[George_C _Pimentel]_Química,_Uma_Ciência_Experi(BookZZ org)

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Fundação 
Calouste 
Gulbenkian 
George . C. Pimentel 
QUÍMICA 
UMA CitNCIA EXPERIMENTAL 
FUNDAÇÃO CALOUSTE GULBENKIAN 
QUÍMICA-UMA CI�NCIA 
EXPERIMENTAL 
George C. Plmentel 
Nasceu em I 922. Doutorou-se em 1949 
pela Universidade de Califórnia em 
Berkeley, onde é professor de Química. 
Em 1968 foi-lhe atribuído o Campus 
Teaching Award at the University of Ca/i­
fornia, sendo também membro de diver­
sas Academias científicas. Além dos 160 
artigos de investigação e do presente livro 
do qual assumiu as funções de editor, são 
de sua autoria as obras: 
1ntroductory Quantitative Chemistry, 1956. 
The Hydrogen Bond, 1960. 
Understanding Clzemistry, 1971. 
Vitor Pereira Crespo 
Nasceu em Dezembro de 1932. Licenciado 
em Ciências Físico-Químicas pela Facul­
dade de Ciências de Coimbra em 1956, 
obtém em Janeiro de 1962 o grau de 
"Doctor of Philosophy" pelo "Graduate 
Council of the Berkeley Division of the 
University of California", e em Novem­
bro do mesmo ano o de Doutor em 
Ciências Ffsico-Qufmicas pela sua Uni­
versidade de origem. Contratado ime­
diatamente como 1.0 assistente da Facul­
dade de Ciências de Coimbra, foi 
nomeado, depois da prestação das res­
pectivas provas, professor extraordinário (1966) e professor catedrático (1968) da 
mesma Faculdade. De Outubro de 1966 
a Dezembro de 1971, encontra-se, em 
comissão de Serviço, na Universidade de 
Lourenço Marques, de que vem a ser 
nomeado Reitor em 1970, cargo que 
desempenhou até ser chamado a exercer, 
em Janeiro de 1972, as funções de 
Director Geral do Ensino Superior. 
Apresentou comunicações em diversos 
congressos c reuniões cientificas, é mem­
bro da Sociedade Portuguesa de Ffsica e 
Qufmica, da "A m e r i c a n C h e m i c al 
Society" da "American Physical Society" 
e da " Society of the Sigma Xi". É ainda 
autor de valiosa bibliografia da sua espe­
cialidade dispersa por revistas nacionais 
e estrangeiras. 
Joio E. Slmlo 
Nasceu em 1929. Licenciou-se em C. Físi­
eo-Qufmicas pela Universidade de Coim­
bra em 1959 e doutorou-se em Qufmica 
Flsica pela Universidade de Bonn em 
1967. Em 1969 obteve o grau de doutor 
em Qufmicn pela Universidade de Coim­
bra, onde fora assistente de f 960 a 1963. 
De 1967 a f 970 desempenhou essas fun­
ções na Universidade de Lourenço Mar­
ques. Desde f 970 é professor auxiliar de 
Qufmica na Universidade de Coimbra. 
Edições da F U N DA Ç Ã O 
CALOUSTE GULBENKIAN 
Manuais Universitários 
66 volumes publicados 
Próximas publicações: 
Economia - Uma análise introdutória, 
11 vol.- P. Samuelson. 
História da Língua Alemã-P. von Polenz. 
A Obra de Arte Literária - R. Ingarden. 
Textos Clássicos 
6 volumes publicados 
Próxima publicação: 
Princípios de Economia Política e dt 
Tributação - David Ricardo. 
Cultura Portugues; 
3 volumes publicados 
Próximas publicações: 
Obra c o m p l e t a de Delfim Santo1 
li volume. 
Obras Completas do Condestável Do1 
Pedro - Luis Fonseca. 
capa de Sebastião Rodrigues 
QUADRO PERIÓDICO 
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Os fJalores entre parênteses são os números de massa dos isótopos de semi-período mais longo. 
PESOS ATÓMICOS INTERNACIONAIS * 
NÚMEl(Q PESO NÚMERO PESO 
NOME S(MDOLO ATÓMICO ATÓMICO NOME SÍMBOLO ATÓMICO ATÓMICO 
Actínio A c 89 (227) Lantânio La 57 138,9 
Alumínio Al 13 27,0 Laurêncio Lw 103 (257) 
Amerício Am 95 (243} Lítio Li 3 6,94 
Antimónio Sb 51 121,8 Lutécio Lu 71 175,0 
Argon Ar 18 39,9 Magnésio Mg 12 24,3 
Arsénio As 33 74,9 Manganésio Mn 25 54,9 
Astato At 85 (210) Mendelévio Md 101 (256} 
Bário Ba 56 137,3 Mercúrio Hg 80 200,6 
Berílio Be 4 9,01 Molibdénio Mo 42 95,9 
Berkélio Bk 97 245 Neodímio Nd 60 144,2 
Bismuto Bi 83 209,0 Néon Ne 10 20,2 
Boro B 5 10,8 Neptúnio Np 93 {237) 
Bromo Br 35 79,9 Nióbio Nb 41 92,9 
Cádmio Cd 48 112/• Níquel Ni 28 58,7 
Cálcio C a 20 40,1 Nitrogénio N 7 14,01 
Califórnio Cf 98 (251) Nobélio No 102 {253) 
Carbono c 6 12,01 Ósmio Os 76 190,2 
Cério Ce · 58 140,1 Ouro Au 79 197,0 
Césio Cs · 55 132,9 Oxigénio o 8 16,00 
Chumbo Pb 82 207,2 Paládio Pd 46 106,4 Cloro Cl 17 35,5 Platina Pt 78 195,1 Cobalto C o 27 : 58,9 Plutónio Pu 94 {242} Cobre Cu 29 63,5 Polónio Po 84 210 Crípton Kr 36 . 83,8 Potássio K 19 39,1 Crómio C r 24 . 52 o Praseodímio · Pr 59 140,9 Curchatóvio Ku. 104 (261) Prata Ag 47 107,9 Cúrio Cm 96 {247) Promécio Pm 61 (147) 
Disprósio Dy 66 162,5 Protactínio Pa 91 (231} 
Einsteínio Es 99 (254} Rádio R a 88 (226} 
Enxofre s 16 32,1' Rádon Rn 86 (222) Érbio E r 68 167,3 Rénio R e 75 186,2 
Escândio Se 21 45,0 Ródio R h 45 102,9 
Estanho Sn. 50 118,7 Rubidio Rb 37 85,5 
Estrôncio Sr 38 87,6 Ruténio Ru 44 101,1 
Európio Eu 63 152,0 Samário Sm 62 '150,4 
Férmio Fm 100 (253} Selénio Se 34 79,0 
Ferro Fe 26 55,8 Silício Si 14 28,1 
Flúor F 9 19,0 Sódio Na 11 23,0 
Fósforo p 15 31,0 Tálio TI 81 204,4 Frâncio Fr 87 (223} Tântalo Ta 73 180,9 
Gadolínio Gd 64 157,3 Tecnécio Te 43 (99) 
Gálio Ga 31 69,7 Telúrio Te 52 127,6 
Germânio Ge 32 72,6 Térbio Tb 65 158,9 
Háfnio Hf 72 178,5 Titânio Ti 22 47,9 
Hânio H a 105 {262) Tório Th 90 232,0 
Hélio H e 2 4,00 Túlio Tm 69 168,9 
Hidrogénio H 1 1,008 Tungsténio w 74 183,9 
Hólmio H o 67 164,9 Urânio u 92 238,0 
1ndio ln 49 114,8 Vanádio v 23 50,9 
Iodo I 53 126,9 
Xénon X e 54 131,3 Irídio Ir 77 192,2 
Itérbio Yb 70 173,0 Zinco Zn 30 65,4 
1trio y 39 88,9 Zircónio Zr 40 91,2 
Os números entre parênteses referem-se aos elementos radioactivos. Representam 
normalmente o número de massa (não o peso atómico) do isótopo de maior: vida média. 
* Últimos valores recomendados pela União Internacional de Química Pura e Apli-
cada (I. U. P. A. C.), 1961. .. 
QUÍMICA 
UMA CI�NCIA EXPERIMENTAL 
GEORGE C. PIMENTEL 
QUÍMICA 
UMA CIÊNCIA EXPERIMENTAL
Tradução de 
VÍTOR P. CRESPO 
Com a colaboração de 
JOÃO E. SIMÃO 
FUNDAÇÃO CALOUSTE GULBENKIAN I LISBOA 
From 
CHEMISTRY AN EXPERIMENTAL SCIENCE 
Editor: George C. Pimentel 
Professor of Chemistry 
University of California, Berkeley 
Produced by The Chemical Education Material Study 
Copyright by the Regents of the University of California 
AI! rights reserved 
Original edition in English 
by W. H. Freeman & Co. 
San Francisco, California 
Portuguese edition 
by Fundação Calouste Gulbenkian 
Lisboa 
Reservados todos os direitos de harmonia. com o. lei 
Edição da 
FUNDAÇÃO CALOUSTE GULBENKIAN 
Av. de Berna 1 Lisboa 
RESPONSÁVEIS PELA EDIÇÃO INGLESA 
Editor: GEORGE C. PIMENTEL, University of California, Berkeley, California 
Editores associados 
BRUCE H. MAHAN, University of California, Berkeley, California 
A. L. McCLELLAN, California Research Corporation, Richmond, California 
KEITH MacNAB, Sir Francis Drake High School, San Anselmo, California 
MARGARET NICHOLSON, Acalanes High School, Lafayette, California 
Colaboradores 
ROBERT F. CAMPBELL 
Miramonte High Schoo/, Orinda, Ca/ifornia 
JOSEPH E. DAVIS, JR. 
A,firamonte High School, Orinda, Califomia 
SAUL L. GEFFNER 
Fores/ Hi/ls High School, Fores/ Hills, New York 
THEODORE A. GEISSMAN 
University of California, Los Angeles, Ca/ifomia 
MELVIN GREENSTADT 
Fairfax High Se/too/, Los Angeles, Ca/ifomia 
CARL GRUHN 
South Pasadena High School, South Pasadena, Ca/i[ornia 
EDWARD L. HAENISCH 
T-Jiabash College, Crawfordsville, Indimza 
ROLFE H. HERBER 
Rutgers University, New Brunswick, New Jersey 
C. ROBERT HURLEY 
Sacramento State College, Sacramento, California 
LAWRENCE D. LYNCH, JR. 
Beverly Hil/s High Se/too/, Bever/y Hi//s, Ca/i{omia 
LLOYD E. MALM 
University o[ Utah,Salt Lake City, Utah 
CLYDE E. PARRISH 
Cubberley Senior High Schoo/, PaiJ Alto, California 
ROBERT W. PARRY 
University of Michigan, Amt Arbor, Michigan 
EUGENE ROBERTS 
Polytechnic High School, San Francisco, Cali[ornia 
MICHELL J. SIENKO 
ComeU University, Itltaca, New York 
ROBERT SILBER 
American Chemica/ Society, Washington, D. C. 
