Química_2S_EM_volume_1_(2014) aluno

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2a SRIEENSINO MDIOCaderno do AlunoVolume 1

QUMICACincias da Natureza

MATERIAL DE APOIO AOCURRCULO DO ESTADO DE SO PAULO

CADERNO DO ALUNO

QUMICAENSINO MDIO

2a SRIEVOLUME 1

Nova edio

2014-2017

GOVERNO DO ESTADO DE SO PAULO

SECRETARIA DA EDUCAO

So Paulo

Governo do Estado de So Paulo

Governador

Geraldo Alckmin

Vice-Governador

Guilherme Af Domingos

Secretrio da Educao

Herman Voorwald

Secretrio-Adjunto

Joo Cardoso Palma Filho

Chefe de Gabinete

Fernando Padula Novaes

Subsecretria de Articulao Regional

Rosania Morales Morroni

Coordenadora da Escola de Formao e Aperfeioamento dos Professores EFAP

Silvia Andrade da Cunha Galletta

Coordenadora de Gesto da Educao Bsica

Maria Elizabete da Costa

Coordenadora de Gesto de Recursos Humanos

Cleide Bauab Eid Bochixio

Coordenadora de Informao, Monitoramento e Avaliao

Educacional

Ione Cristina Ribeiro de Assuno

Coordenadora de Infraestrutura e Servios Escolares

Ana Leonor Sala Alonso

Coordenadora de Oramento e Finanas

Claudia Chiaroni Afuso

Presidente da Fundao para o Desenvolvimento da Educao FDE

Barjas Negri

Caro(a) aluno(a),

Neste Caderno, voc compreender melhor um material essencial para a sobrevivncia hu-mana: a gua. Este ser o momento de aprofundar seus conhecimentos acerca desse assunto e desco-brir novos fatos sobre essa substncia vital. Por exemplo, ser que toda gua potvel pura? Por que ser que mexer com a eletricidade estando com o corpo molhado to perigoso? De onde ser que vem o oxignio que os peixes respiram? Ser que o oxignio proveniente da molcula H2O? Por que os metais conduzem corrente eltrica, mas a madeira no? Voc conhecer as explicaes dadas pela Cincia para essa propriedade dos materiais, verificando que o domnio desse conhecimento permitiu ao homem desenvolver equipamentos e tecnologias utilizados atualmente por todas as pessoas.

Outro assunto abordado neste Caderno permitir a compreenso de um importante con-ceito qumico: as ligaes qumicas. Depois de estud-las, voc poder relacionar as propriedades dos materiais com o modelo de ligao qumica que ocorre com os tomos que constituem esses materiais. Assim, voc ter elementos para explicar, por exemplo, por que o lcool evapora mais rapidamente do que a gua ou por que uma mesma substncia pode ser slida, lquida ou gasosa dependendo da temperatura.

Voc aprofundar seus conhecimentos sobre as ligaes qumicas, estudando as relaes entre esse conceito qumico e as transformaes qumicas, que tm sido estudadas desde a 1a srie do Ensino Mdio. O papel da energia nessas transformaes tambm ser retomado e voc poder compreender, por exemplo, por que a queima da madeira libera calor conhecimento que revolu-cionou o modo de vida das pessoas.

Finalmente, voc aprender como o envolvimento da energia em uma transformao qu-mica representado na linguagem cientfica. Conhecer formas de expressar fenmenos da natureza importante para expandir o repertrio de conhecimentos que lhe possibilitar no s entender melhor novos conceitos cientficos, como tambm explic-los com outros recursos alm da lingua-gem verbal.

O bom uso deste Caderno, a sua dedicao aos estudos e o auxlio de seu professor sero os reagentes para essa nova etapa que se inicia, rumo a mais uma parte do instigante e desafiador universo da Qumica. Afinal, o conhecimento nos transforma! Bom estudo!

Equipe Curricular de Qumicarea de Cincias da Natureza

Coordenadoria de Gesto da Educao Bsica CGEBSecretaria da Educao do Estado de So Paulo

Qumica 2a srie Volume 1

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!?

SITUAO DE APRENDIZAGEM 1 PROPRIEDADES DA GUA PARA CONSUMO HUMANO

gua pura e gua potvel

Considerando a importncia da gua para a existncia de vida no planeta, nesta atividade va-mos procurar estabelecer a diferena entre gua pura e gua potvel. importante que voc tenha conhecimentos sobre o tema para refletir a respeito da escassez de gua tratada, do seu mau uso, do desperdcio e das possveis atitudes individuais e coletivas que tm o objetivo de minimizar os problemas detectados. Vamos iniciar com a leitura de um texto.

Leitura e anlise de texto

A gua pura

A vida, como a conhecemos, depende da gua, a substncia mais abundante nos tecidos animais e vegetais, bem como na maior parte do mundo que nos cerca. Trs quartos da super-fcie terrestre so cobertos de gua: 97,2% formam os oceanos e mares; 2,11%, as geleiras e as calotas polares; e 0,6%, os lagos, os rios e as guas subterrneas. Esta ltima a frao de gua aproveitvel pelo homem, que pode utiliz-la para abastecimento domstico, indstria, agricultura, pecuria, recreao e lazer, transporte, gerao de energia e outros.

Para abastecer 19 milhes de habitantes da Grande So Paulo so produzidos 5,8 bilhes de litros de gua tratada por dia. Essa gua provm dos sistemas Cantareira, Alto do Tiet e Rio Grande. Embora a ONU recomende o consumo per capita de 110 litros de gua, a mdia da capital tem sido de 221 litros por dia por habitante (dados de 2008). Levando-se em conta no s o consumo, mas tambm a perda de gua por vazamentos, desperdcio e outros, o Instituto Socioambiental (ISA) est promovendo uma campanha para combater o desperdcio de gua.

Tanto as guas doces como as salgadas so imensas solues aquosas, que contm mui-tos materiais dissolvidos. Assim, a gua na natureza no se encontra quimicamente pura. Mes-mo as guas da chuva e a destilada nos laboratrios apresentam gases dissolvidos, como o CO2, o O2 e o N2, provenientes de sua interao com a atmosfera. a presena desses gases e tambm de sais e outros compostos que torna a gua capaz de sustentar a vida aqutica os peixes e outros seres no poderiam viver em gua pura: eles necessitam do oxignio dissolvido na gua para sua respirao.

Uma substncia apresenta um conjunto de propriedades especficas que podem ser usadas para a sua identificao.

Elaborado por Maria Eunice Ribeiro Marcondes e Yvone Mussa Esperidio especialmente para o So Paulo faz escola.


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Conforme voc estudou na srie anterior, para reconhecer se uma amostra se encontra pura, do ponto de vista qumico, necessrio verificar se essa amostra apresenta um conjunto de propriedades constantes, como a temperatura de ebulio, a temperatura de fuso, a densidade e a solubilidade, alm de algumas caractersticas qumicas especficas da substncia, de acordo com a tabela a seguir.

Propriedades caractersticas de algumas substncias

SubstnciaTemperatura de ebulio a 1 atm (C)

Temperatura de fuso (C)

Densidade a 20 C

(g cm3)

Solubilidade em gua

(g 100 g1 de gua)

gua 100 0 0,998

Etanol 78,5 117 0,789

Benzeno 80,1 5,5 0,880 0,070

NaCl 1 473 801 2,17 36,0

Elaborado especialmente para o So Paulo faz escola. Fonte dos dados: LIDE, D. R. (editor-in-chief ). Handbook of Chemistry and Physics.

73. ed. Boca Raton: CRC Press, 1992-1993.

Questes para anlise do texto

1. Por que se afirma que a vida depende da gua? Onde a utilizamos? Qual sua importncia para o ser humano?

2. Compare, em termos de ordem de grandeza, a frao de gua aproveitvel pelo ser humano com as fraes dos demais corpos de gua do planeta.


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3. Compare o consumo de gua per capita recomendado pela ONU com o consumo per capita, por dia, na cidade de So Paulo. Cite algumas possveis causas dessa discrepncia.

4. gua tratada e gua pura so expresses com o mesmo significado?


A gua potvel

A palavra potvel vem do latim potabilis, que significa prpria para beber. Para ser ingerida, essencial que a gua no contenha elementos nocivos sade. Muitas vezes, as guas superfi-ciais provenientes de rios, lagos ou de afloramentos naturais, destinadas ao consumo humano ou a outros fins, no apresentam a qualidade sanitria exigida. Por essa razo, a gua para consumo humano deve passar por tratamento a fim de torn-la potvel, isto , atender a cer-tos requisitos estticos, tais como ser isenta de cor, sabor, odor ou aparncia desagradvel, ou seja, ser prpria para beber. Tambm pode ser utilizada no preparo de alimentos ou para lavar louas e roupas. Deve ser tambm isenta de substncias minerais ou orgnicas ou organismos patognicos que possam produzir agravos sade. Assim, o critrio de potabilidade diferente do critrio de pureza. A potabilidade tem como fim o auxlio da manuteno dos seres vivos, inclusive o ser humano. A pureza indica que a nica espcie qumica existente H2O, que tem propriedades especficas que a caracterizam.

Atualmente, grandes problemas esto afetando o suprimento da gua, como a poluio dos rios, lagos e lenis freticos por resduos industriais, agrcolas e humanos, alm da contamina-o por micro-organismos. Muitas vezes, essas guas contaminadas, se ingeridas, podem causar srios danos sade.

No entanto, dependendo da finalidade a que se destina, permitida nas guas a presena de espcies orgnicas e inorgnicas, como o flor recomendado pelos dentistas. Entretanto, suas quantidades devem ser monitoradas, pois, em represas ou outros tipos de reservatrios, pode ocorrer contaminao por micro-organismos patognicos, por metais como o chumbo, o zinco e outros, ou por compostos orgnicos em concentraes superiores s estabelecidas pela legislao, como mostra a tabela a seguir.


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Tipos de contaminantes da guaContaminantes da gua Exemplos

Resduos que consomem O2 dissolvido Resduos de animais e vegetais em decomposio

Agentes patognicos Micro-organismosNutrientes vegetais Fosfatos e nitratos

Compostos industriais inorgnicos cidos, bases e ons de metais (Fe2+, Hg2+, Cd2+,

Cr3+, Pb2+)Produtos industriais orgnicos Praguicidas, detergentes e petrleo

Material radioativo Restos de minerao e processamento de materiais radioativosMaterial em suspenso Sedimentos de eroso da terraCalor gua usada para resfriamento na indstria

Uma ocorrncia no Rio de Janeiro, no ano 2000, que alarmou a populao, foi a s-rie de notcias sobre a contaminao da gua por chumbo. Esse metal, na forma de Pb2+ (ction chumbo II), havia sido detectado em amostras de gua coletadas em residncias onde as tubulaes ainda eram constitudas de chumbo. Esse metal, no ser humano, deposita-se nos ossos, na musculatura, nos nervos e rins, provocando estados de agitao, epilepsia, tremores, perda de capacidade intelectual, anemias e, em casos extremos, uma doena chamada satur- nismo. Atualmente, minimizou-se esse mal, pois o uso de tubulaes de chumbo foi descartado, tornando-se obrigatria a utilizao de tubulaes fabricadas com cloreto de polivinila (PVC).

