Química - Suplemento de Apoio do Professor - Manual 1

Manual do Professor 

APRESENTAÇÃO O livro do aluno Esta é uma coleção em três volumes para a disciplina de Química no ensino médio. O volume 1 aborda abor da Química Geral e Inorgânica, o volume 2 trata da Físico-química e o volume 3, da Química Orgânica. Em cada volume, há certa flexibilidade quanto à ordem dos capítulos. Respeitando o encadeamento de pré-requisitos, cada professor poderá adotar a seqüência que sua experiência em sala de aula e seu conhecimento da realidade local indicarem. Como subsídio para essa escolha, considerando que alguns capítulos contêm pré-requisitos para outros, é fornecido, na página seguinte, um dos possíveis mapas de conceitos tratados neste volume. Em termos de estrutura dos capítulos, cada um se inicia com uma fotografia e com o Comentário preliminar , texto-organizador que menciona a relação entre o que será estudado no capítulo e conhecimentos prévios e/ou a relação do tema com outras partes da Química. Após essa abertura, segue-se a seção  Motivação, que emprega, por exemplo, texto jornalístico, fotografia, experimento ou situação-problema para despertar a curiosidade do estudante para o que será trabalhado, em seguida, na seção Desenvolvendo o tema . Os quadros  Em destaque contêm textos que pretendem ilustrar princípios vistos, oferecer  informações complementares ou comentar aplicações da Química na compreensão de fatos do diaa-dia. Os quadros que aparecem nas laterais de algumas páginas, por sua vez, sugerem atividades para a aplicação de princípios estudados ou a reflexão sobre aspectos referentes a eles. As Questões para fixação aparecem ao longo dos capítulos e têm por finalidade colocar em prática os conceitos estudados. Optou-se por não colocar testes de múltipla escolha nessa seção. Ao final de cada capítulo, a série intitulada Exercícios sobre todo o capítulo contém questões dissertativas e testes de múltipla escolha de vestibulares de diversas regiões do país, incluindo alguns exercícios que relacionam diferentes partes da disciplina. As respostas das Questões para fixação e dos Exercícios sobre todo o capítulo aparecem no final do livro do aluno. Ao final do estudo com os três volumes, espera-se que o estudante adquira uma noção do campo de atuação da Química, de seu caráter científico e tecnológico, de algumas de suas aplicações e implicações.

O manual do professor Para cada capítulo do livro do aluno há um capítulo correspondente no manual do professor, pr ofessor, que se inicia com uma relação de conteúdos conceituais apresentados apresentado s no livro e também de conteúdos procedimentais e atitudinais que podem ser trabalhados. Ao longo do manual também há: • comen comentários tários sobre os capítulo capítulos; s; • notas sobre sobre a etimologia etimologia de termos termos científico científicos; s; • text textos os dirigidos dirigidos ao professo professor; r; • propo propostas stas de ativid atividades ades adicion adicionais ais e • suge sugestões stões biblio bibliográfi gráficas. cas. No final do manual, são apresentadas as resoluções comentadas de alguns testes e questões selecionados.

Um possível mapa conceitual do volume 1 Importante:

Método científico

QUÍMICA

emprega o

(capítulo 1)

Este mapa é apenas uma das muitas possibilidades de relacionar os conteúdos conceituais do volume.

Substâncias químicas

Reações químicas

estuda as

estuda as

(capítulo 2)

cada qual representada por uma

(capítulos 3, 4, 12)

Equação química podem participar da composição de

cada qual pode estar formada por

Átomos

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(capítulos 4, 5)

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descritos por

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(capítulo 2)

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(capítulo 4)

(capítulos 4, 5)

Modelos atômicos

unem-se por meio de

Ligação química interatômica

(capítulo 5)

empregados para escrever as

reunidos na

Tabela periódica

Homogênea

Heterogênea

(capítulo 2)

(capítulo 2)

representada por meio de

também chamada

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Solução

(capítulos 4, 7, 13)

(capítulo 6)

(capítulo 7)

(capítulos 2, 9) apresenta

pode ser

Soluto

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(capítulos 2, 9)

(capítulo 7)

(capítulo 7)

(capítulo 7)

pode ser

forma

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Retículo cristalino iônico

Molécula (capítulos 4, 7)

(capítulo 7)

(capítulos 4, 12)

Não-eletrólito

forma

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Eletrólito

(capítulo 7)

(capítulos 9, 10)

(capítulo 9)

pode ser apresenta

une-se a outra por

apresenta

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Geometria molecular

Interação intermolecular

Massa molecular

Massa atômica

(capítulo 8)

(capítulo 8)

(capítulo 13)

(capítulo 13)

Inorgânica (capítulos 10, 11) por exemplo

que, no estado sólido, agrupa as moléculas no

Retículo cristalino molecular

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(capítulo 10)

(capítulo 10)

pode participar das chamadas

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Reações inorgânicas

(capítulo 10)

(capítulo 11)

(capítulos 10 a 12)

(capítulo 8)

Propriedades físicas dos gases (capítulo 14)

revela a

grandezas relacionadas ao conceito de importante para interpretar algumas das

Mol (capítulo 13)

que permite a realização de

Cálculo estequiométrico (capítulo 15)

que permite a realização de

Proporção em mols entre as quantidades dos participantes (capítulo 15)

SUMÁRIO SUBSÍDIOS DIDÁTICOS Capítulo

1 – Introdução ao estudo da Química, 7

Capítulo

2 – Substâncias químicas, 9

Capítulo

3 – Introdução ao conceito de reação química, 11

Capítulo

4 – Do macroscópico ao microscópico: átomos e moléculas, 13

Capítulo

5 – Introdução à estrutura atômica, 15

Capítulo

6 – A tabela periódica dos elementos, 19

Capítulo

7 – Ligações químicas interatômicas, 22

Capítulo

8 – Geometria molecular e ligações químicas intermoleculares, 25

Capítulo

9 – Condutividade elétrica de soluções aquosas, 29

Capí Ca pítu tulo lo 10 – Princípios de Química Inorgânica (I), 30 Capí Ca pítu tulo lo 11 – Princípios de Química Inorgânica (II), 32 Capí Ca pítu tulo lo 12 – Algumas reações inorgânicas de importância, 35

Capí Ca pítu tulo lo 13 – Mol, 38 Capí Ca pítu tulo lo 14 – O comportamento físico dos gases, 40 Capítu Cap ítulo lo 15 – Aspec Aspectos tos quant quantitati itativos vos das reaçõ reações es químicas, 42

RESOLUÇÕES Capítulo

2 – Substâncias químicas, 44

Capítulo

3 – Introdução ao conceito de reação química, 46

Capítulo

4 – Do macroscópico ao microscópico: átomos e moléculas, 46

Capítulo

5 – Introdução à estrutura atômica, 47

Capítulo

6 – A tabela periódica dos elementos, 49

Capítulo

7 – Ligações químicas interatômicas, 50

Capítulo

8 – Geometria molecular e ligações químicas intermoleculares, 51

Capítulo

9 – Condutividade elétrica de soluções aquosas, 53

Capí Ca pítu tulo lo 10 – Princípios de Química Inorgânica (I), 54 Capí Ca pítu tulo lo 11 – Princípios de Química Inorgânica (II), 55 Capí Ca pítu tulo lo 12 – Algumas reações inorgânicas de importância, 57

Capí Ca pítu tulo lo 13 – Mol, 61 Capí Ca pítu tulo lo 14 – O comportamento físico dos gases, 68 Aspectos os quanti quantitati tativos vos das das reaçõe reaçõess Capítu Cap ítulo lo 15 – Aspect químicas, 75

SUBSÍDIOS DIDÁTICOS Capítulo 1 Principais conteúdos* conceituais do capítulo

Introdução ao estudo da Química Conteúdos procedimentais que podem ser desenvolvidos

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• Lingua Linguagem gem científica científica como • Observ Observar ar anúncios, anúncios, reportareportameio para facilitar a comuni- gens e embalagens em que cação se manifeste a idéia incor• Caráter expe experimental rimental da Quí- reta de que Química é sinônimo de substância tóxica mica • Pesq esquisa uisa pura pura 3 pesquisa ou de processos que agridam o ambiente. aplicada anúncios, re• A Química relacionarelaciona-se se a ouou- • Reunir esses anúncios, tras Ciências (caráter inter- portagens e embalagens em uma exposição na qual sejam disciplinar) • Brev Breves es noções da evolu evolução ção da mostrados exemplos de como o objetivo da pesquisa cienQuímica ao longo do tempo tífica pode eventualmente ser • Distinção entre observações mal compreendido pelas pesqualitativas e quantitativas soas não envolvidas nessa • Disti Distinção nção entre entre lei e teoria teoria atividade. • Noções sobre método método ciencientífico

Conteúdos atitudinais que podem ser desenv desenvolvidos olvidos

• Per Perceber ceber que muito do conforto da vida moderna moder na se deve à utilização de progressos da Química. • Valoriz alorizar ar os progressos progressos da Ciência e suas aplicações como agentes do bem-estar humano. • Compreende Compreenderr que a palavra palavra “química” é às vezes empregada incorretamente, num contexto diário, como sinônimo de “substância artificial potencialmente perigosa à saúde”. • Ter uma postura postura crítica diante da propaganda.

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Comentário geral Todo To do o estudo da Química está baseado, entre outras coisas, na compreensão do que são leis e princípios e do que são teorias. As leis e os princípios são generalizações genera lizações que expressam regularidades do comportamento natural dos sistemas estudados pelos cientistas e que são percebidas por meio da observação de fatos experimentais. As leis e os princípios permitem compreender melhor os comportamentos naturais e, a partir disso, elaborar previsões. Já as teorias são propostas de explicação para esses comportamentos regulares e, como tal, podem ser úteis e consistentes durante um certo período de tempo. Porém, diante de novos fatos (novas observações experimentais), uma teoria pode precisar ser aperfeiçoada ou totalmente abandonada em detrimento de uma nova teoria, consistente com os novos fatos. Desde o início do estudo da Química, é necessário que o aluno ganhe gan he familiaridade com essas terminologias. Daí a sua inclusão no capítulo. Outro ponto relevante é o estabelecimento da relação entre aprender  Química e exercer a cidadania. O conhecimento científico, na medida em que permite uma interpretação mais clara de fenômenos cotidianos, possibilita ao cidadão a correta tomada de decisões e, por conseqüência, uma melhor qualidade de vida. Exercer a cidadania é, entre outras coisas, usar o conhecimento de modo ético em benefício próprio e da comunidade.

Temas para discussão em grupo Se o professor dispuser de tempo e achar conveniente, poderá sugerir o seguinte tema para discussão: • “Que contribuições positivas positivas a Química trouxe para nossa nossa vida diária? E que contribuições negativas?” O debate permite ao professor perceber as concepções prévias dos alunos acerca da Química e, a partir delas, começar a mostrar que muitas das contribuições negativas atribuídas à Química (intensificação do efeito estufa, destruição da camada de ozônio, poluição etc.) são, na realidade, contribuições negativas advindas da ignorância de princípios ou de técnicas químicas e/ou da má-fé e da falta de ética. Da mesma maneira que não faz sentido atribuir à Física a culpa por  alguém ter morrido eletrocutado em um acidente, também não é sensato atribuir à Química a responsabilidade por seu mau uso. Outro tema sugerido para discussão é: • “Há pessoas que não não são cientistas, mas utilizam em sua atividade um método semelhante ao método científico?” Esse tema permite aos estudantes perceber que em atividades como a de um mecânico tentando descobrir o defeito de um automóvel ou a de um técnico tentando consertar um microcomputador com defeito observações são feitas e, a partir delas, são formuladas propostas de explicação, que, a seguir, são testadas e podem, ou não, ser compatíveis com observações posteriores.

* Para o professor que desejar compreender melhor os aspectos pedagógicos envolvidos na classificação classificação dos conteúdos escolares em conceituais, procedimentais e atitudinais, recomendamos a obra: COLL, C. et al. Os conteúdos na reforma: ensino e aprendizagem de conceitos, procedimentos e atitudes. Tradução de

Atividade Reunir anúncios, reportagens e embalagens em que se manifeste a idéia incorreta de que Química é sinônimo de substância tóxica ou de processos que agridam o ambiente. Sugerimos que essa atividade seja realizada após os temas para discussão em grupo, caso contrário dificultará a identificação das concepções prévias dos alunos a respeito da Química.

Os químicos também utilizam outras práticas e teorias, tomadas de empréstimo de outras ciências, como a Matemática e a Física. Assim, o químico usa de práticas estatísticas para tratamento de dados numéricos, de medidas elétricas, térmicas, ópticas etc. Teorias físicas como a Termodinâmica (a clássica e a estatística), o Eletromagnetismo, a Mecânica Quântica etc. são atualmente bastante usadas pelos químicos. Fonte: CHAGAS, A. P. Termodinâmica química: fundamentos, métodos e aplicações. Campinas: Editora da Unicamp, 1999. p. 17-18.

Textos ao professor O QUE É A QUÍMICA? A Química pode ser conceituada como a atividade do químico. É tudo aquilo que o químico faz e como ele faz. A atividade do químico apresenta dois aspectos: um aspecto prático , de modificar, de transformar a matéria, e um aspecto teórico, de pensar sobre a matéria e suas modificações em termos de átomos e moléculas, ou seja, da teoria molecular . A atividade do químico é sempre uma interação entre estes dois aspectos complementares, dialéticos: o fazer e o pensar. Em sua prática, o químico inicialmente trata a matéria de forma macroscópica, ou seja, da maneira como ela é percebida pelos nossos sentidos. Suas atividades podem ser divididas em operações como: a separação de materiais ou substâncias, a identificação de substâncias, o estudo das reações, medindo efeitos que elas produzem etc., a preparação de substâncias e outros materiais etc. Estas operações, realizadas em escala de laboratório ou escala industrial, permitem modificar a matéria, ou seja, transformar os materiais, as substâncias. O pensar do químico se faz no nível microscópico, ou seja, no nível de átomos e moléculas.  Matéria é o nome genérico de todos os materiais que vemos, tocamos, sentimos etc. Os corpos são porções limitadas, definidas, de algum material. Os materiais são constituídos por substâncias , uma ou mais, combinadas de alguma forma, misturadas etc. O conceito de substância, ou espécie química, é o mais fundamental da Química, e, como todos os conceitos fundamentais, é vago, difuso, indefinível, porém todos os químicos o compreendem — cada um a seu modo, é claro. Definir é atribuir coordenadas a um objeto dentro de um conjunto maior. Como definir quimicamente algo que é praticamente o universo do químico? A compreensão do que é substância passa pelo aspecto macroscópico, através de propriedades observáveis, e pela idéia de átomos, moléculas e cristais. Aí já entramos, então, no que se chama de teoria molecular, a base do pensamento químico. As substâncias são constituídas por partículas como moléculas, íons, radicais (para facilitar, diz-se simplesmente moléculas ). Estas partículas, por sua vez, constituídas por átomos, ligados de certa maneira, e estes átomos por elétrons, prótons, nêutrons etc. Uma reação química é uma transformação de substâncias e pode ser  vista do ponto de vista macroscópico e do ponto de vista microscópico. Do primeiro, uma caracterização da ocorrência de uma reação é a alteração das propriedades mensuráveis da(s) substância(s). Do ponto de vista microscópico, a reação química é uma alteração molecular. Muitos fenômenos podem ser considerados ou não como reações químicas, como, por exemplo, as mudanças de fase: vaporização, fusão etc. Isto é para o químico, muitas vezes, vezes, uma questão de conveniência conveniência [...]. Observam-se, nas reações químicas, certas uniformidades, certas regras, como, por exemplo, as relações estequiométricas, que podem ser chamadas leis das reações químicas, e estas leis podem ser explicadas ou explanadas em termos moleculares. As moléculas podem ser constituídas por um ou mais átomos, podendo chegar a milhares, milhões ou até mais — as chamadas macromoléculas. As moléculas (e as macromoléculas) podem constituir agregados maiores, denominados complexos. Podem também constituir agregados maiores, macroscópicos, e altamente regulares, os cristais. O pensamento do químico gravita em torno dessas noções básicas, que são os alicerces de uma esplêndida obra arquitetônica “construída pelo esforço de uns poucos arquitetos e de muitos operários”.

A ATITUDE CIENTÍFICA É comum se pensar num fato como algo imutável e absoluto. Mas em ciência, um fato é geralmente uma concordância estreita entre observadores competentes sobre uma série de observações do mesmo fenômeno. Por exemplo, onde foi uma vez fato que o universo era imutável e permanente, hoje é um fato que está se expandindo e evoluindo. Uma hipótese científica, por outro lado, é uma suposição culta que somente é tomada como factual depois de testada pelos experimentos. Após ser testada muitas e muitas vezes e não ser negada, uma hipótese pode tornar-se uma lei ou princípio. Se as descobertas de um cientista evidenciam uma contradição a uma hipótese, lei ou princípio, então deve ser abandonada dentro do espírito científico — não importa a reputação ou a autoridade das pessoas que a defendem (a menos que a evidência negativa mostre-se errônea — como acontece, às vezes). Por exemplo, o filósofo grego [...] Aristóteles (384-322 a.C.) afirmava que um objeto cai com uma velocidade proporcional ao seu peso. Esta idéia foi aceita como verdadeira por quase 2.000 anos, por causa da grande autoridade de Aristóteles. Galileu supostamente demonstrou a falsidade da afirmativa de Aristóteles com um experimento — mostrando que objetos leves e pesados caíam [...] com valores de rapidez aproximadamente iguais. No espírito científico, um único experimento comprovadamente contrário tem mais valor do que qualquer autoridade, não importa sua reputação ou o número de seus seguidores ou defensores. Na ciência moderna, argumentos de apelo à autoridade têm pouco valor. Os cientistas devem aceitar descobertas experimentais mesmo quando gostariam que fossem diferentes. Devem esforçar-se para distinguir entre o que vêem e o que desejam ver, pois os cientistas, como as pessoas, têm grande capacidade de enganar a si mesmos. As pessoas têm sempre a tendência de adotar regras, crenças, credos, idéias e hipóteses, sem questionar profundamente a sua validade, e a mantê-las por muito tempo após terem se mostrado sem significado, falsas ou no mínimo questionáveis. As suposições mais difundidas são freqüentemente as menos questionadas. Muitas vezes, quando uma idéia é adotada, uma atenção especial é dada aos c asos que parecem corroborá-la, ao passo que aqueles casos que parecem refutá-la são distorcidos, depreciados ou ignorados. Os cientistas usam a palavra teoria de maneira diferente à que é adotada no falar cotidiano. Na linguagem do cotidiano, uma teoria não difere de uma hipótese — uma suposição que ainda não foi comprovada. Uma teoria científica, por outro lado, é a síntese de um grande corpo de informações que englobam hipóteses comprovadas e testadas sobre determinados aspectos do mundo natural. Os físicos, por exemplo, falam na teoria dos quarks dos núcleos atômicos, os químicos falam na teoria das ligações metálicas nos metais, e biólogos falam da teoria celular. As teorias científicas não são imutáveis, ao contrário, elas sofrem mudanças. Elas evoluem quando passam por estágios de redefinição e refinamento. Durante os cem últimos anos, por exemplo, a teoria atômica tem sido redefinida repetidamente toda vez que se consegue uma nova evidência sobre o comportamento atômico. De maneira semelhante, os químicos têm redefinido suas visões da maneira como as moléculas se ligam, e os biólogos têm refinado a teoria celular. O aperfeiçoamento de R

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teorias é uma força da ciência, não uma fraqueza. Muitas pessoas acham que é um sinal de fraqueza mudar suas opiniões. Cientistas competentes devem ser especialistas em alterar suas opiniões. Eles trocam de opinião, entretanto, somente quando deparam-se com sólidas evidências experimentais ou quando uma hipótese conceitualmente mais simples força-os a adotar um novo ponto de vista. Mais importante que defender crenças, é melhorá-las. As melhores hipóteses são aquelas mais honestas em face da evidência experimental. Fora de suas profissões, os cientistas não são inerentemente mais honestos ou éticos que a maioria das pessoas. Mas em suas profissões eles trabalham em um meio que dá alto valor à honestidade. A regra que norteia a ciência é a de que todas as hipóteses devem ser testáveis — devem ser passíveis, pelo menos em princípio, de serem negadas. É mais importante, na ciência, que exista um modo de provar que uma idéia está errada do que existir uma maneira de provar ser correta. Este é um dos principais fatores que distingue a ciência da não-ciência. À primeira vista, isso pode soar  estranho, pois quando nos perguntamos sobre a maioria das coisas, nós nos preocupamos em encontrar maneiras de revelar se elas são verdadeiras. As hipóteses científicas são diferentes. De fato, se você deseja descobrir se uma hipótese é científica ou não, veja se existe um teste para comprovar que é errônea. Se não existir teste algum para provar sua falsidade, então a hipótese é não-científica. Albert Einstein pôs isso muito bem quando declarou que “nenhum número de experimentos pode provar que estou certo; um único experimento pode provar que estou errado”. [...] 6.

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Fonte: HEWITT, P. G. Física conceitual . Tradução de Trieste Freire Ricci e Maria Helena Gravina. 9. ed. Porto Alegre: Bookman, 2002. p. 33-34. n

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Sugestões de leitura complementar para o professor Textos de Química Nova são Nova são disponibilizados em http://quimicanova.sbq.org.br/Q http://quimicano va.sbq.org.br/QN_OnLine_Gera N_OnLine_Geral.htm l.htm Textos de Química Nova na Escola são Escola são disponibilizados em http://sbqensino.foco.fae.ufmg.br/qnesc ASIMOV, I. Cronologia das ciências e das descobertas. Tradução de Ana Zelma Campos. Rio de Janeiro: Civilizaç Civilização ão Brasileira, 1993. Relata a evolução das descobertas científicas e de suas aplicações na tecnologia em ordem cronológica. CHAGAS, A. P. As ferramentas do químico. Química Nova na  Escola , n. 5, 1997. p. 18-20. CHASSOT, A. I. Alquimiando a Química. Química Nova na Esco-  la , n. 1, 1995. p. 20-22. PITOMBO, L. R. M.; LISBÔA, J. C. F. Sobrevivência humana — Um caminho para o desenvolvimento do conteúdo químico no ensino médio. Química Nova na Escola , n. 14, 2001. p. 31-35. SANTOS, W. L. P.; SCHNETZLER, R. P. Função social. O que significa ensino de Química para formar o cidadão? Química Nova na Escola , n. 4, 1996. p. 28-34. SCHNETZLER, R. P.; ARAGÃO, R. M. R. Importância, sentido e contribuições de pesquisas para o ensino de Química. Química Nova na Escola , n. 1, 1995. p. 27-31. SILVA, S. F.; NÚÑEZ, I. B. O ensino por problemas e trabalho experimental dos estudantes — reflexões teóricometodológicas. Química Nova, v. 25, n. 6B, 2002. p. 1.197-1.203.

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Capítulo 2 o

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Substâncias químicas

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Principais conteúdos conceituais do capítulo

Conteúdos procedimentais Conteúdos atitudinais que que podem ser desenvolvidos podem ser desenvolvidos

• Mudança de estado estado físico • Po Ponto nto de fusão (PF) (PF) • Po Ponto nto de ebulição ebulição (PE) • Mat Matéri ériaa • Massa e unidade unidadess de massa • Volume e unidades unidades de volume • Dens Densidad idadee (d) • Subs Substânci tânciaa pura • Mistura heterogên heterogênea ea 3 homogênea • So Soluç lução ão • Sis Sistem temaa • Exemp Exemplos los de técnicas técnicas de seseparação de misturas

• Emprega Empregarr um raciocínio raciocínio de • Valorizar a observação observação como proporcionalidade direta para importante fonte para obter inrealizar a conversão entre as formações. principais unidades de massa • Pe Perceber rceber que princípios princípios ciene também entre as principais tíficos estão presentes na vida unidades de volume. cotidiana. • Usar materiais materiais caseiros caseiros para • Adotar procedimen procedimentos tos ademontar um “densímetro” bem quados de segurança quando simples e usá-lo para compa- em um laboratório químico. rar semiquantitativamente a densidade de algumas soluções aquosas de cloreto de sódio. • Experime Experimentar ntar técnicas técnicas de separação de misturas homogêneas e de misturas heterogêneas.

Comentário geral Comentá Este capítulo trabalha os conceitos de substância e de mistura, fundamentando-se exclusivamente em critérios macroscópicos. Elaborar tais conceitos do ponto de vista microscópico, envolvendo átomos e moléculas, é deixado para o capítulo 4. Para estabelecer macroscopicamente o que é substância e o que é mistura, são necessários os conceitos de ponto de fusão, ponto de ebulição e densidade, razão pela qual são apresentados neste capítulo. Além disso, é necessário certificar-se de que o aluno tem o conceito do que é “medir” e do que são “unidades de medida”, principalmente unidades de massa e de volume, essenciais ao desenvolvimento do curso de Química no ensino médio. Desde já, é conveniente incentivar os alunos a consultarem o apêndice C do volume 1, que auxilia no trabalho com unidades e seus múltiplos e submúltiplos, e o apêndice B, que auxilia no trabalho com potências de dez.

Texto ao professor POR QUE SIMBOLIZAR LITRO COM L E NÃO COM L  Há alguns anos, era comum vermos em livros técnicos a unidade litro simbolizada com a letra “ele” minúscula manuscrita, L . Assim, cinco litros eram grafados como 5 L . No entanto, essa simbologia pode conduzir a terríveis confusões quando não se dispõe, no computador ou na máquina de escrever, do símbolo “L ” manuscrito e o caractere da letra “ele” minúscula é igual ou parecido com o do número “um”. Ao ler textos técnicos elaborados nessas máquinas, é possível haver confusão entre ambos os sinais gráficos: o “um” e o “ele” minúsculo. O uso de L para simbolizar a unidade litro impede possíveis confusões na leitura de textos. Os livros mais recentes nas áre as de Química e Física utilizam tal simbologia. Atualmente, por exemplo, cinco litros são geralmente grafados comoo 5 L. com . 8 9 9 1 e d o

Tema para pa ra pesquisa pesqui sa O tema sugerido no livro — sobre o que é densímetro e qual a sua função nos postos de combustível — permite ilustrar a utilidade prática de um densímetro. Sorveterias, destilarias de álcool e vinícolas são outros exemplos de locais em que densímetros são úteis.