HARLEY L. SORENSEN 
San Ramon Va/ley Union High Se/soo/, Danville, California 
LUKE E. STEINER 
Ober/in College, Oberlin, Ohio 
MODDIE D. TAYLOR 
Howard University, Washington, D.C. 
ROBERT L. TELLEFSEN 
Napa High School, Napa, California 
Director: J. ARTHUR CAMPBELL, Harvey Mudd College, Claremont, California 
Presidente: GLENN T. SEABORG, UniYersity of California, Berkeley, California 
PREFÁCIO 
A Química ocupa-se de todas as substâncias que constituem o 
mundo que nos rodeia. Trata também das transformações que nelas 
se verificam- transformações que estabelecem a diferença entre um 
planeta frio e inanimado e um outro pleno de vida e crescimento. 
A Química ajuda-nos a compreender os caminhos maravilhosos da 
natureza e a tirar benefício deles. 
A Química é uma parte importante daquilo a que chamamos 
Ciencia. Já que todas as fases da nossa vida diária são afectadas 
pelos frutos da actividade científica, todos nós devíamos saber o que 
é essa actividade, o que ela pode fazer e como o faz. O estudo da 
Química ensinar-nos-á estas coisas. 
QUÍMICA- Uma Ciência Experimental apresenta-nos a Química 
tal como ela é hoje. E fá-lo pondo em realce a sua parte mais inte­
ressante: a experiência. Os princípios unificadores são desenvolvidos 
tendo por base o trabalho laboratorial, como é próprio dum moderno 
curso de Química. Uma vez familiarizados com estes princípios de 
larga aplicação, nunca mais teremos necessidade da infindável memo­
rização de inúmeros dados químicos. Ver como estes princípios vão 
surgindo das observações feitas no laboratório, dá-nos uma imagem 
válida da maneira como todos os avanços científicos começam. Isto 
permite-nos a entrega à actividade científica, tornando-nos, assim, 
até certo ponto, cientistas. 
Ao chegarmos ao fim do curso não saberemos tudo acerca da 
Química, mas esperamos saber química suficiente, e o bastante sobre 
ciência, para sentir que a parte que não sabemos é compreensível e 
não misteriosa. Talvez apreciemos o grande poder dos métodos cien­
tíficos e avaliemos as suas limitações. Esperamos ter-nÓs habituado 
a fazer observações inesperadas, a pesar os factos e a formular conclusões 
válidas. Teremos adquirido o hábito de inquirir e de procurar perceber, 
em vez de ficarmos satisfeitos com a aceitação cega de asserções dogmá­
ticas. Esperamos que o leitor ficará contagiado pelo entusiasmo da 
ciência e sentirá o inesquecível prazer que provém da descoberta. 
Se a maior parte destas nossas esperanças se realizarem, o leitor terá 
tido, através da Química, uma óptima introdução à ciência. Nada 
poderia contribuir mais decisivamente para a sua formação numa 
época em que a ciência está a modelar toda a nossa vida. 
Janeiro, 1963 
IX 
GEORGE C. PIMENTEL 
Editor para o Chemical 
Education Material Study 
PRÓLOGO 
Este livro foi preparado, durante um período de três anos, por 
um gr�po de professores de Química da Universidade e do Ensino 
Médio, sob o patrocínio da National Science Foundation. O projecto, 
chamado CHEM Study, foi organizado e orientado, em grandes linhas, 
por uma Comissão Directiva formada por professores de renome nacional 
e cientistas proeminentes nos vários domínios da Química. Esta 
Comissão Directiva, presidida por Glenn T. Seaborg, Prémio Nobel, 
procurou atrair para este estudo os cientistas universitários e os pro­
fessores mais capazes do País. Os professores universitários foram 
seleccionados em todos os Estados Unidos, tendo por base os seus 
demonstrados conhecimentos científicos e o reconhecido domínio 
no campo do ensino. Os nomes dos colaboradores deste texto já 
aparecem em mais de uma dúzia de compêndios de nível pré-uni­
versitário largamente aceites. Foram também convidados como cola­
boradores outros tantos qualificados professores de Química, todos 
eles escolhidos individualmente com base nas entusiásticas recomen­
dações dos seus colegas. Estes professores participaram em todas 
as fases da preparação deste curso. O esforço de todas estas pessoas 
altamente qualificadas, totalizando mais de quinze anos-homem, 
está condensado no CHEM Study. A National Science Foundation é 
digna de louvores por tornar possíveis tais actividades; nunca, antes, 
fora congregada igual força de talento para fazer um curso de Química 
de nível secundário. 
O compêndio, QUÍMICA- Uma Ciência Experimental, foi pla­
neado para ser um curso de introdução à Química no ensino secun­
dário e está intimamente ligado ao Manual de Laboratório, que o 
acompanha, e a um conjunto de filmes apropriados. Fez-se também 
um Guia do Professor explicativo para ajudar os professores a fami­
liarizarem-se com o curso. As primeiras edições do texto e do Manual 
de Laboratório, escritas durante o verão de 1960, foram usadas no 
curso de 1960-1961 em 23 escolas e um colégio por cerca de 1 300 estu­
dantes. Durante este primeiro ano manteve-se contacto semanal com 
os professores pioneiros. Com base na experiência colhida, as matérias 
foram revistas durante o verão de 1961 e escreveu-se o Guia do Professor. 
Esta segunda edição foi seguida em 123 escolas e três colégios, espa­
lhados por todo o País, atingindo cerca de 13 000 estudantes. Mais 
uma vez a experiência colhida ditou a terceira e final revisão. O curso, 
essencialmente na forma apresentada aqui, foi usado em 1962-1963 
em 560 liceus de 46 Estados por uns 45 000 estudantes escolhidos 
ao acaso. O seu valor didáctico ficou a:s:segurauo. 
O título, QUÍMICA- Uma Ciência Experimental, define o tema 
deste curso de um ano. Começa-se por apresentar, com todo o cuidado, 
XI 
XII 
uma imagem clara e válida dos passos pelos quais a ciência progride, 
imagem que depois vai ser usada muitas vezes. As observações e 
medidas experimentais levam ao desenvolvimento dos princípios 
unificadores e, depois, usam-se estes princípios para relacionar entre 
si fenómenos diversos. Dá-se particular ênfase ao trabalho laborato­
rial, de forma a poderem extrair-se os princípios químicos directamente 
das experiências dos estudantes. Com isto, não só se dá uma visão 
correcta e não autoritária da origem dos princípios químicos, como 
também se concede a máxima oportunidade para a descoberta, que é a 
parte mais excitante da actividade científica. Os temas experimentais 
são apoiados por um conjunto de filmes, que proporcionam as provas 
experimentais necessárias, quando estas não estão fàcilmente à mão na 
aula, em virtude do perigo inerente, da sua raridade, ou do seu custo. 
O conjunto inicial de experiências e os primeiros capítulos do 
texto estabelecem os fundamentos do curso. Expõem-se, imediata­
mente a seguir, os elementos da actividade científica, incluindo o 
papel da incerteza. Vêm, depois, a . teoria atómica, a natureza da 
matéria nas suas várias fases e o conceito de mole. Seguidamente, 
dedica-se uma extensa parte do curso à dedução de princípios químicos 
importantes a partir de experiências laboratoriais apropriadas. Os prin­
cípios considerados incluem: energia, velocidade e características de 
equilíbrio das reacções químicas, periodicidade química e ligação quí­
mica em gases, líquidos e sólidos. O curso conclui com alguns capítulos 
de química descritiva, em que o valor e a aplicabilidade dos princípios 
químicos, antes deduzidos, são repetidamente confirmados. 
Há bastantes diferenças entre este curso e os cursos mais tradi­
cionais. As mais evidentes são, sem dúvida, as que resultam de termos 
de deslocar a ênfase da química descritiva para os princípios químicm;,a fim de podermos apresentar, de forma apropriada, a transformação 
da Química verificada ao longo das últimas duas décadas. Esta recons­
trução de todo o curso fornece, naturalmente, uma oportunidade única 
para fazer desaparecer a terminologia obsoleta e as matérias desadap­
tadas. Menos evidente, mas talvez mais importante, é o desenvolvi­
mento sistemático da afinidade entre a experiência e a teoria. 
Procurou-se abrir a Química gradual e logicamente e não apresentá-la 
como uma colecção de factos, sentenças e dogmas. Esperamos trans­
mitir o conhecimento do significado e das capacidades da actividade 
científica, que ajudará o futuro cidadão a avaliar, calma e sàbiamente, 
o crescente impacto dos avanços tecnológicos no seu ambiente social. 
Finalmente, pugnámos por uma interligação mais íntima de matérias e 
pedagogia entre os cursos das escolas secundárias e os modernos cursos 
de Química, com vista àqueles estudantes que irão continuar o seu 
treino científico. 
Cremos que o curso CHEJI1 Study alcança os objectivos que nos 
propusemos. A experiência demonstrou que o curso é interessante, 
dentro da compreensão do estudante médio do ensino secundário, 
e que ele incita e estimula os alunos melhor dotados. O seu conteúdo 
XIII 
proporciona uma base sólida para o estudante universitário. Uma 
pergunta surge inevitàvelmente: <<Este curso é melhor do que (ou 
tão bom como) o tradicional?>>. Não se encontra fàcilmente uma 
resposta em provas comparativas. Um estudante do CHEM Study 
pode estar em desvantagem numa prova que ponha pouca ênfase 
em princípios, que esteja carregada de perguntas descritivas memo­
rizadas, ou que empregue termos obsoletos. Ao contrário, uma prova 
gizada especificamente para o moderno conteúdo do CHEM Study 
redundaria certamente em prejuízo do estudante de preparação tradi­
cional. A questão não pode ser completamente resolvida «com objectivi­
dade>> porque, em última análise, nela estão implicados juízos de valor. Se 
os objectivos do CHEM Study são válidos ou não, e se o seu método 
é lógico, isso deve ser decidido tendo na devida conta a experiência 
dos professores e as credenciais dos que desenvolveram as matérias. 