O alumnio outro contaminante que tem causado temor populao. Alguns pes-quisadores acreditam que sua presena na gua potvel pode ser aumentada caso em seu tratamento seja utilizado o alume. O uso de panelas de alumnio tambm pode aumentar a quantidade desse contaminante nos alimentos nelas processados. As pesquisas indicam que o consumo de gua potvel com mais de 100 ppb (0,1 mg L1)1 de alumnio pode causar danos neurolgicos, como perda de memria, e contribuir para agravar a incidncia do mal de Alzheimer. Alm desses contaminantes, deve-se considerar ainda os nitratos. O excesso de nitratos na gua que bebemos pode causar, tanto em bebs recm-nascidos quanto em adultos com certa deficincia enzimtica, a doena conhecida como mete-moglobinemia ou sndrome do beb azul. Bactrias presentes no estmago do beb ou em mamadeiras mal lavadas e mal esterilizadas podem reduzir o nitrato a nitrito, como mostra a equao:

NO3 (aq) + 2 H+(aq) + 2 e NO2

(aq) + H2O(l)nitrato nitritoInteragindo com a hemoglobina, o nitrito a oxida impedindo, dessa forma, a absoro e o

transporte adequados de oxignio s clulas do organismo. Em razo da falta de hemoglobina, na sua forma reduzida e que d a cor vermelha ao sangue, o beb acometido de insuficincia 1 1 ppb = 0,01 ppm; 100 ppb = 0,1 ppm = 0,1 mg L1.


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respiratria, perdendo a sua cor natural para uma cor azul-arroxeada. Nos adultos, essa doena pode ser controlada, pois a hemoglobina oxidada pode retornar com facilidade sua forma reduzida, transportadora de oxignio, e o nitrito se oxidar novamente a nitrato.

A Portaria no 2.914, de 12 de dezembro de 2011, do Ministrio da Sade, estabelece os pro-cedimentos e responsabilidades relativos ao controle e vigilncia da qualidade da gua para con-sumo humano e seu padro de potabilidade. Alguns desses dados so mostrados nas tabelas a seguir.

Alguns componentes que afetam a qualidade organolptica da guaComponentes que afetam a qualidade

organolpticaConcentrao mxima permitida (miligrama

por litro de gua)Alumnio (Al3+) 0,2Cloretos (Cl) 250,0Cobre (Cu2+) 1,0Zinco (Zn2+) 5,0Ferro total (Fe2+ e Fe3+) 0,3Mangans (Mn2+) 0,1

Valores de concentrao mxima permitida de alguns elementos na gua potvel e seus efeitos sobre a sade no Brasil

Elementos que afetam a sade Fontes principais

Concentrao mxima permitida

(mg L1)Efeitos sobre os seres

humanos

ArsnioDespejos industriais, efluentes de mineraes, inseticidas, herbicidas

0,01 Distrbios gastrintestinais, cancergeno e teratognico2

Brio Atividades industriais e de extrao da bauxita 0,7 Paralisia muscular

Chumbo Aditivos de gasolina, tintas 0,01Nuseas, irritabilidade, danos no crebro

Crmio Indstrias galvnicas 0,05 Cancergeno e mutagnicoMercrio Indstria eletroqumica 0,001 Neurotxico e mutagnico

CianetosDescarte de processos de minerao e da indstria eletroqumica

0,07Irritante para os olhos, venenoso em contato com a pele, letal

NitratosDejetos humanos, ativi-dades agrcolas e algumas atividades industriais

10 Metemoglobinemia

Cdmio Despejos de processos industriais 0,005Disfuno renal, hiperten-so, arteriosclerose

Alumnio guas potveis purificadas com alume 0,2Perda de memria, mal de Alzheimer

2 Teratognico: alterao no hereditria no feto.


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1. O que gua potvel? O critrio de potabilidade significa o mesmo que o critrio de pureza?

2. O que gua contaminada? Por que no prpria para beber?

De acordo com a legislao brasileira vigente, a gua potvel deve estar em conformidade com o padro microbiolgico aqui apresentado.

Padro microbiolgico de potabilidade da gua para consumo humano

Parmetro Valor mximo permitido

gua para consumo humano Escherichia coli ou coliformes termotolerantes Ausncia em 100 mL

gua na sada do tratamento Coliformes totais Ausncia em 100 mLgua tratada no sistema de distribuio (reservatrios e redes)

Escherichia coli ou coliformes termotolerantes Ausncia em 100 mL

As instituies responsveis pelo controle da qualidade da gua em termos de potabilidade realizam periodicamente anlises bacteriolgicas para verificar a existncia e a quantidade de micro-organismos, identificando-os como prejudiciais ou no sade, bem como anlises fsico--qumicas para determinar a existncia e a quantidade das espcies qumicas dissolvidas em gua.

Lembrando o que ocorreu em Caruaru, no Estado de Pernambuco, em 1996, quando muitas mortes foram causadas em razo do tratamento inadequado da gua usada em hemodilises, , por-tanto, dever do cidado estar atento qualidade da gua que usa e exigir monitoramento contnuo de espcies que possam afetar a sade humana e a sobrevivncia de outras espcies animais e vegetais.

Elaborado especialmente para o So Paulo faz escola.Fonte das tabelas: Portaria no 2.914, de 12 de dezembro de 2011. Disponvel em:

. Acesso em: 27 maio 2013.


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3. Que danos sade pode causar a presena de chumbo na gua potvel? Qual a concentrao mxima permitida para esse elemento na gua potvel, segundo a legislao brasileira? Quais so suas fontes?

4. Por que atualmente no se considera recomendvel o uso de panelas de alumnio?

5. Que malefcios sade pode causar a presena de nitratos na gua que bebemos?

1. Faa, no caderno, uma sntese das ideias desenvolvidas nos textos, utilizando uma tabela seme-lhante que segue. Entregue-a ao professor.

Ideia principal Pormenores importantes Concluses e implicaes

2. Segundo um levantamento informal de 1992, a gua potvel de 13 das casas de uma certa cidade tinha nveis de chumbo da ordem de 10 ppb. Supondo que um morador de uma dessas casas beba aproximadamente 2 litros de gua por dia, calcule quanto de chumbo esse adulto ingere diariamente.


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3. Examine a tabela apresentada a seguir, que contm resultados de anlises de algumas guas, distribudos de acordo com os elementos qumicos presentes (As, Ba, Pb, Hg, Al, Cu e Mn), levando em conta que a unidade mg L1 significa que em 1 L da gua analisada est contido 1 mg da espcie qumica considerada. Avalie a potabilidade dessas guas, utilizando as informa-es das tabelas do texto A gua potvel. Aponte tambm os possveis efeitos que essas guas podem causar se forem ingeridas. Apresente o resultado de sua anlise em forma de tabela.

Espcie qumica

Amostra A (mg L1)

Amostra B (mg L1)

Amostra C (mg L1)

Amostra D (mg L1)

As 0,05 1 0,001

Ba 0,8 0,50 0,001 1 000

Pb 0,015 0,05 0,01

Hg 0,00010 10

Al 0,1 0,18 0,20 10

Cu 1,09 0,89 0,90

Mn 0,01 0,10 1,00 0,98

Elaborado especialmente para o So Paulo faz escola.

Amostra Concentrao maior que a mxima permitida Efeitos txicos possveis


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SITUAO DE APRENDIZAGEM 2 DISSOLUO DE MATERIAIS EM GUA E MUDANA DE SUAS PROPRIEDADES

Atividade 1 At quanto um slido solvel em gua?

Neste estudo, voc vai estimar a quantidade mxima de sulfato de cobre pentaidratado que pode ser dissolvido em certo volume de gua, temperatura ambiente.

!?

Materiais e reagentes

5 tubos de ensaio de mesmas dimenses (altura e dimetro);

estante para tubos de ensaio;

5 rolhas para vedao;

1 basto de vidro;

1 proveta de 50 mL;

massas conhecidas de CuSO4 . 5 H2O: 1,5 g; 2,5 g; 4,2 g; 5,0 g; 6,0 g;

gua destilada.

Procedimento

1. Coloque nos tubos de ensaio as diferentes massas de sulfato de cobre e indique no r-tulo de cada um a massa nele contida.

2. Disponha-os na estante para tubos de ensaio em ordem crescente de massas.

3. Mea com a proveta o volume de 20 mL de gua e adicione-o ao primeiro tubo.

4. Vede o tubo com a rolha e agite a mistura vrias vezes. Recoloque-o na estante.

5. Proceda do mesmo modo com os outros tubos.

Compare as misturas resultantes em relao ao aspecto homogneo ou heterogneo, cor e presena ou no de slido. Anote suas observaes na tabela a seguir.


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Analise os dados coletados e responda s questes a seguir.

1. Ocorreu dissoluo total do slido em todos os tubos? Se quiser complementar sua resposta, descreva suas observaes por meio de um desenho no seu caderno ou numa folha avulsa.

2. Como explicar o depsito de slido (corpo de fundo) nos tubos IV e V?

3. possvel relacionar a constncia da cor com a quantidade dissolvida? Justifique.

4. O que poderia ocorrer se fosse adicionado mais 1,0 g de slido ao tubo II? E ao tubo IV? Justifique.

5. Pode-se estimar a quantidade mxima de CuSO4 . 5 H2O capaz de se dissolver em 20 mL de gua? E em 100 mL de gua?

Tubo Massa de CuSO4 . 5H2O (g)

Volume de gua (mL)

Aspecto homogneo ou

heterogneo

Comparao de cor

Presena ou no de

slido

I 1,5 20

II 2,5 20

III 4,2 20

IV 5,0 20

V 6,0 20


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1. Faa um pequeno resumo sobre o que voc aprendeu ao fim desta atividade. Esse resumo pode ser feito na forma de um fluxograma que mostre os passos seguidos e as concluses elaboradas. Em folha parte, entregue-o ao professor.

2. Considere a tabela a seguir que indica as solubilidades de alguns solutos da gua do mar em g 100 g1 de gua.

Solubilidade de alguns solutos da gua do mar (25 oC e 1 atm)

Soluto Frmula Solubilidade (g 100 g1 de gua)

Cloreto de magnsio MgCl2 54,1

Sulfato de clcio CaSO4 6,8 . 103

Carbonato de clcio CaCO3 1,3 . 103

Cloreto de sdio NaCl 36,0

Brometo de sdio NaBr 1,2 . 102

Sulfato de magnsio MgSO4 36,0

Elaborado especialmente para o So Paulo faz escola. Fonte dos dados: LIDE, D. R. (editor-in-chief ). Handbook of Chemistry and Physics. 73. ed. Boca Raton: CRC Press, 1992-1993.

a) Por que possvel comparar as solubilidades dos diferentes solutos?

b) Qual dos sais o mais solvel? Qual o menos solvel?

c) 20 g de cloreto de sdio foram colocados para dissoluo em 50 g de gua. A mistura resul-tou homognea? Justifique.


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Atividade 2 A vida depende da gua: outras propriedades do solvente gua

A espcie qumica gua apresenta propriedades muito peculiares e diferentes da maioria dos outros lquidos. So essas propriedades que a tornam responsvel por vrias das interaes e trans-formaes que ocorrem no planeta. Vamos estudar algumas dessas propriedades.