Sugestão de leitura complementar para o aluno

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ROCHA-FIL HO, R. C. ROCHA-FILHO, C. Grandezas e unidades de medida, o Sistema Internacional de Unidades. São Paulo: Ática, 1988. (Série Princípios) e

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Tema para pa ra discuss discu ssãão em grupo Se o professor dispuser de tempo e julgar conveniente, poderá sugerir o seguinte tema para discussão: • “A Ciência Ciência é algo pronto e acabado ou envolve envolve um processo dinâmico? Que argumentos você apresenta para sustentar sua opinião?”

Experimentos SEPARAÇÃO DE MISTURAS De acordo com a situação material da escola e da conveniência, sugere-se que os alunos tenham a oportunidade de realizar a separação de misturas, empregando as técnicas mostradas no capítulo.

CROMATOGRAFIA Outra atividade que pode ser proposta consiste na separação cromatográfica dos componentes de uma mistura (veja exemplos nas Sugestões de leitura complementar para o professor). A prática pode ser acompanhada de uma pesquisa sobre as técnicas de cromatografia empregadas nos laboratórios de pesquisa e nas indústrias e sobre sua importância.

Sugestões de leitura complementar para o professor

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Textos de Química Nova na Escola são Escola são disponibilizados em http://sbqensino.foco.fae.ufmg.br/qnesc BELTRAN, M. H. R. Destilação: a arte de “extrair virtudes”. Quí-  mica Nova na Escola , n. 4, 1996. p. 24-27. A autora aborda aspectos históricos da destilação e de sua importância. BELTRAN. BEL TRAN. N. O. As Ciências Ciênc ias Exatas Exata s não são tão t ão exatas. Revista  do Ensino de Ciências , n. 21, 1988. p. 49-54. O autor mostra um experimento (uma balança) que pode ser montado com materiais corriqueiros e que permite explorar o conceito de “medir” e também o fato de as medidas sempre se fazerem acompanhar de uma incerteza. DEGANI, A. L. G.; CASS, Q. B.; VIEIRA, P. P. C. Cromatografia, um breve ensaio. Química Nova na Escola , n. 7, 1998. p. 21-25. Apanhado geral sobre a técnica cromatográfica e seus desdobramentos. OLIVEIRA, A. R. M.; SIMONELLI, F.; MARQUES, F. A. Cromatografando Cromatograf ando com giz e espinafre: um experimento de fácil reprodução nas escolas do ensino médio. Química Nova na Escola , n. 7, 1998. p. 37-38. (Veja também errata no n. 8, p. 41.) PALOSCHI, R.; ZENI, M.; RIVEROS, R. Cromatografia em giz no ensino de Química: didática e economia. Química Nova  na Escola , n. 7, 1998. p. 35-36. R

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Capítulo 3

Introdução ao conceito de reação química

Principais conteúdos conceituais do capítulo

Conteúdos procedimentais Conteúdos atitudinais que que podem ser desenvolvidos podem ser desenvolvidos

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idéias ciencien• Conceito de reação reação química • Utilizar materiais materiais caseiros caseiros • Interessar-se pelas idéias para realizar uma reação de tíficas e pela Ciência como • Reag Reagente entess e prod produtos utos efervescência e observar a li- maneira de entender melhor • Reações de decomposição decomposição o mundo que nos cerca. beração de gás. • Distinçã Distinçãoo entre substância substância • Executa observação como Executarr a reação de decom- • Valorizar a observação simples e substância compos- posição da água oxigenada e importante meio para obter inta com base em informações observar a liberação de gás. formações. sobre reações de decompo• Interpretar dados dados experimenexperimensição tais de massa de reagentes e • Elemento químico químico,, na con- de produtos de uma reação cepção de Boyle química, mostrando que tais • Lei de Lavoisi Lavoisier er dados obedecem à Lei de Lavoisier e à Lei de Proust. • Lei de de Proust Proust e d 0 1 6. 9 i e L e l a n e o

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Este capítulo tem por finalidade principal introduzir o conceito de reação química. Porém, nesse momento, trabalha-se o tema em enfoque macroscópico, não microscópico. Assim, as propriedades que caracterizam as substâncias estudadas no capítulo anterior são imprescindíveis. Conhecendoo a importânci Conhecend importânciaa das propriedades na caracterização de uma substância, é possível ao estudante compreender macroscopicamente a conceituação de reação química. Neste capítulo, representam-se as reações químicas por meio de uma equação em que os reagentes e produtos são representados por seus nomes em vez de fórmulas. Há vários motivos para isso. Primeiro, átomos e moléculas ainda não foram estudados. Segundo, na abordagem desta obra, formar o conceito de reação química e conhecer a Lei de Lavoisier e a Lei de Proust (neste capítulo 3) são pré-requisitos para que o aluno entenda, no capítulo 4, como Dalton formulou sua teoria atômica. Terceiro, conceituar reação química sem representá-la, nesse momento, pela equação química permite ao aluno perceber que tal conceito apareceu historicamente antes de se conceber a existência de átomos e moléculas. Quarto, se um professor tenta ensinar simultaneamente o que é reação química e o que é equação química, os alunos tendem a associar o conceito de reação química à sua representação, em vez de entendê-la como um processo em que novas substâncias são formadas a partir de outras preexistentes. O capítulo também conceitua macroscopicamente substância sim ples e substância composta. O mapa conceitual da página 45 é fundamental para que se fixem esses conceitos, integrando-os aos de substância pura e de mistura, vistos no capítulo 2. Nas páginas 47 e 48 do livro, os dados numéricos mostrados são explorados apenas no tocante à relação entre as massas dos reagentes. No primeiro exemplo, calcula-se a relação entre massa de hidrogênio e massa de oxigênio. O professor pode explorar melhor esses dados, mostrando que também são constantes as seguintes relações: massa de hidrogênio massa de água

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Analogamente, no segundo exemplo foi mostrada a relação entre massa de carbono e massa de oxigênio. O professor pode mostrar que se mantêm constantes as seguintes outras razões: mass massaa de carb carbon ono o massa de gás carbô nico

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Já temos, então, um gancho formado para aquilo que, no capítulo 13, será denominado composição porcentual de uma substância. É preciso deixar claro aos alunos que a conceituação de elemento químico feita neste capítulo (segundo Boyle, p. 46 do livro) corresponde a uma primeira abordagem do tema. Embora historicamente correta, ela não está mais em vigor. Nos dois capítulos seguintes essa definição será retomada e gradualmente aperfeiçoada até que os estudantes estejam aptos a compreender a conceituação moderna de elemento químico (segundo Dalton, p. 53, e a atualmente em vigor, p. 68). Para esclarecer aos alunos alunos por que a Lei de Proust vale para substâncias puras, mas não para misturas (p. 48), consideremos os seguintes dados experimentais: sódio cloro cloreto de sódio →  39,32 g 60,68 g 100 g hidrogênio oxigênio água →  11,11 g 88,89 g 100 g De posse desses dados, pode-se calcular a massa dos elementos sódio, cloro, hidrogênio e oxigênio, por exemplo, em uma mistura feita dissolvend disso lvendo-se o-se 100 g de cloreto de sódio sódio em 1.000 g de água e, para comparar, também calcular essas massas em outra mistura, feita por dissolução de 200 g de cloreto cloreto de sódio sódio em 1.000 1.000 g de água.

Comparando-se ambos os resultados, percebemos que não há constância na proporção entre as quantidades de cloro e de hidrogênio, ou de sódio e de oxigênio.

Temas para pesquisa • “Que outras contribuições contribuições técnicas e científicas científicas foram prestadas por  Lavoisier, além da lei que leva seu nome?” • “Em que contexto histórico viveu Lavoisier? Lavoisier? Como ele morreu?”

Texto ao professor LAVOISIER E A ALVORADA DA QUÍMICA [...] Entretanto, a mais importante descoberta de Priestley ocorreu em abril de 1774, quando ele obteve um ar sem cor ao aquecer o óxido vermelho de mercúrio, usando a luz do sol concentrada por  meio de um grande vidro ustório — método eficiente para se obter  grande quantidade de calor em laboratório. O ar que obteve o surpreendeu; nele, uma vela queimou brilhantemente, embora o ar fosse insolúvel em água. Ele o chamou de “ar deflogisticado”. No outono, Priestley viajou pelo norte da Europa, e, em Paris, discutiu seus resultados com o químico francês Lavoisier; foi um encontro decisivo. Ao retornar à Inglaterra, Priestley trabalhou como ministro religioso, mas isso não o impediu de continuar suas experiências. Em 1781, usou uma centelha para explodir uma garrafa contendo uma mistura de ar inflamável e ar deflogisticado, e notou que o resultado foi “orvalho” (isto é, água): comentou apenas que “o ar comum deposita sua mistura quando flogisticado”. Cavendish repetiu essa experiência e verificou que o orvalho era “água pura”, concluindo que “o ar  deflogisticado é, na realidade, nada mais que água deflogisticada”. Evidentemente, estava sendo forjada uma ligação entre a água e os componentes do ar, mas o aspecto geral ainda não estava claro, embora não houvesse dúvida sobre a evidência experimental. De fato, a descoberta, por Priestley, do ar deflogisticado, fora antecipada, em 1772, pelo farmacêutico sueco Carl Scheele, cujos resultados o levaram a declarar que o ar era de duas espécies, uma que favorecia a combustão — o “ar de fogo” — e outra que a impedia. Os resultados de Scheele não foram publicados, contudo, até 1777, com uma tradução para o inglês três anos depois. O homem que finalmente resolveu o problema, embora tivesse que rejeitar a teoria do flogisto antes de ser capaz de fazê-lo, foi Antoine-Laurent de Lavoisier. Nascido em 1743, era funcionário do governo parisiense com talento para a ciência. Foi certamente uma grande perda para a comunidade científica o fato de ter sido morto na guilhotina, em 1794, durante o reinado do Terror da Revolução Francesa. O matemático Lagrange observou: “Eles precisaram apenas de um instante para cortar aquela cabeça, e uma centena de anos podem não vir a produzir outra semelhante”. Infelizmente, porém, ele se tornara um membro da impopular Ferme Générale que recolhia impostos em benefício do governo. Lavoisier começou sua carreira científica na década de 1760, no campo da geologia, à qual trouxe o máximo de medidas de precisão que lhe foi possível — tendência que caracterizaria todo o seu trabalho. Depois passou a se envolver com o suprimento de água de Paris. Isso o levou a realizar experiências químicas e a desaprovar a idéia de que a água se transformava em terra se aquecida durante muito tempo, visão errônea devida ao fato de que, quando se ferve água impura, esta deposita um resíduo sólido. Novamente foi uma cuidadosa experiência quantitativa que levou Lavoisier a seus resultados. Só no princípio da década de 1770 é que ele começou a estudar a combustão, mas, tão logo o fez, pôde demonstrar que, quando um metal era calcinado, não acolhia “partículas de fogo”, isto é, não absorvia “ar fixo”. Foi nessa situação que Priestley visitou Paris e falou a Lavoisier sobre sua idéia do ar deflogisticado.

Depois da visita de Priestley, Lavoisier fez uma série de outras experiências decisivas. No fim da década de 1770, ele próprio ficou convencido de que o ar era um composto de alguma natureza, contendo uma parte eminentemente combustível e outra irrespirável. Os estudos da calcinação isolada e, depois, na presença do carvão levaram-no a concluir que o “ar fixo” de Black era uma espécie de composto do carvão. Então, juntou todos esses resultados e chegou à primeira das conclusões que iriam derrubar antigas idéias sobre química e conduzir à química moderna. Em 1779, declarou que a parte combustível do ar era um constituinte de todos os ácidos e chamou-a de “princípio ácido”, ou “principe oxygine” (derivado do grego “oxus”, “ácido”). Nessa época, contudo, não havia descartado a teoria flogística; apenas declarou que seu ponto de vista dava outra explicação a essa teoria. Agora Lavoisier já podia explicar uma série de processos químicos, mas ainda estava intrigado com o ar inflamável. Entretanto, era nessa época que Priestley e Cavendish estavam usando centelhas para produzir orvalho, e Cavendish concluiu que o orvalho era pura água. Em Paris, Lavoisier recebeu notícias da identificação realizada por  Cavendish, e também da explicação deste, que ainda supunha que todos os gases continham água e usava a teoria do flogisto como justificativa. Mas Lavoisier realizou outras experiências, não apenas produzindo água, mas também investigando a ação precisa dos ácidos sobre os metais e a produção, durante essas últimas experiências, de “ar inflamável”. O resultado foi reconhecer que a água se divide em certas circunstâncias, dando seu principe oxygine, por um lado, e um princípio da água —  principe  principe hydrogen (do grego “hydor”, “água”) —, por  outro. Uma vez realizado esse reconhecimento, uma porção de reações químicas podia, agora, ser explicada de modo mais eficaz, e isso se aplicava especialmente ao caso de reações que envolviam ácidos que atuavam sobre metais. Lavoisier mostrou como o oxigênio e o hidrogênio realizavam cada qual uma parte, e foi capaz de formular uma máquina totalmente nova sem invocar o “elemento fogo”, o flogisto. Baseado em cuidadosa análise e apoiado em medição meticulosa, esse era um sério desafio à antiga teoria do flogisto, e, com o correr dos anos, acabou por suplantá-la. Entretanto, suas vantagens ficaram imediatamente evidentes a numerosos químicos, e, em 1784, um ano depois de Lavoisier haver anunciado seus resultados, Joseph Black os estava transmitindo a seus alunos em Edimburgo, enquanto em 1785 Claude Berthollet, químico muito conhecido, abraçou as novas idéias. Verdadeiramente, durante os dois anos seguintes, Berthollet, Lavoisier e os químicos Guyton de Morveau e Antoine de Fourcroy trataram de reorganizar toda a nomenclatura química à luz da nova teoria, dando a cada substância um nome que descrevia sua composição química e definindo seus elementos de modo muito cuidadoso, seguindo os princípios estabelecidos, mais de um século antes, por Robert Boyle. Assim, “óleo de vitríolo” tornou-se ácido sulfúrico, “aqua fortis”, ácido nítrico, e assim por diante; era um sistema muito semelhante ao usado hoje, embora tenha aparecido pela primeira vez em 1787 sob o título Método de nomenclatura química. Dois anos depois, Lavoisier apresentou seu famoso Tratado elementar de química, o qual, com sua clareza e abrangência, popularizou as novas idéias. A era moderna da química tinha, afinal, amanhecido. Fonte: RONAN, C. A.  História ilustrada da Ciência . Tradução de Jorge Enéas Fortes. Rio de Janeiro: Jorge Zahar, 1987. v. 3, p. 124-126.

Sugestões de leitura complementar para o aluno CHASSOT, A. A Ciência através dos tempos . 2. ed. São Paulo: Moderna, 2004. (Coleção Polêmica) Apresenta um panorama da evolução da atividade científica, da pré-história aos dias atuais. O capítulo 8 versa sobre Lavoisier e sua época.

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VANIN, J. A. Alquimistas e químicos : o passado, o presente e o futuro. São São Paulo: Moderna, 1996. (Coleção Polêmica) Oferece um panorama da atuação da Química e dos químicos. O capítulo 3 é sobre Lavoisier e sua importância para a Ciência.

Sugestões de leitura complementar para o professor FILGUEIRAS, C. A. L. Lavoisier e o estabelecimento da Química  FILGUEIRAS, Moderna . São Paulo: Odysseus, 2002. (Coleção Imortais da Ciência) Apresenta um panorama da Química na época de Lavoisier e mostra a importância desse cientista

Capítulo 4 . 8 9 9 1 e d o ir er e v fe e d 9 1

na mudança de alguns aspectos do pensamento químico. MAAR, J. H. Pequena história da Química . Primeira parte: dos primórdios a Lavoisier. Florianópolis: Papa-Livro, 1999. MAHAN, B. H. Química — um curso universitário . 2. ed. São Paulo: Edgard Blücher, 1972. Apresenta, no capítulo 1, um texto sobre a evolução da teoria atômico-molecular, atendo-se a aspectos históricos. RONAN, C. A. História ilustrada da Ciência . Trad. Jorge Enéas Fortes. 2.ed. Rio de Janeiro: Jorge Zahar, 2002. v. 1-4. No volume 3 podem ser encontradas informações informações sobre a vida e a obra de Lavoisier. O volume 4 inclui o impulso da Química a partir da formulação da Teoria Atômica de Dalton e a consolidação do atomismo na entrada do século XX.

Do macroscópico ao microscópico: átomos e moléculas

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Interessar-se -se pelas idéias idéias cien• Teoria atômica de Dalton • Interpretar corretamente corretamente a fór- • Interessar • Conceito de de elemento elemento quími- mula que representa uma mo- tíficas e pela Ciência como co dentro da teoria atômica de lécula, distinguindo os ele- maneira de entender melhor mentos presentes (por meio o mundo que nos cerca. Dalton de seus símbolos e da con- • Pe Perceber rceber que, que, na história da • Noção do do conceito conceito de sulta à tabela periódica) e a Ciência, conceituações são molécula quantidade de átomos de aprimoradas ou substituídas • Sím Símbol boloo 3 fórmulas cada um deles (por meio do por outras melhores. • Distinçã Distinçãoo entre substância substância índice de atomicidade). simples e substância compos- • Elaborar modelos que que repreta com base no conceito de sentem, em nível microscópielemento químico de Dalton co, algumas reações químicas • Equa Equação ção química química (não muito complexas), utili• Balancea Balanceamento mento de uma uma equa- zando moedas, fichas ou bolinhas. ção química Executar cutar o balanceamen balanceamento to de • Os níveis de de trabalho da Quí- • Exe mica: o macroscópico, o mi- equações químicas (não muicroscópico e o das represen- to complexas). tações

Comentáário geral Coment No capítulo anterior, os alunos tomaram contato com duas importantes leis da Química: a de Lavoisier e a de Proust. Retomando a idéia apresentada no capítulo 1 de que leis são generalizações de regularidades da natureza percebidas por meio de experimentos e observações, podemos encarar essas duas leis como generalizações que permaneceriam válidas mesmo que não se conseguisse explicá-las.

A Teoria Atômica de Dalton é uma proposta de explicação para essas leis e uma proposta de importância histórica, que propiciou considerável impulso à Química. Mesmo tendo sido aprimorada posteriormente, a Teoria Atômica de Dalton fornece, por exemplo, as bases do cálculo estequiométrico. É neste contexto que a Teoria Atômica de Dalton é apresentada: como uma proposta de explicação (teoria) para a Lei da Conservação da Massa e para a Lei das Proporções Constantes.

Decorrem dessa teoria a representação de substâncias por meio de suas fórmulas (o capítulo se apega apenas às substâncias moleculares e, portanto, a palavra “fórmula” pode ser entendida, no contexto deste capítulo, como “fórmula molecular”) e a representação de reações químicas por meio de equações químicas. O capítulo também pretende mostrar ao e studante que todo o estudo da Química envolve três níveis: o macroscópico (pressão, volume, temperatura, cor, densidade, ponto de fusão, ponto de ebulição etc.), o microscópico (átomos, moléculas, íons, partículas subatômicas etc.) e o das representações (símbolos, fórmulas, equações químicas etc.). É preciso deixar claro que a conceituação de elemento químico elaborada por Boyle (capítulo 3, p. 46) corresponde a uma primeira abordagem do tema. Neste capítulo apresenta-se uma melhoria dessa idéia (segundo Dalton, p. 53). No próximo capítulo será apresentada a definição atualmente em vigor (p. 68).

Origem dos termos cientí  cient í ficos ficos • A palavra “molécula” é o diminutivo diminutivo da palavra latina latina mole, massa. Assim, na sua origem, “molécula” significa pequena massa.

Temas para pa ra pesquisa pesqui sa • “Hoje sabemos que as moléculas de água são formadas por por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio. A fórmula da água é H 2O. Porém essa fórmula nem sempre foi conhecida. Dalton, por exemplo, não achava que a fórmula da água era H2O. Qual era, na concepção de Dalton, a fórmula da água?” • “Qual a relação entre John Dalton e o distúrbio visual visual denominado daltonismo?”

Tema para discussã discussão em grupo • “O que leva alguém alguém a desejar ser um pesquisador, pesquisador, um cientista?”

Texto ao professor JOHN DALTON & A TEORIA DO ÁTOMO (1766-1844) [...] John Dalton nasceu no dia 5 ou 6 de setembro de 1766, em Eaglesfield, uma pequena aldeia, perto de Cockermouth, no condado de Cumberland, na Inglaterra. Seu pai, Joseph Dalton, tinha o ofício de tecelão e era quaker; sua mãe vinha de uma família abastada. Cursou a escola local e, com 12 anos, quando o mestre-escola se aposentou, o jovem Dalton começou a ensinar em seu lugar. Elihu Robinson, um abastado quaker local, com boa educação e seu parente distante, o encorajou e o encaminhou para as ciências. Em 1781, com 15 anos, Dalton mudou-se para Kendall, onde ensinou no internato por cerca de 12 anos. Durante esse período, estudou matemática e ciências naturais com John Gough, que, apesar  de cego, era um eloqüente filósofo, e foi descrito por William Wadsworth Wadswo rth no poema Excursão (“Penso que o vejo agora, suas pupilas se movendo sob sua ampla fronte”). Encorajado por Gough e pelo clima caprichoso do campo inglês, Dalton manteve um diário das condições do tempo desde 1793 até quase sua morte; seu primeiro trabalho, publicado em 1793, foi o livro Observações e Ensaios  Meteorológicos. As observações de Dalton sobre as mudanças das

condições do tempo podem não ter sido relacionadas com sua teoria atômica posterior; ele podia imaginar, por exemplo, como o vapor  d’água não se misturava com o ar, mas se dispersava na atmosfera sob a forma de partículas para se condensar, formando nuvens, e retornar à superfície da terra, como precipitação. Em 1793, Dalton aceitou um cargo no New College, em Manchester, uma cidade que se expandia rapidamente e estava se tornando o centro da Revolução Industrial. Associou-se à Sociedade Filosófica e Literária de Manchester, um círculo científico de grande importância, que lhe ofereceu o meio apropriado para a continuação de seus estudos. Em 1794, publicou o primeiro estudo sério da cegueira das cores — chamada, muito tempo depois, de daltonismo  —, uma condição da qual sofriam tanto ele quanto seu irmão. Por volta de 1799, Dalton desistiu de seus deveres formais de professor no New College e começou a se sustentar de aulas particulares para filhos e filhas de famílias de classe média, médi a, em expansão em Manchester. Mancheste r. Parecia ser um professor interessado; publicou o livro  Elementos da Gramática Inglesa, em 1801, pouco antes de sua carreira científica realmente se iniciar. Dalton apresentou a Teoria dos Átomos, pela primeira vez, com algum detalhe, numa conferência em 1803. A teoria dependia de seu estudo sobre as propriedades dos gases que muito havia ocupado os cientistas durante o século anterior. Os elementos, que se combinam para formar os vários gases, sugeria Dalton, são feitos de partículas atômicas pequenas, indestrutíveis e com pesos definidos, envoltas por uma quantidade variável de calor. Cada tipo de átomo tinha um peso diferente e representava um elemento diferente; sob certas condições, os elementos se combinam para criar o que ele chamava de “átomos compostos”. Assim, a água — como Lavoisier ajudou a descobrir — era um átomo composto de cerca de 12 partes de hidrogênio e 87 de oxigênio, numa relação de mais ou menos sete para um. Dalton sugeriu que essa proporção constante era devida a seus pesos relativos. O hidrogênio, sendo o mais leve dos gases conhecidos, foi eleito por Dalton como o átomo unitário de seu sistema, dando a ele o peso de 1; assim, o oxigênio teria o peso de 7. Dalton continuou até fornecer os pesos atômicos relativos para todos os elementos conhecidos. Ao fazer isso, ajudou a esclarecer  muito da literatura experimental da química. Apesar de a Teoria Atômica ser somente um breve capítulo no livro Um Novo Sistema de  Filosofia Química , publicado em 1808, este foi logo reconhecido como um trabalho seminal. [...] Nos anos finais, Dalton não se manteve a par dos avanços da química; por volta de 1830, suas forças mentais estavam em declínio. Havia criado seu próprio sistema pictográfico de símbolos químicos e nunca se reconciliou com os sistemas mais simples e mais informativos introduzidos por Jacob Berzelius. Na verdade, no decorrer de uma discussão irritada sobre o sistema proposto em 1837 por  Berzelius, Dalton teve o primeiro dos dois derrames que sofreria. Em 27 de julho de 1844, um empregado o encontrou caído, atravessado na cama, com a cabeça no chão. Dalton era um herói da Inglaterra e da ciência britânica; cerca de 40 mil pessoas compareceram para homenageá-lo, enquanto era velado na prefeitura de Manchester. Nunca se casou, talvez não por falta de desejo, mas porque não teve segurança financeira até chegar à meia-idade. A importância da Teoria Atômica não necessita ser vangloriada nos dias de hoje, como escreveu o biógrafo de Dalton, Frank Greenaway, pois com ela “fizemos novos materiais, utilizamos novas fontes de energia, derrotamos uma doença após a outra e chegamos a avistar o mecanismo da vida”. Ele acrescenta que John Dalton “não foi inteiramente quem deu esse presente à humanidade, mas foi quem entregou o presente, que levou muito tempo até chegar a ele”, desde a filosofia antiga dos gregos, e que se transformou no átomo da ciência do século XIX. Fonte: SIMMONS, J. Os 100 maiores cientistas da história. Tradução de Antonio Canavarro Pereira. 2. ed. Rio de Janeiro: Difel, 2002. p. 417-421.

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Sugestões de leitura complementar para o professor Textos de Química Nova na Escola são Escola são disponibilizados em http://sbqensino.foco.fae.ufmg.br/qnesc LOPES, A. R. C. Reações químicas: fenômeno, transformação e representação. Química Nova na Escola , n. 2, 1995. p. 7-9. A autora tece comentários sobre abordagens do tema reações químicas  que podem induzir à formação distorcida desse conceito.

Capítulo 5 . 8 9 9

MALDANER, O. A.; PIEDADE, M. C. T. Repensando a Química. Química Nova na Escola , n. 1, 1995. p. 15-19. Os autores fazem um relato de sala de aula sobre o enfoque da combustão como uma transformação química, destacando obstáculos ao início do desenvolvimento do pensamento químico. MORTIMER, E. F.; F.; MIRANDA, L. C. Transformaçõe Transformações. s. Concepções de estudantes sobre reações químicas. Química Nova  na Escola , n. 2, 1995. p. 23-26. Esse artigo enfoca a passagem do nível fenomenológico para o nível atômico-molecular no aprendizado do tema reações químicas , destacando a conservação da massa como via de que o professor professo r dispõe para conduzir os alunos de um nível a outro.