Por inúmeras razões o CHEM Study está reconhecido à Univer­
sidade da Califórnia e ao Harvey Mudd College pela concessão de 
facilidades, de pessoal e de apoio. Agradecemos o estímulo e o apoio 
que recebemos da National Science Foundation. Finalmente, a equipa 
de redacção sente-se profundamente grata a quantos contribuíram, 
de forma tão enérgica e entusiástica, para a preparação das matérias 
do CHEM Study. Estamos gratos à Comissão Directiva pela sua 
valiosa e benéfica orientação. Agradecemos aos colaboradores, cujos 
nomes aparecem no início deste livro, a dedicação, o interesse e os largos 
talentos para este esforço. Reconhecemos especialmente os papéis 
chave de Mr. Joseph Davis, Mr. Saul Geffner, Mr. Keith MacNab, 
Miss Margareth Nicholson e Mr. Harley Sorensen. Estas individuali­
dades não só usaram as matérias do CHEM Study nas suas aulas, 
como também foram continuamente membros da equipa. O seu 
contributo e as suas críticas aumentaram grandemente o valor didác­
tico do curso CHEM Study. Agradecemos aos professores, e foram 
muitos, que utilizaram as edições experimentais nas suas aulas; o seu 
exame cuiqadoso do texto e do Manual de Laboratório, bem como 
as muitas e valiosas sugestões, forneceram uma base firme para as 
rev1soes. Por fim, agradecemos aos inúmeros estudantes que traba­
lharam com as versões experimentais do CHEJI!I Study. Todas as 
suas reacções- desgosto ou prazer, entusiasmo ou tédio, centelha 
ou apatia - foram anotadas e ajudaram a melhorar o curso. 
J. ARTHUR CAMPBELL 
Director, Chemical Education Material 
· 
Study 
Harvey Mudd College 
GEORGE C. PIM:ENTEL 
Editor, Compêndio 
University of California 
Berkeley, Califórnia 
Janeiro, 1963 
LLOYD E. MALM 
Editor, Manual de Laboratório 
University of Utah 
A. L. MC CLELLAN 
Editor, Guia do Professor 
California Research Corporation 
DAVID RIDGWAY 
Produtor, Filmes 
AGRADECIMENTOS· 
As citações que aparecem nas pagmas abaixo indicadas foram extraídas, 
com a devida autorização, das seguintes fontes: 
Página 1 History of Science, W. Dampier. New York: Cambridge University 
Press, 1949. 
25 Principia, Isaac Newton. Tradução de Mott revista por F. Cajori. 
Berkeley: University of California Press, 1934, pág. 673. 
55 New Systems of Chemical Philosophy, John Dalton. Manchester, 
Inglaterra, 1810. 
71 Readings in the Literature of Science, W. C. Dampier and M. Dampier. 
New York: Harper and Row, 1959, pág. 100. 
94 Solutions, W. Ostwald. London: Longmans, Green and Co., 1891. 
123 Comunicação de J. A. R. Newlands, Chemical News, Vol. 10, 1864, 
pág. 94. 
157 Chemical Thermodynamics, A Course of Study, Frederik T. Wall. 
San Francisco: W. H. Freeman and Company, 1958, pág. 2. 
181 O Deslocamento Para o Equilíbrio, H. Eyring, de Science in Progress, 
quarta série, editado por G. A. Baitsell, New Haven: Yale University 
Press, 1945, pág. 169. 
206 Thermodynamics, G. N. Lewis and M. Randall. New York: McGraw­
·Hill Book Co., Inc. , 1923, pág. 18. 
239 Solubility of Non-electrolytes, J. H. Hildebrand. New York: Reinhold 
Publishing Corp., 1936, pág. 13. 
262 Elements of Chemistry, A. Lavoisier. New York, 1806, pág. 14. 
293 Previsões e Especulação em Química, W. M. Latimer, Chemical 
and Engineering News, Vol. 31, 1953, pág. 3366. 
331 Textboook of Quantitati11e Inc·rganic Analysis, I. M. Kolthoff and 
E. B. SandeU. New York: Macmillan, 1936, pág. 2. 
344 The Rise of Scientific Philosophy, Hans Reichenbach. Berkeley: Uni­
versity of California Press, 1956, pág. 168. 
371 Valence, C. A. Coulson. New York: Oxford University Press, 1961, 
pág. 3. 
403 Chemical Analysis by lnfrared, Bryce Crawford, Jr . . New York: 
Scientific American, Out. 1953. 
441 The Nature of the Chemical Bond, L. Pauling. Ithaca: Cornell Univer­
sity Press, 1939, pág. 422. 
470 Les Prix Nobel, 1947, alocução Nobel por R. Robinson. Stockholm: 
Norstedt and Soner, 1947, pág. 110. 
617 Da Química Quântica à Bioquímica Quântica, Alberte Pullman and 
Bernard Pullman, in Albert Szent-Gyoergyi and Modern Biochemistry, 
XV 
XVI 
editado por René Wurmser. Paris: Institute of Biology, Physics, 
Chemistry, 1962. 
639 Origem da vida, J. B. S. Haldane, in The Earth and Its Atmosphere, 
editado por D. R. Bates. New York: Basic Books, Inc., 1960. 
As seguintes fotografias foram utilizadas com autorização das fontes indi­
cadas. 
Fron tespicio 
Página ? 
7 
7 
70 
136 
156 
205 
292 
A Química duma vela acesa, por Bernard Abramson. 
Fusão do gelo, por Ross H. McGregor. 
Fusão do alumínio, cortesia de Aluminum Corporation of America. 
Fusão da solda, por Charles L. Finance. 
G. N. Lewis, cortesia de Hagemeyer Collection, Bancroft Library, 
University of California. 
Cortando o potássio, por Charles L. Finance. 
D. Mendeleev, cortesia da Universidade de Leninegrado. 
H. Eyring, cortesia de H. Eyring. 
S. Arrhenius, cortesia de The Bettmann Archive. 
440 . L. Pauling, cortesia de The California Institute of Technology. 
454 Silicatos em cadeia, por Charles L. Finance. 
458 Cristais de cloreto de sódio, por Charles L. Finance. 
468 P. Debye, cortesia da Cornell University. 
5'15 R. Robinson, cortesia de Canadian Industries Limited. 
566 A. Stock, cortesia de The American Chemical Society. 
616 G. T. Seaborg, cortesia de California Research Corporation, Richmond 
Laboratory, Richmond, California. 
638 R. B. Woodward, cortesia de The American Chemical Society. 
Estampas Elementos e compostos, por Charles L. Finance. 
II Cores dos indicadores, por Charles L. Finance. 
II I Espectrógrafo, por Charles L. Finance. 
,. 
A QUÍ.tlfiCA DUMA VELA ACESACapítulo 1
QUÍMICA: 
UMA CI:ÍTINCIA 
EXPERIMENTAL 
. .. As ciências que não nascem, da experiência, a mãe 
de toda a certeza, são vãs e cheias de erros . . . 
LEONARDO DA VINCI, 1452-1519 
Muitas palavras se têm dito e escrito em resposta às perguntas : 
<<Qual é a natureza do estudo científico ?>> 
<<Qual é a natureza da química ?>> 
Procuraremos encontrar as respostas neste curso não apenas por 
meio de palavras, mas à custa de experiências. Ninguém pode descrever 
completamente por meio de palavras a excitação e o interesse da 
descoberta cientifica. Por isso veremos a natureza da ciência, entre­
gando-nos a uma actividade científica. Veremos a natureza da química, 
considerando problemas que interessam aos químicos. 
O nosso ponto de partida basear-se-á mais em exemplos das acti­
vidades da ciência do que em definições. Realizaremos essas actividades, 
começando por assuntos familiares. Em tais assuntos, em que já 
conhecemos a resposta, veremos melhor as fases através das quais a 
ciência progride. 
1.1 As actividades da ciência 
Toda a forma de vida <<sente>> o seu ambiente de uma maneira ou 
de outra. Em resposta a esta sensação, ela comporta-se de acordo 
com um processo determinado que tende a prolongar a sua existência. 
Uma árvore é iluminada pelo sol matinal. Como reacção, as 
folhas da árvore voltam-se, nos seus pecíolos, de forma a apresen­
tarem toda a sua superfície à luz. Este movimento faz com que 
elas interceptem mais luz, fonte de energia que move a espantosa 
fábrica química accionada pela árvore. A árvore cresce. 
1 
2 
Um urso sente que o Verão acabou - talvez pelo comprimento 
do dia ou pela cor das folhas de Outono, talvez por determinado alma­
naque ursino que os homens não podem ler. Como reacção, procura 
um canto onde durma uma soneca ao longo de todo o Inverno. Durante 
esta hibernação, a pressão sanguínea e a temperatura do corpo baixam, 
a digestão pára. O urso usa o mínimo de energia necessário para 
permanecer vivo. Não é coincidência que isto ocorra durante a estação 
em que é mais difícil encontrar alimento e em que o tempo é insu­
porUtvel. 
De todos os seres vi,·os, o homem é quem sente o seu ambiente 
e a ele reage da maneira mais complexa. É o mais curioso dos animais. 
Por meio do seu intelecto usa os sentidos com maior eficiência do que 
o antílope que foge do leão à espreita. Desenvolveu a capacidade de 
comunicação muito para além do grasnar de aviso de um pato-sentinela 
ou da chamada de acasalamento do alce solitário. O intelecto do 
homem, juntamente com a sua capacidade comunicativa, permitem-lhe 
reagir ao meio de maneira singularmente benéfica. Acumula infor­
mações sobre o seu ambiente, organiza estas informações, procura 
regularidades nelas, pergunta a si próprio porque é que as regularidades 
existem e transmite as suas descobertas à geração seguinte. São 
estas as actividades básicas da ciência : 
acumular informações por meio de observação ; 
organizar estas informações e procurar nelas regularidades ; 
perguntar a si próprio porque é que as regularidades existem ; 
comunicar a outros as descobertas. 
Assim as actividades da ciência começam com a observação. 
A observação é mais útil quando as condições que a afectam são cuida­
dosamente verificadas. Uma condição é verificada quando é fixa, 
conhecida e pode ser modificada deliberadamente, se o desejarmos. 
Esta verificação é obtida da melhor maneira num local especial - num 
laboratório. Quando a observação é feita debaixo de cuidadosa veri­
ficação, dignificamo-la com um nome especial- uma sequência (Jeri­
ficada de obser(Jações é uma experiência. Toda a ciência se constrói 
sobre os resultados da experiência. 
1.1.1 Observação e descrição 
Cada um de nós se julga um bom observador. Todavia, para uma 
boa observação não basta o simples olhar. É preciso concentração, 
um sentido de alerta ao pormenor, engenho e, muitas vezes, simples­
mente paciência. É mesmo preciso prática! Consideremos um exemplo 
da nossa própria experiência. Pensemos quanto podemos escrever acerca 
de um objecto tão familiar como uma vela a arder! Evidentemente, 
é necessária uma observação cuidadosa - uma experiência cuidadosa. 
I sto significa que a vela deve ser observada num laboratório, isto é, 
num lugar onde as condições podem ser (Jerificadas. Mas como podemos 
3 
saber quais as condições que necessitam de ser verificadas? Prepa­
remo-nos para surpresas! Por vezes as condições importantes são 
difíceis de descobrir. Eis aqui algumas condições que são importantes 
em algumas experiências, mas não são importantes neste caso : 
A experiência é feita no segundo andar. 