Situao 1 Calor especfico

Uma das caractersticas mais importantes o seu calor especfico capacidade de absorver ou perder calor.

Calor especfico de alguns lquidos a 1 atm e a 25 C

Lquido Calor especfico (J g1 . C1)

gua 4,18

Etanol 2,44

Acetona 2,17

Benzeno 2,37

Glicerina 2,37


d) Uma soluo aquosa contm como solutos os cloretos de sdio e de magnsio em iguais concentraes. Submetendo-se essa soluo evaporao, qual slido se deposita primeiro, separando-se da soluo? Justifique.

Desafio!

Em exames radiolgicos gastrintestinais, utiliza-se para contraste soluo saturada de sulfato de brio (BaSO4). No entanto, para um indivduo de 60 kg de massa corprea, o limite de tolerncia da espcie qumica on brio (Ba2+) no organismo humano de 0,7 g. Levando-se em conta que a solubilidade do BaSO4 em gua de 2,3 . 10

3 g para 1 litro de gua, explique por que a ingesto de um copo (200 mL) de soluo saturada de sulfato de brio no letal para esse indivduo.


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A gua um dos lquidos de maior calor especfico que se conhece, cujo valor 4,18 J g1 . C1. Comparando-a com o etanol (lcool comum), vemos que o calor especfico dele 2,44 J g1 . C1. Isso significa que, para elevar em 1 C a temperatura de 1 g de gua, so necessrios 4,18 J e, para elevar em 1 C a temperatura de 1 g de etanol, so necessrios 2,44 J.

Exerccios para a sala de aula

1. Considere a seguinte situao: dois frascos fechados contendo respectivamente 1 kg de gua e 1 kg de etanol ficaram expostos ao sol durante certo tempo. Qual deles estar mais quente aps esse tempo de exposio? Qual deles levar mais tempo para se resfriar? Justifique.

2. Como essa caracterstica peculiar da gua mantm, praticamente sem grandes variaes, tanto a temperatura do ambiente aqutico como o clima terrestre?

Situao 2 Densidade

Uma outra propriedade importante da gua a densidade.

Densidade da gua lquida a vrias temperaturas

Temperatura (C e 1 atm) Densidade (g . cm3)0 0,99984

2 0,99997

4 1,0000

6 0,99997

8 0,99988

10 0,99970

16 0,99910

20 0,99821

25 0,99707

30 0,99565Elaborado especialmente para o So Paulo faz escola. Fonte dos dados: LIDE, D. R. (editor-in-chief ).

Handbook of Chemistry and Physics. 73. ed. Boca Raton: CRC Press, 1992-1993.


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Normalmente, para os lquidos comuns, a densidade decresce com a elevao da temperatura. No caso da gua, porm, os dados da tabela mostram que a densidade aumenta de 0 a 4 C, em que ela mxima, e depois decresce. Como densidade a relao massa/volume, isso significa que, quando a temperatura aumenta de 0 a 4 C, a gua se contrai, diminuindo o volume e, consequen-temente, aumentando a densidade, uma vez que a massa no se altera com a temperatura. Acima de 4 C, como o volume aumenta, a densidade decresce.


1. Com base nessas informaes e sabendo que a densidade do gelo 0,92 g cm3, o gelo flutuaria na gua a 0 C? E a 25 C?

2. O que poderia ocorrer com a gua de um rio em um local onde a temperatura ambiente fosse igual ou inferior a 0 C? Justifique.

3. O que poderia acontecer com a vida em um lago se a densidade do gelo fosse maior que a da gua lquida, em um dia em que a temperatura ambiente fosse igual ou menor que 0 C?

Situao 3 Condutibilidade eltrica da gua

Para observar a manifestao de condutibilidade eltrica associada a materiais, pode-se usar um dispositivo semelhante ao da figura, em que as ligaes so feitas em paralelo.

fios desencapados

interruptor

S

amue

l Silv

a


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Quando as extremidades do fio so introduzidas no material, uma ou mais lmpadas podero acender, dependendo da capacidade que o material tem de conduzir corrente eltrica. Na gua desti-lada, por exemplo, quando os dois fios so introduzidos, nota-se que somente a lmpada de nenio (a menor) se acende. Como corrente eltrica pressupe movimento de cargas eltricas, o fato observado leva a supor que na gua esto presentes partculas portadoras de cargas eltricas livres (chamadas de ons), capazes de se movimentar, transportando energia eltrica. Contudo, ao se colocar o dispositivo de medir condutibilidade eltrica na gua de torneira, percebe-se um brilho mais intenso do que o observado anteriormente. Se o dispositivo for colocado em gua do mar, as trs lmpadas acendero. Podemos, assim, afirmar que a gua do mar apresenta um grau de condutibilidade eltrica maior que a gua potvel, que, por sua vez, possui maior condutibilidade que a gua destilada.


1. Considerando essas informaes, possvel relacionar o fato de certas espcies qumicas estarem dissolvidas na gua potvel com o fato de seu grau de condutibilidade eltrica ser maior que o da gua destilada? Proponha argumentos que justifiquem sua resposta.

2. Esses argumentos poderiam ser utilizados para explicar a condutibilidade eltrica observada na gua do mar?

3. Ao se adicionar sal de cozinha em gua destilada e medir a condutibilidade eltrica com o dis-positivo, o que voc espera observar?

4. Apresente um resumo da situao analisada e destaque a propriedade que estudou, qual sua importncia para a vida etc.


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Atividade 3 Como a presena de solutos afeta as propriedades do solvente?

1. Sabendo que a densidade do ovo no mudou com a adio de sal, explique a flutuao do ovo.

2. Analise os dados a seguir:

Solues de NaCl (% massa) Densidade a 25 C (g cm-3)

0,53 1,000

3,0 1,010

5,4 1,035

14,3 1,101


Agora relacione o que ocorreu com o ovo ao que ocorre com a densidade da soluo de NaCl, medida que aumenta a quantidade de cloreto de sdio.

Demonstrao experimental

O professor vai colocar gua em um copo grande at de sua altura. Com cuidado, introduzir um ovo cru nessa gua. Como era de se esperar, ele afunda porque mais denso que a gua. O professor adicionar sal de cozinha gua, agitando cuidadosamente, at que o ovo flutue.

Desafio!


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3. Ser que a presena de sal tambm altera a temperatura de ebulio da gua pura? Justifique sua resposta considerando os dados da tabela a seguir.

Temperaturas de ebulio de dife-rentes solues aquosas de NaCl

Concentrao de NaCl (g L1)

Temperatura de ebulio da soluo (C)

presso de 1 atm30 100,558 101,1115 102,3170 103,3

A gua do Mar Morto a mais salgada do mundo. O Mar Morto um lago situado na foz do Rio Jordo, na fronteira entre Israel e Jordnia, na regio ocidental da sia (300 m abaixo do nvel do mar). Nesse lago, a concentrao de sais dissolvidos nove vezes maior que a das guas dos ocea-nos. Um litro de gua do Mar Morto pesa 1 170 g. Um litro de gua de rios pesa 990 g.

1. Por que as pessoas boiam mais facilmente no Mar Morto?

2. Se voc determinasse a temperatura de ebulio de uma amostra da gua do Mar Morto, ela seria maior, menor ou igual de uma amostra de gua do mar do litoral do Estado de So Paulo? Explique.

3. Por que a alta salinidade do Mar Morto impede que nele existam peixes e vida vegetal? (Sugesto de leitura: GEPEQ. Interaes e transformaes: Qumica para o Ensino Mdio: livro de labora-trio. So Paulo: Edusp, 1998, v. 1. p. 47-49.)

VOC APRENDEU?


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SITUAO DE APRENDIZAGEM 3 CONCENTRAO DE SOLUES

Como voc viu, h materiais que se dissolvem em gua em determinadas quantidades. A quan-tidade de soluto presente em uma soluo pode ser expressa de diferentes maneiras. Nesta atividade, voc vai aprender como expressar concentraes de solues e saber como e quando utiliz-las.

Atividade 1 Entendendo o significado da concentrao de uma soluo

1. As concentraes mximas permitidas por lei de certos elementos qumicos na gua potvel esto apresentadas na tabela a seguir.

!?

Elementos que afetam a sade

Concentrao mxima

permitida (mg . L1)

Quantidade mxima contida

em 1 L (em mg)


em 2 L (em mg)


em 4 L (em mg)

Arsnio (As) 0,01 0,01 0,02

Brio (Ba) 0,7 0,7 1,4

Chumbo (Pb) 0,01 0,01 0,02

Mercrio (Hg) 0,001 0,001 0,002

Interprete os dados da tabela, comparando as quantidades dissolvidas em 1 litro de gua potvel e em 2 litros, e complete os dados da ltima coluna. A razo massa do soluto/volume da soluo (gua potvel) a mesma?


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FONTE SO SEBASTIO COMPOSIO QUMICA PROVVEL (mg L1)

Sulfato de estrncio: 2,25. Sulfato de clcio: 15,84. Hidrogenocarbonato de clcio: 102,72. Hidrogenocarbonato de magnsio: 36,52. Hidrogenocarbonato de potssio: 6,40. Hidrogeno-carbonato de sdio: 37,40. Cloreto de sdio: 11,62. Fluoreto de sdio: 0,52. Fluoreto de ltio: 0,08. xido de zinco: 0,01.

CARACTERSTICAS FSICO-QUMICASpH a 25 C: 7,2 Temperatura da gua na fonte: 23 C Condutividade eltrica a 25 C

em mhos cm1 2,5 . 10-4 Resduo de evaporao a 180 C: 171,82 mg L1.

REGISTRO NO MS PORT. No 00000/000/00CNPJ 000000000/000-00

INDSTRIA BRASILEIRA

a) Como est expressa a composio dessa gua mineral? Seria mais conveniente expressar a concentrao em g L1? Justifique.

b) Qual a concentrao de hidrogenocarbonato de sdio nessa gua?

c) Se forem colocados 100 mL dessa gua em um copo e 200 mL em outro, qual ser a con-centrao de hidrogenocarbonato de sdio em cada um dos copos? Justifique sua resposta.

d) Que massa de hidrogenocarbonato de sdio uma pessoa ingere ao beber 100 mL dessa gua? E ao beber 200 mL?

2. Analise as informaes contidas em um rtulo de gua mineral.


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VOC APRENDEU?

e) Que volume de gua uma pessoa deve beber para ingerir 18,7 mg de hidrogenocarbonato de sdio?

f ) Considerando todos os hidrogenocarbonatos presentes nessa gua mineral (hidrogenocar-bonato de clcio, de magnsio, de potssio e de sdio), que massa total de sais hidrogeno-carbonato uma pessoa ingere ao beber 100 mL dessa gua? E ao beber 200 mL?

1. Muitos medicamentos com os quais lidamos em nosso dia a dia informam em seus rtulos ou bulas a concentrao do componente ativo. Por exemplo, um medicamento antiespasmdico (X) contm 75 mg do componente ativo (dimeticona) por mL. Outro medicamento, antitrmi-co (Y), contm 200 mg do componente ativo (paracetamol) por mL.

