comum.
Em 1670, um cientista francês chamado Gabriel Mouton sugeriu um sistema 
decimal de medidas. As unidades eram baseadas em grupos de 10. Demorou um 
pouco para as pessoas experimentarem-no por si mesmas, mas em 1799 a Aca-
demia Francesa de Ciências estabeleceu um sistema de medição decimal. Eles o 
chamaram de sistema métrico, do grego metron, que significa uma medida. Em 1º 
de janeiro de 1840, a Legislatura Francesa aprovou uma lei exigindo que o sistema 
métrico fosse usado em todo o comércio.
TABELA 1-3 Unidades-base do SI usadas na química
Medida Unidade Símbolo
Massa (não peso) quilograma kg
Comprimento metro m
Temperatura kelvin K
Tempo segundo s
Quantidade de substância pura mol (mole) mol
Corrente elétrica ampere A
Brilho da luz (comprimento 
de onda)
candela cd
Sistema Internacional de Unidades (SI)
Em 1960, a Conferência Geral de Pesos e Medidas adotou o Sistema Internacional 
de Unidades (SI), do Le Système International d’Unités. O Escritório Internacional 
de Pesos e Medidas, emSèrves, França, tem medidas oficiais padrão de platina 
pelas quais todos os outros padrões são conferidos. O SI tem sete bases de unidades 
pelas quais as outras unidades são calculadas. A Tabela 1-3 apresenta as listas das 
unidades do SI na química.
Quando a Grã-Bretanha formalizou a adoção do sistema métrico em 1965, os 
Estados Unidos tornaram-se a única grande nação do mundo que não requereu 
esse sistema, embora as pessoas o usem desde meados de 1800.
Notação Científica
A notação científica é uma forma simples de escrever e acompanhar os grandes e 
pequenos números sem usar toneladas de zeros. Ela oferece uma maneira rápida 
para fazer cálculos e registrar os resultados.
10 QUÍMICA SeM MiSTéRio
O sistema de medição SI é baseado em um sistema decimal. Com os cálculos 
escritos em grupos de 10, os resultados podem ser facilmente registrados como 
exponentes de 10. Escritas sobrescritas indicam valores exponenciais. Por exemplo, 
1.000.000 pode ser escrito como 1 × 106 ou 0,001 pode ser escrito como 1x 10-3. 
(Nota: 1 × 100 é só 1.) Alguns dos termos usados em notação exponencial são lista-
dos na Tabela 1-4.
A facilidade desse método é mostrada a seguir.
TABELA 1-4 Notação exponencial
Prefixo Símbolo Valor
tera T 1012
giga G 109
mega M 106
quilo k 103
deca da 101
deci d 10-1
centi c 10-2
mili m 10-3
micro µ* 10-6
nano n 10-9
pico p 10-12
* Letra grega mu
EXEMPLO 1-1
100 = (10)(10) = 102 = cem
1000 = (10)(10)(10) = 103 = mil
10,000 = (10)(10)(10)(10) = 104 = dez mil
100,000 = (10)(10)(10)(10)(10) = 105 = cem mil
1,000,000 = (10)(10)(10)(10)(10)(10) = 106 = um milhão
1,000,000,000 = (10)(10)(10)(10)(10)(10)(10)(10)(10) = 109 = um bilhão
1,000,000,000,000 = (10)(10)(10)(10)(10)(10)(10)(10)(10)(10)(10)(10) 
 = 1012 = um trilhão
1/10 = 10!" = um décimo
1/100 = 1/(10)(10) = 10!# = um centésimo
1/1000 = 1/(10)(10)(10) = 10!$ = um milésimo
1/10,000 = 1/(10)(10) (10)(10) = 10!% = um décimo de milésimo
1/1,000,000 = 1/(10)(10)(10)(10)(10)(10) = 10!& = um milionésimo
1/1,000,000,000 = 1/(10)(10)(10)(10)(10)(10)(10)(10)(10) = 10!' 
 = um bilionésimo
1/1,000,000,000,000 = 1/(10)(10)(10)(10)(10)(10)(10)(10)(10)(10)(10)(10) 
 = 10!"# = um trilionésimo

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