A experiência é feita durante o dia. 
As luzes da sala estão acesas. 
Aqui estão algumas condições que poderão ser importantes neste 
caso: 
A mesa do laboratório está próximo da porta. 
As janelas estão abertas. 
O experimentador encontra-se tão próximo da vela que a sua 
respiração a atinge. 
Fig. 1.1 Um cientista faz observações cuidadosas. 
Porque é que estas condições são importantes ? Têm alguma coisa 
de comum ? Sim, há o factor comum de que a vela não arde de maneira 
normal numa corrente de ar. As condições são importantes porque 
influenciam os resultados da experiência. As condições importantes 
muitas vezes não se reconhecem tão fàcilmente como estas. Um bom 
experimentador presta muita atenção à descoberta de condições que 
devem ser verificadas. O seu êxito é muitas vezes determinado pela 
sua capacidade em verificá-las. 
Rever a descrição que cada um de vós fez da vela a arder e 
compará-la com a qua se encontra no Apêndice 1 . Quantas das 
vossas observações se incluem lá? Quantas das enumeradas no Apên­
dice não existem na vossa descrição ? V e mos que a vela a arder é um 
objecto complicado e fascinante, quando sujeito a obserçação cuidadosa 
e descrição pormenorizada. 
1.1.2 A procura de regularidades 
A observação leva-nos inevitàvelmente a fazer perguntas. Uma 
das primeiras perguntas que geralmente se faz é : <<Que regularidades 
aparecem>> ? A descoberta de regularidades permite uma simplificação 
4 
das observações. E, em vez de cada observação permanecer isolada, 
podem classificar-se conjuntamente várias observações e assim é 
possível utilizá -las de forma mais eficiente. 
Devemos estar alerta aos perigos que existem na procura de 
regularidades. A procura é cheia de meandros e, muitas vezes, toma-se 
um caminho errado. É inerente à exploração do desconhecido o 
facto de nem todos os passos representarem um avanço. Todavia, 
não há outra maneira de avançar senão dando passos. A maneira 
como a pesquisa prossegue pode ver-se melhor na seguinte fábula. 
O desenvolvimento de um exemplo tão claro pode ajudar-nos a ver 
como o cientista procura as regularidades. 
Fábula: Uma criança perdida que procura aquecer-se 
Era uma vez uma criancinha que se perdeu. Como o tempo estava 
frio , decidiu juntar objectos para fazer uma fogueira. À medida que 
os ia trazendo para o local da fogueira, descobriu que alguns ardiam e 
outros não. Para evitar trazer substâncias sem utilidade, a criança 
começou a tomar nota dos objectos que ardiam e dos que não ardiam. 
(Organizou as suas informações). Depois de algumas excursões, a sua 
lista continha as informações indicadas na Tabela 1-1. 
Tabela ]-]. I N F L A l\1 A B I L I D A D E 
ARDEM 
Ramos de árvores 
Paus de vassoura 
Lápis 
Pernas de cadeira 
Paus de bandeira 
NÃO ARDEM 
Rochas 
Amoras 
Mármores 
Pisa-papéis 
Esta organização das informações era uma verdadeira ajuda nas 
suas diligências para conseguir aquecimento. Todavia, à medida que os 
ramos de árvores e os paus de vassoura iam rareando, a criança pro­
curou encontrar uma regularidade que a guiasse para novos materiais 
combustíveis. Observando a pilha de objectos que não ardiam e 
comparando-a coma pilha de objectos que ardiam, a criança veri­
ficou o aparecimento duma regularidade. Propôs então uma <<generali­
zação>> possível. 
Talvez: <<Os objectos cilíndricos ardem>>. 
Este é um dos processos lógicos elementares por meio dos quais se 
sistematizam as informações recolhidas. É chamado raciocínio indutii.Jo 
e significa que se cri a uma regra geral tendo como base uma série de 
obseri.Jações indii.Jiduais (ou <<factos>>). Para que serve o processo indu­
tivo ? É uma maneira eficiente de recordarmos as observações feitas. 
5 
No dia seguinte , a criança saíu à procura de materiais combus­
tíveis, mas esqueceu-se de levar a lista. Lembrava-se contudo da 
generalização a que chegara. Po r iss o voltou ao acampamento arras­
tando um ramo de árvore, uma bengala velha e três bastões de baseball 
(previsões bem sucedidas!) . Mais ainda, verificou com prazer que se 
não tinha dado ao trabalho de trazer alguns outros objectos : um 
radiador de automóvel, um bocado de uma corrente e uma porta 
grande. Uma vez que estes objectos não eram cilíndricos, não havia 
razão para esperar que ardessem. 
Sem dúvida que pode objectar-se que esta generalização não é 
realmente verdadeira! Mas muito pelo contrário! A generalização 
afirma uma regularidade descoberta entre todas as observações exis­
tentes; e, contanto que as observações sejam restritas aos objectos da 
lista, a generalização é aplicável. Uma generalização é de confiança 
dentro dos limites definidos pelas experiências que levaram ao estabe­
lecimento da regra. Contanto que nos limitemos aos objectos da 
Tabela 1- I (juntamente com bengalas e bastões de baseball) é certa­
mente verdadeiro que todos os objectos cilíndricos ardem! 
Fig. 1.2 Os objectos cilíndricos ardem. 
Devido ao êxito das suas previsões, a criança ganhou confiança 
na generalização feita. No dia seguinte, deixou deliberadamente a 
lista no acampamento. Desta vez, com a ajuda da regra, voltou muito 
carregada com três bocados dum cano, duas garrafas de <<ginger ale>> 
e o eixo de um carro velho, rejeitando uma enorme caixa de cartão 
cheia de jornais. 
Durante a longa e fria noite que se seguiu chegou a estas conclusões : 
1- A forma cilíndrica de um objecto combustível pode não 
estar, afinal, intimamente associada à sua capacidade de arder. 
2 - Muito embora a regra <<cilíndrica>> deixasse de ser útil, é certo 
que ardem os rumos de úrvorcs, os paus de vassoura, 015 lápis e 015 ouLrol5 
materiais combustíveis da Tabela 1 - I . 
3 - Será melhor levar a lista amanhã. 
6 
Mas, reflectindo sobre a lista toda, descobriu uma noça regula­
ridade que satisfazia a Tabela 1-I assim como as informações recen­
temente adquiridas : 
Talvez: <<Os objectos de madeira ardem)>. 
Qual a utilidade desta nova regra em face da desilusão anterior? 
Bem, ela fez com que a criança voltasse atrás e trouxesse a porta que 
tinha desprezado dois dias antes, mas não a levou a procurar a corrente, 
o radiador do automóvel, ou a caixa de papelão cheia de jornais. 
Não pensemos que isto é uma anedota - é exactamente o que 
sucede com a ciência! Fazemos algumas observações, organizamo-las 
e procuramos regularidades para nos ajudar no uso efectivo do nosso 
conhecimento. As regularidades são enunciadas como generali zações 
que se chamam teorias. Uma teoria mantém-se enquanto for consis­
tente com os factos da natureza conhecidos ou enquanto for uma 
ajuda na sistematização do nosso conhecimento. Podemos estar certos 
que um dia virá em que um bom número dos nossos conceitos científicos 
actuais parecerá tão absurdo como <<objectos cilíndricos ardem)>. Mas 
sentir-nos-emos então orgulhosos com os conceitos melhores que foram 
introduzidos. Os progressos titubeantes da criança - ela ainda não 
verificou que a caixa de jornais arde - não devem desanimar-nos. 
Esta criança é um cientista e os seus passos titubeantes conduzi-la-ão 
aos jornais. São os mesmos passos que nos levaram à compreensão 
actual da relatividade, à descoberta da vacina contra a poliomielite 
e à propulsão de foguetões para a Lua. 
UMA GE IERALIZAÇÃO ACERCA DA FUSÃO DOS SÓLIDOS 
Por meio de experiências, nós próprios descobrimos uma regula­
ridade importante no comportamento das substâncias sólidas. 
Um sólido funde com formação de um líquido quando se ele()a sufi­
cientemente a sua temperatura. A temperatura a que o sólido funde 
é característica. Quando o líquido quente é arrefecido, solidifica a essa 
mesma temperatura. 
Esta generalização é de grande valor. É baseada exactamente sobre 
o tipo de experiências que se realizaram. Temos confiança na regra por­
que este tipo de experiências tem sido realizado com êxito em centenas 
de milhares de substâncias. O comportamento na fusão é um dos métodos 
mais ()Ulgarmente utilizados para caracterizar uma substância. Leva-nos 
a perguntar se qualquer sólido pode ser convertido num líquido, se 
elevarmos suficientemente a temperatura. Além disso, leva-nos também 
a perguntar se qualquer líquido pode ser convertido num sólido, se 
baixarmos suficientemente a temperatura. 
Fi:;. 1 . .'3 Um sólido funde com for­
mação de um líquido a uma 
temperatura característica. 
ALGUMAS SUGESTOES DE TERMINOLOGIA 
7 
Descobrimos que um sólido pode ser convertido num líquido 
aquecendo-o até ao seu ponto de fusão ou acima deste. O sólido pode 
depois voltar a ser obtido pelo simples arrefecimento. O sólido e o 
líquido são semelhantes em muitos aspectos e um pode ser fàcilmente 
obtido a partir do outro. Por isso se diz que são fases diferentes da 
mesma substância. O gelo é a fase sólida da água, e, à temperatura 
ambiente, a água encontra-se na fase líquida. A transformação que 
ocorre, quando um sólido se derrete ou um líquido congela, denomina-se 
mudança de fase. 
1.1.3 O inquirir dos porquês 
Já entrámos em contacto com algumas das actividades da ciência. 
Primeiro vimos a observação cuidadosa em condições verificadas, 
depois a organização das informações e a procura de regularidades 
no comportamento. Existe aipda uma outra actividade que, tal como 
a sobremesa, vem, como deve ser, em último lugar. Pode chamar-se 
a esta actividade <<O inquirir dos porquês>> e resulta do nosso desejo 
irresistível de conhecer mais do que simplesmente <<o que acontece>>. 
8 
Devemos também procurar uma resposta para a pergunta <<porque é 
que acontece?>> Esta actividade é, provàvelmente, a parte da ciência 
mais criativa e a mais compensadora. Qual é o processo ? O que 
é que significa responder a uma pergunta que começa por <<porque 
é que?>> 
EXPLICAÇÕES 
Vejamos o que significa procurar uma explicação. Consideremos 
uma criança que enche um balão. À medida que ela sopra no balão, 
este expande-se e torna-se <<mais duro>>. É evidente que o gás <<empurra>> 
a parte interior do balão , esticando as suas paredes elásticas. Porque 
é que o gás empurra para fora cada vez mais as paredes do balão 
à medida que se enche? Porque é que o gás continua a empurrar para 
fora <<sem se cansar>> ou <<ficar exausto>>? Tais perguntas são do tipo 
<<porque é que>>. 