Antiespasmdico X Antitrmico Y Concentrao: Concentrao:

a) Indique nos respectivos rtulos as concentraes dos componentes ativos desses medica-mentos em g L1.

b) A importncia de conhecer a composio de um medicamento est na dose que o mdico deve recomendar. Para o medicamento antiespasmdico, a dose recomendada para adultos de 16 gotas, trs vezes ao dia. Como possvel saber a massa de dimeticona que se pode ingerir por dia? (Considere o volume de 1 gota = 0,05 mL.)

2. Voc precisa preparar 250 mL de uma soluo de NaOH de concentrao igual a 20 g L1. Que massa de NaOH voc deve usar?


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1. Um frasco contm uma soluo de sulfato de cobre pentaidratado 50 g L1. Que volume dessa soluo deve ser medido para se ter 12,5 g de sulfato de cobre?

2. Determinou-se a massa de 4,0 g de hidrxido de sdio. Que volume de soluo deve ser prepa-rado para que sua concentrao seja 20 g L1?

Atividade 2 Expressando a concentrao em porcentagem em massa e porcentagem em volume

Em nossa vida diria comum encontrarmos concentraes expressas em porcentagem.

1. Considere as informaes a seguir.

cido actico no vinagre 4 a 6% (m/V)NaCl no soro fisiolgico 0,9% em massa (m/m)Cloro na gua sanitria 2 a 2,5% (m/m)

Essa unidade pode expressar a massa de soluto em 100 g da soluo (porcentagem em massa) ou a massa de soluto em 100 mL da soluo (porcentagem em massa/volume) e ainda pode expressar o volume de soluto em 100 mL da soluo (porcentagem em volume).

a) A concentrao de NaCl no soro fisiolgico est expressa em porcentagem em massa. Qual a massa de NaCl presente em 100 g de soro? Qual a massa de gua nessa quantidade de soro?


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b) Qual a massa de NaCl necessria para se preparar 500 g de soro?

Atividade 3 Expressando a concentrao em partes por milho ppm

A unidade ppm indica quantas partes de um componente esto presentes em 1 milho de partes da mistura. Essas partes podem ser massa, volume etc. Essa unidade til quando os componentes da soluo esto presentes em quantidades muito pequenas.

1. A legislao brasileira estabelece que a gua, para ser potvel, deve conter no mximo 0,0002 mg L1 de mercrio. Expresse essa concentrao em ppm.

2. O padro estadunidense estabelece o limite de tolerncia de 0,5 ppm de mercrio (Hg) em peixes como a truta. Considerando uma truta de 1 kg, calcule:

a) A massa de Hg, em miligramas, correspondente a essa concentrao.

b) Se uma pessoa, ao comer truta, tivesse ingerido 0,10 mg de mercrio, que massa de truta teria comido?

Atividade 4 Alterando a concentrao das solues diluio

Considere trs provetas (I, II e III) contendo, cada uma delas, 100 mL de soluo de CuSO4 5 H2O, na concentrao de 50 g L

1 .


27

a) b) c)

1. Qual a massa em gramas de sulfato de cobre presente nos 100 mL em cada proveta (Figura a)?

2. Adicionando gua proveta II at que o volume alcance 200 mL, a massa de sulfato de cobre contida nessa proveta se altera? O que muda? Qual a concentrao em g L1 da soluo nessa proveta (Figura b)?

3. Adicionando gua proveta III at que o volume alcance 400 mL, qual deve ser a concentrao dessa soluo? Explique seu raciocnio (Figura c).

Ja

iro S

ouza

Des

ign


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1. Tem-se uma soluo de NaOH 20 g L1. Retirou-se 20 mL dessa soluo, colocou-se em uma proveta e adicionou-se gua at completar o volume de 100 mL. Qual a concentrao da nova soluo?

2. Deseja-se preparar 500 mL de soluo de Na2CO3 10 g L1 a partir de uma soluo desse mes-

mo soluto 50 g L1. Que volume dessa soluo deve ser utilizado e diludo at 500 mL?


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SITUAO DE APRENDIZAGEM 4 UTILIZANDO A GRANDEZA QUANTIDADE DE MATRIA PARA EXPRESSAR A CONCENTRAO DE SOLUES

Outra maneira muito comum de expressar concentrao utilizar a grandeza quantidade de matria, cuja unidade o mol.

Atividade 1 Expressando a concentrao em mol L1

1. Suponha que os rtulos de dois frascos contendo solues de concentraes diferentes de sulfato de cobre pentaidratado tenham se soltado. Pela cor das solues possvel saber qual das duas a mais concentrada. Sua tarefa recoloc-los em seus devidos frascos. Considere os rtulos:

Rtulo 1 Rtulo 2

CuSO4 . 5 H2O CuSO4 . 5 H2O

Concentrao: 0,50 mol L1

Concentrao: 24,95 g L1

a) O que cada rtulo est informando?

b) Para comparar os dois rtulos e decidir qual o da soluo mais concentrada preciso ex-pressar as concentraes das solues na mesma unidade. Para isso necessrio determinar a massa de um mol do sal (massa molar). A partir do clculo da massa molar, expresse as concentraes numa mesma unidade e decida qual dos rtulos deve ser colocado na soluo de cor mais intensa.

!?

Rtulo 1 Rtulo 2CuSO4 . 5 H2O CuSO4 . 5 H2O

0,50 mol L1 ou g L1 24,95 g L1 ou mol L1


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Atividade 2 Aplicando os conceitos de concentrao

Comparando concentraes de elementos presentes na gua do mar

1. Na gua do mar encontramos sais de sdio, clcio, magnsio e potssio, entre outros, dissol-vidos. A tabela a seguir apresenta a concentrao dessas espcies em uma amostra de gua do mar. Expresse, para cada um dos elementos, a concentrao em mol L1, para que possamos comparar o nmero de partculas de cada um desses elementos presentes nessa gua.

Elemento Smbolo do elemento Concentrao (g L1)Concentrao

(mol L1)

Sdio 10,5

Magnsio 1,26

Clcio 0,41

Potssio 0,39

As massas molares podem ser conhecidas consultando-se a tabela das massas atmicas.

Complete a tabela com os smbolos dos elementos.

Apresente sua resoluo.

Compare o valor obtido com o de outro colega que escolheu o mesmo elemento. O valor obtido igual? Se no, discuta com os colegas os clculos realizados.

Coloque o valor calculado na tabela e preencha-a com informaes dos outros grupos.

Anlise dos dados

1. Qual das espcies apresenta o maior nmero de partculas dissolvidas por litro de gua do mar?

2. Considerando as quantidades dissolvidas e as massas molares, explique os valores das concen-traes em mol L1 obtidos para o clcio e o potssio.

3. Que massa de magnsio deveria estar dissolvida em 1 litro de gua do mar para que houvesse um nmero de partculas igual ao do sdio nesse volume?

4. Elabore um texto que explique os procedimentos que voc utilizou, suas concluses e quais foram suas aprendizagens.


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SITUAO DE APRENDIZAGEM 5 OXIGNIO DISSOLVIDO NA GUA: UMA QUESTO DE QUALIDADE

A presena de gs oxignio dissolvido em corpos dgua , tambm, um parmetro de qualidade dessas guas. Para entender melhor a problemtica associada presena de O2 em lagos, rios, reser-vatrios etc., faremos um estudo, iniciando pela leitura de dois textos.

Atividade 1 Discutindo a solubilidade do gs oxignio em gua

!?


Texto 1 Pergunta feita a um consultor especializado

Formei uma lagoa e soltei alguns milhares de peixes. Uma parte morreu e me falaram que era falta de oxignio na gua. Ento, coloquei uma bombinha jogando gua para cima e os peixes pararam de morrer. Necessito de mais esclarecimentos sobre o assunto.

Fonte: Globo Rural, n. 178, ago. 2000.

Texto 2 Calor e baixa oxigenao da gua podem provocar mortandade nos rios

Nos meses de vero, quando o calor intenso, a elevao da temperatura acima de 40 oC tem sido apontada como uma das causas da mortalidade de peixes nas regies afetadas por essa situao climtica.

Isso acontece porque, segundo os tcnicos que estudam o assunto, quando a temperatura da gua aumenta muito, os micro-organismos aquticos passam a se reproduzir mais rapida-mente, o que provoca aumento no consumo de oxignio da gua.

Sabe-se que a adequada manuteno da vida aqutica ocorre quando o nvel de oxignio dissolvido por litro de gua varia entre 6 e 9 mg; no entanto, em regies em que a temperatura da gua chega a 40 oC (ou mais), os ndices de oxignio por litro podem cair at a 0,5 mg! Em regies em que os ndices de oxignio caem tanto, os resultados so fatais e se registra uma gran-de mortandade de peixes, como a ocorrida, em outubro de 2007, no Vale do Rio dos Sinos, onde aproximadamente 85 toneladas de peixes morreram, vitimados pela baixa oxigenao da gua em funo da elevada temperatura.



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2. Qual a mxima quantidade de oxignio que se dissolve em 1 litro de gua a uma temperatura de 25 C?

Questo para discusso

1. Considerando seus conhecimentos e os dados apresentados, discuta com seus colegas se as hi-pteses apresentadas para a morte dos peixes, nos dois textos, podem ter algum fundamento. Apresente, por escrito, seus argumentos.

Atividade 2 Interpretando a demanda bioqumica de oxignio (DBO)

1. Escreva o que voc entende por demanda bioqumica de oxignio (DBO).

Solubilidade do oxignio em gua, a 760 mmHg, a vrias temperaturas.

Anlise do grfico

1. Observando o grfico mostrado na figura, o que voc conclui a respeito da solubilidade do gs oxignio em gua com o aumento da temperatura?

Solubilidade do oxignio a vriastemperaturas (a 760 mmHg)

0 10 20 30 40 50

1612840

temperatura (C)

solu

bilid

ade

)m

g L

(1

C

onex

o E

dito

rial


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2. Escreva a seguir a expresso matemtica que representa a DBO.

3. Complete a frase a seguir:

Quanto maior for a DBO de uma gua, ser a quantidade de oxignio necessria para que ocorra a transformao dos materiais.

4. Os dados de DBO de algumas fontes de gua esto relacionados no quadro a seguir. Analise-os e discuta com seus colegas a possibilidade de apresentarem problemas com relao quantidade de oxignio dissolvido. Explique.

Dados de DBO

Nas guas do Riacho dos Macacos, na regio de Juazeiro do Norte, durante o perodo seco, a variao da DBO foi de 89 mg L1 a 456 mg L1.

Fonte: FRANCA, R. M. Engenharia sanitria ambiental, Rio de Janeiro, v. 11, n. 1., mar. 2006.

Nas guas do Rio Batalha, a DBO variou de 2 mg L1 a 6 mg L1, conforme o ponto de coleta, feita na regio de Bauru.

Fonte: CBHTB (Comit da Bacia Hidrogrfica do Tiet/Batalha). Relatrio de situao dos recursos hdricos da UGRHI 16.

Nas guas do Crrego Carajs, houve uma diminuio da DBO de 193 mg L1 em set./2004 para 14 mg L1 em jan./2006.

Fonte: MASSONE, G.; MACHADO, G. Crrego Carajs no Parque da Juventude: despoluio em reas urbanas. Disponvel em: . Acesso em: 27 maio 2013.