Introdução à estrutura atômica

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Interessar-see pelas idéias ciencien• Noções sobre a época em em • Montar um um modelo de átomo • Interessar-s que foram descobertos elé- que respeite as proporções tíficas e pela Ciência como maneira de entender melhor tron, próton e nêutron entre raio do núcleo e raio da • Modelo atômico atômico de Thomson eletrosfera, escolhendo o ob- o mundo que nos cerca. Perceber rceber que, que, na história da • Experiência da dispersão dispersão de  jeto mais adequado para re- • Pe presentar o núcleo, a fim de Ciência, teorias e modelos partículas alfa que o átomo representado cai- são aprimorados ou substituí• Mode Modelo lo atômico atômico de ba na sala de aula ou, pelo dos por outros melhores. Rutherford menos, no terreno da escola. • Compreend Compreender er que a Ciência • Núme Número ro atômico atômico • Consultar a tabela periódica é um constructo humano. • Núme Número ro de massa massa dos elementos de modo a ob• Conceitua Conceituação ção moderna moderna de ter informações sobre nome, símbolo e número atômico elemento químico dos elementos. • Isó Isótop topos os • De posse da tabela periódica • Ío Íons ns e da carga de um íon, esta• Modelo atômico atômico de Bohr belecer comparação entre ele • Modelo atômico atômico de subníveis subníveis e o respectivo átomo neutro, de energia no tocante ao número de prótons e ao de elétrons.

Comentário geral Comentá Este capítulo se inicia com o desenvolvimento dos modelos atômicos de Thomson e de Rutherford. Pontos relevantes introduzidos com esses modelos são a presença da carga elétrica (Thomson) e da descontinuidade do átomo, no qual predomina espaço vazio (Rutherford). Modelos são concepções humanas. Portanto modelos tendem a ser  aprimorados ao longo da história da Ciência, à medida que esta progride. Modelos, e as teorias em que se inserem, fazem parte da tentativa humana de melhor compreender a natureza.

O capítulo prossegue com a apresentação do modelo de subníveis. À exceção de pequenos trechos do capítulo 6 do volume 1, não há na obra nenhum conceito da Química cuja compreensão, no nível esperado para o ensino médio, dependa essencialmente da distribuição eletrônica nos subníveis. Para trabalhar os capítulos basta, quando muito, a distribuição eletrônica nas camadas. Em função disso, e também do fato de o estudo do modelo de subníveis envolver envolver pré-requisitos que os alunos adquirem ao longo do ensino médio, em Física e em Química, há muitos professores que optam por  trabalhar o modelo de subníveis no final do terceiro ano. Há, ainda, outros professores que optam por simplesmente não trabalhar tal modelo no

ensino médio. Optando por pular o modelo de subníveis no primeiro ano, deve-se, apenas, tomar o cuidado de desconsiderar alguns poucos eventuais exercícios de vestibular, dentre os muitos apresentados no final dos capítulos, que possam envolver tal conceito. A distribuição eletrônica em camadas é revisitada no capítulo 6, num momento em que se estuda a variação da valência dos elementos representativos ao longo de um período (p. 100). Parte importante desse capítulo é a conclusão da conceituação de elemento químico, iniciada no capítulo 3 e retrabalhada no 4. Dominar esse conceito é fundamental ao estudante para compreender conceitos como ligação química, massa atômica e massa molar, por exemplo.

Origem dos termos cientí  cient í ficos ficos • O nome dos diversos diversos elementos químicos é sempre uma fonte de curiosidade. A seção Textos ao professor, logo mais à frente, fornece interessantes informações etimológicas, que o professor poderá empregar para ilustrar suas aulas. • A palavra palavra “próton” “próton” vem do grego grego prôtos, primeiro. O termo foi cunhado por Rutherford e é uma alusão ao fato de ele pensar tratar-se de uma partícula fundamental da matéria. • A palavra palavra “elétron” “elétron” vem do grego grego élektron, que designa o âmbar-amarelo, a resina de uma árvore que, quando seca, eletriza-se por atrito. Da mesma palavra do grego surgiu o termo “eletricidade”.

Temas para pesquisa O tema para pesquisa apresentado na página 69 do livro é de grande valia para preparar terreno para trabalhar com os alunos o conceito de massa atômica, no capítulo 13. A resposta à pe rgunta proposta nesse tema para pesquisa está no próprio livro do aluno, na tabela 1 da página 246. O professor também pode propor um tema relacionado à história da Química. A cada aluno é dado o nome de um elemento químico a fim de que sejam pesquisadas características desse elemento, tais como origem e significado do nome, época da descoberta e contexto histórico em que se deu essa descoberta, ocorrência natural, importância no sistema produtivo, grau de necessidade ao organismo humano ou grau de toxicidade. tox icidade. Contudo não há por que transformar esse tipo de pesquisa em algo demorado e enfadonho. É mais produtivo pedir informações objetivas e fazer  com que cada aluno as apresente aos colegas. Isso ajuda a desenvolver  habilidades e atitudes necessárias para expressar-se em público, e pode despertar o interesse dos estudantes sobre outros assuntos, que poderão ser  desenvolvidos posteriormente.

Atividade Montar um modelo de átomo, respeitando a proporção e ntre o raio do núcleo e o da eletrosfera. O que seria mais sensato empregar para representar o núcleo, de modo a ter um átomo com dimensões que caibam na sala ou, pelo menos, no terreno da escola: uma bola de pingue-pongue, uma bola de gude, um grão de feijão, um grão de areia ou o quê? A que distância desse “núcleo” estariam os elétrons mais afastados, respeitando-se a proporção entre o raio do núcleo e o raio da eletrosfe ra?

Experimento O TESTE DA CHAMA O teste da chama é feito com um filamento de níquel-cromo seguro por uma pinça de madeira.

A ponta desse filamento deve ser mergulhada em HCl (aq) concentrado e depois impregnada com sal de lítio, cálcio, cobre, bário, sódio etc. Ao ser levada à chamada clara de um bico de Bunsen, ocorre a volatização do cloreto do metal, que, por causa da excitação dos elétrons pela energia proveniente da chama, produz uma chama luminosa de coloração característica, que depende do metal presente. Por questão de segurança (a prática envolve ácido concentrado e chama), recomendamos que seja uma demonstração feita pelo professor. O resultado da experiência permite estabelecer interessante relação com a cor dos fogos de artifício, dos letreiros luminosos, das lâmpadas de vapor de sódio etc.

Textos ao professor O NOME DOS ELEMENTOS Como escolher o nome para um novo elemento químico descoberto? Ao longo da história, os químicos têm tê m respondido a essa pergunta de diferentes maneiras. Muitos escolhem homenagear uma pessoa ou um lugar. Outros descrevem uma propriedade do novo elemento. Mesmo elementos conhecidos desde a Antigüidade podem possuir  nomes com interessante significado. Até a Idade Média, apenas nove elementos eram conhecidos: ouro, prata, estanho, mercúrio, cobre, chumbo, ferro, enxofre e carbono. Os símbolos desses elementos são derivados dos seus nomes em latim: aurum (“amarelo”), argentum (“brilhante”), stannum (“gotejante” ou “fácil de fundir”), hydrargyrum (“água prateada”), cuprum (Chipre, nome da ilha onde há muitos minérios de cobre),  plumbum (significado exato desconhecido, possivelmente “pesado”),  ferrum (significado exato também desconhecido) e carbon (“carvão”). O símbolo do enxofre vem do latim sulfur, palavra que pode ter vindo do sânscrito sulveri (“o inimigo do cobre”) ou do escandinavo swel (“o que queima lentamente”). O elemento mercúrio e o planeta homônimo receberam receber am o nome de um deus mitológico. Os antigos associavam os elementos aos planetas e aos deuses. Mercúrio era o deus grego associado à rapidez, à astúcia e aos exercícios ginásticos (o planeta se move rapidamente no céu e o elemento, sendo o único metal líquido, pode rapidamente escorrer). Em 1787 o químico francês Lavoisier sugeriu que os novos elementos a serem descobertos deveriam receber nomes associados às suas propriedades. Nos 125 anos que se seguiram, muitos nomes de elementos foram criados segundo essa recomendação. Alguns nomes vêm do grego: hidrogênio ( hydros-gen, “gerador de água”), oxigênio (oksys-gen, “gerador de ácidos”), nitrogênio (nitron-gen, “gerador de salitre”), bromo (bromos, “mau cheiro”) e argônio ( a-ergon, “não reage”). Outros nomes vêm do latim, como, por exemplo, rádio e radônio (radius, “raio”), ambos elementos radioativos. Certos nomes foram dados referindo-se à cor das substâncias (simples ou compostas) formadas pelo elemento. Exemplos: cloro (do grego khloros, “amarelo-esverdeado”), iodo (do grego iodes, “violeta”), irídio (de Íris, a deusa grega mensageira que vinha à Terra pelo arco-íris; soluções de compostos de irídio apresentam cores variadas), ródio (do grego rhodon, “rosa”, a cor de vários compostos do ródio) e crômio (do grego khroma, “cor”, numa alusão às muitas cores dos compostos do metal). Alguns elementos, contrariamente à sugestão de Lavoisier, tivetiveram seus nomes associados a planetas, figuras mitológicas, superstições ou lugares. Entre os nomes de origem celeste temos: hélio (S ol), telúrio (Terra), selênio (Lua), urânio (o planeta Urano fora descoberto poucos anos antes do elemento). Os dois elementos cujos números atômicos se seguem ao urânio foram chamados de netúnio e plutônio, numa R

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alusão aos planetas Netuno e Plutão. O elemento cério tem esse nome por causa de Ceres, o primeiro asteróide a ser descoberto, o que acontecera dois anos antes do descobrimento do elemento (Ceres era a deusa romana do milho e da colheita). Como nomes provenientes de entidades mitológicas, além do mercúrio (e do cério, indiretamente), podemos citar: promécio (de Prometeu, personagem da mitologia grega), vanádio (de Vanadis, deusa escandinava da beleza), titânio (de Titãs, os primeiros filhos da Terra), nióbio e tântalo (Níobe era filha de Tântalo, na mitologia grega; o nióbio foi encontrado na mesma rocha que o tântalo e se parece muito com ele) e tório (de Thor, o deus escandinavo da guerra). O nome cobalto vem de  Kobold , espírito demoníaco germânico que se dizia estar presente quando a mineração do cobre dava baixos rendimentos. A palavra níquel deriva de  Nickel, palavra alemã para “diabo”. A expressão Kupfernickel (“diabo de cobre”) era pronunciada pelos mineradores alemães quando descobriam que estavam en-

ganados ao pensar que uma determinada rocha continha cobre. O elemento níquel foi descoberto em uma rocha desse tipo. Como exemplos de elementos que homenageiam lugares, podemos citar: amerício (América), califórnio (Califórnia), (Califórnia), germânio (Alemanha), frâncio (França), gálio (Gália  França), lutécio ( Lutetia  Lutetia  Parisiorum  Paris), polônio (Polônia), rutênio (Rússia), escândio (Escandinávia) e európio (Europa). E como exemplos de elementos cujos nomes são homenagem a pessoas, podemos c itar: cúrio (Marie Curie), einstênio (Albert Einstein), férmio (Enrico Fermi), mendelévio (Dmitri Mendeleev) e nobélio (Alfred Nobel). A diversidade dos nomes dos elementos nos mostra alguns interessantes aspectos da maravilhosa história da Química. Vistos por  essa perspectiva histórica, eles nos dizem muito sobre os valores e práticas dos químicos. Examiná-los nos permite entender como os interesses dos cientistas e sua maneira de ver o mundo mudaram com o passar do tempo.

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Nessa tabela periódica aparecem os símbolos dos elementos, seus números atômicos e o ano de sua descoberta (a ausência da data indica elemento conhecido desde a Antigüidade). ro

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Tabela ela elaborada pelos autores. Fonte: Tab ã

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O ÁTOMO DE BOHR Uma vez estabelecido em Copenhague, Bohr continuou a pensar  sobre as implicações radicais do modelo nuclear do átomo proposto por Rutherford. Tratava-se da idéia do átomo nuclear, uma espécie de sistema solar em miniatura, com os elétrons girando em torno de um núcleo semelhante ao Sol. Era um modelo engenhoso, que respondia a muitas questões, e encontrava aceitação geral entre os físicos. Ele envolvia, contudo, um grande problema, o que os cientistas chamam de uma anomalia. O ponto anômalo era: o que mantinha os elétrons em seu lugar no átomo nuclear? Se os elétrons são negativamente carregados e o núcleo é positivamente carregado, e se cargas opostas se atraem, os elétrons deveriam cair no interior do núcleo. A teoria eletromagnética mostra que um objeto eletricamente carregado, quando gira à maneira do elétron em torno do núcleo, emite radiação eletromagnética, perdendo energia nesse processo. Segundo a teoria, à medida que perde energia o elétron iria espiralar  para o interior até finalmente cair dentro do núcleo. Mas tal não a contece. Ao contrário do que reza a teoria, os elétrons não caem dentro do núcleo. Os átomos permanecem estáveis por períodos indefinidos, e nisso reside a anomalia. Um dos muitos físicos de quem esse problema tirava o sono, Niels Bohr adotou uma abordagem original para buscar uma explicação. Concluiu que, com ou sem teoria, o elétron não irradiava energia enquanto estava em órbita. Por outro lado, tanto a teoria quanto os indícios expeexpe -

rimentais mostravam que o hidrogênio, por exemplo, de fato irradiava energia quando aquecido — energia que muitos físicos acreditavam ser proveniente dos elétrons. De onde essa energia realmente vinha? Essa foi a questão que Bohr decidiu que devia resolver. Segundo os colegas de Bohr, seu maior trunfo era a capacidade de identificar, e explorar, falhas na teoria. Desenvolvendo essa aptidão, ele a transformou numa metodologia científica rigorosa. Costumava colecionar casos de falha, examinar cada um minuciosamente e identificar aqueles que pareciam incorporar o mesmo defeito. Em seguida, concebia uma hipótese para corrigir o defeito, conservando tanto quanto podia da teoria original defeituosa. Empurrando e puxando continuamente teoria e resultados experimentais até que uma nova teoria emergisse, Bohr geralmente tinha êxito. Era um método intricado que exigia não só gênio criativo como a capacidade de suportar a ambigüidade, a incerteza e a aparente contradição. Em 1913, usando esse método, Bohr concebeu um modelo do átomo que era uma variação do de Rutherford, mas explicava a misteriosa anomalia dos elétrons. Perguntou a si mesmo como um átomo de hidrogênio podia irradiar energia quando aquecido e absorvê-la quando esfriado, sem contudo c ontudo colapsar. Concluiu que, enquanto permanecia na mesma órbita dentro do átomo de hidrogênio, o elétron não irradiava energia. Como alternativa, sugeriu que o elétron podia assumir uma posição estável em qualquer das diferentes órbitas das diferentes distâncias do núcleo. Sempre que estivesse numa órbita particular, o elétron não ganhava nem perdia energia. Quando mu-

dasse de órbita, contudo, iria ou absorver ou emitir energia. Elétrons que estão mais afastados do núcleo têm maior energia e um elétron pode saltar para um nível mais alto absorvendo a bsorvendo energia. Isso ocorreria em altas temperaturas ou quando fótons com energia suficiente atingissem o átomo. Inversamente, um elétron emitiria energia na forma de radiação quando caísse num nível mais próximo do núcleo. Isso ocorreria quando houvesse uma lacuna num nível mais baixo. Por que Bohr pensou em “degraus” de órbitas? Por que um elétron nunca está numa órbita a meio caminho entre um nível e outro? Bohr estava se valendo da teoria quântica de Planck. Propôs que um átomo só pode absorver ou emitir quanta — energia de quantidade fixa — e que essas quantidades de energia são exatamente suficientes para enviar elétrons para a órbita seguinte. Bohr propôs-se então a explicar por que um elétron se comporta dessa maneira, estabelecendo uma nova conexão entre matéria e luz. Sugeriu que, quando se movem de um nível de energia para outro, os elétrons desprendem ou absorvem “pacotes” de radiação na forma de luz. Esses pacotes são chamados fótons, ou quanta. Quanto mais curto é o comprimento de onda da radiação, mais alta é a energia do fóton. Ele calculou então as energias precisas envolvidas no salto de um elétron de uma órbita permissível para outra. É mais fácil compreender a teoria de Bohr considerando os fascinantes indícios que ele usava em sua defesa. Esses indícios vêm de um campo de estudos conhecido como espectroscopia, o estudo dos espectros de luz emitidos por átomos de diferentes elementos. O interior do átomo é invisível ao olho humano, mas a espectroscopia fornece uma janela (alguns autores a compararam a uma janela de vitral), que é composta do espectro luminoso. Todo objeto de temperatura superior ao zero absoluto emite radiação; quanto mais quente ele estiver, mais elevada elevada será a freqüência dessa radiação. O atributo importante dessa radiação, que permite a análise química, é que a radiação emitida por diferentes átomos e moléculas é uma marca distintiva, como uma impressão digital. Cada impressão, ou e spectro, se distingue por picos e vales em posições que são características das substâncias químicas que emitem a radiação. Em 1859, o físico alemão Gustav Kirchhoff encontrou uma conexão entre linhas espectrais e elementos químicos. Descobriu que, quando vários elementos eram aquecidos, cada um deles emitia um espectro de luz diferente. Kirchhoff e seu colega Robert Bunsen (o inventor do bico de Bunsen) conseguiram assim identificar elementos por suas linhas espectrais. Agora a ciência tinha uma ferramenta para examinar a composição química de qualquer objeto que emitisse luz. De fato, é por esse meio que os astrônomos analisam atualmente, no tocante aos elementos que as constituem, a composição de estrelas distantes. Mas que tem tudo isto a ver com a determinação da estrutura do átomo? Em sua análise do problema do elétron, Bohr havia selecionado o átomo de hidrogênio para um estudo detalhado em razão de sua simplicidade (um elétron em órbita em torno de um próton). Considerando as linhas espectrais do hidrogênio, hidrogên io, Bohr postulou que ocorre radiação quando um elétron salta de um nível de energia para outro mais baixo e que a energia do fóton emitido é a diferença entre os dois níveis de energia. Um elétron saltaria de uma órbita para outra quando absorvesse ou emitisse energia. Supondo que essa energia era convertida em luz, ele calculou os comprimentos de onda correspondentes. Comparou estes últimos ao conhecido, mas não compreendido, espectro do hidrogênio, e a correspondência foi exata. O hidrogênio tem três linhas bastante vívidas em seu espectro visível: uma vermelha, uma azul-verde e uma azul. Bohr explicou que as emissões dos átomos são aquilo que aparece na forma das linhas espectrais características do hidrogênio. A linha vermelha aparece quando o elétron salta da terceira órbita para a segunda; a linha azul-verde quando ele salta da quarta órbita para a segunda. O século XIX vira o acúmulo de espectros belamente observados de muitos elementos, mas, até Bohr, pouco se compreendera deles. Quando soube em que grau a teoria correspondia aos dados das linhas espectrais, Albert Einstein qualificou o achado de Bohr como uma das grandes descobertas da física.

A teoria de Bohr representou a primeira aplicação da teoria quântica a um campo que a física clássica sempre considerara exclusividade sua — a física da matéria. Desse ponto em diante, os físicos ficaram conhecendo os limites da física clássica na escala do muito pequeno — Einstein já lhes ensinara os limites da física clássica no domínio das velocidades ultra-altas. O esquema de Bohr foi também a primeira tentativa bem-sucedida de explicar a espectroscopia a partir da estrutura interna do átomo e de usar dados espectroscópicos para explicar a estrutura interna do átomo. Fonte: BRENNAN, R. P. Gigantes da Física : uma história da Física moderna através de oito biografias. Tradução de Maria Luiza X. de A. Borges. Revisão técnica de Hélio da Motta Filho e Henrique Lins de Barros. Rio de Janeiro: Jorge Zahar, 1998. p. 151-155.

EXCEÇÕES AO DIAGRAMA DAS DIAGONAIS A tabela a seguir relaciona as exceções conhecidas ao diagrama mnemônico das diagonais, considerando-se até o elemento 103. No atômico

Símbolo

Configuração fundamental

24 29 41 42 44 45 46 47 64 65 66 67 68 78 79 90 91 92 93 94 103

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Fonte da tabela: MORTIMER, R. G. Physical Chemistry. 2. ed. San Diego: Harcourt Brace, 2000. p. 636.

Sugestão de leitura complementar para o aluno CHASSOT, A. A Ciência através dos tempos . 2. ed. São Paulo: Moderna, 2004. (Coleção Polêmica) Apresenta um panorama da evolução da atividade científica, da pré-história aos dias atuais. Os capítulos 10 e 11 incluem a evoluç evolução ão de modelos recentes para a composição da matéria.

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Sugestões de leitura complementar para o professor

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Textos de Química Nova na Escola são Escola são disponibilizados em http://sbqensino.foco.fae.ufmg.br/qnesc ALMEIDA, W. B.; SANTOS, H. F. Modelos teóricos para a compreensão da estrutura da matéria. Cadernos Temáticos  de Química Nova na Escola , n. 4, 2001. p. 6-13. Os autores apresentam os principais aspectos relacionados ao conceito e ao formalismo da Química Quântica. BRENNAN,, R. BRENNAN R . P. P. Gigantes da Física : uma história da Física moderna através de oito biografias. Tradução de Maria Luiza X. de A. Borges. Revisão técnica de Hélio da Motta Filho e Henrique Lins de Barros. Rio de Janeiro: Jorge Zahar, 1998. (Coleção Ciência e Cultura) Há pelo menos quatro capítulos que podem interessar ao professor de Química. Eles abordam as biografias de Max Planck, Ernest Rutherford, Niels Bohr e Werner Heisenberg. CHASSSOT, A. Sobre prováveis modelos de átomos. Química  Nova na Escola , n. 3, 1996. p. 3. O autor faz considerações sobre a elaboração de modelos científicos. DUARTE, H. A. Ligações químicas: ligação iônica, covalente e metálica. Cadernos Temáticos de Química Nova na  Escola , n. 4, 2001. p. 14-23. O autor enfoca esses três tipos de ligação a partir de conceitos da Química Quântica. FILGUEIRAS, C. A. L. A espectroscopia e a Química: da descoberta de novos elementos ao limiar da teoria quântica. Química Nova na Escola , n. 3, 1996. p. 22-25. MEDEIROS, A. Aston e a descoberta dos isótopos. Química Nova  na Escola , n. 10, 1999. p. 32-37. A

O autor relata um dos trechos da história da Ciência que é pouco conhecido dos químicos e dos professores de Química em geral. MORTIMER, E. F. O significado das fórmulas químicas. Química  Nova na Escola , n. 3, 1996. p. 19-21. Tomando como exemplo a água, o autor discute o que significa atribuir fórmula às substâncias, apontando limites dos modelos de estrutura molecular. ROMANELLI, L. I. O papel mediador do professor no processo de ensino-aprendizagem do conceito de átomo. Quí-  mica Nova na Escola , n. 3, 1996. p. 27-31. SANTOS FILHO, P. F. Estrutura atômica & ligação química : um livro-texto para a primeira disciplina de Química do curso de Química. Campinas, publicado pelo autor (Instituto de Química da Unicamp), 1999. SEGRÈ, E. Dos raios X aos quarks : físicos modernos e suas descobertas. Brasília: Editora Universidade de Brasília, 1980. Escrito pelo ganhador do Prêmio Nobel de Física em 1959, o italiano Emilio Gino Segrè, é recomendado para quem deseja saber mais sobre a composição da matéria e a história das descobertas referentes a ela. SIMMONS, J. Os 100 maiores cientistas da história . Tradução de Antonio Canavarro Pereira. 1. ed. Rio de Janeiro: Difel, 2002. O capítulo 19 apresenta a biografia de Rutherford. TOLENTINO, M.; ROCHA-FILHO, R. C. O átomo e a tecnologia. Química Nova na Escola , n. 3, 1996. p. 4-7. Esse artigo apresenta o estudo da estrutura do átomo como rica fonte de fatos que explicaram fenômenos do dia-a-dia ou resultaram em importantes aplicações práticas. VOGEL, A. I. Química Analítica Qualitativa . São Paulo: Mestre Jou, 1981. p. 156-162. Nessa referência, o professor encontra mais informações teóricas sobre o teste (ou ensaio) da chama.

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Principais conteúdos conceituais do capítulo

A tabela periódica dos elementos Conteúdos procedimentais Conteúdos atitudinais que que podem ser desenvolvidos podem ser desenvolvidos

Perceber ceber que os conceitos conceitos • Bre Breve ve histórico histórico de como se • Empregar materiais caseiros caseiros • Per chegou à tabela periódica para construir um aparelho científicos se relacionam ao • Estrutura da tabela periódica para testar a condutividade vivenciado cotidianamente. elétrica (que use uma pilha • Percebe Perceberr que, na na história da atual de 1,5 V ). Ciência, idéias são aprimora• Importânci Importânciaa dos elementos elementos • Consultar corretamente a ta- das ou substituídas por outras no cotidiano bela periódica, visando à ob- melhores. • Valência e tabela tabela periódica tenção do número atômico de • Configura Configuração ção eletrônica eletrônica e ta- um elemento. bela periódica • Associ Associar ar a posição de de um ele• Proprie Propriedades dades periódicas periódicas rele- mento representativo na tabevantes la periódica (período e grupo) à sua distribuição eletrônica em camadas e à sua valência.

Comentário geral Comentá

Origem dos termos cientí  cient í ficos ficos

A atividade proposta em  Elabore uma classificação , no início do capítulo, realiza uma problematização que permite aos estudantes perceberem como Mendeleev e outros que o antecederam agruparam os elementos químicos de acordo com suas propriedades. Tem-se, com essa atividade inicial, a oportunidade de apresentar a tabela periódica como algo elaborado muito antes que a distribuição eletrônica fosse compreendida e que, originalmente, foi feita colocando os elementos em ordem crescente da massa dos átomos e não do número atômico, grandeza ainda não conceituada naquela época (o conceito de número atômico surgiu com Moseley, na década de 1910). Após apresentar a tabela periódica atual, terminologias como períodos e grupos, e também a classificação dos elementos segundo critérios diferentes, o capítulo trata da relação entre a configuração eletrônica e a posição de um elemento na tabela periódica. Como a distribuição eletrônica em subníveis não é absolutamente necessária para o desenvolvimento de nenhum dos temas existentes nos capítulos seguintes da coleção, e como há professores que optam por deixar  esse tema para o terceiro ano, é possível, nessa altura do curso, apenas estabelecer uma relação entre a distribuição eletrônica nas camadas para elementos representativos e a sua posição na tabela periódica, o que é suficiente para o prosseguimento dos estudos da Química no ensino médio. Finalmente, o capítulo trata de algumas propriedades periódicas. Nesta obra, optou-se por usar a numeração sugerida pela Iupac para os grupos, de 1 a 18. Porém, dada a grande utilização que ainda se faz da numeração anterior (1A, 2A etc.), muitas vezes ela é colocada entre parênteses.