Há duas maneiras de prosseguir ao tentar responder a estas 
questões. Já examinámos uma dessas maneiras- olhar mais de perto 
para o balão, registar cuidadosamente o que vemos, e procurar regu­
laridades no. que observamos. A segunda maneira é deixar de olhar 
para o balão e procurar um comportamento semelhante noutra situação 
que compreendemos melhor. Talvez isto nos permita obter uma 
explicação da pressão do gás em termos de uma situação que compreen­
demos melhor. Por vezes surge-nos uma explicação útil numa direcção 
totalmente inesperada. 
Consideremos o movimento de uma bola de bilhar. Depois de 
levar uma tacada, ela move-se até colidir com a tabela, donde rico­
cheteia sem diminuição aparente de velocidade. Move-se numa nova 
direcção até bater noutra tabela,onde muda novamente a direcção. 
Pode continuar a mover-se até ter batido na tabela 6 ou 7 vezes. 
A bola de bilhar parece quase incansável ricocheteando repetidas vezes 
nas <<paredes>> da mesa de bilhar. Poderá existir uma ligação entre o 
movimento «incansável» da bola de bilhar e a pressão <<incansável>> 
do gás num balão ? 
Fig. 1.4 O ressalto de uma bola de bilhar sugere uma explicação 
possíçel para a pressão dum gás. 
9 
As bolas de bilhar têm de há longo tempo fascinado tanto homens 
ociosos como curiosos. Este último grupo verificou que o movimento 
da bola de bilhar pode ser descrito partindo do princípio de que cada 
colisão com a tabela é perfeitamente elástica. Quando a bola bate 
na tabela, empurrando-a, a tabela responde empurrando por sua vez 
a bola que a deixa sem perda de velocidade. O seu movimento pode 
ser aproximadamente previsto, baseando-nos na hipótese de colisões 
elásticas. Talvez o comportamento de um gás possa ser explicado 
nestes termos. Suponha-se que consideramos um gás como uma 
colecção de partículas que se movem interminàvelmente num reci­
piente, em colisão elástica com as paredes, tal como bolas de bilhar 
em miniatura. Cada vez que uma destas partículas bate na parede 
<<empurra-a>> afastando-se dela novamente. Se houver muitas partículas, 
haverá muitas destas colisões por segundo, o que explica a pressão do 
gás. Se se adicionar gás ao balão, haverá ainda mais partículas, por 
conseguinte mais colisões por segundo contra a parede, portanto maior 
pressão. Assim, o modelo da bola de bilhar oferece uma resposta à 
nossa pergunta. 
Com este exemplo podemos agora ver o significado de uma expli­
cação. Começou com uma pergunta <<porque é que>>. 
Pergunta : Porque é que o balão se expande quando se 
enche ? 
Resposta possí()el: Talvez o gás colocado no balão seja formado 
por uma colecção de pequenas partículas que ressaltam das suas 
paredes, exactamente como as bolas de bilhar ressaltam das tabelas 
de uma mesa de bilhar. Ao ressaltarem da parede do balão as partí­
culas empurram-no. Quando se adicionam mais partículas, aumenta 
por segundo o número de tais colisões contra a parede, aumen­
tando por conseguinte os empurrões na parede do balão. O balão 
expande-se. 
Isto é o tipo característico de uma explicação. Começa-se com 
um <<porque é que?>> que inquire acerca de um processo que não é 
bem entendido. Arranj a-se uma resposta em termos de um processo 
que é bem entendido. No nosso exemplo, o processo que desejamos 
esclarecer é a origem da pressão do gás no balão. É mesmo dificil 
sentir a presença de um gás. O ar à nossa volta não pode, geralmente, 
ser visto , provado ou cheirado (não considerando o smog) (1); não 
pode ser ouvido ou sentido se não houver vento. Por isso, procuramos 
explicar as propriedades de um gás em termos do comportamento 
de bolas de bilhar. Estes objectos são fàcilmente vistos e sentidos ; 
o seu comportamento tem sido amplamente estudado e é bem compreen­
dido. 
(1) N. T.-Smog deriva de smolce + fog. Trata-se de uma mistura de fumo 
e neblina. 
10 
A procura de uma explicação é então a procura de uma semelhança 
que ligue o sistema em estudo com um sistema-modelo, que já tenha 
sido estudado. Considera-se a explicação <<boa>> quando: 
1) O sistema modelo é bem compreendido (isto é, quando as 
regularidades do comportamento do sistema modelo foram completa­
mente exploradas) ; e 
2) A analogia é grande (isto é, quando há grande semelhança entre 
o sistema estudado e o sistema modelo). 
O nosso exemplo constitui uma boa explicação, porque: 
1) Há uma perfeita compreensão da maneira como ressalta uma 
bola de bilhar ; podemos calcular com pormenor matemático qual é 
a força do empurrão que a bola exerce na tabela em cada colisão ; e 
2) Há estreita ligação com a pressão de gás ; se considerarmos o 
gás como uma colecção de pequenas partículas que se movem inter­
minàvelmente em colisão elástica com as paredes do vaso, o compor­
tamento da pressão é descrito exactamente pelo mesmo tratamento 
matemático. 
A explicação da pressão do gás, baseada na sua estrutura corpus­
cular, é por conseguinte boa. 
Pode, talvez, ver-se agora que responder à pergunta <<porque 
é que?>> é simplesmente uma forma muito artificiosa de procurar 
regularidades. É, na verdade, uma regularidade da natureza os 
gases e bolas de bilhar terem propriedades em comum. A criatividade 
especial mostrada na descoberta desta realidade resulta do facto da 
semelhança não ser fàcilmente aparente. Existe muito naturalmente 
uma recompensa especial para a descoberta de semelhanças escondidas. 
O descobridor pode trazer para o sistema estudado toda a experiência 
e conhecimento acumulado sobre o sistema bem compreendido. 
AQUECIMENTO DA PALHA DE AÇO 
A melhor maneira de apreender estas ideias é sermos nós a usá-las. 
Tomemos um exemplo do nosso trabalho de laboratório. Observámos 
o aquecimento de uma série de materiais sólidos: enxofre, cera, estanho, 
chumbo, cloreto de prata, cobre. Cada um funde a uma temperatura 
característica. Este facto levou-nos à generalização: <<Um sólido funde 
a uma temperatura característica com formação de um líquido>>. A nossa 
confiança na generalização foi reforçada pela informação adicional 
(comunicada mas não experimentada) de que ela se aplica a <<centenas 
de milhar de substâncias>>. 
O professor demonstrou o efeito do aquecimento da palha de 
aço, que provou ser uma excepção espectacular à generalização sobre 
a fusão. 
Um observador inexperiente pode tomar nota deste comportamento 
especial no seu caderno de apontamentos sob a designação de <<fogo 
A palha de aço arde 
quando aquecida no ar 
11 
A palha de aço funde 
quando aquecida na 
ausência de oxigénio 
dióxido 
de 
carbono 
Fig. 1.5 O comportamento da palha de aço durante o aquecimento. 
de artifício>> e passar a uma nova substância. Uma pessoa curiosa, 
todavia, não resiste a perguntar, <<porque é que a palha de aço se 
comporta desta maneira especial ?>> 
Investigámos a combustão de uma vela com uma atitude 
totalmente diversa. Descobrimos que o ar toma parte neste pro­
cesso e que os produtos são diferentes dos materiais de que partimos. 
Temos aqui dois campos que foram completamente investigados 
e que são bem compreendidos (e que nós próprios examinámos até 
certo ponto) . Podemos dizer, abreviadamente, que os conhecimentos 
de que partimos são : 
1 - Os sólidos fundem ao aquecer. 
2 - Uma vela arde consumindo oxigénio do ar. 
Podemos perguntar porque é que a palha de aço tem, ao aquecer, 
um comportamento tão aparatoso. Talvez a explicação esteja na 
alínea 2. Embora haja importantes diferenças de aspecto, talvez 
possamos explicar o comportamento da palha de aço comparando-a 
com uma vela. Poderemos substituir na alínea 2 a palavra vela por 
palha de aço ? 
Talvez : (3) A palha de aço arde consumindo oxigénio do ar. 
Se (3) for uma comparação útil com o comportamento de uma 
vela a arder, então deveremos receber uma recompensa especial por 
esta descoberta. A comparação proposta implica que o conhecimento 
acumulado sobre a vela pode ser transferido para o novo sistema. 
Uma vez que : uma vela não arde na ausência de oxigénio, 
então : a palha de aço não deve faiscar na ausência de oxigénio. 
Eis uma hipótese sujeita a um ensaio directo. Podemos culoear 
a palha de aço numa atmosfera livre de oxigénio gasoso e procurar 
uma mudança no comportamento durante o aquecimento. Se formos 
12 
ao laboratório e aquecermos a palha de aço numa atmosfera de dióxido 
de carbono, podemos verificar, para surpresa nossa, que a palha de 
aço funde! 
Pode agora dizer-se que o comportamento especial da palha de 
aço durante o aquecimento está explicado: 
<<A palha de aço, tal como uma vela, arde quando aquecida ao ar>>. 
<<A palha de aço, talcomo outros sólidos, funde, dando um líquido, 
quando aquecida em condições que não permitam a combustão>>. 
A compreensão deste facto torna possível o tratamento meta­
lúrgico do aço (e de outros metais). Este tipo de raciocínio possibilita 
um aumento na nossa compreensão das regularidades da natureza. 
Começa-se por perguntar os porquês. 
1.2 Inccl'teza na ciência 
Damos a seguir três afirmações respeitantes ao comportamento da 
fusão do para-diclorobenzeno : 
1 - O ponto de fusão é 53°C. 
2 - O ponto de fusão é 53,2°C. 
3 - O ponto de fusão é 53,203°C. 
Aparentemente a terceira afirmação diz mais do que a segunda 
e esta mais do que a primeira. Seria surpreendente dizer que a segunda 
afirmação pode ser a mais informativa das três ? Mas é-o. Para enten­
der porquê temos primeiro que considerar a inr:erteza nas medições. 
1.2.1 O erro numa me<lição 
Uma afirmação científica transmite conhecimentos acerca do 
meio-ambiente. A afirmação é descuidada se diz menos do que é 
conhecido. É enganadora se diz mais do que se conhece. A afirmação 
mais exacta transmite claramente apenas o que é conhecido e nada mais. 
Assim, um cientista decidirá se deve dar o ponto de fusão como 
sendo 53°C, 53,2°C ou 53,203°C, considerando qual o valor que diz 
exactamente o que é conhecido acerca do comportamento de fusão 
e nada mais. 
Consideremos a nossa determinação, no laboratório, do ponto de 
fusão do paradiclorobenzeno (experiência 3). Permite-nos a medida 
da temperatura dizer que o ponto de fusão é 53°C e não 54°C ? Provà­
velmente que sim. Não é difícil ler o termómetro com esta certeza. 