Aplicao dos conhecimentos sobre DBO

A ureia uma substncia que se forma na decomposio de protenas, estando presente na excreo de mamferos. Sua decomposio na presena de oxignio pode ser descrita pela seguinte equao:

CO(NH2)2 + 4 O2 CO2 + 2 NO3 + 2 H+ + H2O


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Suponha que certa fonte de gua recebeu uma quantidade de ureia equivalente a 2,5 g por 100 litros de gua. Sabendo que 1,0 g de ureia consome 2,13 g de oxignio, calcule a DBO desse corpo de gua. Expresse o valor encontrado em mg L1 e em ppm.

PESQUISA DE CAMPO

Conhecendo as guas da regio

Nesta pesquisa em grupo vocs conhecero melhor os corpos dgua de sua regio ou das pro-ximidades.

Muitas vezes, os corpos dgua so utilizados para lazer, podem ser fonte de alimentos e compem a esttica da paisagem. Assim, a qualidade dessas guas de fundamental importncia para a populao que vive em suas imediaes e que delas se utiliza.

O roteiro apresentado a seguir pode orientar a pesquisa do grupo.

a) Esbocem um mapa da regio, localizando os corpos dgua.

b) Escolham um deles para estudo e procurem conhecer o tipo de atividade produtiva existente prxima a esse corpo dgua.

c) Visitem o rgo que tem como uma de suas funes controlar a qualidade das guas (Depar-tamento de guas e Esgotos (DAE), Secretaria do Meio Ambiente, Estao de Tratamento de gua (ETA), Companhia Ambiental do Estado de So Paulo (Cetesb) local etc.) e entrevistem as pessoas responsveis por esses controles. Vocs podem estabelecer um dilogo por meio de perguntas como: H um padro de qualidade para esse corpo dgua (o que vocs escolheram)? So feitas medidas para controlar a DBO? Como isso realizado e com que regularidade? O que os dados dessas medidas tm mostrado? H um controle dos tipos de material lanados nessas guas? J houve eventos como mortandade de peixes, mau cheiro etc.? O que esse rgo tem feito para esclarecer a populao sobre como evitar possveis problemas de poluio das guas?

d) Entrevistem moradores ribeirinhos e pescadores (se houver) para saber como se utilizam da gua, se notam problemas, se a quantidade de peixes vem diminuindo e se consideram que a qualidade da gua vem mudando.

e) Escrevam um relatrio apresentando os principais dados coletados, suas anlises e indiquem alguma recomendao s pessoas de sua comunidade visando contribuir para a qualidade dos corpos dgua da regio.


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H outros gases que se dissolvem na gua?

Para responder a essa pergunta, analise os dados apresentados na tabela e responda s questes.

Solubilidade em g CO2 100 mL1

H2O a 1 atm0,33 0,23 0,17 0,13 0,10 0,06

Temperatura C1 0 10 20 30 40 60

1. Construa um grfico da variao da solubilidade com a temperatura.Escolha as escalas adequadas e coloque os ttulos e as unidades de cada eixo.

2. A que temperatura a solubilidade do CO2 em gua o dobro do valor apresentado a 40 C?

3. Comparando a solubilidade do CO2 e do O2 em gua numa mesma temperatura, qual dos dois o mais solvel? Explique.

4. Certas substncias ao ser lanadas em um corpo dgua reagem com o gs oxignio dissolvido na gua, ocorrendo a formao de gs carbnico. Discuta se o CO2 formado vai se dissolver nessa gua.

VOC APRENDEU?


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SITUAO DE APRENDIZAGEM 6 TRATAMENTO DA GUA: UMA QUESTO DE SOBREVIVNCIA

O tratamento da gua para consumo humano de fundamental importncia para a qualidade de vida. Voc j pensou de onde vem a gua que chega sua casa? Como ela tratada para se tornar adequada ao consumo?

PESQUISA INDIVIDUAL

Procure em livros didticos de Qumica ou em pginas da internet (por exemplo: portal da Sabesp, portal da Universidade da gua) sobre as etapas do tratamento de gua geralmente em-pregadas nas Estaes de Tratamento de gua (ETA) do Estado de So Paulo.

Elabore uma tabela contendo as etapas e suas finalidades.

!?

Etapa Finalidade

Neste experimento, voc vai realizar uma simulao do tratamento da gua que acontece numa ETA.

1. Montagem de um dispositivo para a filtrao

Material

2 garrafas plsticas iguais, vazias (de gua mineral de 500 mL);

3 colheres (sopa) de pedras (de aqurio ou de construo) bem lavadas;

4 colheres (sopa) de areia grossa bem lavada;

7 colheres (sopa) de areia fina bem lavada;


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Procedimento

Para fazer o filtro, corte o fundo da garrafa usando uma tesoura, conforme mostra a figura Como cortar o filtro.

Para montar o suporte, corte as duas extremidades da outra garrafa com a tesoura, con-forme mostra a figura Como cortar o suporte.

Faa um furo na tampa da primeira garrafa usando um prego ou a ponta da tesoura.

Junte o filtro e o suporte usando fita adesiva, conforme a figura Como fixar o filtro ao suporte.

Como cortar o filtro. Como cortar o suporte.

Como fixar o filtro ao suporte.

Coloque 3 colheres de pedras no filtro. Elas serviro para sustentar as outras camadas.

Coloque, com cuidado, 4 colheres de areia grossa em cima da camada de pedra. No misture as camadas.

Coloque, com cuidado, 7 colheres de areia fina em cima da camada de areia grossa. No misture as camadas.

1 colher (sopa) de carvo em p;

1 tesoura;

fita adesiva;

2 copos plsticos (de qualquer tipo);

1 colher (sopa).

Ilustr

ae

s:

Cla

udio

Rip

insk

as


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2. Tratamento de gua

Materiais Reagentes

1 peneira plstica (de ch);

1 copo plstico pequeno ( 50 mL);

1 bquer de 50 mL;

1 proveta de 10 mL;

1 conta-gotas;

1 colher de plstico;

1 filtro de areia;

tubos de ensaio;

1 estante para tubos de ensaio;

1 esptula plstica pequena;

escala do indicador universal verde;

indicador universal verde;

escala de padres de cloro.

gua;

terra;

soluo diluda (2% em massa) de gua sanitria (recm-aberta);

soluo de sulfato de alumnio 7,5 g L1 Al2(SO4)3;

suspenso de hidrxido de clcio 3 g L1 Ca(OH)2 ou gua de cal;

cido actico 4% ou vinagre;

soluo de iodeto de potssio 1,8% em massa (KI);

amido (maisena).

Para se certificar de que o filtro est limpo, adicione 1 copo de gua da torneira nele, recolhendo-a no outro copo. Caso a gua saia suja, turva ou com pequenas partculas, repita esse procedimento at obter uma gua limpa.

Use uma colher para aplainar a camada de areia.

Coloque, cuidadosamente, uma colher de carvo em p sobre a camada de areia fina. Seu filtro deve ficar semelhante ao mostrado na figura Filtro montado.

Adicione, cuidadosamente, um copo de gua no fil-tro, recolhendo-a no outro copo. Certifique-se de que o carvo no est passando pelo filtro. Caso o carvo esteja saindo com a gua, desmonte todas as camadas, lave os materiais e repita a montagem do filtro. Anote suas observaes.

carvo

areia fina

areia grossa

pedras

C

laud

io R

ipin

skas

Filtro montado.


40

Procedimento

a) Peneirao

Coloque aproximadamente 30mL de gua em um bquer de 50 mL. Acrescente a essa amostra 1 colher de terra e agite.

Passe a gua atravs da peneira, recolhendo-a em um copo. Observe o aspecto da gua. Anote o aspecto da gua antes e depois da peneirao.

b) Pr-clorao

Adicione 8 gotas de soluo de gua sanitria gua peneirada. Agite e observe se ocor-reram mudanas. Anote suas observaes.

c) Floculao

Adicione gua que est sendo tratada 30 gotas de soluo de sulfato de alumnio e misture com a colher.

Agite bem o frasco com a suspenso de hidrxido de clcio e adicione 15 gotas gua peneirada. Misture bem com a colher.

Observe o que ocorre, deixando o copo em repouso por alguns minutos. Anote suas observaes.

d) Filtrao

Despeje, cuidadosamente, a gua que estava em repouso no filtro de areia, no deixando cair os resduos que ficaram no fundo do bquer.

Recolha a gua filtrada num copo limpo. Observe o aspecto da gua e anote.

e) Verificao do pH

Coloque 10 gotas da gua filtrada em um tubo de ensaio. Adicione 1 gota de indicador universal. Compare com a escala-padro. Anote o valor lido.


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f ) Teste de cloro residual

Mea com a proveta 2,5 mL de gua filtrada e transfira essa gua para um tubo de ensaio.

Adicione 15 gotas de vinagre (soluo de cido actico 4%) e agite.

Adicione 5 gotas da soluo de iodeto de potssio 1,8% e agite.

Acrescente um pouco de amido ao tubo (quantidade suficiente para cobrir a ponta da esptula).

Agite bem, aguarde alguns segundos e observe. Compare a cor obtida com a escala de padres de cloro. Anote o resultado.

Questes para anlise do experimento

1. Explique a razo de se verificar o pH da gua no final do tratamento.

2. Explique a razo de se verificar a quantidade de cloro residual.

PESQUISA DE CAMPO

Visita estao de tratamento de gua

Nesta atividade, voc poder conhecer a estao de tratamento de sua cidade ou regio. Para que a visita seja proveitosa, vamos planejar algumas atividades. Em uma conversa com seu grupo ou com toda a classe, elabore um roteiro, escrevendo, a seguir, as decises tomadas.

Roteiro de visita ETA

a) Objetivos:


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b) Locais a ser visitados:

c) Entrevistar:

Sim No

Tcnico qumico

Administrador

Operadores do sistema

Pessoal da limpeza

Outros (especificar)

d) Perguntas a ser feitas para os entrevistados:

e) Tarefas da equipe e de cada componente:


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Elabore, de acordo com as orientaes de seu professor, um relato do trabalho que seu grupo realizou (relatrio, apresentao oral etc.).

Questo para discusso

1. Suponha que voc v participar de uma discusso sobre os usos e a preservao da gua e preten-da defender o uso consciente e responsvel da gua tratada. Com base em seus conhecimen-tos, explicite suas ideias sobre o que seria o uso consciente e apresente os argumentos que voc utilizaria para defend-las.

APRENDENDO A APRENDER

Observando as guas de uma regio, e levando em conta o que voc aprendeu sobre a gua, possvel colocar esse conhecimento em ao. Procure conhecer, por exemplo, as diferentes fontes de gua da regio onde voc mora, o uso que a populao faz dela, como feito o trata-mento da gua de abastecimento, se h fontes de poluio da gua etc.


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SITUAO DE APRENDIZAGEM 7 AS QUANTIDADES EM TRANSFORMAES QUE OCORREM EM SOLUO: UM CLCULO IMPORTANTE NO TRATAMENTO DA GUA

Em uma estao de tratamento, importante que se empreguem quantidades adequadas dos materiais utilizados. Nesta atividade vamos estudar como se pode calcular a quantidade dos reagen-tes envolvidos na etapa da floculao.

Em uma estao de tratamento como a de Rio Claro (Sabesp) so produzidos 4 mil litros de gua tratada por segundo. Como possvel calcular as quantidades de sulfato de alumnio e de xido de clcio a ser empregadas?