• A designação designação metais “alcalinos” “alcalinos” vem vem do árabe al-qali, pelo latim medieval alkali, cinza de plantas. Nas cinzas vegetais são encontrados sódio e potássio na forma de óxidos e carbonatos. • O termo metais “alcalino-terrosos” é uma alusão à semelhança com os metais alcalinos em algumas de suas propriedades e ao fato de alguns deles serem encontrados na terra. • A palavra “chalcogênios”, ou “calcogênios”, vem do grego chalkós, cobre, e génesis, origem, geração, criação. Assim, o significado é “formadores de cobre”, porque os minérios dos quais o cobre é extraído são geralmente compostos de cobre e enxofre (por exemplo, Cu2S) ou cobre e oxigênio (por exemplo, Cu 2O). Outros membros do grupo dos calcogênios aparecem nas rochas que contêm esses minérios, em quantidades menores. • “Halog “Halogênios ênios”” vem do grego grego halós, sal, e génesis, origem, geração, criação. Assim, o termo significa “formadores de sais”. • A palavra palavra “valência” “valência” vem do latim latim valentia, ter força.

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Tema para pesquisa

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• “A palavr palavraa prumo deriva do latim  plumbum, que significa chumbo. O que é o prumo (ou fio de prumo) e para que serve?”

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ELEMENTOS QUÍMICOS PRESENTES NO CORPO HUMANO o

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São formadores de substâncias presentes em grande quantidade no organismo (açúcares, proteínas, gorduras etc.) Dentre eles, hidrogênio e oxigênio formam a água (H2O), que é responsável por  mais da metade da massa de um ser humano.

Sódio Na 11 Forma íon (Na ) presente no sangue e demais líquidos do organismo. Magnésio Mg 12 Tem papel importante no funcionamento de músculos. Fósforo P 15 Presente no fosfato, que toma parte no sistema de armazenamento de energia. Enxofre S 16 Participa da composição de algumas proteínas. Cloro Cl 17 Forma íon (Cl ) presente no sangue e demais líquidos do organismo. Potássio K 19 Forma íon (K ) presente no sangue e demais líquidos do organismo. Cálcio Ca 20 Toma parte em ossos e dentes, na forma de íon (Ca2 ). Presentes em quantidade muito pequena (apenas traços) 

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Flúor Crômio Manganês Ferro Cobalto Cobre Zinco Selênio Molibdênio Iodo

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Participa do esmalte dental, que reduz a formação de cáries. Participa do metabolismo dos açúcares. Ajuda na metabolização de açúcares e gorduras e na formação óssea. Componente da hemoglobina, pigmento que transporta oxigênio no sangue. Faz parte da composição da vitamina B12. Ajuda na ocorrência de algumas reações químicas. Necessário ao crescimento normal. Auxilia a digestão de óleos e gorduras. Ajuda na ocorrência de algumas reações químicas. Importante para o bom funcionamento da tireóide.

Jersey, Prentice-Hall, 1998. p. 37; M. M. Bloomfield e L. J. Stephens. Fonte: G. I. Sackheim e D. D. Lehman. Chemistry for Health Sciences . 8. ed. New Jersey, Chemistry and the living organism . 6. ed. New York, Wiley, 1996. p. 95; F. Bettelheim e J. March.  Introductio  Introduction n to General , Organic & Biochemistry . 4. ed. Orlando, Saunders, 1995. p. 36.

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Dos mais de cem elementos químicos conhecidos, apenas alguns são necessários ao organismo humano. Tais elementos são provenientes dos alimentos e fazem parte da composição de substâncias existentes no corpo humano. Alguns deles aparecem em quantidade maior do que outros. He

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Os elementos que aparecem nos quadrinhos destacados existem no organismo humano em: grande quantidade (correspondem a cerca de 99,3% do total de átomos do corpo humano); quantidade pequena (cerca de 0,7% do total de átomos do corpo humano); quantidade muito pequena (menos de 0,01% do total de átomos do corpo humano). er

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Fonte: Tabela elaborada pelos autores a partir de dados de M. M. Bloomfield e L. J. Stephens. Chemistry and the living organism. 6. ed. New York, Wiley, 1996. p. 95. e

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O JARDIM DE MENDELEIEV*

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Em 1945 foi reaberto o Science Museum, em South Kensington (estivera fechado durante grande parte da guerra), e vi pela primeira vez a gigantesca tabela periódica ali exposta. A estrutura da tabela ocupava toda uma parede no patamar superior; era um gabinete feito de madeira escura com noventa e tantos cubículos, cada qual com a inscrição do nome, peso atômico e símbolo químico de seu elemento. E em cada cubículo havia uma amostra do próprio elemento (pelo menos daqueles que haviam sido obtidos em sua forma pura e que podiam ser expostos com segurança). Intitulava-se “Classificação periódica dos elementos — segundo Mendeleiev”. Minha primeira visão foram os metais, dúzias deles em todas as formas possíveis: bastões, nacos, cubos, filamentos, folhas, discos, cristais. A maioria era cinzenta ou prateada, alguns tinham um leve toque de azul ou rosa. Uns poucos tinham superfícies com um pálido brilho amarelado, e por fim havia as cores vivas do cobre e do ouro. No canto superior direito ficavam [...] os elementos não metálicos  — o enxofre em espetaculares cristais amarelos e o selênio em cristais vermelhos translúcidos, o fósforo, como cera de abelha descorada, mantido em água, e o carbono, em minúsculos diamantes e brilhante grafite preta. Havia o boro, um pó pardacento, e o silício encrespado e cristalino, com um intenso brilho negro como grafite ou galena. À esquerda estavam os álcalis e os metais a lcalino-terrosos — os metais de Humphry Davy —, todos (exceto o magnésio) em banhos protetores de nafta. Espantei-me com o lítio, no canto superior, que de tão leve flutuava na nafta, e também com o c ésio, mais abaixo, que formava uma poça cintilante sob a nafta. O césio, eu sabia, tinha um ponto de fusão baixíssimo, e aquele era um dia quente de verão. Mas eu não havia percebido plenamente, nos pedacinhos parcialmente oxidados que vira, que o césio puro era dourado — de início emitia apenas um lampejo, um clarão dourado, parecendo iridescente nos tons áureos; e então, olhado de um ângulo inferior, ele era de um dourado puro, fazia pensar em um mar de ouro ou mercúrio dourado. * O nome desse cientista aparece aparece grafado de modos diferentes diferentes na literatura. No livro do aluno optou-se por Mendeleev. Já no texto aqui transcrito, como vemos, optou-se por Mendeleiev.

Havia outros elementos que até então haviam sido para mim apenas nomes (ou, o que é quase tão abstrato, nomes associados a algumas propriedades físicas e pesos atômicos), e agora, pela primeira vez, eu os via concretos, em toda a sua diversidade. Naquele primeiro vislumbre sensorial, vi a tabela como um suntuoso banquete, uma gigantesca mesa servida com oitenta e tantos pratos diferentes. Na época eu já estava familiarizado com as propriedades de muitos elementos, e sabia que formavam famílias famílias naturais, como os metais alcalinos, os metais alcalino-terrosos e os halogênios. Essas famílias (que Mendeleiev chamou de “grupos”) compunham as verticais da tabela, com os álcalis e os metais alcalino-terrosos à esquerda, os halogênios e gases inertes à direita e todo o resto em quatro grupos intermediários. Não estava tão clara a condição de “grupo” desses conjuntos intermediários — por exemplo, no Grupo VI eu via o enxofre, o selênio e o telúrio. Sabia que esses três (meus “malcheirogênios”) eram muito semelhantes, mas o que o oxigênio estava fazendo ali, encabeçando o grupo? Devia haver algum princípio mais profundo em ação — e de fato havia. Estava impresso no topo da tabela, mas na impaciência de ver os elementos propriamente ditos, eu não prestara atenção. O princípio mais profundo, enxerguei então, era a valência. O termo valência não aparecia em meus livros vitorianos mais antigos, pois só fora desenv desenvolvido olvido adequadamente no final da década de 1850; Mendeleiev foi um dos primeiros a aproveitáaproveitá lo e usá-lo como base para classificação, a apresentar o que nunca antes estivera claro: um fundamento racional, uma base para o fato de os elementos parecerem formar famílias naturais, terem profundas analogias químicas e físicas uns com os outros. Mendeleiev então reconheceu oito desses grupos de elementos segundo suas valências. Assim, os elementos do Grupo I, os metais alcalinos, tinham valência 1: um átomo desses elementos e lementos combinava-se a um átomo de hidrogênio, formando compostos como LiH, NaH, KH etc. (Ou com um átomo de cloro, formando compostos como LiCl, NaCl, KCl.) Os elementos do Grupo II, metais alcalino-terrosos, tinham valência 2, formando compostos como CaCl 2, SrCl2, BaCl2 etc. [...] Embora Mendeleiev estivesse organizando os elementos segundo a valência, também ficava ficava fascinado com os pesos atômicos e com o fato de cada elemento ter seu peso único e específico e por ser esse peso, em certo sentido, a assinatura atômica de cada elemento. E se, mentalmente, ele começou a indexar os elementos segundo suas valências, fez o mes-

mo tomando por base os pesos atômicos. Então, como por mágica, as duas classificações coincidiram. Pois se Mendeleiev organizasse os elementos simplesmente na ordem de seus pesos atômicos, em “períodos” horizontais, como os denominava, evidenciavam-se recorrências das mesmas propriedades e valências em intervalos regulares. Cada elemento imitava as propriedades do elemento acima dele e era um membro ligeiramente mais pesado da mesma família. A mesma melodia, por assim dizer, era tocada em cada período — primeiro um metal alcalino, depois um metal alcalino-terroso, em seguida mais seis elementos, cada qual com sua valência ou tom —, mas tocada em um registro diferente (não pude deixar de pensar em oitavas e escalas, pois vivia em uma casa musical, e as escalas eram a periodicidade que eu ouvia diariamente). Era o agrupamento em oito que dominava a tabela periódica à minha frente, embora também se pudesse ver, na parte inferior da tabela, que elementos extras se interpunham nos octetos básicos: dez elementos extras para cada um nos Períodos 4 e 5, e dez mais catorze no Período 6. E nessa progressão cada período completava-se e conduzia ao seguinte em uma série de voltas vertiginosas — pelo menos, essa foi a forma assumida em minha imaginação, fazendo com que a discreta tabela retangular diante de mim se transformasse, mentalmente, em espirais ou voltas. A tabela era uma espécie de escadaria cósmica, ou uma escada de Jacó que nos comunicava com um céu pitagórico. Percebi subitamente, assombrado, quanto a tabela periódica deve ter surpreendido os primeiros que a viram — químicos que conheciam a fundo as sete ou oito famílias químicas, mas nunca se tinham dado conta da base daquelas famílias (a valência), nem de que todas elas podiam ser reunidas em um único sistema abrangente. Eu me perguntei se eles teriam reagido como eu àquela primeira revelação, exclamando: “Mas é claro! É tão óbvio! Como foi que não pensei nisso?”. [...] Fonte: SACKS, O. W. Tio Tungstênio: memórias de uma infância química. Tradução de Laura Teixeira Motta. São Paulo: Companhia das Letras, 2002. p. 190-193.

Sugestões de leitura complementar para o professor Textos de Química Nova são Nova são disponibilizados em http://quimicanova.sbq.org.b http://quimicano va.sbq.org.br/QN_OnLine_Gera r/QN_OnLine_Geral.htm l.htm Textos de Química Nova na Escola são Escola  são disponibilizados em http://sbqensino.foco.fae.ufmg.br/qnesc CHAGAS, A. P.; ROCHA-FILHO, R. C. Sobre os nomes dos elementos químicos, inclusive dos transférmios. Quí-  mica Nova , v. 22, n. 5, 1999. p. 769-773. Os autores apresentam proposta aprovada pelo Comitê Brasileiro para Assuntos de Química junto à Iupac. O artigo inclui considerações etimológicas sobre os nomes de alguns elementos e também a grafia sugerida sugeri da para aqueles que aparecem grafados de modos diferentes na literatura.  ——. Nomes recomendados para os elementos químicos. Quí-  mica Nova na Escola , n. 10, 1999. p. 11-13. Trata-se de uma versão condensada da referência anterior. SACKS, O. W. Tio Tungstênio : memórias de uma infância química. Tradução de Laura Teixeira Motta. São Paulo: Companhia das Letras, 2002. O autor desse “romance” relata lembranças de sua infância impregnada pelo contato com os metais e suas propriedades. O título é uma alusão ao tio, que fabricava lâmpadas de tungstênio. SIMMONS, J. Os 100 maiores cientistas da história . história . Tradução de Antonio Canavarro Pereira. 2. ed. Rio de Janeiro: Difel, 2002. O capítulo 47 apresenta a biografia de Mendeleev. o

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Capítulo 7 Principais conteúdos conceituais do capítulo

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Ligações químicas interatômicas Conteúdos procedimentais Conteúdos atitudinais que que podem ser desenvolvidos podem ser desenvolvidos

Interessar-se r-se pelas pelas idéias ciencien• Regr Regraa do octeto octeto • Elabor Elaborar ar a fórmula prevista prevista • Interessa para o composto iônico forma- tíficas e pela Ciência como • Liga Ligação ção iônica iônica do por um metal e um não- maneira de entender melhor • Ligação coval covalente ente metal, fundamentando-se na o mundo que nos cerca. • Liga Ligação ção metálica metálica posição dos elementos na ta- • Per Perceber ceber que princípios princípios cien• Princip Principais ais propriedades propriedades das bela periódica. tíficos estão presentes na substâncias iônicas, das mo- • Elabor Elaborar ar a fórmula eletrônica eletrônica vida cotidiana. leculares e das metálicas e a fórmula estrutural para casos simples de substâncias moleculares, a partir da fórmula molecular e da posição dos elementos na tabela periódica.

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Comentário geral Comentá O título deste capítulo espelha uma importante divisão. As ligações químicas podem ser classificadas fundamentalmente em interatômicas e intermoleculares. As primeiras, estudadas neste capítulo, se subdividem em iônica, covalente e metálica, que dão origem a grupos de substâncias que, tipicamente, apresentam algumas propriedades semelhantes. No caso de a ligação interatômica ser covalente ou no caso dos gases nobres (monoatômicos), a substância é constituída por moléculas que, por sua vez, interagem entre si (principalmente nos estados sólido e líquido) por  meio de ligações intermoleculares. Estas são estudadas no capítulo 8. Estudar ligações químicas interatômicas inclui perceber que há substâncias que conduzem eletricidade quando sólidas e que exibem brilho característico. Há substâncias que não conduzem corrente elétrica quando sólidas, mas, submetidas a temperaturas suficientemente altas para provocar sua fusão, passam a conduzi-la. E há substâncias que não apresentam condutividade elétrica apreciável em nenhum dos três estados f ísicos, à pressão ambiente. Da percepção da existência desses padrões, aliada à tentativa de incluir cargas elétricas no modelo atômico, surgiram propostas de explicação para a ocorrência de ligações químicas entre os elementos e, também, para algumas das propriedades das substâncias resultantes de tais ligações. É assim que este capítulo tenta conduzir as idéias referentes ao tema ligações químicas interatômicas. A atividade classificatória proposta em Elabore uma classificação , no início do capítulo, pretende colocar como elemento problematizador a possibilidade de elaborar uma classificação envolvendo substâncias químicas com fórmulas não muito complexas. Há inúmeras possibilidades de o professor ampliar os horizontes deste capítulo, pois a correlação entre as propriedades das substâncias e sua estrutura é um dos pilares da atividade dos químicos. O quadro Aplique o que aprendeu da página 122 ajuda os estudantes a compreender a diferença entre um átomo apresentar o octeto completo e apresentar-se eletricamente neutro. E o quadro  Aplique o que aprendeu da página 125 permite ao estudante perceber que os exemplos de substâncias moleculares estudados na página 54, ca pítulo 4, envolvem apenas não-metais em sua composição, ilustrando assim o que é estudado no presente capítulo. O estudo da polaridade de ligações, da polaridade de moléculas e da geometria molecular é deixado para o capítulo 8, junto com as ligações intermoleculares. Como a nota de rodapé da página 126 do livro dá a entender, optamos por não incluir o modelo da “ligação dativa”.* “Podemos assim afirmar que, em qualquer tipo de interação na qual dois átomos se mantêm unidos através da atração simultânea dos seus respectivos núcleos pelos mesmos elétrons, tanto faz se os dois elétrons são oriundos de um ou de outro átomo, ou mesmo se ca da elétron é proveniente de um dos dois átomos, este tipo de interação recebe o nome de ligação covalente, sem qualquer outro adjetivo tal como coordenada, coordenativ coordenativaa e, menos ainda, dativa.” (SANTOS FILHO, 1999. p. 257) Assim, na elaboração de uma fórmula eletrônica, não estabelecemos distinção entre os elétrons dos diferentes átomos, seja por “xis” e “bolinhas”, ou por qualquer outro modo. “A regra do octeto fornece um modo simples de elaborar uma estrutura de Lewis, um diagrama que mostra o padr ão de ligações e de pares par es não-compartilhados em uma molécula. Em muitos casos, podemos construir uma estrutura de Lewis em três passos:

1. Decidir o número de elétrons que será incluído incluído na estrutura, somando os números de todos os elétrons de valência fornecidos pelos átomos. Cada átomo provê todos os seus elétrons de valência (portanto, H provê um elétron e O [...] provê seis). Cada carga negativa em um íon corresponde a um elétron adicional; cada carga positiva corresponde a um elétron a menos. 2. Escrever os símbolos químicos dos átomos em um arranjo que mostre aqueles que estão ligados entre si. Em muitos casos, conhecemos o arranjo, ou podemos conjecturar baseados em informações. O átomo menos eletronegativo é usualmente o átomo central de uma molécula, como em CO 2 e SO 42 , mas há várias exceções conhecidas (H2O e NH3 entre elas). 

3. Distribuir os elétrons em pares, de modo modo que haja um par de elétrons entre cada par de átomos unidos entre si, e então adicionar pares de elétrons (para formar pares não-compartilhados ou ligações múltiplas) até que cada átomo adquira o octeto. Cada par ligante é então representado por uma linha simples. A carga global de um íon poliatômico é possuída pelo íon como um todo, não por um átomo individual em particular.” (SHRIVER, D. F.; ATKINS, P. W.  Inorganic Chemistry . 3. ed. Oxford: Oxford University Press, 1999. p. 66. Tradução nossa.) O professor deve notar que na página 173 do livro, ao tratar a fórmula estrutural dos ácidos oxigenados, as fórmulas estruturais de H2SO4 e H3PO4 foram elaboradas sem considerar o modelo da “dativa”. Além disso, na lateral daquela página é feito um comentário sobre as fórmulas estruturais mais empregadas para essas substâncias, que envolvem ligação dupla S O e P O.**  l

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Origem dos termos cientí  cient í ficos ficos • A palavra palavra “valência” “valência” vem do latim latim valentia, ter força. • A palavr palavraa “covalência” “covalência” vem vem do latim cum, contigüidade, companhia, e valente, que tem força.

Temas para pesquisa Além do tema proposto no livro —  A  A descoberta dos gases nobres , que envolve interessantes episódios de como progressos científicos propiciam avanços tecnológicos e estes, por sua vez, potencializam novos avanços tecnológicos —, existe um outro que pode ser proposto aos estudantes no final do capítulo. Trata-se do tema Ligas metálicas, sua composição e suas propriedades. As propriedades das ligas metálicas constituem importante exemplo de como os benefícios da pesquisa científica se estendem à sociedade. A critério do professor, os alunos podem pesquisar a composição e as propriedades de diferentes ligas presentes no cotidiano. (Deve-se, contudo, levar em conta que os dados encontrados na literatura sobre a composição percentual de ligas podem variar consideravelmente de uma referência para outra.)

Tema para discuss discussãão em grupo * Podemos citar (além dos livros de Santos Filho e de Shriver e Atkins, Atkins, mencionados a seguir), por exemplo, LEVINE, I. Quantum Chemistry. 5. ed. New Jersey: Prentice Hall, 2000; 200 0; COTTON, F. A. et al. Advanced Inorganic Chemistry . 6. ed. New York: York: John Wiley, 1999; GREENWOOD, N. N. e EARNSHAW, A. Chemistry of the elements. 2. ed. Oxford: Butterworth-Heinemann, 1997; RAYNER-CANHAM, G. HUHEEY,, J. E. et  Descriptive Inorganic Chemistry . New York: Freeman, 1996; HUHEEY al.  Inorganic Chemistry ; principles of structure and reactivity. 4. ed. New York: Harper, 1993.

• “Para que cumpram sua finalidade, os isolantes isolantes elétricos (por exemplo, exemplo, os revestimentos de tomadas e de fios elétricos) devem ser feitos de substâncias iônicas, moleculares ou metálicas? Por quê?”

** Cf. COTTON (p. 411 e 525), GREENWOOD (p. 512 e 705), RAYNER-CANHAM RAYNER-CANHAM (p. 300 e 332) e HUHEEY (p. 145).

Experimento APARELHO PARA TESTAR A CONDUTIVIDADE ELÉTRICA No capítulo 6 do livro é feita uma sugestão de experimento no qual se constrói um aparelho para testar se materiais conduzem ou não a corrente elétrica. Neste capítulo sugerimos que o professor demonstre a utilização de um aparelho similar, porém construído com materiais adequados à utilização da voltagem local de 110 V ou 220 V. É importante que o PROFESSOR OPERE O EQUIPAMENTO e demonstre seu uso a fim de prevenir acidentes envolvendo a corrente elétrica. OS ALUNOS NÃO DEVEM REALIZAR ESTE EXPERIMENTO . O aparelho está esquematizado na figura e o material necessário é o seguinte: • 3 pedaços de fio de cobre revestidos revestidos de plástico e com as pontas desencapadas; • 1 lâmpada (110 V ou 220 V, dependendo da voltagem da localidade) com soquete apropriado e parafuso(s) para a fixação do soquete em madeira; • um pino pino de tomad tomada; a; • um pedaço pedaço de tábua. tábua. Tome cuidado com choque elétrico. UMA VEZ LIGADO À TOMADA, NÃO TOQUE NAS PARTES DESENCAPADAS DO CIRCUITO. O teste consiste em colocar a substância em contato com as duas extremidades desencapadas dos fios de cobre e verificar se a lâmpada acende. Utilize o aparelho para testar, nas condições ambientes, a condutividade de materiais de natureza metálica (talheres de inox, papel-alumínio e fio de cobre), molecular (açúcar comum e glicose  — esta última vendida em farmácias como açúcar para mamadeira —, plásticos comuns, água destilada, algodão, papel) e iônica (sal de cozinha, giz e cal). Lâmpada (de voltagem adequada) Soquete fixado na madeira 110 V ou 220 V

Madeira

Fios de cobre

Extremidades desencapadas

Texto ao professor LIGAS METÁLICAS Uma característica dos metais é sua capacidade de formar ligas. Uma liga é um material com propriedades metálicas contendo dois ou mais elementos, sendo pelo menos um deles metal. Ligas sólidas

são comumente preparadas fundindo-se os elementos juntos, agitando-se a mistura fundida até ficar homogênea e deixando-a resfriar. As propriedades das ligas são freqüentemente bem diferentes das dos seus componentes metálicos. Ligando-se um metal com outro elemento, pode-se, por exemplo: • abaixar o ponto de fusão. A liga solda, uma liga liga de chumbo (Pb) e estanho (Sn), tem um ponto de fusão de 70 °C; compare-o com 232°C para o estanho (Sn) e 338 °C para o chumbo (Pb). Essa liga é usada em conexões fusíveis, que se fundem para disparar sistemas automáticos de sprinklers; • aument aumentar ar a dureza. Uma pequena quantidad quantidadee de cobre (Cu) está presente na prata de lei, que é muito menos maleável que a prata pura. Ouro é ligado à prata e ao cobre para formar um material suficientemente pouco maleável para ser usado em joalheria. As placas de chumbo usadas em baterias contêm pequenas quantidades de antimônio (Sb) para impedir a flexão sob tensão; • reduzir a condutividade elétrica e térmica. O cobre (Cu) usado em fiação elétrica deve ser extremamente puro; 0,03% de arsênio (As) pode baixar sua condutividade em 15%. Às vezes, tira-se vantagem desse efeito. Fio nicrome (Ni, Cr) de alta resistência é usado nos aquecedores de secadores de cabelos e tostadores elétricos. 9

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Algumas ligas metálicas comerciais, sua composição e exemplos de utilização. Nome comum

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encanamento, ferramentas mancais, sinos, medalhas

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Ferro fundido

Fe, 96-97; C, 3-4

fundição

Liga para moeda

Cu, 75; Ni, 25

Amálgama dental

Hg, 50; Ag, 35; Sn, 15

Prata germânica

Cu, 60; Zn, 25; Ni, 15

chaleiras, jarras, torneiras

Ouro, 18 quilates

Au, 75; Ag, 10-20; Cu, 5-15

jóias

Bronze para armas

Cu, 88; Sn, 10; Zn, 2

canos de armas, máquinas

Placa de Pb (bateria)

Pb, 94; Sb, 6

baterias

Pb para munição

Pb, 99,8; As, 0,2

cartuchos de munição

Duralumínio

Al, 70-90; Mg, 10-30

fuselagem de aviões

Açomanganês

Fe, 86; Mn, 13; C, 1

cofres, vigas, armaduras

Nicromo

Ni, 60; Fe, 25; Cr, 15

fio de resistência elétrica

Solda de prata

Ag, 63; Cu, 30; Zn, 7

solda de alta fusão

Aço in inox

Fe, 73 73-79; Cr Cr, 14 14-18; Ni Ni, 77-9

instrumentos, pi pias

Aço

Fe, 98-99,5; C, 0,5-2

metal estrutural

Prata de lei

Ag, 92,5; Cu, 7,5

jóias, utensílios de mesa

8

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obturações ro

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Tabela bela elaborada pelos autores. Fonte: Ta

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Sugestões de leitura complementar para o professor Textos de Química Nova na Escola são Escola  são disponibilizados em http://sbqensino.foco.fae.ufmg.br/qnesc BROWN, T. L. et al. Química ; a ciência ciênc ia central. cent ral. 9. ed. Tradução Tradução de Robson Mendes Matos. São Paulo, Pearson, 2005. Os capítulos 8 e 9 desse livro universitário de Química Geral são sobre ligações químicas. COMPANION, A. L. Ligação química . Tradução de Luiz Carlos Guimarães. São Paulo, Edgard Blücher, 1970. Enfoca as ligações químicas utilizando conceitos da mecânica quântica.