Podemos ler o termómetro de maneira a distinguir 53,0°C de 53,2°C ? 
Isto é mais difícil. Depende do termómetro e da nossa experiência 
em usá-lo. Depende também de ser ou não completamente uniforme 
a temperatura do sólido durante a fusão. Todavia, uma lente permite 
uma maior certeza na leitura da escala e um aquecimento mais lento 
13 
aumentará a uniformidade da temperatura na amostra. Com cuidados 
especiais deste tipo é possível dizer que o ponto de fusão do para­
diclorobenzeno é 53,2°C e não 53,0°C. Consideremos, todavia, a possi­
bilidade de aperfeiçoar suficientemente a nossa termometria de maneira 
a distinguir entre 53,200°C e 53,203°C. Com o equipamento de que 
Fig. 1.6 Toda a medição vem afectada dalgum erro. 
No termómetro da esquerda pode ler-se a ± 0,2°C e no da 
direita a ± 0,002°C. 
dispomos isso não é possível. Concluímos então que uma medição 
cuidadosa pode estabelecer que o ponto de fusão é 53,2°C. Portanto 
a segunda afirmação (p. f. = 53,2°C) diz-nos perfeitamente o que é 
conhecido. A primeira afirmação (p. f. = 53°C) não nos diz tudo o 
que é conhecido uma vez que apenas se dão dois algarismos, embora 
se medissem três. A terceira afirmação (p. f. = 53,203°C) diz muito 
mais do que é conhecido uma vez que os dois últimos algarismos não 
foram obtidos experimentalmente. Vemos que a medição nos dá 
três algarismos que têm sentido e são significativos. Diz-se que o 
número 53,2°C tem três algarismos significativos. 
14 
1.2.2 Erro numa quantida1le derivada: adição e subtracção 
Os resultados de observações científicas muitas vezes combi­
nam-se. Por exemplo, na experiência 5 determinar-se-á a variação de 
temperatura da água durante a combustão de uma vela (ou durante 
a solidificação da cera da vela). A variação de temperatura, que 
chamamos ó.t, é o resultado de duas medições, não apenas de uma 
- é uma quantidade der i r; ada: 
Temperatura depois do aquecimento 
Temperatura antes do aquecimento 
Diferença (variação de temperatura) , 
= 3H,5°C 
= 9,3°C 
/::,.t = 29,2"C 
De acordo com a boa prática científica, gostaríamos de exprimir 
a variação de temperatura de maneira a incluir exactamente o que é 
conhecido e não mais. Para fazer isto devemos determinar como é 
que os erros nas duas leituras da temperatura determinam o erro na 
diferença, ó.t. Suponhamos que a temperatura final é medida por um 
segundo estudante que encontra um valor de 38,3°C. Um terceiro 
estudante acha depois o valor de 38, 7°C. Aparentemente, a mesma 
medição, feita por diferentes estudantes, pode diferir em alguns décimos 
de grau. A medida obtida por qualquer estudante pode ter um erro 
de cerca de 0,2°C. A temperatura considerada como sendo 38,5°C 
talvez possa ser tão alta como 38,7°C (0,2 graus mais alta) ou tão . 
baixa como 38,3°C (0,2° mais baixa)! 
Isto pode exprimir-se concisamente da seguinte maneira : 
Temperatura depois do aquecimento = 38,5 ± 0,2°C * 
Presumivelmente, a primeira medição de temperatura tem o 
mesmo erro, por isso o nosso cálculo é o seguinte : 
Temperatura depois do aquecimento = 38,5 ± 0,2°C 
Temperatura antes do aquecimento = 9,3 ± 0,2°C 
Diferença (variação de temperatura) , /::,.t = 29,2 ± ? ?°C 
Para decidir que erro atribuir a 29,2, consideremos a pior combi­
nação possível dos erros. A primeira temperatura podia ser tão baixa 
como 9, 1°C e a temperatura final podia ser tão alta como 38,7°C. Então 
a diferença seria 29,6°C. Assim a pior combinação possível de erros 
daria na diferença um erro igual à soma dos erros nas partes, 
0,2 + 0,2 = 0,4. Por conseguinte o nosso resultado, derivado, pode 
apresentar-se assim : 
Diferença (variação de temperatural = 29,2 ± 0,4°C 
* O símbolo ± lê-se <<mais ou menos•>. 
15 
Vemos que o erro numa quantidade derivada é determinado pelos 
erros nas medições que devem ser combinadas. Numa adição ou 
subtracção o erro máximo é simplesmente a soma dos erros nos compo­
nentes : 0,2 + 0,2 = 0,4. 
-- * ---
EXERCÍCIO 1.1 
Na experiência 5, o peso duma amostra de água é determinado 
subtraindo o peso do recipiente vazio do peso do recipiente com 
a água. 
(peso água) = (peso recip. + água)- (peso recip. vazio) 
Suponhamos que o peso do recipiente é 61 ± 1 gramas e o peso 
do recipiente mais água é 406 ± 1 gramas. Calcular o peso de água 
e o erro máximo no peso causado pelos erros em cada uma das duas 
pesagens. 
--*--
1.2.3 O erro numa quantidade derivada: multiplicação e divisão 
As medições de temperatura feitas na experiência 5 permitem-nos 
calcular a quantidade de calor libertada quando se queima uma porção 
de vela com peso determinado. O calor é medido em unidades chamadas 
calorias : uma caloria é o calor necessário para ele()ar de r c a tempe­
ratura de 1 grama de água *. Para elevar de 1 o a temperatura de dois 
gramas de água requerem-se duas calorias e 10 gramas necessitam 
de 10 calorias. Em geral, 
quantidade de calor necessária para elevar de um grau w gramas 
de água 
= w calorias 
Mas, na expenencia, a temperatura da água sobe vários graus 
- chamamos ó.t à variação da temperatura. Se é necessária uma 
caloria para elevar um grau centígrado a temperatura de um grama 
de água, são necessárias cinco calorias para a elevar 5 graus. De uma 
maneira geral, 
quantidade de calor necessária para elevar b.t graus w gramas 
de água 
('l) 
= w x b.t calorias 
Estamos novamente em presença do duplo problema: primeiro, 
calcular a quantidade de calor, q; e, segundo, decidir acerca do 
erro em q. 
* O calor necessário para elevar de 1 grau a temperatura de 1 grama de 
água é constante dentro de ±0,2%, entre 8 e 80°C. Costumava-se definir a caloria 
como o calor necessário para elevar a temperatura de 1 grama de água de 1 4,5 
a 1 5,5°C. 
16 
A quantidade de calor, q calcula-se por meio da equação ( 1 ) : 
é simplesmente o produto do peso de água pela diferença de tempe­
ratura. Referindo-nos aos nossos dados, encontramos 
peso de água = 3'•5 ± 2 gramas 
b.t = 29,2 ± 0,4°C. 
A quantidade de calor é igual ao produto, 
31,!) 
X 29,2 
6'JO 
3105 
690 
10 Oít•,O calorias 
q = 10 o;r,,o ± ? calorias 
Tal como na última secção, podemos fazer uma estimativa do 
erro de q, considerando a combinaçãopior possível dos erros. Supo­
nhamos que o peso é na verdade 343 gramas e !:J.t é em verdade 28,8°C. 
Então o produto seria inferior a 10.074,0 calorias. Talvez o peso 
seja na verdade 347 gramas e !:J.t 29,6°. Então o produto seria supe­
rior a 10.074,0 calorias. Estes extremos determinam o erro no produto : 
V alo r mínimo 
3!.3 
X 28,8 
2?'•4 
2?41. 
686 
9878,4 calorias 
V alo r máximo 
34? 
x29,6 
2082 
3123 
691. 
10 2?1,2 
Vemos que o produto 10.074,0 pode ter um erro de cerca de 
200 calorias. Podemos exprimir agora o resultado juntamente com 
o seu erro : 
q = 10 .074.0 ± cerca de 196 calorias 
Considerando o valor grande do erro, podemos arredondar a 
resposta, de uma maneira razoável : 
q = 10 100 ± 200 calorias 
Uma vez mais o erro do produto, uma quantidade derivada, 
é determinada pelos erros nas medidas que devem ser combinadas. 
-- *--
EXERCÍCIO 1.2 
Calcular o erro no produto w X !:J.t causado apenas pela medição 
da temperatura (admitindo que a incerteza no peso de 345 gramas 
de água se tornou insignificante fazendo pesagens mais cuidadosas). 
Calcular o erro causado apenas pelo erro na pesagem de ±2 gramas 
17 
(admitir que o erro na variação de temperatura, 29,2°C, se tornou 
insignificante pelo uso de um termómetro mais sensível) . Comparar 
estas duas contribuições no erro total de cerca de 200 calorias. 
-- * --
O erro no produto, ± 200 calorias, não é simplesmente a soma 
dos erros dos factores, ± 0,4°C e ±2 gramas. Pelo contrário, a soma 
das percentagens dos erros dos factores determina o erro do produto 
ou do cociente*. Felizmente existe um método fácil de o determinar 
aproximadamente sem calcular as percentagens. Este método, que 
se baseia no número de algarismos escritos, é descrito na Secção 1 .2.5. 
1.2.4 A ausência de certeza em ciência 
Cada sistema de medida tem limitações que fixam a sua exactidão. 
Por isso cada observação individual traz consigo alguma incerteza 
associada. Uma vez que toda a regularidade na natureza é descoberta 
por meio de observações, toda a regularidade (lei, regra, teoria) tem 
uma incerteza associada. 
'foda a afirmação científica implica alguma incerteza. 
Como corolário : 
Nenhuma afirmação científica é absolutamente certa. 
1.2.5 Como se indica a incerteza 
Já vimos dois métodos para indicar a incerteza num número. 
O mais informativo é fazer seguir um número pelo símbolo ± e, depois, 
pela melhor estimativa existente do erro. O método menos informativo, 
mas mais largamente utilizado, é indicar grosseiramente o erro pelo 
número de algarismos dados. O último algarismo dado é geralmente 
aquele em que existe alguma incerteza. Assim, o número 53,2°C 
indica que pode existir incerteza no número 2, mas que ela não existe 
tanto no número 5 como no 3. Os dígitos que são conhecidos com certeza 
e mais um chamam-se algarismos significativos. Devemos utilizar sem­
pre o número correcto de algarismos significativos e, sempre que 
possível, deve-se adicionar a indicação mais definida ±. 
Precisamos de regras convenientes para determinar o erro máximo 
em quantidades derivadas. Isto é muito fácil numa soma ou diferença. 
Em qualquer dos casos adicionam-se simplesmente os erros dos compo­
nentes. Felizmente existe uma regra igualmente simples para uma 
* O cálculo baseado na percentagem do erro é apresentado no Apêndice 4 
do Manual de Laboratório. 