Vamos supor que nessa ETA seja utilizada soluo 20 ppm de sulfato de alumnio. Qual a quantidade necessria desse sal e de CaO para tratar a quantidade de gua produzida em apenas 1 segundo? E em 1 hora?

Participe da resoluo desse problema, registrando seus clculos e os raciocnios utilizados.

1. Escreva as equaes qumicas que representam as transformaes em estudo.

2. Calculando as massas dos reagentes:

a) Expresse a concentrao ppm em massa por volume (g L1) 20 ppm de Al2(SO4)3. Con-sidere a densidade da soluo igual a 1,0 g cm3 a 25 oC.

b) Calcule a massa de sulfato de alumnio necessria para tratar 4000 L de gua.

!?


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Al2(SO4)3 3 Ca(OH)2Quantidade em mol 1 mol de partculas 3 mol de partculas

Massa dessa quantidade (g)

Massas que reagem (g)

Massa de Ca(OH)2 calculada para tratar 4 000 litros de gua:

4. Calculando a massa dos reagentes para o volume de gua tratada em 1 hora.

a) Calcule o volume de gua que tratado em 1 hora.

b) Calcule as quantidades de sulfato de alumnio e de hidrxido de clcio necessrias para tratar esse volume de gua.

3. Calculando a massa de hidrxido de clcio que reage com essa massa de sulfato de alumnio:Dados: Al = 27 g mol1; S = 32 g mol1; O = 16 g mol1; H = 1 g mol1.

a) Calcule a massa molar do sulfato de alumnio e do hidrxido de clcio.

Massa molar: Al2(SO4)3 = Ca(OH)2 =

b) Preencha a tabela.


46

5. Supondo que a ETA utilize no tratamento uma soluo de 0,30 mol L1 de sulfato de alumnio:

a) D o significado de 0,30 mol L1.

b) Calcule o volume dessa soluo necessrio para a floculao do volume de gua tratada por segundo.

A reao entre carbonato de clcio e solues cidas um processo importante, pois pode ser utilizada para controlar a acidez de meios aquosos e de solos. A equao que representa essa trans-formao :

CaCO3(s) + 2 HCl(aq) CO2(g) + H2O(l) + CaCl2(aq)Tem-se um recipiente com 50 litros de soluo aquosa de cido clordrico 0,40 mol L1.

Qual a massa mnima de carbonato de clcio necessria para reagir com todo esse cido?

Para auxiliar na resoluo desse exerccio, algumas questes so apresentadas.

1. O que a leitura da equao mostra em relao s propores?

2. necessrio calcular a massa molar dos reagentes?

3. O que significa 0,40 mol L1?

4. Seria interessante calcular a massa de carbonato que reage com 1 litro da soluo de cido? Ou calcular a quantidade de cido em 50 litros da soluo?

Apresente seu raciocnio.


47

Resoluo


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SITUAO DE APRENDIZAGEM 8 COMO O SER HUMANO UTILIZA A GUA? PODEMOS INTERFERIR NOS MODOS COMO A SOCIEDADE VEM UTILIZANDO A GUA?

Para conhecer mais sobre a qualidade da gua e sua importncia para a vida, e para que voc possa refletir e tomar suas prprias decises sobre essa questo, so sugeridos alguns textos para leitura. Escolha um deles, de acordo com a orientao de seu professor, leia-o, elabore um resumo com as principais ideias tratadas e com suas opinies e prepare uma apresentao para seus colegas.

Sugestes de textos:

Sobre a responsabilidade no cuidado da gua

Captulos II e III do anexo Portaria no 2.914 (dezembro de 2011). Disponvel em: . Acesso em: 27 maio 2013.

TUNDISI, J. G. A gesto das guas nos sistemas urbanos. In: gua hoje e sempre: consumo sustentvel. So Paulo: SEE/CENP, 2004. p. 208-209.

guas para diversos fins: critrios de qualidade

Captulo IV do anexo Portaria no 2.914 (dezembro de 2011). Disponvel em: . Acesso em: 27 maio 2013.

Poluio vs. tratamento de gua: duas faces da mesma moeda. Artigo publicado na revista Qu-mica Nova na Escola, n. 10, 1999. Disponvel em: . Acesso em: 27 maio 2013.

Preservao da gua: controles e atitudes necessrias

Contaminao por mercrio e o caso da Amaznia. Artigo publicado na revista Qumica Nova na Escola, n. 12, 2000. Consta na coleo Explorando o Ensino, v. 5, Qumica, 2006, MEC. Dis-ponvel em: . Acesso em: 27 maio 2013.

VOC APRENDEU?

1. (Fuvest 1992) A concentrao de ons fluoreto em uma gua de uso domstico de 5 . 105 mol L1. Se uma pessoa tomar 3 litros dessa gua por dia, ao fim de um dia, a massa de fluoreto, em miligramas, que essa pessoa ingeriu igual a:

!?


49

Dado: massa molar do flor (F): 19,0 g mol1.

a) 0,9. b) 1,3. c) 2,8. d) 5,7. e) 15.

2. O soro caseiro recomendado para evitar a desidratao infantil consiste em uma soluo aquo-sa de cloreto de sdio (3,5 g L1) e de sacarose (11,0 g L1).

a) Qual a concentrao, em mol L1, do cloreto de sdio nesta soluo? (massa molar NaCl = 58,5 g mol1)

b) Sabendo que a sacarose um acar constitudo de carbono, hidrognio e oxignio, poden-do ser representado pela frmula C12H22O11, e cuja massa molar 342 g mol

1, a concen-trao em mol L1 de sacarose no soro caseiro maior, igual ou menor que a do NaCl?a

3. (Fuvest 1999) Um rio nasce numa regio no poluda e atravessa uma cidade com atividades industriais, onde recebe esgoto e outros efluentes, e depois desemboca no mar aps percorrer regies no poluidoras. Qual dos grficos a seguir mostra o que acontece com a concentrao do oxignio (O2) dissolvido na gua, em funo da distncia percorrida desde a nascente? Considere que o teor de oxignio no ar e a temperatura sejam praticamente constantes em todo o percurso.

a O enunciado e o item a da questo foram extrados da Comvest/Vestibular Unicamp 1992. O item b foi elaborado especialmente para o So Paulo faz escola.

a) .cnocO

2

nascente cidade mardistncia

b) .cnocO

2


c) .cnocO

2


d) .cnocO

2


e) .cnocO

2



50

4. (Comvest/Vestibular Unicamp 1999)

Diferentes utilizaes da gua

Setores Consumo em bilhes de m3/ano

gua no restituda com qualidade para o consumo

em bilhes de m3/ano

Coletividades (gua potvel) 200 40

Indstrias e energia 710 60

Agricultura 2 300 1 700

Total 3 210 1 800

Adaptado de: MARGAT, Jean-Franois. A gua, ameaada pelas atividades humanas. In: WIKOWSKI, N. (Coord.). Cincia e Tecnologia Hoje. So Paulo: Ensaio, 1994. p. 57-59.

De acordo com a tabela, mais da metade do volume de gua utilizado pelo homem no resti-tuda com qualidade para o consumo humano.

a) Explique por que isso ocorre.

b) Cite duas causas e duas consequncias do aumento mundial do consumo de gua doce.

c) Cite duas medidas que podem ser tomadas para um uso mais racional da gua doce do planeta, discutindo suas vantagens e desvantagens.

5. Aos refrigerantes do tipo cola adicionado cido fosfrico em uma concentrao de 0,6 g L1 de refrigerante. O valor mximo recomendado de ingesto diria de cido fosfrico de 5 mg kg1 de peso corporal. Considerando que a capacidade de uma latinha de 350 mL, o nmero mximo de latinhas desses refrigerantes que uma pessoa de 42 kg pode ingerir por dia :

a) 1.

b) 2.

c) 3.

d) 4.

e) 5.


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!? SITUAO DE APRENDIZAGEM 9

EXPLICANDO O COMPORTAMENTO DE MATERIAIS: MODELOS SOBRE A ESTRUTURA DA MATRIA

As propriedades dos materiais podem ser entendidas a partir do conhecimento da estrutura da matria. O modelo atmico de Dalton, que voc estudou na 1a srie, mostrou-se til para o enten-dimento da transformao qumica e de suas relaes proporcionais de massa. No entanto, essas ideias so limitadas quando se procura explicar, por exemplo, as manifestaes de energia, como luz, calor e eletricidade, que geralmente a acompanham. Assim, importante que voc conhea outras ideias sobre a estrutura da matria que permitem a explicao desses fatos.

Atividade 1 O modelo de Rutherford-Bohr para explicar o comportamento da matria

Natureza eltrica da matria Condutibilidade eltrica: um critrio para classificar os materiais

Uma das manifestaes da eletricidade associada matria a propriedade de conduzir corrente eltrica condutibilidade eltrica , que difere de um material para o outro. Como se sabe, alguns materiais so bons condutores de corrente eltrica, outros no. Neste experimento, voc vai testar, avaliar e comparar o grau de condutibilidade eltrica de vrios materiais. Para isso, ser utilizado o dis-positivo apresentado na figura a seguir, constitudo por um circuito interrompido entre os eletrodos um circuito aberto. A condutibilidade eltrica ser observada na forma de luz e calor das lmpadas. um circuito aberto. A condutibilidade eltrica ser observada na forma de luz e calor das lmpadas.

interruptor

fios encapados com extremidades desencapadas (aproximadamente 1 cm)

S

amue

l Silv

a

Dispositivo para medida de condutibilidade eltrica.

No dispositivo de teste existe uma lmpada de neon (2,5 W) e duas outras lmpadas, de 10 ou 15 W e de 60 W, respectivamente, ligadas em paralelo, tendo um resistor intercalado no circuito e um fio terminal para ser ligado a uma tomada.


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Materiais

1 dispositivo de teste (conforme a figura apresentada);

lminas de alguns metais, como ferro, alumnio, cobre e zinco;

pedaos de madeira, plstico e mrmore;

gua potvel e gua destilada;

etanol;

acar (sacarose);

cloreto de sdio;

carbonato de clcio;

hidrxido de sdio em pastilhas;

naftalina triturada;

1 colher (de ch) para medir quantidades;

10 frascos pequenos de boca larga (do tipo usado para pats ou comida de beb) ou b-queres pequenos (50 mL a 100 mL);

5 bqueres de 100 mL;

1 cpsula de porcelana;

5 bastes de vidro ou dispositivos para agitar as solues;

3 lmpadas: uma de neon de 2,5 W, uma de 10 W ou 15 W e uma de 60 W;

1 pedao de esponja de ao;


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1 pina;

1 trip e tela de amianto;

1 fonte de calor (lamparina ou bico de Bunsen);

fita-crepe.

Recomendaes

No toque nos dois eletrodos (fios desencapados), simultaneamente, quando o dis-positivo estiver ligado tomada.

Limpe os eletrodos antes de testar cada um dos materiais estudados.

Sempre que for limpar os eletrodos, desligue o dispositivo.

Ao testar materiais lquidos, mantenha os eletrodos sempre paralelos e imersos at a mesma altura (controle de variveis).

Procedimento

Com o dispositivo desligado, limpe os eletrodos com a esponja de ao.