Capítulo 8 e

1

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8

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ROCHA-FILHO, R. C. Os fulerenos e sua espantosa geometria molecular. Química Nova na Escola , n. 4, 1996. p. 7-11. O artigo conta um pouco da história da descoberta dos fulerenos e faz algumas considerações geométricas acerca de suas estruturas. SANTOS SAN TOS FILHO, FI LHO, P. F. Estrutura atômica & ligação química : um livro-texto para a primeira disciplina de Química do curso de Química. Campinas, publicado pelo autor (Instituto de Química da Unicamp), 1999.

Geometria molecular e ligações químicas intermoleculares

6. 9 i e L e l a n e

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P

Principais conteúdos conceituais do capítulo

Conteúdos procedimentais Conteúdos atitudinais que que podem ser desenvolvidos podem ser desenvolvidos

• Principa Principais is geometrias geometrias moleculares • Modelo da repulsão dos dos pares eletrônicos da camada de valência (modelo VSEPR) • Po Polaridade laridade de ligações • Po Polaridade laridade de moléculas • Po Polaridade laridade e solubilidade solubilidade • Ligações intermoleculares • Principa Principais is fatores que que influenciam o ponto de ebulição de uma substância molecular

Interessar-se r-se pelas idéias idéias ciencien• Determi Determinar nar a geometria geometria mole- • Interessa cular de compostos não mui- tíficas e pela Ciência como maneira de entender melhor to complexos. • Empregar a escala de eletro- o mundo que nos cerca. Perceber rceber que o estudo estudo das negatividade para prever se • Pe uma ligação covalente é polar propriedades das substâncias químicas se traduz em apliou apolar. • Empregar a escala de eletro- cações práticas de interesse negatividade e conhecimen- para a sociedade, que acatos sobre geometria molecular bam redundando na melhoria para prever se uma molécula da qualidade de vida. é polar ou apolar. • Observar a fórmula fórmula estrutural estrutural de uma molécula e prever o tipo de interação intermolecular presente na substância. • Racionalizar comparativ comparativaamente valores de pontos de ebulição.

4

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8

Comentário geral Comentá O capítulo 7 é sobre ligações químicas interatômicas. E este capítulo 8 é sobre ligações químicas intermoleculares e sobre outros conceitos que

precedem e embasam o estudo das interações entre as moléculas, tais como geometria molecular, polaridade de ligações e polaridade de moléculas. Após ter estudado os capítulos 7 a 11, espera-se que o estudante tenha uma visão relativamente ampla da relação entre as ligações químicas e as propriedades das substâncias, resumidamente resumidamente apresentadas na tabela a seguir. s eguir.

Aspectos bastante gerais da relação entre propriedades das substâncias e ligações quí micas micas Iônica

Covalente Macromolecular

Molecular

Met álica

Exemplos

NaCl, KBr, CaCl2, Al2O3, CaO, LiCl

H2, O2, O3, HCl, HF, NH3, CH4, CO2, Br2, H2O, P4, S8

Diamante, grafite, f ósforo vermelho, quartzo

Ag, Fe, Cu, Au, Al, Zn, Mg, Sn, Pb

Elementos presentes

Metal e n ão-metal

Não-metal

Não-metal

Metal

No estado sólido, o retí culo culo cristalino é do tipo

Retí culo culo cristalino iônico (no qual existem í ons) ons)

Retí culo culo cristalino molecular (no qual existem moléculas)

Retí culo culo cristalino covalentee (no qual covalent existem átomos unidos por ligação covalente)

Retí culo culo cristalino metálico (no qual existem í ons ons metálicos circundados por um "mar de elétrons")

Ligações quí micas micas presentes

Iônica

a) Covalente entre os átomos de uma molécula b) Ligação de hidrogênio, dipolodipolo ou dipolo instantâneo-dipolo induzido entre as moléculas

Covalente

Metálica

Baixos

Altos

. 8 9 9 1

Pontos de fusão e de ebulição em geral

Altos

í sico Estado f í  sico nas condições ambientes

Sólido

Conduz corrente elétrica no estado sólido?

Não

Conduz corrente elétrica no estado lí quido? quido?

Sim

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Altos er

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Sólido, lí quido quido ou gasoso

Sólido

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Sólido (exceto Hg) Sim

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Fonte: Tabela elaborada pelos autores. o d 4 8 1 t. r A

Experimento SEPARAÇÃO CROMATOGRÁFICA DE TINTAS DE CANETA O artigo de Lisbôa, indicado em Sugestões de leitura complecontém o roteiro para a realização de um experimento cromatográfico, ao final do qual algumas perguntas são colocadas aos estudantes. Algumas dessas perguntas estimulam a aplicação de conceitos estudados neste capítulo 8 para explicação dos resultados experimentais. mentar para o professor ,

Textos ao professor LINUS PAULING & A QUÍMICA DO SÉCULO XX (1901-1994) ( 1901-1994) [...] Linus Pauling nasceu em 28 de fevereiro de 1901, em Oswego, no Estado de Oregon, filho de Lucy Isabelle Darling Pauling e de Herman William Pauling. Os Pauling pertenciam a uma família diferente; a tia de Linus chamava-se Stella “Dedos” Darling e era uma conhecida arrombadora de cofres; outro de seus parentes fizera-se espiritualista. Herman Pauling, que era farmacêutico (uma vez colocou anúncios de “Pílulas Rosa ‘Pauling’ para pessoas pálidas”), morreu cedo, de úlcera gástrica, em 1910, logo depois de ter escrito uma carta para o jornal local perguntando como encorajar os excepcionais talentos intelectuais de seu filho. Depois da morte do marido, Belle

Pauling administrou uma pensão na pequena c idade “de um só cavalo” de nome Condon, no Estado de Oregon. Linus, que não se havia interessado pela química enquanto seu pai era vivo, com 12 anos começou a fazer experiências com produtos químicos roubados de uma fábrica abandonada de refinaria de metal. Apesar de Pauling ter deixado o ginásio sem diploma, em 1917  — conferido em 1962, depois de ganhar seu segundo Prêmio Nobel  —, conseguiu se matricular no Oregon Agricultural Agricultural College, onde estudou engenharia química. Sua educação universi universitária tária foi decididamente levada adiante por ele próprio, pois sua mãe teria preferido que ele trabalhasse para dar uma ajuda financeira à família. Depois de receber o diploma de bacharel em 1922, Pauling começou estudos de pós-graduação pós-graduaç ão no California Institute of Technology, que possuía um extraordinário departamento de química e do qual era presidente Robert Millikan, o eminente físico, cuja simples experiência da “gota de óleo” permitiu calcular, pela primeira vez, a carga de um elétron. Na Caltech, a principal área de interesse de Pauling era a físico-química, e logo ficou sob a influê ncia de Roscoe Dickinson, que desenvolvia desenvolvia uma técnica para o uso da difração dos raios X, descoberta uma década antes por Max Von Von Laue no estudo da composição dos cristais complexos. Em colaboração com Dickinson, Pauling descreveu descreveu a estrutura de um mineral chamado molibdenita e publicou alguns artigos, antes de receber o doutorado summa cum laude em 1925. O advento de uma nova teoria quântica, no meio da década de 1920, trouxe um melhor entendimento do átomo e preparou o terreno para uma nova perspectiva da ligação química. Pauling foi à Europa em 1926, passando algum tempo em Munique, com Arnold Sommerfeld, a quem havia conhecido dois anos antes, encontrando-se também com Erwin Schrödinger, em Zurique, com R

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Niels Bohr, em Copenhague, e com Werner Heisenberg e Max Born, em Göttingen. O relacionamento de Pauling com os maiores personagens da mecânica quântica era a mostra da nova ligação a ser  feita entre a química e a física. Quando voltou para o Caltech no ano seguinte, tornou-se um dos poucos químicos vivos que possuíam uma boa concepção da teoria quântica. Foi professor catedrático do Caltech em 1931 e também ensinou na Universidade da Califórnia, em Berkley, Berkley, de 1929 até 1934. Partindo do trabalho inicial sobre cristais, Pauling usou, em 1928, a teoria quântica no fenômeno da ligação química. Mostrou como as propriedades específicas de vários átomos se relacionam com seus elétrons na aplicação da mecânica de ondas. [...] Em 1931, o artigo mais influente e mais significativo feito por Pauling,   A Natureza da Ligação Química, foi publicado no  Journal of the American Chemical Society . Veio Veio a se r o primeir o de uma série de sete artigos clássicos publicados no começo da década de 1930. A realização de Pauling não passou despercebida, e ele obteve não só alta reputação por seus trabalhos no meio científico, como também passou a ser celebrado pela mídia como um jovem americano em ascensão e um potencial ganhador do Prêmio Nobel. Pauling fez jus a essa atenção, pois falava muito bem e se empenhava para explicar suas teorias e descobertas, fornecendo contexto e imagens excepcionais sempre carregadas de humor. [...] Em 1939, Pauling publicou a primeira edição de  A  Natureza da Ligação Química , um dos mais significativos trabalhos sobre química do século XX. “Por volta de 1935”, escreveu Pauling, “... senti ter atingido um completo entendimento sobre a natureza da ligação atômica.” Posteriormente, expandiu seus horizontes para incluir o estudo de moléculas orgânicas mais complexas. Já se vinha interessando por biologia desde 1929, quando o geneticista Thomas Hunt Morgan chegou a Caltech; agora, Pauling já previa a importância da química para o entendimento dos processos vitais. [...] Mas a realização mais significativa significativa de Pauling, na bioquímica, foi o estudo dos aminoácidos e das proteínas, o que preparou a base para maiores avanços na biologia molecular. Onipresente no micromundo biológico e considerada desde o começo do século como a chave da compreensão dos sistemas vivos, vivos, a complexidade das proteínas resistiu à análise por muito tempo. O trabalho de Pauling começou em 1937 e prosseguiu por vários anos. Adotou o que se tornou um método famoso para construir modelos de moléculas em escala, enquanto obtinha pistas pela difração pelos raios X. No final da década de 1940, Pauling iria propor a noção de que as grandes moléculas obedeceriam a algum tipo de simetria na repetição de suas conexões. Pauling percebeu que, em lugar disso —  através de um pulo de imaginação científica científica —, a forma helicoidal representava “a relação geral no espaço entre dois objetos assimétricos, mas equivalentes”. Moléculas longas tendem a tomar  essa forma e, como foi mais tarde percebido, seu caráter assimétrico permite que codifiquem as informações. Pauling public ou, em 1950, um artigo-chave sobre as estruturas helicoidais, elaborado junto com Robert Corey. [...] No último quarto de século de sua vida, Pauling envolveu-se com o esforço para demonstrar a importância da vitamina C no processo de impedimento do resfriado comum e de muitas outras doenças, desde o herpes até o câncer. Não conseguiu dar provas convincentes da eficácia das megadoses que ele e sua mulhe r, Ava Ava Helen, tomavam todas as manhãs, a não ser por sua própria longevidade. Juntamente com o fundamentalista cristão, Arthur  Robinson, Pauling fundou o Instituto de Medicina Ortomolecular  em 1974, que é hoje o Instituto Linus Pauling de Ciência e Medicina, em Palo Alto, na Califórnia. [...]

Em seus últimos anos de vida, Pauling era admirado pelo povo; como viúvo, quando aparecia nos espetáculos nacionais de entrevistas, recebia muitas cartas femininas com intenções amorosas. Em 1990, teve o diagnóstico de câncer de próstata, que mais tarde se disseminou para os intestinos. Linus Pauling nunca disse que os 10 gramas diários de vitamina C lhe dariam a imortalidade. Morreu em 19 de agosto de 1994. Fonte: SIMMONS, J. Os 100 maiores cientistas da história. Tradução de Antonio Canavarro Pereira. 2. ed. Rio de Janeiro: Difel, 2002. p.114-120.

RAIO IÔNICO Quando comparados com os respectivos átomos neutros, os cátions são sempre menores e os ânions, maiores. Por quê?   p  m   6    8   1

  p  m    9  5

  p  m    9    9

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Cl0

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1pm  1 picometro  10

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Cl



12



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Num cátion, a saída de elétrons reduz as repulsões entre os que ficam. Assim, o núcleo (positivo) consegue atrair efetivamente com maior intensidade esses elétrons remanescentes e, assim, a eletrosfera “encolhe”. Nos ânions, acontece o inverso; a entrada de elétrons aumenta a repulsão entre eles e a eletrosfera “incha”. O raio iônico de um cátion é menor que o raio do respectivo átomo neutro. E o raio iônico de um ânion é maior que o raio do respectivo átomo neutro. Agora considere os elementos N, O, F, Ne, Na, Mg e Al. Entre eles, o neônio é o único em que os átomos podem existir estáveis não-combinados. Apesar de esses elementos possuírem diferentes números de elétrons quando eletricamente neutros, ao se transformarem em íons estáveis, eles passarão a possuir o mesmo número de elétrons, sendo chamados de isoeletrônicos. N 7 7

O 8 8

7

Número de prótons Número de elétrons

F 9 9

8

9

Ne 10 10

10

Na 11 11

11

Mg 12 12

12

Al 13 13

13

Recebendo ou perdendo elétrons para completar o octeto

N3 Número de prótons 7 Número de elétrons 10



7

O2 8 10

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

F 9 10

9



Ne0 11Na 10 11 10 10



10

12

Mg2 12 10



13

Al3 13 10



Então, apesar de as eletrosferas serem iguais (mesmo número de elétrons), as cargas nucleares não são (diferentes números de prótons). Quanto maior for a carga positiva do núcleo, maior será a atração que ele exercerá sobre os elétrons, tornando a nuvem eletrônica menor. N3

O2

17 1

14 0





F

Ne

Na

13 6

112

95





Mg2

Al3

65

50





(os números se referem aos raios, em pm)

O raio de íons isoeletrônicos diminui à medida que a carga nuclear aumenta.

Algumas séries de espécies químicas isoeletrônicas (os números se referem aos raios, em pm)

H

He

Li

154

93

60

31

Ne

Na

Mg2

Al3



Be2





N3

O2

F

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140

1 36

1 12

95

65

50

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Cl

Ar

K

Ca2

Ga3

18 4

1 81

1 54

133

99

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Se2

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Kr

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Sr 2

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Ânions

Átomos neutros

Cátions

e

L

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Fonte: J. W. Moore et al. Chemistry. New York, McGraw-Hill, 1978. p. 194. C o d 4 8 1 t. r A

RAIO COVALENTE E RAIO DE VAN DER WAALS Quando a substância iodo, que é constituída por moléculas I 2, se encontra no estado sólido, as moléculas estão unidas por interações intermoleculares do tipo dipolo instantâneo-dipolo induzido formando um retículo cristalino molecular. A figura abaixo representa duas moléculas I 2 vizinhas nesse cristal de iodo sólido. Experimentalmente, verifica-se que a distância entre dois núcleos de iodo que pertençam à mesma molécula (isto é, que estejam unidos por ligação covalente) é de 266 pm.

e R

He 93

N 150

O

70

140

P

190

66

135

S

110

185

As

Ne

F

64

112

Cl

104

180

Se

Ar

99

154

Br

Kr

430 pm 200

121

200

117

195

114

169

Metade dessa distância é denominada raio covalente do iodo. 

266 2

Sb 

Waals. Raio de van der Waals do iodo



Te

I

Xe

133 pm

Ainda considerando a figura, a distância entre dois núcleos de átomos de iodo vizinhos, que não façam parte da mesma molécula, é de 430 pm. A metade de tal distância é chamada raio de van der 430 2



215 pm

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266 pm

Raio covalente do iodo

a

.

Os valores do raio covalente estão relacionados ao quanto os átomos se aproximam ao fazer uma ligação ligaç ão covalente. Já o raio de van der  Waals tem a ver com a proximidade de moléculas (unidas por interações intermoleculares), que formam um retículo cristalino molecular.

220

141

210

137

215

133

190

Acima temos valores de raios covalentes e de van der Waals (em negrito) para alguns elementos químicos. Os valores estão em picometros. Fonte: J. W. Moore et al. Chemistry . New York, McGraw-Hill, 1978. p. 193. O raio de van der Waals do telúrio é proveniente provenien te de J. E. Huheey et al. al  Inorganic  .Inorganic Chemistry; principles of structure and reactivity. 4. ed. New York, Harper, 1993. p. 292.

Sugestões de leitura complementar para o professor Textos de Química Nova na Escola são Escola são disponibilizados em http://sbqensino.foco.fae.ufmg.br/qnesc CELEGHINI, R. M. S.; FERREIRA, L. H. Preparação de uma coluna cromatográfica com areia e mármore e seu uso na separação de pigmentos. Química Nova na Escola , n. 7, 1998. p. 39-41. FREITAS, L. C. C. G. Prêmio Nobel de Química Q uímica 1998: 19 98: Walter Walter Kohn & John A. Pople. Química Nova na Escola , n. 8, 1998. p. 3-6. O artigo comenta as contribuições de Kohn e Pople para os métodos computacionais de cálculo de estrutura e de propriedades moleculares, que lhes valeram o Prêmio Nobel. LISBÔA, J. C. F. Investigando tintas de canetas utilizando cromatografia em papel. Química Nova na Escola , n. 7, 1998. p. 38-39. (Veja também errata no n. 8, p. 41.)

OLIVEIRA, L. F. C. Espectroscopia molecular. Cadernos Temáticos  de Química Nova na Escola , n. 4, 2001. p. 24-30. (Veja também errata no n. 14, p. 46.) Artigo que ilustra como a espectroscopia permite obter informações sobre a estrutura molecular. ROCHA, W. R. Interações intermoleculares. Cadernos Temáticos  de Química Nova na Escola , n. 4, 2001. p. 31-36. Artigo que descreve os tipos e a origem das interações intermoleculares que atuam nos sistemas químicos. Também mostra como a compreensão dessas interações permite racionalizar algumas propriedades macroscópicas das substâncias químicas. SANTOS, H. F. O conceito da modelagem molecular. Cadernos  Temáticos de Química Nova na Escola , n. 4, 2001. p. 4-5. TOSTES, J. G. Estrutura molecular, o conceito fundamental da Química. Química Nova na Escola , n. 7, 1998. p. 17-20. O autor faz um apanhado dos métodos de modelagem da estrutura molecular desde des de 1880, passando pela mecânica quântica e chegando ao panorama no final do século XX.

. 8 9 9 d

e

1

Capítulo 9 d

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o

9 1 e d 0 1 6. 9

Condutividade elétrica de soluções aquosas

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Principais conteúdos conceituais do capítulo ó

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Conteúdos procedimentais Conteúdos atitudinais que que podem ser desenvolvidos podem ser desenvolvidos

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alorização ção da observação • Gener Generalizações alizações empíricas empíricas • Utilizar bolinhas bolinhas para para construir • Valoriza provenientes de testes de modelos que representem a como importante fonte para condutividadee elétrica de so- dissolução em água do obter informações. condutividad luções aquosas de substân- cloreto de sódio, da sacarose • Preocup Preocupar-se ar-se com a correta cias iônicas e moleculares e do cloreto de hidrogênio. hidratação do organismo, principalmente nas épocas • Disso Dissociaçã ciaçãoo iônica mais quentes do ano. • Ion Ioniza ização ção • Solu Solução ção eletrolítica eletrolítica • Solução não-eletro não-eletrolítica lítica • Solu Solução ção iônica iônica • Solu Solução ção molecular molecular • Elet Eletróli rólito to

Comentáário geral Coment No capítulo 7, resultados de testes de condutividade elétrica foram empregados como um dos quesitos para c aracterizar as substâncias iônicas, as moleculares e as metálicas. Neste capítulo 9, esses testes são estendidos para soluções aquosas. A idéia é mostrar que quando dissolvemos um soluto em água o comportamento esperado é muito previsível se o soluto for composto iônico, mas pode variar quando se trata de uma substância molecular e, em princípio, esse comportamento oscila entre dois extremos: o da sacarose e o do cloreto de hidrogênio. No capítulo 10, ao estudar a força dos eletrólitos ácidos, essa noção poderá ser completada, na medida em que se poderá discutir  que os eletrólitos se ionizam em diferentes extensões.

Neste capítulo 9, não se espera que o estudante aprenda a prever se uma substância molecular sofrerá ou não ionização em água, mas sim que ele seja capaz de, fundamentado no resultado experimental de a solução aquosa conduzir ou não, visualizar um modelo em nível microscópico que seja coerente com esse resultado. Em suma, este capítulo pretende ajudar o aluno a compreender modelos químicos para a formação de soluções aquosas. Tais modelos são úteis não apenas para o estudo de ácidos, bases e sais (capítulo 10), mas também para todos os aspectos da Química que envolvam soluções. Um comentário ao professor sobre a condutividade elétrica da água pura. Esse líquido contém pequenas concentrações de íons H 3O e OH , provenientes da auto-ionização da água, responsáveis por uma condutividade elétrica muito reduzida, mas de mensuração possível desde que se disponha de equipamento adequado. Tal condutividade elétri



ca é, inclusive, empregada na determinação do produto iônico da água (Kw). E em uma solução aquosa de sacarose também existem os íons H 3O e OH provenientes da auto-ionização da água; portanto ela também terá uma condutividade elétrica muito reduzida, mas mensurável. A condutividade elétrica da água pura ou de uma solução aquosa de um não-eletrólito é muitíssimo baixa se comparada à de uma solução iônica. Apenas para efeito de comparação, considere os seguintes dados: a condutividade condutivi dade elétrica da água pura (a 25 °C) é 5,50 10 8 Ω 1 cm 1 e a condutividade elétrica de solução aquosa 0,1 mol/L de NaCl (a 25°C) é 10,67 Ω 1 cm 1 [LIDE, D. R. (Ed.). Handbook of Chemistry and Physics . 82. ed. Boca Raton: CRC Press, 2001. p. 2-4, 5-90 e 5-94]. Nesse exemplo, a solução do eletrólito salino tem condutividade elétrica 194 milhões de vezes maior que a da água destilada! Mas se a água pura conduz corrente elétrica, então por que a lâmpada não se acende ao realizarmos com ela o teste usando a aparelhagem que aparece na página 158 do livro? O filamento de uma lâmpada incandescente emite luz quando a dissipação de energia, na forma de calor, provocada pela passagem de corrente elétrica (Efeito Joule) faz com que ele atinja temperaturas suficientemente altas para ficar incandescente. Se a corrente elétrica que passa pelo filamento for muito baixa, a energia dissipada por Efeito Joule é muito pequena, insuficiente para aquecer o filamento a ponto de torná-lo incandescente. 

Quais desses eletrólitos são excretados na urina? Qual a relação desses eletrólitos com o quadro clínico denominado desidratação?”

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Origem dos termos cientí  cient í ficos ficos • A palavra “solução”, usada em Química, vem do latim solutione, de onde também deriva a palavra “solução” usada no linguajar não-científico. Quando alguém encontra a solução de um problema, por exemplo, isso significa que o problema se “dissipou”, “desapareceu”, de modo análogo a um soluto que se dissolve num solvente.

Tema para pesquisa • “Que eletrólitos principais fazem parte do plasma sangüíneo? sangüíneo? Qual a importância da presença desses eletrólitos, em concentração adequada?

Atividade Utilizar bolinhas para construir modelos que representem a dissolução em água do cloreto de sódio, da sac arose e do cloreto de hidrogênio. Devem-se representar o antes e o depois, ou seja, a estrutura microscópica dessas substâncias antes de serem dissolvidas em água e também a solução aquosa resultante de sua dissolução em água. Esses modelos são muito úteis para ajudar os alunos a passar do concreto (bolinhas) para o abstrato (átomos, moléculas, íons) e ser ão de grande valia durante o estudo do capítulo 10.

Experimento CONDUTIVIDADE ELÉTRICA DE SOLUÇÕES Esse experimento emprega o aparelho cuja construção foi sugerida no capítulo anterior, neste manual. Cuidado com choque elétrico. UMA VEZ LIGADO À TOMADA, NÃO TOQUE NAS PARTES DESENCAPADAS DO CIRCUITO . Por segurança, sugere-se que esta seja uma EXPERIÊNCIA DEMONSTRATIVA . Para discutir a condutividade elétrica de soluções, sugerimos três exemplos:: sal de cozinha (NaCl), açúcar (C12H22O11) e ácido muriático exemplos (HCl aquoso). Quando dissolvidos em água, esses compostos permitem ilustrar  três situações diferentes: • NaCl produz solução iônica, graças à dissociação dos seus íons; • C12H22O11 produz solução molecular; • HCl produz solução solução iônica, graças à ionização ionização sofrida por suas moléculas. .

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Capítulo 10 Princípios de Química Inorgânica (I) Principais conteúdos conceituais do capítulo

Conteúdos procedimentais Conteúdos atitudinais que que podem ser desenvolvidos podem ser desenvolvidos

Interessar-se se pelas idéias ciencien• Definição operaciona operacionall de áci- • Obter um indicador indicador ácido- • Interessardo e de base base e utilizá-lo para testar tíficas e pela Ciência como algumas soluções visando maneira de entender melhor • Indic Indicador ador ácido-ba ácido-base se o mundo que nos cerca. • Conce Conceituaçã ituaçãoo de Arrhenius Arrhenius classificá-las como ácidas ou básicas. • Pe Perceber rceber que muito do conpara ácido e para base fortoo da vida moderna se deve Formular ular correta corretamente mente os os fort • Fórmul Fórmula, a, nomencla nomenclatura tura e • Form à utilização de progressos da propriedades principais dos principais ácidos, bases e sais. de neutraneutra- Química. ácidos, das bases e dos sais • Equacionar reações de alorizarr os progre progressos ssos da lização entre ácidos e bases. • Valoriza • For Força ça de eletrólit eletrólitos os Ciência e suas aplicações como agentes do bem-estar humano.