2 
18 
determinação aproximada do erro num produto ou cociente. Um pro­
duto (a X b) ou cociente (afb) tem o mesmo número de algarismos signi­
ficatiços do componente menos preciso (a ou b) *. 
-- * --
EXERCÍCIO 1.3 
rias. 
Na secção 1 .2 .3 multiplicámos 345 X 29,2 para obter 10 07 4,0 calo-
a) Quantos algarismos significativos existem no factor 345 ? 
E no factor 29,2 ? 
b) Quantos algarismos significativos devem existir no produto 
10 074,0 ? 
c) São especificados seis algarismos no número 10 074,0 - mais 
do que é garantido. <<Arredondar>> este número de acordo 
com a resposta em b ) . Comparar a resposta com o resultado 
final derivado na secção 1 .2.3, q = 10 100 ± 200 calorias. 
-- *--
1.3 Comunicação da inform ação científica 
Um dos contributos mais importantes para o progresso do homem 
na compreensão e no domínio do seu meio ambiente é a sua capacidade 
de comunicar conhecimentos à geração seguinte. Não é necessário 
que cada um dos cientistas do século vinte invente a descrição atómica 
da matéria. Esta foi inventada por John Dalton no século dezanove 
e Dalton relatou as suas ideias na literatura científica juntamente com 
as observações que o levaram ao modelo. Pelo estudo desta e da 
subsequente literatura o cientista moderno pode avaliar a natureza 
da descrição, os factos que ela explicará e as suas limitações. É capaz 
de se aproximar ràpidamente das fronteiras do conhecimento - as 
fronteiras definidas pelas limitações dos modelos aceites do compor­
tamento da matéria. 
Pode quase dizer-se que o progresso científico é importante apenas 
se for comunicado a outros. Se Dalton não tivesse transmitido a 
outros as suas ideias nem tentado convencê-los (por meio dos argumentos 
em seu favor), então alguém teria que o fazer de novo. 
A comunicação do conhecimento é, pois, uma parte importante 
da actividade científica. O primeiro requisito é um bom uso da 
linguagem. 
Se uma ideia não é bem expressa, quer oralmente, quer por escrito, 
não é provável que seja claramente entendida. Um argumento perde 
a sua força se é afirmado duma maneira ambígua. Um pens3mento 
* O uso de algarismos significativos é discutido no Apêndice 4 do Manual 
de Laboratório. 
19 
Fig. 1.7 Uma regularidade <le comportamento de determinada quantidade de gás. 
À medida que a pressão sobe o oolwne decresce. 
essencial pode-se perder num labirinto de palavras. É necessário 
escolher e usar cuidadosamente a linguagem. 
A maneira de apresentar uma ideia depende, até certo ponto, 
do uso que se pretende dar-lhe e, em certa medida, do tipo de infor­
mação disponível. 
De uma maneira geral, quanto mais preciso for o enunciado da 
regularidade, maior valor tem. Há, usualmente, mais do que uma 
maneira de exprimir uma generalização e é necessário usar um bom 
critério ao fazer uma escolha entre elas. Isto vê-se melhor por meio 
de um exemplo. 
A Figura 1 . 7 mostra uma bomba de ar a cuja mangueira está 
ligado um aparelho para medir a pressão, de tal maneira que o gás 
não pode sair da bomba. Empurrando o manípulo da bomba, o êmbolo 
desce e reduz o volume ocupado pelo gás. O aparelho de medição 
mostra que a pressão aumentou. Empurrando o manípulo com mais 
força, a pressão sobe. Empurrando o manípulo ainda com mais 
força, a pressão aumenta ainda mais. Um aumento de pressão causa 
novamente uma redução de volume. Vemos que, à medida que a 
pressão sobe, o çolume diminui. 
Esta afirmação qualitativa descreve uma regularidade no compor­
tamento de determinada quantidade de gás. Uma afirmação quali­
tativa deste tipo é a forma mais grosseira de exprimir uma regula­
ridade. 
Uma pessoa curiosa, procurando entender esta regularidade, pode 
·ter necessidade de fazer medições mais cuidadosas. Pode construir 
um novo aparelho, que seja mais conveniente para medir volumes 
e pressões num largo intervalo. Depois de ter feito uma série de 
20 
medições, concluirá com uma lista de dados, como os da Tabela 1 - I I . 
Uma tabela d e dados é uma segunda maneira d e exprimir uma regu­
laridade. Num terceiro modo de expressão, as medições podem ser 
apresentadas num gráfico de pressão em função do volume, como 
na Figura 1 .8. 
Com estas medições cuidadosas podemos também procurar uma 
relação matemática do comportamento. Por vezes a inspecção dos 
dados sugere uma relação. Outras vezes a aparência do gráfico, tal 
como a Figura 1 .8, revela uma expressãomatemática. No exemplo 
que estamos a estudar, a curva assemelha-se a uma hipérbole, uma 
curva descrita pela equação simples, xy = uma constante. Esta 
semelhança leva-nos a multiplicar cada par pressão-volume como 
se mostra na terceira coluna da Tabela 1- I I . Verificamos que, no inter­
valo em que a pressão aumenta dez vezes, o produto P X V é razoà­
velmente constante. Há algumas variações no produto como pode 
ver-se tanto na Tabela 1 - I I como na dispersão dos pontos à volta da 
curva contínua na Figura 1 .8. A natureza aleatória dos desvios sugere 
que eles medem a incerteza devida à técnica experimental. Podemos 
utilizar estes desvios para nos fornecerem uma estimativa da incerteza 
na média, ±0,6. (No exercício 1 . 4 mostra-se como isto se faz) . Por 
conseguinte, podemos formular matemàticamente a regularidade com 
razoável confiança : 
P X V = 22/• ± 0,6 
Encontramos assim quatro maneiras de expnm1r a regularidade 
entre a pressão e o volume do oxigénio gasoso : 
a) QualitatiCJamente: à medida que a pressão sobe, o volume 
decresce. 
b) QuantitatiCJamente: uma tabela com os dados originais que 
mostra como estão relacionados a pressão e o volume, tal como na 
Tabela 1 - I I . 
c ) Gràficamente: u m gráfico d a relação entre a pressão e o volume 
de 32,0 gramas do gás oxigénio a ooc, como a Figura 1 .8. 
d) Jl1 atemàticamente: 
P X V = 22,4 ± 0,6 
P = pressão (em atmosferas) 
V = volume (em l itros) de 32,0 gramas de oxigénio gasoso a ooc 
Como é óbvio, a regularidade expressa na forma qualitativa 
a) é muito menos informativa do que qualquer das representações 
quantitativas das alíneas b), c) ou d). O mérito relativo das maneiras 
de exprimir b), c) e d) depende do seu uso. A Tabela 1- I I diz-nos, 
com maior pormenor, exactamente o que é conhecido acerca do compor­
tamento pressão-volume do gás oxigénio (nesta experiência) . Na 
representação gráfica da Figura 1.8, a tendência dos dados é indicada 
pela curva contínua desenhada de maneira a passar próximo do maior 
número possível de pontos. 
Tabela 1-11 
PR ESSÃO E VOLUME DE 32,0 GR AMAS DE OXIGÉNIO GASOSO t =0°C 
(em unidades 
chamadas atmosferas) 
0 ,100 
0 ,200 
0,400 
0,600 
0,800 
1 ,00 
VOLUME 
(em unidades 
chamadas litros) 
224 
1 09 
60,0 
35 ,7 
2 7 , 7 
2 2 , 4 
P x V 
22 ,4 
21,8 
24 ,0 
21 ,4 
22 ,2 
22 ,4 
Média 22,4 ± 0 ,6 
21 
As incertezas devidas a erros experimentais fazem com que os 
pontos se situem acima e abaixo da curva. Por conseguinte, a repre­
sentação gráfica revela o grau de confiança das medições. A curva 
contínua <<alisa>> estas incertezas e fornece uma base conveniente para 
predizer volumes a pressões intermédias (isto é, para interpolar). 
Todavia, no que toca à utilidade, a expressão matemática d) é de 
longe a melhor. É a maneira mais precisa de exprimir a regularidade 
juntamente com a sua incerteza. A matemática é um dos mais impor­
tantes instrumentos da química. 
200 
1 
\ 
-'1 
"' � 150 
.,-
" � 
\ � 100 ;,.. 
1'.. 
50 .......... 
·r-�-).-. 
o,z 0,4 0,6 0,8 1,0 
Pressão, atmosferas 
Fig. 1.8 Um gráfico de pressão em função do volume 
de 32,0 gramas de oxigénio gasoso; t= 0°C. 
Qualquer que seja a maneira como são apresentadas, todas as 
<<regras>>, «leis>> e <<teorias>> científicas são expressões de regularidades da 
natureza. A sua utilidade depende da quantidade de factos, dados, 
provas, elementos experimentais que mostram que a <<regra>>, <<lei>> 
ou <<teoria>> corresponde à realidade experimental. Pode utilizar-se 
22 
a relação para fazer previsões, dentro dos limites que se sabem corres­
ponder às realidades experimentais. 
--*--
EXERCÍCIO 1.4 
a) Adicione os seis valores de P X V na Tabela 1 - I I e di vida 
por 6 de maneira a obter a média, ( P X V)med. ou (PV)mect . . 
b) Adicione em seguida à Tabela 1 - 1 1 uma quarta coluna que 
mostre o desvio de cada produto P X V de (PV)med . . Encime esta 
coluna com a palavra <<Desvio>> e calcule cada número subtraindo 
(PV)med. do valor medido. Por exemplo, o segundo número será 
-0,6 (uma vez que 21,8 - 22,4 = -0,6) . 
c) Depois de completar a coluna dos desvios, adicione os valores 
(desprezando os sinais algébricos) e divida por 6 para obter um desvio 
médio. 
d) compare os cálculos em a) e c) com o resultado dado na 
Tabela 1 - I I , 
Média = 2 2 , !• ± 0,6 
-- · --
1 .4 Revisão 
Começámos este capítulo com a afirmação de que descobriríamos, 
por meio de experiências, a natureza da ciência. Já tivemos oportu­
nidade de o fazer no laboratório. Vemos que a ciência é investigação 
sistemática feita pelo homem do seu meio-ambiente. O Capítulo 1 disse­
-nos como se processa esta investigação. A parte restante do livro diz 
respeito àqueles sectores desta investigação que são realizados pelos 
qmmiCos. Antes de prosseguirmos para ver o que é a química, 
façamos uma revisão do que fizemos no laboratório até agora, insis­
tindo nas actividades da ciência. 