Prenda duas lmpadas no dispositivo e ligue-o tomada. As lmpadas acendem? O que preciso fazer para acend-las?

Com o dispositivo ligado tomada, usando uma lmpada de cada vez (mantendo uma rosqueada e a outra desrosqueada), coloque os eletrodos em contato com as amostras de metais (ferro, alumnio, cobre e zinco), de madeira, de plstico e de mrmore. Ano-te na tabela as observaes sobre o acendimento ou no da lmpada em uso.

Em cada um dos frascos pequenos, coloque os seguintes materiais e identifi-que-os usando rtulos: gua potvel, gua destilada, etanol, e pequena quan-tidade (uma colherinha rasa) dos slidos: cloreto de sdio, hidrxido de s-dio, carbonato de clcio, naftalina triturada e acar (sacarose). Inicie os testes usando o aparelho de condutibilidade com todas as lmpadas rosquea-das. Caso nenhuma lmpada acenda, desrosqueie a de 60 W e observe nova-mente. Se no ocorrer nenhum acendimento, desrosqueie a de 10 W ou 15 W e observe. Teste a condutibilidade eltrica iniciando pelos materiais slidos, usando uma lmpada de cada vez. Anote na tabela de dados suas observaes sobre o surgi-mento ou no de luz e sua intensidade.


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Coloque na cpsula de porcelana aproximadamente 2,0 g de hidrxido de sdio (20 pas-tilhas). Monte um suporte para aquecimento e aquea o sistema suavemente, at a fuso do slido. Teste a condutibilidade do hidrxido de sdio no estado lquido (fundido) e anote sua observao.

Prepare solues aquosas de sacarose, cloreto de sdio, hidrxido de sdio e etanol, acres-centando a mesma quantidade de gua destilada aos frasquinhos que as contm. Agite e teste a condutibilidade das solues obtidas, usando uma lmpada de cada vez. Anote suas observaes.

Registre os dados coletados na tabela.

Utilize as notaes (+), (++) e (+++) para expressar a condutibilidade e a intensidade da luz, e a notao () no caso do material no ser condutor.

MateriaisObservao das lmpadas

2,5 W 10 W ou 15 W 60 W

Ferro

Alumnio

Cobre

Zinco

Madeira

Plstico

Mrmore

Cloreto de sdio (NaCl)

Sacarose (C12H22O11)

Carbonato de clcio (CaCO3)

Naftalina triturada (C10H8)

Hidrxido de sdio slido (NaOH)

Hidrxido de sdio fundido


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MateriaisObservao das lmpadas

2,5 W 10 W ou 15 W 60 W

Etanol (C2H5OH)

gua destilada

gua potvel

Soluo aquosa de cloreto de sdio

Soluo aquosa de acar

Soluo aquosa de hidrxido de sdio

Soluo aquosa de etanol

Questes para anlise do experimento

1. Com base nas observaes coletadas, classifique os materiais testados como condutores, maus condutores ou isolantes.

2. Justifique por que os fios eltricos, bem como os cabos das ferramentas usadas pelos eletricistas, so revestidos de plstico.

Elaborado especialmente para o So Paulo faz escola.


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3 Os materiais considerados condutores conduzem corrente eltrica com a mesma intensidade? Explique.

4. Entre os materiais testados, h algum que possa ser classificado, ao mesmo tempo, como condu-tor e como isolante? Explique.

5. Considerando suas observaes registradas na tabela do Roteiro de experimentao, reagrupe os materiais testados de acordo com os estados fsicos e com as situaes em que eles so conside-rados condutores de corrente eltrica (slido, lquido e dissolvido).

6. Analisando os dados coletados, pode-se perceber que alguns materiais no estado slido, como a madeira, so isolantes, e outros, como o ferro e o alumnio, so condutores. Considerando a corrente eltrica como movimento de cargas eltricas, que suposio possvel fazer sobre a natureza e a liberdade de movimento das partculas que constituem os materiais condutores (slidos, lquidos e dissolvidos)?

7. Nas mesmas condies, que suposio possvel fazer em relao aos materiais isolantes?

No seu caderno, elabore um pequeno texto sobre as ideias desenvolvidas nessa atividade, levan-do em conta a movimentao de cargas eltricas e sua relao com a organizao e a liberdade de movimento das partculas nos slidos, nos lquidos e nas solues aquosas.


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Elaborao de um modelo: de onde vm as cargas eltricas?

Refletindo sobre as observaes

Retome e analise as observaes sobre os testes de condutibilidade do hidrxido de sdio (slido, lquido e dissolvido), do cloreto de sdio (slido e dissolvido) e do acar (slido e dis-solvido) para responder s seguintes situaes.

1. O hidrxido de sdio slido no condutor, mas sua soluo aquosa apresenta alta condutibi-lidade eltrica. Comparando o grau de condutibilidade que a gua apresenta antes da adio de hidrxido de sdio com a sua condutibilidade aps a dissoluo, o que possvel afirmar sobre a quantidade de cargas eltricas presentes na soluo que se movimentaram conduzindo a cor-rente eltrica?

2. Quando se colocam as extremidades dos fios do aparelho de medida de condutibilidade eltrica no hidrxido de sdio no estado lquido (aquecendo o hidrxido a 318 C, ele se funde), as lmpadas se acendem, indicando que um bom condutor de corrente eltrica. Compare os pro-cessos de fuso e de dissoluo do hidrxido de sdio em gua em termos de surgimento de cargas eltricas. Diante dos fatos observados, que suposio voc pode fazer: as cargas eltricas surgiram na dissoluo ou estavam presas no slido e foram separadas como resultado de sua interao com a gua? Justifique a resposta.

3. O efeito causado pela dissoluo do acar em gua foi igual ao causado pela dissoluo do clo-reto de sdio em gua? As partculas presentes na soluo de acar so da mesma natureza que as partculas presentes na soluo de cloreto de sdio? Justifique.


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4. Considerando que o cloreto de sdio apresenta comportamento similar ao do hidrxido de sdio em termos de condutibilidade eltrica, nos estados slido e lquido e em soluo aquosa, possvel admitir a ideia de que esse sal seja constitudo de partculas portadoras de cargas eltricas (ons)? Qual das suposies feitas no incio da atividade mostra-se mais coerente com os fatos?

1. Elabore um quadro-sntese (diagrama) que mostre a classificao dos materiais testados em condutores e no condutores, considerando diferenas no estado fsico dos materiais e sua dis-soluo em gua.


59

2. Considere as propriedades dos materiais apresentados na tabela.

Propriedades de alguns materiais

Material Temperatura de fuso (C)

Temperatura de ebulio (C)

(1 atm)

Solubilidade em gua

Condutibilidade eltrica do material

em gua

Cloreto de sdio(NaCl)

801 1 401 Solvel

Acar (sacarose)(C12H22O11)

185 Decompe a 250 Solvel

gua(H2O)

0 100

Hidrxido de sdio(NaOH)

318 1 390 Solvel

Hidrxido de potssio(KOH)

380 1 320 Solvel

Carbonato de sdio(Na2CO3)

851 Solvel

cido butanoico(C4H8O2)

5,7 163 Pouco solvel

Etanol (C2H6O)

114 78 Solvel

Carbonato de clcio(CaCO3)

Pouco solvel

Fonte: Qumica: mdulo 3. Programa de Educao Continuada. Construindo sempre. Aperfeioamento de professores. Ensino Mdio. So Paulo: SEE, 2003.

a) Complete a tabela com os dados de condutibilidade dos materiais que voc conhece.

b) Estabelea relaes entre os dados da tabela e o grau de condutibilidade eltrica. Justifique as relaes estabelecidas.


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Ideias de Thomson sobre o tomo

Embora o modelo atmico de Dalton explicasse as relaes de massa em uma transformao qumica, suas ideias no foram aceitas por toda a comunidade de cientistas. Propriedades como a natureza eltrica da matria necessitavam ainda de explicaes que o modelo atmico de Dalton no fornecia. Em fins do sculo XIX e incio do sculo XX, cientistas realizaram inmeras experincias com a finalidade de investigar a constituio da matria. Essas experincias eviden-ciaram a existncia de partculas subatmicas dotadas de carga eltrica. Em 1897, Joseph John Thomson (1856-1940), um cientista ingls, havia comprovado experimentalmente que o el-tron era um dos constituintes fundamentais de toda e qualquer espcie de matria.

Em 1898, ele props uma nova representao para o tomo. Segundo suas ideias, o tomo poderia ser representado como uma esfera macia de eletricidade positiva, na qual a massa e as partculas positivas estariam uniformemente distribudas por todo o seu volume, e os eltrons, corpsculos de carga negativa, presentes em igual nmero ao de cargas positivas, estariam in-crustados nessa esfera. Pode-se fazer uma analogia com ameixas em um pudim.



1. Qual das representaes a seguir poderia corresponder a uma lmina de ouro segundo as ideias de Dalton? Justifique.

S

amue

l Silv

a

c) possvel fazer uma previso para a condutibilidade eltrica das solues aquosas de carbonato de sdio, de carbonato de clcio, de hidrxido de potssio e de cido butanoico? Explique.

Atividade 2 Do tomo de Dalton ao tomo de Rutherford-Bohr

I II


61

2. Represente a lmina de ouro supondo que seja constituda por tomos, segundo o mo-delo de Thomson.

3. Segundo esse modelo, se um tomo contm quatro cargas positivas, quantas cargas negativas ele deve conter? Justifique.

Ideias de Rutherford: modelo do tomo nuclear

O conhecimento de que a matria apresenta natureza eltrica propiciou uma nova maneira de pensar sobre os tomos. Outro conhecimento, fundamental para que se elaborassem outros modelos, foi a descoberta da radioatividade.

O cientista francs Henri Becquerel (1852-1908) havia observado (em 1896) que todos os sais de urnio at ento conhecidos geravam uma impresso em uma chapa fotogrfica, mesmo que ela estivesse no escuro. O fato foi interpretado considerando-se que o elemento qumico urnio tem a propriedade de emitir raios invisveis, capazes de penetrar certos materiais. Em 1896, o casal de cientistas Pierre (1859-1906) e Marie Sklodowska Curie (1867-1934) desco-briu e isolou outros elementos radioativos, como o polnio e o rdio. Em 1899, Marie Curie sugeriu que os tomos que produzem radiaes so instveis e desintegram-se, transformando-se em outros elementos, com emisso de energia.

Pouco antes, em 1898, Ernest Rutherford (1871-1937), estudando tambm a radioatividade, descobriu que as radiaes eram de dois tipos, denominando-as alfa () e beta (), e, em 1907, trabalhando com o fsico Hans Geiger, descobriu tambm que, independentemente do elemento radioativo de que proviessem, os raios eram sempre de mesma natureza. Estudos sobre as pro-priedades dessas radiaes levaram ideia de que elas seriam constitudas por partculas pesadas e de carga positiva. A radiao foi considerada constituda por partculas leves e de carga negativa (feixe de eltrons de alta velocidade).


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Entre 1909 e 1911, Ernest Rutherford e seus colaboradores, Geiger e Marsden, estudavam o comportamento das partculas , emitidas por uma fonte radioativa, como o rdio ou o polnio, quando lanadas como projteis, em alta velocidade (10 000 km s1), sobre lminas muito finas de ouro ou de platina.