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Comentário geral Comentá O experimento do início do capítulo envolve o uso da fenolftaleína e do extrato de repolho roxo como indicadores ácido-base. A primeira parte do experimento consiste na extração de um con junto de substâncias presente no repolho roxo, que atua como indicador  ácido-base. Considerando-se os riscos envolvidos no aquecimento em chama, sugere-se que essa parte seja realizada pelo professor professor,, de modo demonstrativo. A segunda parte consiste em usar os indicadores para o teste de vários materiais. Também por questão de segurança alguns dos materiais empregados nessa etapa devem ser  manuseados pelo professor, conforme explicitado no livro. As soluções aquosas de ácidos e de bases que o professor irá manipular não precisam e não devem ser concentradas. Concentrações da ordem de 0,1 mol/L são suficientes para que o experimento atinja seu objetivo. Mesmo nessa concentração, essas soluções podem oferecer risco em contato com a pele ou com os olhos, por exemplo. O professor deve enfatizar atitudes de segurança com respeito a elas e às atividades de laboratório de modo geral. Em contato com materiais ácidos, a fenolftaleína permanece incolor e o extrato de repolho roxo adquire coloração vermelha/rósea. Já em contato com materiais básicos (alcalinos), a fenolftaleína torna-se rósea e o extrato de repolho roxo pode adquirir coloração que varia entre o verde e o amarelo. 9

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Este é um capítulo longo e que, por conveniência didática, deve ser  trabalhado em partes. Sugerimos trabalhá-lo de acordo com os seguintes blocos: L

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• Primeiramente o experimento experimento da abertura, comentado acima, seguido da discussão dos resultados e da tentativa de racionalizá-los. A seguir, o item 1, sobre as definições operacionais de ácidos e bases, a importância dos indicadores ácido-base e a definição de Arrhenius de ácidos e de bases.

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• Item 2, que versa versa sobre ácidos. Ao trabalhar as fórmulas estruturais de ácidos oxigenados como H 2SO4, H 2SO3, H 3PO4, H 3PO3, H 3PO2, o professor deve ter em mente o que está exposto no capítulo 7 deste manual sobre ligação “dativa” e por que optou-se por  não utilizar esse modelo nesta obra. Ao aluno, na página 173 do livro, é exposto que são consideradas possíveis nesse nível de escolaridade as fórmulas estruturais com ou sem dupla ligação S  l O e P l O. • Item 3, que trata dos hidróxidos metálicos e também da amônia. • Item 4, em que são discutidos os sais. Dependendo da da realidade local e da carga horária, talvez seja mais conveniente não apresentar os sais provenientes da neutralização parcial. Ou, optando por apresentá-los, pode ser conveniente limitar-se a exemplos envolvendo bicarbonato e bissulfato. • Item 5, que apresenta a força de ácidos como eletrólitos eletrólitos e também noções sobre a solubilidade de hidróxidos e de sais.

Origem dos termos cientí  cient í ficos ficos • A palavra palavra “ácido” “ácido” vem do prefixo prefixo ac-, presente no grego e no latim, que indica ser picante, agudo, pontudo. É uma clara alusão ao efeito picante dos ácidos sobre a língua. • A palavra palavra “álcali” “álcali” vem do do árabe al-qali, pelo latim medieval alkali, cinza de plantas. Nas cinzas vegetais são encontrados sódio e potássio na forma de óxidos e carbonatos. Graças à presença desses óxidos básicos (que reagem com água formando hidróxidos) e carbonatos (que em água sofrem hidrólise do ânion), a adição de cinzas à água deixa o meio básico. Daí usar “álcali” como sinônimo de base, e “alcalino” como sinônimo de básico.

Tema para pesquisa Além do tema proposto na página 184, sugerimos: • “Por que as populações litorâneas não precisam necessariamente consumir sal iodado?”

Experimentos INDICADORES ÁCIDO-BASE NATURAIS O suco de uva contém substâncias provenientes da ca sca da uva (antocianinas) que atuam como indicadores ácido-base. Em meio ácido, elas adquirem coloração avermelhada e, em meio básico, azulada. Embeba pequenas tiras de pano branco em suco de uva e teste cada uma com gotas de materiais ácidos ou básicos.

O SANGUE-DO-DIABO Trata-se de um líquido avermelhado que perde a cor após ser borrifado em uma roupa ou tecido. Para prepará-lo, o procedimento é: 1. Em um copo copo com 200 mL de água, água, adicione adicione uma ou ou duas gotas gotas de solução de amoníaco (pode ser adquirida em farmácias). Por  ser tóxica, irritante e alcalina, a amônia não deve ser inalada nem tomar contato com a pele, os olhos e as mucosas . 2. Adicio Adicione ne algumas algumas gotas de solução solução alcoólica alcoólica de fenolftaleí fenolftaleína na à solução alcalina de amônia (item 1). Uma coloração vermelha deve ser obtida. Não conseguindo essa coloração, coloque mais base e/ou mais indicador. 3. Borrife a solução avermelhada avermelhada (sangue-do-diabo) num pano branco. Após algum tempo, a cor desaparece. A explicação está no fato de a saída da amônia gasosa deixar no pano apenas a água e a fenolftaleína. Como o meio de ixa de ser básico, a fenolftaleína passa a ficar incolor. Alguns comentários oportunos sobre essa experiência: a) Quanto mais mais gotas da da solução de de amônia forem forem usadas, usadas, mais tempo tempo leva para a cor desaparecer. Por isso a recomendação é usar  pouquíssimas gotas. b) Salient Salientee aos alunos que que o álcool serve serve apenas como solvent solventee para a fenolftaleína. Ele não tem nenhum outro papel relevante nessa experiência. c) O professor professor pode jogar jogar vinagre ou suco suco de limão no restant restantee do sangue-do-diabo, a fim de já dar uma idéia de neutralização ácido-base. d) Quando o pano for for lavado, lavado, ele ficará ficará vermelho vermelho em contato com com o sabão. Lembre-se de que a fenolftaleína ainda estará lá. É necessária uma boa lavagem para eliminá-la.

CARBONATOS E BICARBONATOS REAGEM COM ÁCIDO Havendo tempo, é interessante mostrar que carbonatos e bicarbonatos reagem com ácidos liberando CO 2. Isso pode ser feito jogando uma colherada de Na2CO3 sólido em água pura, água acidulada com vinagre e água alcalinizada alcaliniz ada com NaOH. Só no caso da água acidulada, será observada a efervescência. O

mesmo procedimento pode ser adotado com Na HCO3, que conduzirá aos mesmos resultados. O experimento pode ser ampliado para a reação de ácido clorídrico com casca de ovo ou com mármore, materiais que contêm carbonato de cálcio. Deve-se, contudo, atentar para medidas e atitudes de segurança referentes à utilização de ácido clorídrico e de soda cáustica. O fato de que carbonatos e bicarbonatos reagem com ácidos liberando CO2 é uma importante informação relacionada aos sais e que será trabalhada no capítulo 12.

Sugestões de leitura complementar para o professor Textos de Química Nova são Nova são disponibilizados em http://quimicanova.sbq.org.b http://quimicano va.sbq.org.br/QN_OnLine_Gera r/QN_OnLine_Geral.htm l.htm

Textos de Química Nova na Escola são Escola são disponibilizados em http://sbqensino.foco.fae.ufmg.br/qnesc GOUVEIA-MATOS, J. A. M. Mudança nas cores dos extratos de flores e do repolho roxo. Química Nova na Escola , n. 10, 1999. p. 6-10. O autor fornece subsídios para a compreensão das mudanças de cor de indicadores ácido-base, que englobam aspectos de deslocamento de equilíbrio e da interação das ondas eletromagnéticas com a matéria. TERCI, D. B. L.; ROSSI, A. V. Indicadores naturais de pH: usar papel ou solução? Química Nova , v. 25, n. 4, 2002. p. 684-688. As autoras sugerem o uso de extratos de amora, jabuticaba, jambolão e uva como indicadores de pH, tanto na forma líquida como em papel. Além de apresentar interessantes fotos da cor dos extratos em diferentes pHs, o artigo compara o desempenho desses indicadores, na forma de papel, com o de alguns papéis indicadores universais comercialmente disponíveis disponíveis.. O artigo também inclui fórmulas estruturais de antocianinas e apresenta os equilíbrios químicos envolvidos. . 8 9 9 1 e d

Capítulo 11 Princípios de Química

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Principais conteúdos conceituais do capítulo

Conteúdos procediment procedimentais ais que podem ser desenvolvidos

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• Fórmula e nomenclatura nomenclatura dos óxidos • Reaçõe Reaçõess dos óxidos óxidos ácidos ácidos com água e com bases • Reações dos óxidos óxidos básicos básicos com água e com ácidos • Fórmula do peróxido peróxido de hidrohidrogênio e dos peróxidos de metais alcalinos e de metais alcalino-terrosos • Noçõe Noçõess sobre polui poluição ção atmosférica • Noções sobre sobre a atmosfer atmosfera, a, a hidrosfera, a litosfera e o aproveitamento pelo sistema produtivo de substâncias nelas existentes em quantidade apreciável

Interessar-se r-se pelas idéias idéias ciencien• Formular Formular correta corretamente mente os • Interessa tíficas e pela Ciência como principais óxidos. • Equaciona Equacionarr as reações mais maneira de entender melhor relevantes relacionadas aos o mundo que nos cerca. Perceber rceber que que muito do do conóxidos ácidos e aos óxidos • Pe forto da vida moderna se básicos. • Busc Buscar ar informaçõe informaçõess sobre a deve à utilização de progresprodução de substâncias quí- sos da Química. • Valorizar as medidas de promicas inorgânicas. • Leva Levantar ntar informações informações sobre as teção ambiental como promotoras da qualidade de vida. riquezas minerais brasileiras brasileiras.. • Valoriza alorizarr os progressos progressos da Ciência e suas aplicações como agentes do bem-estar humano. • Ser consciente consciente da importânimportância das pesquisas geológicas para desvendar a estrutura do planeta.

Comentáário geral Coment O capítulo consiste essencialmente de duas partes: • Item 1, sobre óxidos. Cabe aqui ressaltar que os itens 1.1 e 1.2 formam um bloco referente a nomenclatura. Os itens 1.3 (óxidos ácidos) e 1.4

(óxidos básicos) formam um outro bloco, em que reações relevantes são apresentadas. Quanto ao conteúdo do item 1.6 (peróxidos), há professores que preferem deixá-lo para tratar ao discutir o conceito de número de oxidação, pois naquele momento será relevante que o aluno conheça os peróxidos e sua estrutura, a fim de compreender que neles o oxigênio apresenta número de oxidação 1.

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Os principais óxidos ácidos e a tabela periódica

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Os principais óxidos básicos e a tabela periódica

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Esse tema, de certa forma, está englobado pelo anterior, mas o explicitamos para salientar a importância da produção de metais pelo sistema produtivo. • “O que é Geologia Geologia e qual sua importânc importância?” ia?” • “As rochas, sob um enfoque químico; magmáticas magmáticas intrusivas, intrusivas, magmáticas extrusivas, sedimentares e metamórficas. metamórficas.”” • “Por que certos solos ficam ficam lisos e pegajosos após a chuva e outros outros não?” • “De que é feita a porcela porcelana?” na?” • “Quais as formas mais mais comuns de poluição poluição da atmosfera? atmosfera? E da hidrosfera? E do solo?” No próximo capítulo, neste manual, será sugerido um tema para pesquisa referente ao tratamento da água, que complementará este no que diz respeito à importância dos mananciais de água.

Temas para pa ra discuss discu ssãão em grupo • “Que atitudes nossas (compras, hábitos etc.) podem estar incentivando incentivando indiretamente agentes causadores de poluição?” • “Nossa qualidade qualidade de vida depende dos minerais?” minerais?”

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• Item 2, apresenta noções sobre sobre os constituintes inorgânicos inorgânicos do planeta e sobre a importância de alguns deles para o sistema produtivo. Trata-se de um conjunto de informações que propicia que as noções adquiridas pelo estudante estabeleçam conexões com aquilo que existe ao nosso redor. É aqui que cabem alguns dos temas sugeridos mais adiante para pesquisa. Ao trabalhar este capítulo, sugere-se especial cuidado para não reforçar um conceito incorreto que a mídia vem divulgando. Dá a impressão que as emissões de CO 2 pelo ser humano deram início à ocorrência do efeito estufa e que esse efeito é, em sua essência, prejudicial ao planeta. Na verdade, o efeito estufa existiria mesmo sem a presença humana na Terra, já que vapor d’água, metano e dióxido de carbono não estão presentes na atmosfera exclusivamente por conta da atividade humana. O problema que deve ser destacado é que a atividade humana de derrubar f lorestas e empregar grandes quantidades de combustível, sobretudo de origem fóssil (carvão mineral e derivados de petróleo), vem aumentando a intensidade do efeito estufa. Não há dúvida quanto a essa intensificação, a que podemos nos referir como aquecimento global. As freqüentes polêmicas na mídia dizem respeito às previsões do que irá acontecer e com que rapidez irá acontecer.

Origem dos termos cientí  cientí ficos ficos • Os termos “mineral” e “minério” vêm do latim medieval medieval mineralis, relativo a mina.

Temas para pesquisa • A critério do professor, professor, cada aluno ou equipe deve deve pesquisar sobre uma substância inorgânica de importância, sua ocorrência natural, métodos de produção, matérias-primas, relevância para a sociedade e situação do Brasil no cenário mundial da produção e da utilização. Esse tema é de valia para a formação de qualidades desejáveis a qualquer cidadão. Entender a relevância re levância da Química no sistema produtivo permite compreender melhor aspectos que têm interferência direta na qualidade de vida da população. Se o professor dispuser de tempo, e achar  conveniente, poderá sugerir os seguintes temas para pesquisa: “Que riquezas minerais tornam o Brasil um país de destaque?”

Suponhamos que perto de nossa residência haja uma indústria cuja atividade seja suspeita de causar poluição do ar, da água e/ou do solo. A atividade é redigir uma simulação de carta à autoridade competente (pesquisar qual é, no caso específico da comunidade), alegando os motivos que provocaram a redação da carta e pedindo, em linguagem clara e adequada, os esclarecimentos necessários. Trata-se de uma atividade que exercita o uso correto de termos científicos, a adequação do vocabulário a quem nos dirigimos e as implicações sociais do conhecimento em favor do exercício da cidadania. Outra atividade é reunir notícias sobre o aque cimento global, lê-las e debater: qual é a principal polêmica sobre o aquecimento global? Esse debate permite perceber que as polêmicas giram em torno das previsões sobre o aquecimento futuro, sobre o impacto ambiental e sobre questões econômicas (por exemplo, há países que não querem produzir menos e perder dinheiro ao proteger o planeta). Assim, pode-se estabelecer uma separação entre a existência do fenômeno de retenção de energia térmica por alguns gases presentes na atmosfera (sendo o CO 2 o mais conhecido) e a polêmica referente às à s previsões dos efeitos e das implicações sociais e econômicas.

Experimento O TESTE DA ÁGUA DE CAL PARA CO 2 O ar que expiramos (soltamos após a respiração) contém um pouco de gás carbônico. Se assoprarmos, com auxílio de um canudinho, dentro de uma solução aquosa de Ca(OH)2, chamada de “água de cal”, ocorrerá uma reação entre essa base e o óxido ácido CO2, produzindo um sólido branco insolúvel, o carbonato de cálcio, CaCO 3. O efeito visual será o aparecimento de uma turvação branca dentro da solução. CO2 (g)  Ca(OH)2 (aq) → CaCO3 (s)  H2O (l) A solução de hidróxido de cálcio pode ser preparada dissolvendose cal viva ou cal hidratada em água e filtrando com filtro de papel comum, a fim de eliminar o material sólido não dissolvido. Sendo a água de cal um reagente cáustico e muito corrosivo, o experimento deve ser realizado de modo demonstrativo pelo professor . Durante a execução, evite assoprar por muito tempo, pois isso conduz ao desaparecimento do precipitado, graças à sua conversão em bicarbonato de cálcio solúvel: CaCO3 (s)  H2O (l)  CO2 (g) → Ca(HCO3)2 (aq)

Texto ao professor EFEITO ESTUFA Como funciona a estufa para cultivo de vegetais? Considere a seguinte situação familiar: um automóvel estacionado, com os vidros fechados, sob o calor do meio-dia no verão. Depois de algum tempo, a temperatura interna fica bem maior que a externa. A energia proveniente do Sol, na forma de luz visível e radiação ultravioleta, atravessa os vidros, aquecendo o interior. Dizemos que o vidro é transparente à luz visível e à radiação ultravioleta. ultravioleta. O interior aquecido também começa a emitir calor, que é irradiado principalmente na forma de radiação infravermelha, à qual o vidro é pouco transparente. Dessa forma, entra no automóvel maior quantidade de energia do que sai e, em conseqüência, seu interior fica aquecido. As estufas para o cultivo c ultivo de vegetais se baseiam no mesmo processo. O telhado — feito de vidro ou plástico transparente — deixa entrar mais energia do que sai e, conseqüentemente, a temperatura interna fica maior que a externa. O que é efeito estufa A presença de alguns gases na atmosfera terrestre — dióxido de carbono (CO2), vapor de água (H2O), metano (CH4), monóxido de dinitrogênio (N2O) e clorofluorocarbonos — faz com que ela atue, em escala global, como se fosse o telhado de uma estufa. Parte da energia proveniente do Sol fica “aprisionada” na Terra, fazendo com que a temperatura do planeta seja superior àquela esperada se tais gases não estivessem presentes na atmosfera. Esse processo, que contribui para o aquecimento da Terra, é denominado efeito estufa. Se não fosse pelo efeito estufa, na escala em que atualmente ocorre, não haveria vida na Terra. Sem ele, as temperaturas médias nos diversos locais do nosso planeta seriam significativamente mais baixas. Praticamente toda a água estaria congelada e não haveria possibilidade de existir vida, tal como a conhecemos. O clima nas diversas regiões da Terra é diretamente influenciado, portanto, pelo efeito estufa. Um aumento na concentração dos gases relacionados a ele, notadamente o CO 2, implicaria elevação da temperatura média do planeta e mudanças climáticas mundiais. Atividade humana e efeito estufa Em 1896, o químico sueco Svante August Arrhenius percebeu que a temperatura atmosférica da Terra está relacionada com seu conteúdo de CO2 e previu que um aumento na concentração desse gás provocaria aumento da temperatura atmosférica. Em 1958, a equipe do laboratório de Mauna Loa, no Havaí, passou a realizar uma série de medições periódicas dos níveis atmosféricos de CO2. Tais Tais medições, obtidas desde então, revelam que a concentração de CO2 na atmosfera aumentou de 315 ppm (partes por milhão) em volume, no ano de 1958, para cerca de 370 ppm, em 1999. Esse aumento é atribuído fundamentalmente a dois fatores: • à queima de seis bilhões de toneladas anuais de combustíveis combustíveis fósseis, lançando na atmosfera dezoito bilhões de toneladas de CO2 anualmente. • às queimadas queimadas em florestas, florestas, à taxa de 2% ao ano, para para dar lugar à agricultura, contribuindo, de acordo com estimativas, com algo em torno de três a seis bilhões de toneladas anuais de CO 2. Embora os oceanos desempenhem um importante papel ambiental ao absorver parte desse CO2, mantendo-o dissolvido na forma de carbonato (CO32 ) e bicarbonato (HCO 3 ), a maior parte do CO 2 se acumula na atmosfera. Nos últimos cem anos, a temperatura média do planeta sofreu um incremento de 0,5°C ou 0,7 °C (há controvérsias sobre o valor  exato, mas o que importa saber é que houve um aumento). Muitos cientistas atribuem esse aumento à elevação dos níveis atmosféricos de CO2. Em outras palavras, a atividade humana estaria provocando um aquecimento global do planeta. 

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Previsões e controvérsias Certamente você já percebeu, por meio da leitura de jornais ou assistindo a noticiários na tevê, que o tema efeito estufa é bastante polêmico. As controvérsias não se relacionam, contudo, com a existência do efeito em si, que está muito bem comprovada, mas sim às previsões sobre o que poderá acontecer nas próximas décadas. Entre os prováveis efeitos de um aquec imento do nosso planeta, dois merecem destaque: as mudanças climáticas regionais e o aumento do nível dos oceanos. Os padrões climáticos atuais das da s várias regiões da Terra dependem da circulação das massas de ar — quentes ou frias, secas ou úmidas —, que, por sua vez, depende das diferenças de temperatura entre as diversas regiões. Mudanças de temperatura provocadas pela intensificação do efeito estufa alterariam os padrões atuais de circulação das massas de ar e, como conseqüência, mudariam o clima de muitas regiões. A redução das chuvas ou seu excesso colocaria em risco a agricultura. Tempestades e furacões se tornariam mais freqüentes, principalmente nas regiões costeiras. Parece haver consenso em que, se a concentração atmosférica de CO2 duplicar, a temperatura média do planeta poderá aumentar entre 1,5°C e 4,5°C, com boa parte das estimativ e stimativas as girando em torno de 2,5 °C. Pode parecer pouco; porém, na última era glacial, há 18 mil anos, a temperatura média era apenas 5°C menor que a atual. Um aumento pequeno como 1,5°C poderia produzir as temperaturas mais altas dos últimos 6.000 anos. E um aumento de 4,5 °C produziria as maiores temperaturas desde a Era Mesozóica Mesoz óica (na qual viveram os dinossauros), que remonta há 200 milhões de anos, aproximadamente. O aquecimento provocaria o derretimento de uma parte (por pequena que seja) do gelo que está sobre o continente, nas regiões mais frias da Terra. As águas provenientes desse degelo terminariam nos oceanos, aumentando seu nível. Além disso, o aumento da temperatura provoca a dilatação da água, outro fator que contribuiria para a elevação dos oceanos. Atualmente essa elevação é da ordem de 1 a 1,5 milímetro anual. Há inúmeras controvérsias sobre qual poderá ser esse aumento ao longo do século. Algumas projeções indicam algo entre 15 e 95 centímetros. Pode parecer pouco, mas isso provocaria inundação de grandes áreas à beira-mar. Levando-se em conta que cerca de metade da população do planeta habita regiões costeiras, isso determinaria o deslocamento de grande parte da população mundial. Há, por outro lado, fatores que contribuem em sentido oposto ao do efeito estufa. Um deles é o das cinzas lançadas pelos vulcões em erupção. Elas permanecem muito tempo na atmosfera, até que transformações químicas as eliminem ou que o peso as traga, muito lentamente, para o solo. Durante sua permanência na atmosfera, essas cinzas reduzem a passagem dos raios solares, diminuindo o aquecimento da superfície. Outro fator é o de que os gases de enxofre, poluentes das regiões metropolitanas, atuariam como as cinzas vulcânicas, atenuando a passagem da energia solar. Os cientistas têm feito várias previsões e, freqüentemente, eles discordam entre si. Não se sabe ao certo como os vários fatores envolvidos irão comportar-se com o passar do tempo. Todos os fatos aqui expostos (de maneira relativamente sucinta) têm merecido cada vez mais a atenção dos cientistas e ainda são uma questão em aberto. Existem estimativas, não certezas.

Sugestão de leitura complementar para o aluno BRANCO, S. M. O meio ambiente em debate . 3. ed. São Paulo: Moderna, 2004. (Coleção Polêmica) Esse paradidático pode ser usado para acompanhar de perto quase todo o curso de Química do ensino médio. Ele contém inúmeros pontos referentes à intervenção humana no meio ambiente e seus reflexos para os ecossistemas e para o próprio ser humano. No tocante a este capítulo 11, há informações sobre poluição e chuva ácida.

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JARDIM, W. F. A evolução da atmosfera terrestre. Cadernos  Temáticos de Química Nova na Escola , n. 1, 2001. p. 5-8. Artigo que discute a variação da composição da atmosfera terrestre ao longo do tempo e a relação disso com o aparecimento e o desenvolvimento da vida. O autor comenta o fato de o efeito estufa, bem dosado, ser fundamental para a vida na Terra, pois, sem ele, a temperatura média do planeta seria inferior a 15°C. O problema ambiental do efeito estufa está na sua intensificação causada pelas emissões de gás carbônico resultantes de atividades humanas.

Sugestões de leitura complementar para o professor Textos de Química Nova na Escola são Escola são disponibilizados em http://sbqensino.foco.fae.ufmg.br/qnesc ALVES, O. L.; GIMENEZ, I. F.; MAZALI, I. O. Vidros. Cadernos  Temáticos de Química Nova na Escola , n. 2, 2001. p. 13-24. Artigo que apresenta aspectos da história da fabricação e da utilização dos vidros, bem como de suas propriedades.

Capítulo 12 Algumas reações inorgânicas de importância . 8 9 9 1 e d o ir er e v fe e d 9 1 e d 0 1 6.

Principais conteúdos conceituais do capítulo

Conteúdos procedimentais Conteúdos atitudinais que que podem ser desenvolvidos podem ser desenvolvidos

• Reconhecim Reconhecimento ento de reação de adição, de decomposição, de deslocamento e de dupla troca por meio da análise de sua equação química • Equa Equaciona cionamento mento de reações reações químicas a partir de informações sobre reagentes e produtos • Conce Conceito ito de reatividad reatividadee e sua utilidade em previsões sobre a ocorrência de reações de deslocamento • Conce Conceito ito de nobreza nobreza e sua relação com o conceito de reatividade • Reaç Reação ão de dupla dupla troca com com precipitação • Reaç Reação ão de dupla dupla troca com com produção de gás • Equaç Equação ão química química na forma forma iônica • Reaçã Reaçãoo de metais dos dos grupos 1 e 2 com a água

• Equacionar corretamente corretamente,, inclusive na forma iônica, exe exemmplos simples de reações de metais com soluções aquosas de ácidos,* de metais com soluções salinas e de halogênios com soluções salinas em que o ânion é de halogênio. • Equacionar corretamente corretamente,, inclusive na forma iônica, exe exemmplos simples de reações de dupla troca em que se forma precipitado ou em que há liberação de gás. • Obter informaçõe informaçõess sobre o tratratamento da água consumida na localidade em que se vive. • Ela Elabor borar ar um slogan  slogan que que transmita a importância da conservação dos mananciais de água.

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• Valorizar a observação observação como como importante meio para obter informações. • Apreciar o entendimento entendimento das regularidadess da natureza. regularidade • Pe Perceber rceber que que princípios princípios científicos estão presentes na vida cotidiana. • Pe Perceber rceber a importância importância da preservação dos mananciais e do respeito a eles.