1.4.1 Acumulação de informações pot· meio da observação 
A observação de uma vela a arder revela uma complexidade 
espantosa. Revela também a importância e o valor de um estudo 
cuidadoso e da atenção ao pormenor. Na nossa experimentação este­
jamos atentos e prontos para acontecimentos inesperados. Façamos 
no nosso caderno de notas uma descrição, no momento da observação, 
de tudo o que se vê. O tempo da observação, tem frequentemente, 
importância. A qualidade mais importante de um caderno de notas é, 
de longe, o ser completo. Logo a seguir, em importância, vêm a legi­
bilidade, limpeza, e organização, propriedades estas que fazem do 
caderno um registo mais valioso. Sempre que possível, devem-se 
preparar com antecedência tabelas para assentar os resultados das medi­
ções que se vão fazer. Isto faz com que não nos esqueçamos de tomar 
nota de qualquer informação importante e liberta-nos dos trabalhos 
de escrituração durante a experiência. 
Fig. 1.9 Um bom experimentador é um bom observador. Tomar 
apontamentos no caderno de notas no momento da obser()açào. 
Preparar tabelas com antecedência. 
23 
Lembremo-nos de que a química é feita sobre os resultados de 
expenencias. Uma experiência é uma sequência C�enficada de obserC�a­
ções. Um bom experimentador é um bom obserC�ador. 
1.4.2 Organização das informações e a procura de regularidades 
O simples catalogar de observações não é ciência. Na verdade, 
o avanço do nosso conhecimento da natureza teria há muito tempo 
parado se apenas fizéssemos observações. A multiplicidade de factos 
conhecidos só pode ser manejável se for eficientemente armazenada. 
Chamamos a esta armazenagem a «<rganização de informações>> e a 
<<procura de regularidades>>. 
Não há uma receita única para procurar regularidades. Isto é, 
provàvelmente, a razão porque a procura é tão interessante e porque 
os cientistas obtêm tão grande satisfação pessoal no seu trabalho. 
Na procura há oportunidade para se ser original, oportunidade para 
pôr à prova a capacidade e inteligência de cada um. Podemos expe­
rimentar o prazer que um cientista obtém ao esclarecer um comporta­
mento até então confuso, com experiências cuidadosas feitas por nós 
próprios. 
No nosso estudo da vela, a presença de líquido no seu topo 
chamou-nos a atenção. Levou-nos a inquirir acerca do comportamento 
de outros sólidos familiares, quando sujeitos a tratamento semelhante. 
Neste caso procurámos uma regularidade - procurámos, por meio 
da experiência, descobrir como outros sólidos se comportam no aque­
cimento. Os nossos primeiros estudos, depois de organizados, 
levaram-nos à generalização de que os sólidos, quando aquecidos, 
fundem a uma temperatura característica. Com isso obtivemos duas 
vantagens : encontrámos uma maneira eficiente de exprimir os resul­
tados de uma série de experiências e fornecemosuma base de expecta­
tiva para o efeito do aquecimento sobre sólidos que ainda nao estu­
dámos. O grau de confiança que esta expectatiC�a merece é determinado 
pela quantidade de proC�as que apoiam a generalização. 
24 
1.4.3 O inquirir dos porquês 
A parte culminante da investigação cognominámo-la de <<o inquirir 
dos porquês>>. Procuramos explicações. Vimos, por meio de um exemplo, 
que uma explicação é a descoberta de uma semelhança que liga um 
processo que não entendemos a processos que entendemos. Esta é 
a actividade da ciência mais compensadora. Conduz-nos à exploração. 
Aprendamos a fazer a nós próprios perguntas começando com <<porquê>> 
sempre que fazemos uma observação - tanto no laboratório químico 
como fora dele. É um bom hábito e torna frequentemente a vida 
mais interessante. 
Tivemos já oportunidade de fazer muitas perguntas começando 
com <<porquê>>, em resultado do trabalho do laboratório. Na verdade, 
já existe um número suficiente dessas perguntas para fornecer a base 
da parte restante do curso. Enumeramos no fim do Capítulo algumas 
das perguntas que se levantaram durante as experiências. Há alguma 
coisa a adicionar a esta lista ? A quantas perguntas podemos já 
responder ? Algumas podem não ter ainda respostas satisfatórias. Estas 
são as perguntas mais interessantes porque elas apontam para o futuro 
- o nosso futuro. 
A L G U i\1 AS P E R G U N T A S Q U E S U R G I R A i\1 N O E S T U D O 
D E U M A V E L A A A R D E R 
Porque é que um sólido absorve calor quando funde ? 
Porque é que se liberta calor na combustão de uma vela? 
Porque é muito maior o efeito de calor na reacção química do que na 
mudança de fase estudada? 
Porque é que a vela reage com o ar para dar dióxido de carbono e água em 
vez de se dar o inverso, isto é , de o dióxido de carbono e a água reagirem para 
dar uma vela e ar ? 
Porque é que a vela nào reagiu com o ar (isto é, ardeu) enquanto esteve na 
gaveta da secretária ? Porque é que e la esperou até ao momento em que dese­
j ámos que ela ardesse ? Qual é o papel do fósforo utilizado para acender a vela ? 
Porque é que uma vela arde lentamente quando se acende o pavio, ao contrário 
do que acontece quando se acende o <•pa vi o•> de um foguete ? 
Qual é o papel do pavio na vela ? 
Qual a quantidade de água e dióxido de carbono produzidos numa vela 
a arder ? 
Porque é que o dióxido ele carbono faz com que a água de cal turve ? 
Porque é que a combustão do enxofre produz mau cheiro, ao passo que a 
combustão de palha ele aço produz faíscas ? 
Porque é que uma chama emite luz corada? 
Porque é que a base da chama é azul ? 
O que é a zona negra na chama de u m a vela? 
Porque é que a chama da vela dá mais fumo numa corrt'nte de ar? 
Porque é que as perguntas se não acabam ? 
Capítu l o 2 
U M lU O D E L O CI E N T Í F I C O : 
A T E O R I A A T Ó M I CA 
. . . As hipóteses der;em serr;ir apenas para explicar as 
propriedades das coisas e não der;em tentar predeterminá-las 
excepto na medida em que podem ser uma ajuda para 
experiências. 
ISAA C NEWTON, 1689 
Uma das actividades da Clencia é a procura de regularidades. 
As regularidades que relacionam directamente os resultados experi­
mentais chamam-se, de uma maneira geral, regras ou leis. A uma 
regularidade mais abstracta, exprimindo uma semelhança não evidente, 
chama-se geralmente um modelo, teoria ou princípio. Assim chama-se 
lei * ao comportamento do oxigénio gasoso, resumido na equação 
P X V = a uma constante. À explicação deste mesmo comportamento 
regular do gás em termos de movimento de partículas chama-se 
teoria. É uma abstracção ainda maior relacionar o produto P V 
com as equações matemáticas que descrevem o <<ricochete>> d e bolas 
de bilhar. Regras, leis, modelos, teorias e princípios têm, todavia, 
uma finalidade comum - sistematizar o nosso conhecimento experi­
mental. Todas elas exprimem regularidades entre os factos conhecidos. 
As regularidades mais abstractas provêm das descobertas de seme­
lhanças não evidentes. Quando a semelhança implica um sistema 
físico real (tal como o ricohete de bolas de bilhar), chama-se geralmente 
à explicação um modelo. Chama-se, por outro lado, teoria à expli­
cação em que uma semelhança implica uma ideia abstracta (tal como 
uma equação matemática). Não há, todavia, uma distinção real a 
fazer e usaremos, portanto, indistintamente as palavras modelo e 
teoria. 
Ao procurar uma explicação, por vezes encontramos várias. 
Quando isso acontece, utilizamos mais frequentemente o modelo (ou 
* É a lei de Boyle, assim designada por ter sido Roberto Boyle o cientista 
que primeiro descobriu esta regularidade. 
25 
26 
teoria) que for mais útil. Um modelo que se mostra útil indica-nos 
geralmente novas direcções de pensamento. Estas novas direcções 
conduzem-nos a novas experiências que têm como resultado a desco­
berta de novos factos. Muitas vezes os novos factos obrigam ao desen­
volvimento do modelo. Mas também os novos factos contradizem por 
vezes o modelo de tal ordem que ele deve ser abandonado em favor de 
outro. Tanto o desenvolvimento como o abandono de modelos ou 
teorias reflecte uma compreensão maior do ambiente. 
Vejamos como se desenvolve um modelo. 
2.1 Implicações e desenvolvim ento de um m odelo científico 
Como exemplo, podemos explorar as implicações da nossa expli­
cação do comportamento dos gases. 
Pergunta : Porque é que um balão se expande quando se enche ? 
Resposta possí�el : Talvez o gás introduzido no balão seja formado 
por uma colecção de pequenas partículas que ressaltam da parede do 
balão da mesma maneira que bolas de bilhar ressaltam das tabelas 
de uma mesa de bilhar. Quando as partículas gasosas ressaltam da 
parede do balão, empurram-na. 
Este modelo é útil, primeiro, porque podemos calcular, com 
precisão matemática, o empurrão que a bola de bilhar exerce na 
tabela em cada choque, e, segundo, porque se descreve o comporta­
mento da pressão de um gás num balão exactamente com as mesmas 
expressões matemáticas. O êxito do modelo leva a novas direcções 
de pensamento. Por exemplo, podemos procurar saber se o com­
portamento pressão-volume do oxigénio indicado na Tabela 1 - I I 
(p. 2 1 ) pode ser explicado e m termos d o modelo d e partículas de 
um gás. 
2.1.1 O comportamento pressão-volume do gás oxigénio 
Os dados experimentais da Tabela 1 - I I mostram que a diminuição 
de volume para metade faz com que a pressão duplique (dentro da 
incerteza das medidas). Como é que o modelo de partículas se coaduna 
com esta observação ? Imaginamos que há partículas de oxigénio 
ressaltando de uma para a outra parede do vaso que as contém. 
A pressão é determinada pelo empurrão dado à parede em cada colisão 
e pela frequência destas. Se se reduz o volume de um factor de 2 sem 
alterar o número de partículas, então o número de partículas por 
litro deve duplicar. Se o número de partículas por litro for duas vezes 
maior, o número de colisões na parede será duplo. Duplicando o número 
de colisões com a parede, duplicará a pressão. Portanto, o nosso 
modelo é compatível com a observação : reduzindo o volume a metade, 
duplica a pressão. 
J . . 
Fig. 2.1 No modelo de partículas, as colisões com a parede 
determinam a pressão. Reduzindo o volume a metade 
duplica a pressão. 
2.1.2 O comportamento pressão-Yolume de outros gases 
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Depois de ter compreendido este comportamento da pressão­
-volume para o oxigénio, é natural perguntar se o mesmo modelo é 
aplicável a outros gases. Assim, o desenvolvimento da teoria leva-nos a 
realizar outras experiências. Tais experiências dão origem a um cres­
cimento sistemático do nosso conhecimento do meio ambiente. São 
geralmente muito mais eficientes do que as experiências feitas às 
cegas e ao acaso. 
Dois outros gases fàcilmente acessíveis