As partculas eram detectadas pelas cintilaes que produziam em um anteparo recoberto de sulfeto de zinco. O material radioativo era colocado em uma cavidade profunda de um bloco de chumbo, provido de um orifcio por onde saa um fino feixe de radiaes, em uma nica direo. O restante delas era absorvido pelo chumbo. A lmina metlica era intercalada no trajeto dos raios, entre a fonte de partculas e o anteparo (veja a figura a seguir).

Experimento de Rutherford.

Os resultados surpreenderam os cientistas, pois algumas das partculas no apresentavam o comportamento esperado atravessar o anteparo sem se dispersar , sofrendo desvio, e outras, em nmero muito menor, eram refletidas. Pode-se imaginar, para fazer uma analogia, um dardo pesado que, quando lanado contra uma folha de papel, em vez de atravess-la, retorna.

Em 1911, Rutherford props um modelo para o tomo, que considerou coerente com suas observaes experimentais. Nesse modelo, a massa do tomo estaria concentrada em um ncleo muito menor que o prprio tomo, e esse ncleo apresentaria carga positiva. Ao redor desse ncleo estariam os eltrons, em rbitas circulares, em nmero suficiente para assegurar um tomo neutro. Usando esse modelo, era possvel explicar o fato de a maioria das partculas atravessar a lmina de metal sem ser desviada, pois existiriam espaos vazios entre o ncleo e as rbitas e entre as prprias rbitas. Mesmo que essas partculas colidissem com os eltrons, eles, por serem leves, no ofereceriam resistncia sua passagem. Os grandes desvios obser-vados podem ser entendidos como resultantes da repulso eletrosttica entre as partculas , positivamente carregadas, e os ncleos tambm positivos. O retorno das partculas expli-cado como resultado da coliso frontal, seguida de repulso, dessas partculas com os prprios ncleos diminutos, mas de grande massa.

fonte de partculas

partculas

lmina de ouro

detector de partculas

anteparo com sulfeto de zinco

S

amue

l Silv

a


63


1. Faa um desenho que represente o modelo para o tomo proposto por Rutherford.

2. Os modelos atmicos propostos por Dalton e por Thomson podem explicar os dados experi-mentais obtidos por Rutherford no experimento descrito? Explique.

3. Descreva o modelo atmico proposto por Rutherford e apresente as evidncias experimentais que justificam esse modelo.

4. O modelo atmico de Rutherford pode ser utilizado para explicar a conservao da massa numa transformao qumica? Justifique sua resposta.

A carga positiva do ncleo dos tomos devida aos prtons, cuja existncia foi evidenciada experimentalmente por Rutherford em 1911. Ele obteve, por meio de clculos, a carga nuclear de alguns elementos e constatou que os valores encontrados eram aproximadamente a metade do valor da massa atmica relativa do elemento correspondente. Com base nesses dados, previu a existncia no ncleo de outra partcula, cuja massa deveria ser igual do prton, mas desprovida de carga eltrica: o nutron.



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Ampliando os conhecimentos sobre o tomo: novas ideias sobre o ncleo e a eletrosfera

Embora o modelo de Rutherford tenha trazido novas explicaes sobre a estrutura da mat-ria, ele ainda apresentava alguns problemas perante os conhecimentos da poca. Sendo os pr-tons partculas de carga positiva, seria razovel esperar que eles se repelissem. No entanto, eles se mantinham dentro do ncleo, e as ideias de Rutherford revelaram-se insuficientes para explicar a natureza das foras de interao entre eles, as quais do ao ncleo uma relativa estabilidade.

Alm disso, o modelo admitia os eltrons movendo-se em rbitas circulares ao redor do ncleo. Mas uma carga eltrica, ao girar em torno de outra de sinal contrrio, perde energia progressiva-mente. Assim, os eltrons de um tomo deveriam perder energia e acabariam atingindo o ncleo.

Nessa poca, o fsico dinamarqus Niels Bohr (1885-1962), baseando-se tambm em conhecimentos sobre a radiao luminosa (espectros atmicos), props, em 1913, uma srie de postulados1 que aprimoraram o modelo de Rutherford.

No tomo, os eltrons giram em rbitas determinadas, chamadas nveis de energia ou ca-madas eletrnicas.

Enquanto giram em determinada rbita, os eltrons no irradiam energia.

Em cada rbita, os eltrons tm uma quantidade de energia permitida. Quanto mais prxi-mos estiverem do ncleo, menor a energia dos eltrons em relao ao ncleo. Quanto mais afastados, maior a energia em relao ao ncleo.

Os eltrons podem passar de uma rbita para outra. Para que passem de uma rbita mais prxima do ncleo para uma mais afastada, necessrio absorver energia; quando os el-trons passam de uma rbita mais afastada para outra mais prxima do ncleo, h liberao de energia (veja a figura a seguir).

absorvendoenergia

liberando energia

Representao, segundo o modelo de Bohr, da transio do eltron de uma rbita para outra.

C

laud

io R

ipin

skas

1 Proposies que no so evidentes em si, mas que se tornam um consenso inicial e servem de base para a cons-truo de uma teoria.


65


1. Quais so as semelhanas e diferenas entre as ideias de Rutherford e as de Bohr?

2. O teste de chama um procedimento muito usado na identificao de substncias qumicas. Sabe-se que uma substncia, quando aquecida a determinada temperatura, emite luz de frequncias bem de-finidas, que so caractersticas dos tomos que a constituem. Assim, por exemplo, o tomo de sdio emite luz amarela; o de clcio, alaranjada; o de estrncio, vermelho-carmim. Utilizando as ideias de Bohr, procure explicar essa caracterstica apresentada por certos tomos.

Bohr percebeu que a energia dos eltrons no emitida de maneira contnua, como era es-perado segundo os conhecimentos da poca, mas que eles emitem (ou absorvem) certos valores de energia apenas quando mudam de rbita. A organizao dos eltrons nos vrios nveis de energia, segundo Bohr, levava em conta um nmero fixo de eltrons em um dado nvel. Baseado em uma relao matemtica estabelecida pelo cientista sueco Rydberg, no final do sculo XIX, para o nmero de eltrons dos gases nobres, Bohr notou uma regularidade: os nmeros 2, 8, 18 e 32 representavam as diferenas entre o total de eltrons de um dado gs nobre e o total de eltrons de seu anterior. Levando em conta a pouca reatividade manifestada pelos gases nobres, Bohr considerou que esses nmeros correspondiam ao nmero mximo de eltrons permitido em cada nvel e apresentou a seguinte tabela:

Distribuio eletrnica segundo o modelo atmico de BohrCamada eletrnica K L M N O P Q

Nvel de energia 1 2 3 4 5 6 7Nmero mximo de

eltrons 2 8 18 32 32 18 2

Essas ideias contriburam para ampliar os conhecimentos sobre a estrutura dos tomos.



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O nmero atmico e a descoberta do nutron

As ideias de Bohr permitiram que se entendesse a organizao dos eltrons na eletrosfera. Quanto ao ncleo atmico, embora tivesse carga positiva e concentrasse a massa do tomo, no se sabia ainda a magnitude dessas cargas, e Rutherford havia previsto a existncia de outras partculas, alm dos prtons, responsveis tambm pela massa do tomo.

Por volta de 1914, um jovem cientista, Henry Moseley, quando estudava os raios X, verificou experimentalmente ser possvel associar a cada elemento um valor que representava a carga nu-clear desse elemento e que correspondia ao nmero de ordem do elemento na tabela peridica de Mendeleev. Esse nmero, chamado nmero atmico, representa o nmero de prtons do to-mo do elemento. Levando isso em conta, pode-se definir elemento qumico como um con-junto de tomos de mesmo nmero atmico (Z).

A questo da massa nuclear s foi resolvida em 1932, vinte anos depois das ideias apresen-tadas por Rutherford sobre a estrutura do tomo. O cientista James Chadwick, estudando o bombardeamento de tomos com partculas , descobriu os nutrons, partculas constituintes do ncleo atmico, desprovidas de carga eltrica e com massa igual do prton. A questo da massa nuclear apresentada por Rutherford havia, assim, sido solucionada.

O total de prtons e de nutrons do ncleo chamado de nmero de massa do tomo (A).A notao A

ZX tem sido adotada para representar os tomos; X o smbolo do elemento

qumico; A, seu nmero de massa; e Z, seu nmero atmico.No entanto, tomos de um mesmo elemento, embora tenham nmeros atmicos idnticos

e comportem-se quimicamente de modo semelhante, podem apresentar diferentes nmeros de nutrons. tomos desse tipo, com o mesmo nmero atmico e que diferem apenas pelo nme-ro de nutrons presentes no ncleo atmico, so chamados istopos. Na natureza, a maioria dos elementos qumicos constituda por uma mistura de istopos (mistura isotpica). Alguns exemplos so dados a seguir:

Alguns elementos qumicos e seus istoposNotao do

istopoNmero de

massaNmero de

prtonsNmero de nutrons % na natureza

11H 1 1 0 99,99

21H (deutrio) 2 1 1 0,01

31H (trtio) 3 1 2

168 O 16 8 8 99,76

178 O 17 8 9 0,04

188 O 18 8 10 0,20

206Pb82 206 82 124 24,1208Pb82 208 82 126 52,4

Elaborado pelas autoras especialmente para o So Paulo faz escola.


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1. Nmero atmico o mesmo que nmero de massa?

2. Complete a tabela a seguir, preenchendo os espaos em branco.

Nome do elemento Prtons Nutrons Eltrons

Nmero atmico

Nmero de massa

Nenio 10 10 10

11 11 23

17 17 35

Estrncio 38 87

3. O que so istopos? Cite exemplos e apresente argumentos que justifiquem por que istopos tm o mesmo comportamento qumico.

Desafio!

Busque informaes sobre a utilizao de alguns radioistopos naturais, como o carbono-14 (C-14 ou 14 6C) na determinao da idade de fsseis, o U-238 (ou

238 92U) na determinao da idade

da Terra ou das rochas ou o I-131 em Medicina.


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Elabore uma sntese das ideias contidas nos textos sobre Thomson, Rutherford e Bohr.

Ideias sobre a constituio do tomo

Ideias de Thomson (1898)

Ideias de Rutherford (1911)

Ideias de Bohr (1913)


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R

2 Ed

itoria

l

Atividade 3 A tabela peridica revisitada

Voc j pensou como os conhecimentos sobre a estrutura da matria que acabamos de conhe-cer refletem na tabela peridica dos elementos qumicos? Nesta atividade, vamos revisitar a tabela peridica tendo em vista a constituio dos tomos.

Tabela peridica.

Questes para a sala de aula

1. A tabela peridica proposta por Mendeleev, em 1869, foi organizada considerando as massas atmicas dos elementos. A tabela atual segue essa mesma organizao?

2. Explique o significado da expresso camada de valncia.


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3. Faa um resumo de como os eltrons devem ser distribudos nos nveis de energia conforme o modelo de Bohr.

4. Localize na tabela peridica um dos grupos de elementos relacionados a seguir ou aquele que o professor designar.

a) Li, Na, K. b) F, Cl, Br. c) Be, Mg, Ca. d) B, Al, Ga.e) C, Si, Ge.

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Química_2S_EM_volume_1_(2014) aluno