* Neste capítulo espera-se que o estudante aprenda a equacionar esse tipo de reação para ácidos, que, ao reagirem com metal, o façam graças à redução reduç ão dos íons H (e não do ânion do ácido). Para esse tipo de processo, a semi-reação de redução (que não envolve o ânion do ácido) é: 2H  2e # H Há, por outro lado, casos como o do ácido nítrico, em que é o ânion do ácido que figura na semi-reação de redução. Em conseqüência, não há liberação de hidrogênio molecular. molecular. Um exemplo desse tipo de processo é o ataque do ácido nítrico concentrado à prata metálica: 3 Ag  4 HN HNO O # 3 Ag AgNO NO  NO  2 H O no qual a semi-reação de redução é: NO  4 H  3 e # NO  2 H O 

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Comentáário geral Coment No item 1 são apresentados os principais tipos de reações da Química Inorgânica. A ênfase dos exercícios está no equacionamento de um processo, sendo dados os seus reagentes e produtos. No item 2 são trabalhadas as reações de deslocamento, que seguem a fila de reatividade dos metais ou a fila dos não-metais. Trata-se de uma abordagem introdutória, visto que, na eletroquímica, são enfocadas novamente, do ponto de vista da óxido-redução e dos potenciais-padrão de semicela. No item 3 são tratadas as reações tradicionalmente denominadas de dupla troca. Nessa parte a sugestão é enfatizar aspectos macroscopicamente observáveis, observáveis, tais como precipitação e liberação de gás. Quanto à precipitação, sugere-se que a tabela de solubilidade (tabela 4, página 187, capítulo 10) deve ser  instrumento de consulta, inclusive nas avaliações. Para que as reações de deslocamento e de dupla troca possam ser  compreendidas na sua essência, o que ocorrerá na eletroquímica e no equilíbrio químico, respectivamente, é importante que o estudante seja capaz de trabalhar com as equações desses processos na forma iônica, quer interpretando-as, quer elaborando-as. Aí entra em cena o item 4 deste capítulo, que é a representação de reações na forma iônica. No item 5 aparecem alguns temas correlatos, em que merecem destaque a reação de metais alcalinos com a água e a escolha de materiais adequados para as embalagens de soluções ácidas e de soluções básicas.

Origem dos termos cientí  cient í ficos ficos • “Síntese” “Síntese” vem do grego grego sún, que significa juntamente, com, ao mesmo tempo, por meio de, e thésis, ação de colocar, de arranjar, de pôr em algum lugar. Assim, a palavra “síntese”, em sua origem, significa coleção, reunião, justaposição, composição. • “A “Anális nálise” e” vem do grego grego aná, que significa no alto, de baixo para cima, para fora, e lúsis, ação de separar, de resolver, de quebrar. Assim, a palavra “análise”, em sua origem, significa resolução, separação com intuito de compreender. É, portanto, o oposto de “síntese”.

Experimentos EXTINÇÃO DE CHAMA COM GÁS CARBÔNICO (SIMULAÇÃO DO EXTINTOR DE INCÊNDIO À BASE DE BICARBONATO) O desenho a seguir mostra uma experiência demonstrativa: o apagamento de uma vela devido ao CO 2, produzido na reação entre o bicarbonato de sódio e um ácido, ocupar o lugar do oxigênio ao redor  da chama. Despeje vinagre pela lateral do copo. As quantidades de reagentes devem ser tais que o nível do líquido durante a efervescência não chegue à chama da vela. A idéia é que o CO2 produzido ocupe o lugar  do O2 nas imediações da chama, extinguindo-a. Despejar vinagre Copo de vidro

A chama se apaga como decorrêência da falta decorr de O2. A atmosfera ao redor da chama passa a conter praticamente só só CO2. . 8 9 9 1 e d

Atividade Um slogan é uma frase criativa e de impacto que tem por objetivo transmitir uma idéia. Com a turma dividida em grupos, cada grupo deve elaborar um slogan que transmita a idéia da importância da preservação da água. Por que um slogan? Porque é uma maneira de desenvolver a criatividade e, simultaneamente, empregar o que se aprendeu no tema para pesquisa sugerido anteriormente, dando ênfase ao essencial. Um slogan deve ser breve, objetivo e causar impacto. Nesse tipo de atividade costumam surgir idéias muito interessantes e que podem ser elaboradas interdisciplinarmente com o professor de Língua Portuguesa.

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REAÇÃO REAÇÃ O DE ZINCO COM ÁCIDO CLORÍDRICO É essencial que medidas e atitudes de segurança sejam tomadas a fim de evitar acidentes. Considere a possibilidade de a prática ser realizada pelo professor, de modo demonstrativo. Essa prática envolve ácido clorídrico (efeito corrosivo, do líquido e dos vapores, sobre a pele e as mucosas) e a produção de gás hidrogênio (inflamável; certifique-se da ausência de chamas e faíscas de qualquer espécie antes de iniciar o procedimento). Óculos de segurança, luvas e avental protetor são recomendados. O deslocamento do hidrogênio de uma solução aquosa de HCl pelo zinco é uma reação bastante tradicional e ilustrativa. Utilize zinco em pedaços e HCl (aq) 0,1 mol/L colocados em um tubo de ensaio (evite o pó e as concentrações mais altas de ácido para que a reação não seja muito violenta e empregue pequenas quantidades dos reagentes).

Temas para pesquisa • “Qual a importância da etapa de floculação nas estações estações de tratamento de água?” • “Como é realizado o tratamento da água que chega às torneiras na nossa localidade? Qual o órgão responsável por esse tratamento? Com que recursos materiais e financeiros esse tratamento é realizado? De que mananciais provém essa água?”

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NaHCO3 sólido

REAÇÕES DE PRECIPITAÇÃO É muito importante que os alunos presenciem reações de precipitação. Algumas sugestões que podem ser realizadas misturando soluções de concentração da ordem de 0,1 mol/L são:   AgNO3 (aq NaCl (aq) NaNO3 (aq AgCl (s) → (aq)) (aq)) Pb(NO3)2 (aq 2 Na NaCl Cl (aq) → 2 Na NaNO NO3 (aq PbCl2 (s(s))   (aq)) (aq))   CaCl2 (aq Na2SO4 (aq 2 Na NaCl Cl (aq) CaSO4 (s(s)) → (aq)) (aq)) BaCl2 (aq Na2SO4 (aq 2 Na NaCl Cl (aq) BaSO4 (s(s)) →   (aq)) (aq)) CaCl2 (aq Na2CO3 (aq 2 Na NaCl Cl (aq) CaCO3 (s(s)) →   (aq)) (aq))   BaCl2 (aq Na2CO3 (aq 2 Na NaCl Cl (aq) BaCO3 (s(s)) → (aq)) (aq)) É necessário insistir em atitudes de segurança, sobretudo se os alunos forem manusear os reagentes (óculos de segurança, luvas e avental), destacando o efeito nocivo dos metais pesados quando absorvidos pelo corpo (o que é mais fácil quando estão na forma de íons em solução) e enfatizando a necessidade do correto descarte das soluções e dos precipitados , a fim de não contaminar as águas. Sugerimos que o professor entre e ntre em contato com universidades, colégios técnicos ou indústrias da localidade, a fim de verificar como pode proceder para enviar os precipitados de metais pesados para descarte adequado.

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LIBERAÇÃO DE GÁS Valem, para esta prática, as observações sobre medidas de segurança feitas anteriormente ao comentar o experimento Reação de zinco com ácido clorídrico.

Sugestões de reação com liberação de gás carbônico.  Na CO  H2SO4 (aq Na2SO4 (aq H2O (l)  CO2 (g(g)) → (aq)) 2 3 (aq (aq)) (aq)) 2 HC HCll (aq)  CaCO3 (sól CaCl2 (aq H2O (l)  CO2 (g(g)) →  (sólido) ido) (aq))  NaHCO HCl (aq) NaCl (aq)  H2O (l)  CO2 (g(g)) → 3 (aq (aq)) O carbonato de cálcio sólido empregado pode ser da casca de ovo, de conchas marinhas, de mármore, de calcário etc.

VERIFICAÇÃO DA PRESENÇA DE ÍONS CÁLCIO E FERRO EM LEITE ENRIQUECIDO O artigo de Gonçalves, Antunes e Antunes, indicado em Sugespropõe um experimento em que se pode determinar a presença de íons cálcio e fe rro no leite enriquecido. Esse experimento propicia aos alunos compreenderem, entre outras coisas, como o conhecimento das reações químicas permite aos técnicos a análise de produtos, por exemplo, para fins de controle de qualidade ou de verificação do cumprimento de normas legais. e

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tão de leitura complementar para o professor ,

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A água sanitária (ou água de lavadeira), o cloro distribuído nos postos de saúde e os produtos vendidos em farmácias e supermercados para tratar água são soluções aquosas de hipoclorito de sódio (e cloreto de sódio), obtidas industrialmente pela reação entre cloro e soda cáustica, NaOH: Cl2 (g(g))  2 Na NaOH OH (aq) → NaCl (aq)  NaClO (aq)  H2O (l)

TRATAMENTO DA ÁGUA DE PISCINAS A idéia central do tratamento de piscinas consiste na ação do íon hipoclorito, comprado como “cloro líquido” ou “cloro sólido”. Além de desinfetar, o hipoclorito tem o papel de destruir (por oxidação) os resíduos orgânicos deixados pelos banhistas, como gordura do corpo, protetores solares, bronzeadores etc. A presença de hipoclorito ou ácido hipocloroso hipocloroso ao redor de 1 ppm (1 ppm  1 parte por por milhão milhão  1 g 6 para cada 10 g de água) mantém baixos os níveis de algas e bactérias. Mesmo assim, há quem utilize também produtos algistáticos (impedem o crescimento de algas) ou algicidas (matam algas). A eliminação de partículas sólidas em suspensão é garantida pela circulação da água por filtros contendo areia. O pH de uma piscina deve ser mantido num valor entre 7,2 e 7,8 (preferencialmente 7,5), correspondendo a um meio ligeiramente alcalino, quase neutro. A manutenção desse pH evita a formação de incrustações coloridas (por precipitação de hidróxidos) e a corrosão dos metais (pela acidez).

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TRATAMENTO MUNICIPAL DE ÁGUA

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As principais etapas do tratamento municipal de água podem ser  divididas em dois grupos: as que envolvem processos físicos e as que envolvem processos químicos (reações químicas). Etapas que envolvem processos físicos  Peneiração : os objetos maiores são removidos.  Aeração: a água pode ser aerada por vários meios; por exemplo, correndo por cascatas. Isso remove o gás sulfídrico, H 2S, e óleos voláteis, que podem dar odor desagradável à água. Sedimentação: a água é deixada em repouso para que partículas de poeira sedimentem e possam ser separadas.  Filtração : feita com um filtro de várias camadas de areia, com grãos de diversas espessuras. Etapas que envolvem processos químicos Coagulação ou floculação: floculantes são substâncias que produzem precipitado, ao qual as partículas muito finas de sujeira em suspensão aderem, formando flocos, que podem ser separados da água. Um método bastante difundido utiliza cal hidratada, Ca(OH) 2, e sulfato de alumínio, Al2(SO4)3. Da reação química entre ambas a s substâncias, forma-se hidróxido de alumínio, Al(OH) 3, precipitado gelatinoso que retém, em sua superfície, as partículas de sujeira. 3 Ca( Ca(OH) OH)2 (aq Al2(SO4)3 (aq CaSO SO4 (s(s))  2 Al( Al(OH) OH)3 (s(s)) → 3 Ca  (aq)) (aq))  Desinfecção: o gás cloro, Cl 2, é uma substância química capaz de matar microorganismos. Na verdade, o responsável pela desinfecção é o ácido hipocloroso, HClO, que se forma quando o cloro é dissolvido em água e reage com ela: Cl2 (g(g))  H2O (l) → HCl (aq)  HClO (aq) Como o gás cloro é difícil de manusear e armazenar, já há um bom tempo se utilizam o hipoclorito de sódio, NaClO, ou de cálcio, Ca(ClO)2, que podem ser adquiridos em solução, com o nome de “cloro líquido”, ou sólidos, como “cloro sólido”. Neles, o íon hipoclorito, ClO , atua como agente de desinfecção. Assim, o atual tratamento com “cloro” utiliza não o gás cloro, mas substâncias contendo o elemento químico cloro. 

Tratamento primário Envolve a peneiração e a filtração para remover material suspenso na água. Geralmente retira entre 30% e 40% dos poluentes existentes. Tratamento secundário Nessa etapa, a matéria orgânica presente é degradada por  microorganismos. Os despejos são colocados em contato com bactérias apropriadas. Ar é bombeado para facilitar o processo. Depois de várias horas de agitação e entrada de a r, os despejos são deixados em repouso. Um lodo sedimenta-se e é separado. Ele contém bactérias e material orgânico ainda em decomposição. Se confinado em biodigestores, permite que se obtenha metano, fazendo o volume de resíduos cair à metade. O tratamento secundário reduz a quantidade de poluentes na água para a ordem de 10%. Tratamento terciário Nem sempre é realizado. É um complexo conjunto de etapas biológicas, físicas e químicas, capaz de retirar as substâncias fosforadas e nitrogenadas, que funcionam como nutrientes de algas e podem causar eutrofização de ecossistemas aquáticos. Poluentes industriais, tais como íons de metais pesados dissolvidos, são retirados nessa etapa. O mesmo acontece com substâncias não-biodegradáveis, como, por exemplo, haletos orgânicos, usados como pesticidas. Tratamento Tratamento Tratamento Cloração primário secundário terciário

Fósforo

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Comparação entre a eficácia dos tratamentos primário, secundário e terciário de esBact érias gotos. Quanto mais claro o patogênicas tom de cinza, menor a concentração dos contaminantes Resí duo duo sólido mencionados. Fonte do esquema: P. H. Raven e L. R. Berg. Environment . 4. ed. New Jersey, John Wiley, 2004. p. 504. Substâncias orgânicas dissolvidas

Sugestão de leitura complementar para o aluno BRANCO, S. M. Água : origem, uso e preservação. 2. ed. São Paulo: Moderna, 2003. (Coleção Polêmica) Paradidático que apresenta aspectos relacionados à importância da água para o ser humano e para o ambiente, bem como sobre formas de poluição e de tratamento da água.

Sugestões de leitura complementar para o professor Textos de Química Nova são Nova são disponibilizados em http://quimicanova.sbq.org.b http://quimicano va.sbq.org.br/QN_OnLine_Gera r/QN_OnLine_Geral.htm l.htm Textos de Química Nova na Escola são Escola são disponibilizados em http://sbqensino.foco.fae.ufmg.br/qnesc AFONSO, J. C.; AGUIAR, AGUIAR, R. M. A evolução dos reagentes reagen tes químicos através dos rótulos e frascos. Química Nova , v. 27, n. 5, 2004. p. 837-844. AZEVEDO, E. B. Poluição vs. tratamento de água: duas faces da mesma moeda. Química Nova na Escola , n. 10, 1999. p. 21-25. (Veja também errata no n. 14, p. 46.) O autor discute o que é poluição poluição,, quais suas fontes e que métodos há para seu controle.

CAMPOS, M. L. A. M.; JARDIM, W. F. Aspectos relevantes da biogeoquímica da hidrosfera. Cadernos temáticos de  Química Nova na Escola , n. 5, 2003. p. 18-27. GONÇALVES, J. M.; ANTUNES, K. C. L.; ANTUNES, A. DetermiDeter minação qualitativa dos íons cálcio e ferro em leite enriquecido. Química Nova na Escola , n. 14, 2001. p. 43-45. O artigo propõe um experimento em que, empregando reagentes de obtenção relativamente simples, podese constatar a presença de íons cálcio e ferro em amostras de leite. GRASSI, M. T. As águas do planeta Terra. Cadernos Temáticos  de Química Nova na Escola , n. 1, 2001. p. 31-40. Entre outros assuntos ligados à importância da água, o artigo apresenta informações sobre o tratamento da água destinada ao consumo humano e sua importância na melhoria da qualidade de vida. MAIA, A. S.; OLIVEIRA, W.; OSÓRIO, V. K. L. Da água turva à água clara: o papel do coagulante. Química Nova na  Escola , n. 18, 2003. p. 49-51. MARTINS, MARTI NS, C. R.; PEREIRA PER EIRA,, P. P. A. P.; LOPES, W. A.; ANDRADE, ANDRA DE, J. B. Ciclos globais de carbono, nitrogênio e enxofre: a importância da Química da atmosfera. Cadernos temáticos de  Química Nova na Escola , n. 5, 2003. p. 28-41. SILVA, SIL VA, L. A.; MARTINS, C. R.; ANDRADE, J. B. Por Por que todos t odos os nitratos são solúveis? Química Nova , v. 27, n. 6, 2004. p. 1.016-1.020. VOGEL, A. Química Analítica Qualitativa. 5. ed. São Paulo, Mestre Jou, 1981. Apresenta visão geral das reações inorgânicas envolvidas na análise qualitativa da presença de cátions e ânions inorgânicos. L

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Moll Capítulo 13 Mo ig d ó C o d 4 8 1 t. r A . a id

Principais conteúdos conceituais do capítulo

Conteúdos procedimentais Conteúdos atitudinais que que podem ser desenvolvidos podem ser desenvolvidos

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• Unidade de massa atômica • Massa atômica atômica de elemento químico • Relação entre entre grama grama e unidade de massa atômica • Mass Massaa molecular molecular • Mass Massaa de íon • Constante de Avogadro Avogadro • Mol • Mass Massaa molar molar • Aplicações da massa molar e da constante de Avogadro • Interpretação de fórmulas fórmulas quíquímicas (molecular, mínima e porcentual) usando os conceitos de mol e de massa molar

• Consultar a tabela periódica para obter, sempre que necessário, massas atômicas e empregá-las para realizar o cálculo da massa molar de espécies químicas. • Utilizar dados dados provenientes provenientes de pesagem para estimar a quantidade de entidades microscópicas (átomos, moléculas, íons) presentes em uma amostra de matéria. • Empre Empregar gar dados dados de massa momolar para calcular a quantidade de matéria, expressa em mols. • Operar com a composição porcentual em massa de uma substância e ser capaz de relacionar tal composição com a fórmula mínima e com a fórmula molecular da substância.

• InteressarInteressar-se se pelas idéias ciencientíficas e pela Ciência como maneira de entender melhor o mundo que nos cerca. • Pe Perceber rceber que muitos muitos princípios científicos estão presentes em nossa vida cotidiana. R

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Comentário geral Comentá É pré-requisito importante para estudar este capítulo o entendimento de que medir é comparar com um padrão. E o padrão escolhido para realizar a medida (a comparação) é a unidade de medida (ou, eventualmente, um múltiplo ou submúltiplo dela). As principais unidades de massa e de volume foram apresentadas no capítulo 2.

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O apêndice C, no final do volume 1, apresenta as principais unidades usadas na Química do ensino médio. E o apêndice B apresenta as principais idéias referentes às potências de dez, outro pré-requisito importante para este capítulo. Estimule os alunos a utilizarem esses apêndices sempre que necessário. O item 1 deste capítulo 13 pretende mostrar que, empregando uma balança para medir a massa de um conjunto de objetos idênticos (sejam bolinhas ou átomos, por exemplo), podemos calcular a quantidade de ob jetos nesse conjunto, desde que seja conhecida a massa de cada objeto. Assim, é introduzida uma importante idéia da Química: a balança permite “contar” unidades tais como átomos, moléculas ou íons. Nesse item 1, cabe ressaltar que se está trabalhando com átomos que existem na natureza na forma de um único isótopo (tabela 1 da página 246); daí a validade da comparação com uma amostra de bolinhas de gude em que todas são idênticas. Também merece destaque o fato de a massa atômica (uma medida que expressa quantas vezes a massa do átomo é maior que a unidade de medida, a unidade de massa atômica) e o número de massa (um número inteiro que indica a soma do número de prótons e de nêutrons) serem conceitualmente diferentes, mas, quando a massa atômica de um elemento formado por um ÚNICO isótopo é arredondada para um número inteiro, esse número inteiro coincide com o número de massa dos átomos desse elemento. O item 2 estende a comparação a um conjunto de bolinhas de gude de dois tipos e a um conjunto de átomos de dois tipos, surgindo daí o conceito de massa atômica de elemento. Nesse item também são apresentados os conceitos de massa molecular e massa de íon. O item 3 introduz os conceitos de mol e massa molar. O que é discutido no item 3.1 permite, por analogia, entender o surgimento do conceito de mol. O item 4 introduz a noção de que a quantidade de matéria pode ser  expressa em mols de átomos, mols de moléculas, mols de íons etc. Atualmente, as expressões quantidade de matéria ou quantidade em mols são preferidas em relação à expressão “número de mols”, embora muitos químicos continuem empregando, por tradição, o símbolo “n” para expressar tal grandeza. No item 5, o conceito de quantidade em mols é empregado para interpretar várias maneiras de expressar a composição de uma substância. O aprendizado do conceito de mol esbarra em várias dificuldades, entre as quais a necessidade de compreensão de textos (enunciados), de operar com números muito grandes ou muito pequenos por intermédio das potências de dez, de dominar o raciocínio de proporcionalidade (regra de três) e de compreender e de trabalhar com diferentes unidades para expressar massa. Todos esses aspectos merecem muita atenção, porque se constituem em obstáculos, que, por vezes, os alunos não conseguem transpor sem a intervenção do educador. Agora um comentário sobre o emprego, no livro, das grafias “mol” e “mols”. Antes de falar sobre elas, consideremos como exemplo a unidade metro. A inscrição “5 m” é lida como “cinco metros”, pois “5 m” pressupõe a multiplicação do número cinco pela unidade (padrão de medida) metro. Então “5 m” significa cinco vezes o metro, ou seja, “cinco metros”. Por isso, é incorreta a representação “5 ms”. O símbolo da unidade não requer (e, por isso, não tem) plural. De modo similar, o volume de “oito litros” é representado por  “8 L” e não por “8 Ls”. E a massa de dezesseis gramas é representada por  “16 g” e não por “16 gs”.

Nos exemplos mencionados, o nome da unidade (metro, litro, grama) tem uma grafia diferente de seu símbolo (m, L, g). Porém, no c aso da unidade que expressa a grandeza quantidade de matéria, o nome da unidade (mol) e seu símbolo (mol) têm grafias idênticas, o que introduz um complicador. A quantidade de “dois mols” pode ser grafada como “2 mol” ou, por extenso, como “dois mols”. Rigorosamente falando, falando , é incorreta a grafia “2 mols” assim como são incorretas as grafias “5 ms”, “8 Ls” e “16 gs”. Pela mesma razão que lemos “5 m” como “cinco metros”, devemos ler “5 mol” como “cinco mols”. E, se desejarmos gr afar por extenso, devemos fazê-lo como “cinco mols”. Assim, no livro, toda vez que a grandeza quantidade de matéria é representada por um número seguido da unidade, essa unidade está grafada como “mol”, independentemente independentemente do valor numérico que a antecede. Porém, ao escrever por extenso o valor da grandeza quantidade de matéria, o nome da unidade é flexionado para o plural se o valor numérico assim o exigir. Cabe ressaltar que os exercícios de vestibular são apresentados no livro com a sua redação original, razão pela qual, neles, pode ser que isso nem sempre aconteça. Finalmente, quanto às expressões “quantidade em mol” e “quantidade em mols”, ambas são cabíveis. ca bíveis. A possibilidade de ambas as grafias é equiparável, por exemplo, ao que ocorre com a grandeza massa — “massa em g” e “massa em gramas” — ou com a grandeza volume — “volume em L” e “volume em litros”.

Origem dos termos cientí  cient í ficos ficos • A palavra palavra “mol” vem vem do latim latim mole, massa. • A palavra “molécula” é o diminutivo diminutivo da palavra latina mole, massa. Assim, na sua origem, “molécula” significa pequena massa.

Tema para pesquisa • “O qu quee é volume atômico de um elemento químico? Como essa grandeza varia na tabela periódica? Podemos considerar o volume atômico como uma propriedade periódica?” O tema é oportuno neste capítulo 13 (e não no capítulo 6), porque entender a conceituação de volume atômico pressupõe a compreensão do que vem a ser mol.

Sugestões de leitura complementar para o professor Textos de Química Nova na Escola são Escola são disponibilizados em http://sbqensino.foco.fae.ufmg.br/qnesc SILVA, R. R.; ROCHA-FILHO, R. C. Mol. Uma nova terminologia. Química Nova na Escola , n. 1, 1995. p. 12-14. O artigo apresenta expressões correlatas ao conceito de mol cujo uso é recomendado e outras cujo uso não é recomendado por serem ambíguas ou induzirem a erros conceituais. O artigo reforça que termos como “átomo-grama”, “peso atômico”, “u.m.a.”, “u.m.a.”, “equivalentegrama” e “normalidade” devem ter seu uso abandonado. SIMONI, J. A.; TUBINO, M. Determinação do raio atômico de alguns metais. Química Nova na Escola , n. 9,1999. p. 41-43. Os autores apresentam um método para avaliar o raio de um átomo de metal no retículo cristalino metálico. O processo permite trabalhar o método científico, com hipóteses, medidas e inferências feitas a partir delas.

Capítulo 14 O comportamento físico dos gases Principais conteúdos conceituais do capítulo

Conteúdos procedimentais Conteúdos atitudinais que que podem ser desenvolvidos podem ser desenvolvidos

observação como • Variáve ariáveis is de estado • Conv Converter erter valores de de tempe- • Valorizar a observação ratura entre as escalas importante meio para obter in• Lei de de Boyle Boyle formações. • Leis de Charles e Gay-Lussac Celsius e kelvin. entendimento mento das Empregar gar um raciocínio raciocínio de • Apreciar o entendi • Escala kelvin kelvin de temperatur temperaturaa • Empre regularidadess da natureza. regularidade proporcionalidade direta para • Gás real real e gás ideal ideal realizar a conversão entre uni- • Pe Perceber rceber que muitos muitos princí• Hipótese de Avogadro Avogadro dades de pressão. pios científicos estão presen• Lei do Gás Ideal Ideal • Utilizar as leis leis de Boyle Boyle e de tes em nossa vida cotidiana. • Mistur Misturas as gasosas: pressão pressão Charles e Gay-Lussac para realizar previsões sobre uma parcial e volume parcial amostra de gás sofrendo • Dens Densidad idadee de gases uma transformação. • Empregar a Lei do Gás Gás Ideal para estimar pressão, volume, temperatura ou quantidade em mols para uma amostra gasosa, ou para tecer comparações entre duas amostras gasosas. 8

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Comentário geral Comentá Da observação sistemática, criteriosa e repetida de sistemas de interesse, os cientistas podem perceber regularidades da naturez a. Tais regularidades são enunciadas por meio de palavras ou de equações matemáticas, constituindo as leis ou princípios. Sua validade está vinculada às condições em que foram observados. Considere, por exemplo, a Lei de Boyle. Seu enunciado, que pode ser feito com palavras ou com uma equação matemática, remete a uma regularidade válida em determinado contexto. A regularidade é que a pressão e o volume de uma amostra de substância gasosa são grandezas inversamente proporcionais. E o contexto de validade é que, além de ser uma substância gasosa (mais rigorosamente, gás de comportamento ideal), a massa dessa amostra e sua temperatura devem ser as mesmas antes e depois de uma transformação na qual volume e pressão se alterem. O próprio Boyle propôs uma explicação para essa lei, que é atualmente considerada incorreta. Mas o fato de a explicação dada por Boyle ser incorreta não invalida invali da a sua lei. O mapa conceitual apresentado na página 9 (capítulo 1) ilustra simplificadamente a relação que existe entre leis e teorias. Vejamos algumas alterações de terminologia a que deve-se estar  atento. A expressão “temperatura absoluta” não é mais recomendada. Em seu lugar recomenda-se temperatura termodinâmica. Deve-se usar grau Celsius em vez de “grau centígrado”, kelvin em lugar de “grau Kelvin”, e fração em mol ou fração em quantidade de matéria em vez de “fração molar” (cf. SIL SILV VA, R. R.; ROCHA-FILHO, R. C. Mol. Uma nova termiter minologia. Química Nova na Escola, n. 1, 1995. p. 12-14.).

Justificar/explicar/racionalizar para os alunos a lei das transformações isotérmicas, com base na concepção microscópica do estado gasoso, é relativamente simples. O mesmo podemos afirmar para a lei das transformações isocóricas. Mas explicar, em nível microscópico, o que acontece na transformação isobárica é mais complexo. Um aumento de volume reduz a freqüência de colisões moleculares com a parede do recipiente, mas o aumento da temperatura faz com que esses choques sejam mais violentos. Na transformação isobárica, um fator compensa o outro e, assim, a pressão não se altera. Outra situação que merece atenção diz respeito ao que chamamos de condições normais de temperatura e pressão. Primeiramente vamos falar de uma outra definição, a definição de estado-padrão, importante para todo o desenvolvimento da Termodinâmica Química, com implicações para alguns estudos da Química do ensino médio, como, por exemplo, a Eletroquímica e a Termoquímica. Há alguns anos, a pressão adotada para o estado-padrão estado-padrão era de 1 atm (ou seja, 101,3 101,3 kPa). Por determinaçã determinaçãoo da Iupac, a pressão para o estado-padrão passou a ser de 1 bar (ou seja, exatamente 100 kPa). No entanto, a terminologia terminologia condições normais de temperatura e pressão é rotineiramente empregada não como uma alusão vinculada ao estado-padrão termodinâmico, mas sim como um conjunto de condições para as quais se costuma memorizar, por conveniência de cálculos, o volume molar ocupado por um gás gás ideal (22,4 L). Assim, nesta obra, a expressão condições normais de temperatura e pressão é usada para indicar a temperatura de 0ºC e a pressão de 1 atm. Apenas com a finalidade finalidade de mostrar que não haveria mudança apreciável no valor do volume molar de gás ideal nas CNTP CNTP, caso a pressão fosse alterada alterada de 1 atm para 1 bar  (100 kPa), foi incluída a questão 44. R

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Tema para pesquisa • “O que que vem a ser a Teori Teoria a Cinética dos Gases? Que tem ela a ver com os assuntos discutidos neste capítulo?”

A pressão medida em uma localidade ao nível do mar depende das condições meteorológicas, mas não se desvia muito desse valor. O valor médio é, de fato, 101,325 101,325 kPa. Coluna de ar com 1m de seçã seção o transversal 4 (massa = 10 kg)

2

Experimento Forçça For gravitacional

CONTRAÇÃO DO AR SUBMETIDO A RESFRIAMENTO

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Sugira aos alunos que façam este experimento em casa: Objetivo: Estudar o comportamento do ar quando ele é resfriado num recipiente razoavelmente flexível. Material: • uma garrafa plástica descartável descartável de 2 litros litros com tampa de rosca (se não tiver, serve uma menor, desde que seja plástica e de paredes bem finas, como as da garrafa descartável de 2 litros) • con congel gelado adorr ou freezer Procedimento: 1. Feche a garrafa, que que deve estar estar “vazia”, “vazia”, ou melhor, melhor, cheia de ar. Certifique-se de que apertou bem a tampa. A garrafa e a tampa não devem estar furadas. 2. Coloq Coloque ue a garrafa garrafa dentro dentro do do congelador congelador ou freezer. 3. Após 4 horas tire a garraf garrafaa e observeobserve-a. a. 4. Deixe a garrafa garrafa em cima cima de uma mesa. Espere Espere que ela ela volte volte à temperatura do ambiente e observe novamente. 5. Descre Descreva va o que observou observou e proponha proponha uma explicaçã explicação. o. n e P o ig d ó d

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Texto ao professor t.

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A PRESSÃO ATMOSFÉRICA E O BARÔMETRO bi

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Popularmente, a palavra “pressão” transmite a idéia de empurrão, força. Em termos científicos, no entanto, pressão ( P) é uma grandeza escalar igual à razão entre o módulo de uma força ( F  F) que atua perpendicularmente a uma área e o valor dessa área ( A  A).  P

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A pressã pressão que essa coluna exerce sobre ície, a superf í  c  ie, ao ní  ní vel vel do mar, é de 100 kPa

Figura 1. Uma coluna de ar de 1 m2 de seção transversal exerce sobre a superfície da Terra, Terra, ao nível do mar, a pressão de aproximadamente 100 kPa (lê-se “cem quilopascals”).

O físico e matemático italiano Evangelista Torricelli, que chegou a ser secretário de Galileu Galilei um pouco antes da morte desse físico, foi o primeiro cientista a sugerir que a atmosfera tinha massa e exercia pressão sobre todas as coisas nela imersas. Em 1643, ano seguinte ao da morte de Galileu, Torricelli confirmou suas idéias com a construção de seu famoso barômetro. (A palavra “barômetro” vem do grego báros, gravidade, peso, e metro, medida.) Tratava-se de um tubo de vidro com cerca de 1 m de comprimento preenchido com mercúrio e mergulhado num recipiente também com mercúrio. Ao montar tal instrumento, Torricelli verificou que o mercúrio descia no tubo até estacionar, conforme mostrado na figura 2. Sobre o mercúrio há vácuo (na verdade há uma quantidade desprezivelmente pequena de vapor de mercúrio, já que a pressão de vapor do mercúrio não é nula). O que faz o mercúrio descer? É a força peso atuando sobre ele. E o que faz o mercúrio parar de descer? É a pressão atmosférica, que “empurra” o mercúrio de volta para dentro do tubo.

F  A

Vácuo

Um gás aprisionado em um balão, por exemplo, exerce uma força sobre sua parede interna. Essa força dá origem a uma pressão, a pressão que o gás exerce contra as paredes do recipiente, a que nos referimos simplesmente como “pressão do gás”. A atmosfera exerce pressão sobre a superfície da Terra. Para estimar o valor dessa pressão, consideremos uma coluna coluna de ar de 1 m2 de seção transversal (figura 1). Tal coluna tem a massa aproximada de 10.000 kg. Considerando a aceleração da gravidade como sendo 10 m/ m/ss2, o módulo da força peso, F, de tal coluna pode ser calculado por: 10.000 kg 10 m/s2

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Altura da coluna de mercú merc úrio Pressão devida à Pressã massa da coluna de úrio mercú merc Mercúrio Mercú

1 kg m/s2) 

Pressão devida à massa Pressã da atmosfera (pressã (pressão atmosf érica)

Assim, a pressão exercida pela coluna de ar sobre a superfície da Terra é dada por:  P

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1 105 N/m2  1 105 Pa  1 102 kPa 

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(em que 1 Pa  1 pascal  1 N/m2 e 1 kP kPaa  1 quilopascal  103 Pa) Então, podemos afirmar que a pressão ao nível do mar é de aproximadamente 100 ximadamente 100 kPa.

Figura 2. O peso da coluna de mercúrio faz com que ela exerça uma pressão que é contrabalançada pela pressão atmosférica. Quanto maior a pressão atmosférica no local da experiência, maior a altura da coluna de mercúrio dentro do tubo. Ao nível do mar a coluna mede 76 cm, ou seja, 760 mm.

No barômetro de Torricelli estabelece-se um equilíbrio entre a pressão devida a uma coluna de mercúrio e a pressão atmosférica. Com esse instrumento, é possível avaliar a pressão do ar no local por  meio da altura da coluna de mercúrio que ela sustenta. Daí surgiu a unidade de pressão milímetro de mercúrio, simbolizada por mmHg e também representada por torr, em homenagem a Torricelli. O valor médio da pressão ao nível do mar é 760 mmHg. Posteriormente foi criada a unidade atmosfera, simbolizada por  a tm é a pressão média medida ao ao atm, definida de tal forma que 1,00 atm nível do mar. Assim, 1,00 atm  760 mmHg. Nos medidores de pressão usados em calibradores para pneu é comum o uso da libra força por polegada quadrada , do sistema inglês de unidades, que costuma ser representada por  lb/in 2 ou psi, do inglês pounds per square inch . A relação entre as unidades de pressão apresentadas neste texto é: 1,00 1, 00 at atm m  76 7600 mm mmHg Hg  76 7600 to torr  rr  1,013 105 Pa   101 101,3 ,3 kPa  14, 14,77 lb/ lb/in in2  14 14,7 ,7 ps psii

Paradidático que apresenta as formas de poluição do Paradidático ar, os prejuízos dela decorrentes e os meios que podem ser empregados para minimizá-la. TOLENTINO, M.; ROCHA-FILH ROC HA-FILHO, O, R. C.; SILVA, SILVA, R. R. A atmosfe-  ra terrestre . 2. ed. São Paulo: Moderna, 2004. (Coleção Polêmica) Os autores apresentam vários aspectos físicos e químicos da atmosfera, relacionados ao deslocamento das massas de ar, às precipitações atmosféricas, ao efeito estufa, à destruição da camada de ozônio e à poluição atmosférica.

Sugestão de leitura complementar para o professor

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Sugestões de leitura complementar para o aluno

Textos de Química Nova na Escola são Escola são disponibilizados em http://sbqensino.foco.fae.ufmg.br/qnesc MOZETO, A. A. Química atmosférica: a Química sobre nossas cabeças. Cadernos Temáticos de Química Nova na  Escola , n. 1, 2001. p. 41-49. ir

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BRANCO, S. M.; MURGEL, E. Poluição do ar . 2. ed. São Paulo: Moderna, 2004. (Coleção Polêmica) 1

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Capítulo 15 Aspectos quantitativos

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das reações químicas

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Principais conteúdos conceituais do capítulo

Conteúdos procedimentais Conteúdos atitudinais que que podem ser desenvolvidos podem ser desenvolvidos

Compreender er que o conheciconheci• Relação entre entre os coeficientes coeficientes • Consultar a tabela periódica • Compreend mento de generalizações soestequiométricos e as quan- para determinar a massa motidades em mols dos partici- lar de espécies químicas e em- bre as regularidades da napantes de uma reação pregar tais valores na realiza- tureza permite elaborar pre• Lei Volumétrica Volumétrica de Gay-Lussac Gay-Lussac ção de cálculos estequiométri- visões, como é o caso do cálculo estequiométrico. • Estabelecimen Estabelecimento to de relações cos que permitam a previsão entendimento das estequiométricas envolvendo da quantidade de reagentes • Apreciar o entendimento ou de produtos envolvidos em regularidades da natureza. quantidade em mols, massa, um processo químico. • Pe Perceber rceber que muitos muitos princívolume (no caso de substân• Empregar Empreg ar uma balan balança ça e pios científicos estão presencia gasosa), número de momateriais simples para detertes em nossa vida cotidiana. léculas e outras grandezas minar o teor de bicarbonato de correlatas sódio em um comprimido efer• Exce Excesso sso de reagente reagente vescente. • Reagentes que contenham contenham impurezas • Rendimento de uma reação

Comentário geral Comentá

8

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Todo cálculo estequiométrico está baseado no estabelecimento da proporção em mols entre reagentes e produtos. Assim, o domínio do que é equação química e de como balanceá-la corretamente (capítulo 4) é fundamental para este capítulo. Isso é revisado r evisado nos itens 1.1 e 1.2. Uma revisão sobre a Lei de Lavoisier e a Lei de Proust (capítulos 3 e 4) é também oportuna antes de iniciar este capítulo. Escolheu-se como exemplo que vai permear todo o capítulo a reação de síntese da amônia. Principia-se com a discussão da proporção em mols (itens 1.3 e 1.4) e, a seguir, passa-se para massa (1.5) e volume de substância gasosa (item 2). A seguir, ainda considerando o mesmo processo, apre sentam-se situações com excesso excesso de reagente (item 3), reagentes com “impurezas” (item 4) e reações que não têm rendimento total (item 5). O mapa conceitual da página 312 é importante porque ele mostra que o estabelecimento da proporção em mols é o ponto de partida para todo o cálculo estequiométrico. É com base na proporção em mols que podemos obter a proporção envolvendo massa, volume gasoso, número de partículas (átomos, moléculas, íons) ou mesmo a combinação de duas ou mais dessas grandezas. 1

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O apêndice C, no final do volume 1, apresenta as principais unidades usadas na Química do ensino médio. E o apêndice B apresenta as principais idéias referentes às potências de dez, outro pré-requisito importante para este capítulo. Estimule os alunos a utilizarem esses apêndices sempre que necessário. 6.

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• O termo “estequiome “estequiometria” tria” vem do grego grego stoikheîon, elemento, princípio, e metro, medida, e foi introduzido pelo químico alemão Jeremias Benjamin Richter no final do século XVIII.

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Experimento DETERMINAÇÃO DO TEOR DE BICARBONATO DE SÓDIO EM COMPRIMIDO EFERVESCENTE O artigo de Cazzaro, indicado na Sugestão de leitura complementar para o professor , sugere um experimento no qual se prete nde determinar a massa de bicarbonato de sódio presente em um comprimido efervescente. Para isso, efetua-se a efervescência acrescentando-se esse comprimido à água, em frasco aberto cuja massa é medida antes e depois da liberação do gás.

Sugestão de leitura complementar para o professor Textos de Química Nova na Escola são Escola são disponibilizados em http://sbqensino.foco.fae.ufmg.br/qnesc CAZZARO, F. Um experimento envolvendo estequiometria. Quí-  mica Nova na Escola , n. 10, 1999. p. 53-54. O autor propõe um experimento relativamente relativamente simples envolvendo envolv endo medidas de massa de um sistema antes e depois de uma reação de efervescên efervescência. cia.

RESOLUÇÕES Capítulo 2

Assim, concluímos que o frasco  (maior volume de líquido) contém benzeno (líquido de menor densidade), o frasco  contém água e o frasco  (menor volume de líquido) contém clorofórmio (líquido de maior densidade).

Substâncias químicas 1

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6

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22

a) Sim, pois pois ela passou passou de líquido líquido para vapor vapor.. b) Sim, poi poiss a vaporização vaporização ocorreu ocorreu de forma relativame relativamente nte lenta e sem a formação de bolhas. c) Não, pois pois a vaporização vaporização não envolv envolveu eu a formação de bolhas. bolhas. d) Não, pois pois a água não entrou entrou em ebulição; ebulição; e o verbo verbo “ferver” “ferver” é popularmente usado como sinônimo de ebulir. O ponto de fusão do mercúrio é 39°C. Assim, a temperatura mais baixa em que o mercúrio é líquido é 39°C. Essa é, portanto, a menor temperatura em que, teoricamente, podemos utilizar  um termômetro de mercúrio.

O ponto de ebulição do cloro é 34°C. Assim, nas condições ambientes essa substância é um gás. Os produtos não podem, portanto, ser cloro. Professor: O “cloro sólido” é hipoclorito de cálcio e o “cloro líquido” é geralmente uma solução aquosa de hipoclorito de sódio. a)

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Não. O sistema da questão anterior é um possível exemplo: três componentes e duas fases. Outro exemplo é água sólida  água líquida: um componente e duas fases.

29

a) Uma fase é formada formada pelo pelo gelo, gelo, outra pela pela água líquid líquidaa com sal e açúcar nela dissolvidos. Além dessas duas fases, há mais três no granito (de acordo com a questão anterior). Ao todo são, portanto, cinco fases. b) Seis. Água Água (sólida (sólida ou líquida, líquida, é a mesma substância), substância), sal, sal, açúcar, quartzo, feldspato e mica (três componentes do granito, de acordo com a questão anterior). c) Na fase líquida líquida há três compon componentes: entes: água, água, sal e açúcar. açúcar. Em cada uma das quatro fases sólidas há apenas um componente: gelo, quartzo, feldspato e mica. d) A fase líquida líquida é uma solução solução na na qual a água é o solven solvente te e sal e açúcar são os solutos.

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a) A curva  corresponde a uma substância com ponto de ebulição mais baixo. De acordo com a informação do enunciado, essa deve ser a curva do éter. E a curva  corresponde, portanto, à acetona. b) Ét Éter er (cu (curv rvaa ): PF  116°C e PE  35°C. Acetona (curva ): PF  95°C e PE  56°C. O gráfico não apresenta precisão tão grande a ponto de o aluno poder avaliar o algarismo das unidades sem incerteza alguma. Respostas próximas a essas são perfeitamente cabíveis.

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a) Em A, vapor vapor é resfriado. resfriado. Em B, vapor vapor sofre condensa condensação. ção. Em C, líquido é resfriado. Em D, líquido solidifica. Em E, sólido é resfriado. b) O ponto ponto de fusã fusãoo é 17°C e o ponto de ebulição é 97 °C. (Note que cada divisão no eixo das ordenadas corresponde a 20 °C.)

49

Alternativa A. I. Env Envolve olve sublimação sublimação do naftaleno. naftaleno. II. Env Envolve olve solidifi solidificação cação da água. III. Envolv Envolvee vaporização da água (evaporação ou ebulição, o que depende da temperatura atingida pelo líquido). IV.. Envolv IV Envolvee fusão do chumbo.

50

Alternativa C. A 25°C I é líquido. A 80°C II é gasoso. A 1.000°C III é líquido. A 3.500°C IV é sólido. A 100°C V é líquido.

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Pela expressão que define a densidade, concluímos que, para uma mesma massa, o material que apresentar maior densidade terá menor volume e o que apresentar menor densidade terá maior volume. d

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Durante a ebulição da água pura a temperatura permanece constante. Durante a ebulição da solução aquosa de sal (ou, mais propriamente, durante a ebulição do solvente da solução aquosa de sal) a temperatura não permanece constante. ro

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a) O volume volume do parafuso parafuso é dado pelo pelo aumento aumento de nível nível do líquilíquido, que foi da da marca de 80 mL para a de 100 mL. Assim, Assim, o volume volu me do parafuso parafuso é 20 mL. b) d

24

a) Duas. A água e o açúcar açúcar nela dissolv dissolvido ido formam formam uma fase fase e os pedaços de chumbo formam outra fase. b) Três Três.. Os componente componentess do sistema sistema são a água, água, o açúcar açúcar e o chumbo. c) Na fase líquida líquida há dois dois component componentes: es: água e açúcar açúcar.. Na fase sólida há um componente, o chumbo.

Mesmo com a lâmpada acesa, o filamento permanece sólido. A temperatura que ele atinge não pode, portanto, ser superior ao ponto de fusão do tungstênio. Como o ponto de fusão do tungstênio é inferior  a 4.000°C, deduz-se que a afirmação feita pela pessoa é incorreta.

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Alternativa D. Flutuam na água aqueles materiais cuja densidade é inferior à densidade dela (1 g/cm3). Dos materiais apresentados, esse é o caso apenas de bambu e carvão.

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Alternativa A O traço do densímetro coincidiria com o nível da solução (salmoura) se ela tivesse densidade 1,7 g/cm 3. Como o traço do densímetro está abaixo do nível da solução, concluímos que ela tem densidade menor do que 1,7 g/cm 3. Assim, para que o traço do densímetro densíme tro passe a coincidir com o nível da salmoura, a densidade dela deve ser aumentada até 1,7 g/cm 3, o que pode ser feito acrescentando-se soluto, o sal.

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Alternativa D. A grande quantidade de água permitirá que o açúcar e o sal de cozinha se dissolvam, formando uma fase, que será uma solução aquosa em que ambos são solutos. A areia, insolúvel em água, constituirá uma segunda fase.

60

Alternativa E. Se o tetracloreto de carbono e o hexano forem colocados primeiramente no frasco, ambos formarão uma só fase. A adição posterior da água originará uma segunda fase líquida no sistema. Se o tetracloreto de carbono for adicionado em primeiro lugar e a água em segundo, haverá duas fases no sistema: uma superior, constituída pela água (menos densa), e uma inferior, constituída pelo tetracloreto de carbono (mais denso). A seguir, seguir, a adição muito vagarosa de hexano (menos denso que a água) originará uma terceira fase, acima da água.

63

Alternativa C. A separação magnética (IV) permite separar o ferro do restante. Se a mistura de areia e sal de cozinha resultante for misturada com água, apenas o sal se dissolverá (III). Uma filtração (I) ou decantação (V) pode ser usada para separar a areia da solução.

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Alternativa E. Como há duas fases e três componentes, a primeira providência, antes de propor um método de separação, é compreender a composição dessas duas fases. Como “A e B são miscíveis entre si” e “ C é imiscível com A e com B”, concluímos que uma das fases é uma mistura homogênea (solução) formada por A e B e a outra fase é constituída apenas por C. Ambas as fases, sendo líquidas, podem ser separadas por decantação (ou por um aprimoramento disso, que é o funil de separação). Isso separa o componente C. Restará a mistura homogênea de A e B. A informação de que “A é mais volátil que B”, ou seja, de que A se vaporiza com maior facilidade que B, indica que há uma certa diferença de ponto de ebulição entre esses dois líquidos e, assim, a técnica da destilação fracionada permitirá sua separação.

66

Alternativa E. Se um sistema heterogêneo (S) é fracionado em um sólido ( X) e um líquido (Y) é porque X e Y eram as fases desse sistema. A técnica empregada (operação I) pode ter sido uma filtração, mas não uma destilação. Assim, A é incorreta. Se um líquido (Y) pode ser fracionado em um sólido (Z) e um líquido (W) é porque esse líquido (Y) é uma solução. Assim, C é incorreta. Uma solução de um sólido em um líquido ( Y) pode ser separada por destilação simples (operação II), mas não por decantação. Deduz-se que B é incorreta. O líquido incolor (W) que se obtém dessa destilação simples de Y não é uma substância pura porque, como informa o enunciado, a temperatura em que sofre ebulição não é constante, mas varia entre 80°C e 100°C. Então, D é incorreta. Agora vamos avaliar o número mínimo de substâncias presentes no sistema S, lembrando que esse sistema pode ser recomposto se misturarmos as três frações X, Z e W. O sólido X é formado por, no mínimo, uma substância. O sólido Z também. E o líquido W, que sabemos ser uma mistura, é formado por, no mínimo, duas substâncias. Assim, há em S pelo menos quatro substâncias, ou seja, quatro componentes.

70

Alternativa B. O conjunto mostrado permite a realização de uma filtração a vácuo, por meio da qual pode ser fracionada uma mistura heterogênea sólido-líquido.

Alternativa D. d m V

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Alternativa E. O enunciado informa que um “aumento da temperatura do ambiente leva a um aumento no volume da gasolina”. Isso significa que uma mesma massa de gasolina ocupa maior volume quando a temperatura está mais alta. I. É incorreta porque na hora mais quente do dia se compra compra menos massa por litro de gasolina. II. É correta porque, com a temperatura mais baixa, uma mesma massa de gasolina ocupa volume menor. III. É correta porque, no caso de a venda venda ser por quilograma, quilograma, desapareceria o problema criado pela variação de volume em função da temperatura.

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Alternativa D. O granito é formado por três fases distintas: quartzo, feldspato e mica. Xarope de groselha e água fluoretada são soluções. E quando o sangue é visto ao microscópio, pode-se perc eber a presença, em meio ao plasma sangüíneo, dos glóbulos vermelhos, dos glóbulos brancos e das plaquetas.

56

54, pois são verdadeiras as afirmações 02, 04, 16 e 32. 01 – Falsa. O sistema II é formado por uma substância pura e, abaixo de T1, ela está exclusivamente na fase sólida. 02 – Verdadeira. À medida que o sistema evolui evolui do ponto A (em que a substância está exclusivamente sólida) para o ponto B (em que está exclusiv exclusivamente amente líquida), ocorre a fusão da substância à temperatura constante (o ponto de fusão, T1). 04 – Verdadeira. No sistema II, na temperatura T1, podem ocorrer  duas fases, sólida e líquida, e, na temperatura T2, também podem ocorrer duas fases, líquida e vapor. 08 – Falsa. O gráfico gráfico II representa a curva de aquecimento aquecimento de uma substância pura e, assim, tal gráfico não pode representar  um sistema em que há duas ou mais substâncias. 16 – Verdadeira. No ponto B terminou a fusão e a substância está exclusivamente na fase líquida. De B até C essa substância líquida é aquecida e, em C, ainda está líquida, prestes a iniciar ebulição. 32 – Verdadeira. Acima de D já ocorreu a vaporização e haverá, haverá, portanto, apenas a fase vapor em cada um dos sistemas.

o d 4 8 1 t. r A . a id bi ro p o

ro

d

u

ç

ã

p e R

57

58

Alternativa D. Uma primeira fase é uma solução aquosa, formada por água (solvente), álcool (soluto) e outras substâncias dissolvidas (solutos). Uma segunda fase é formada pela água sólida. Uma terceira fase é a fase vapor. Alternativa D. Gases, quando misturados, formam misturas homogêneas.

Cap Ca p í tulo t ulo 3

que falta para 100% é a porcentagem em massa de hidrogênio: 17,6%. A porcentagem de hidrogênio também poderia ter sido determinada por meio de uma regra de três como a anterior:

Introdu çã o ao conceito de rea çã o qu í mica

Gra rand ndez ezas as::

Massa Mass a de amônia

17 g 100 g

Mass Ma ssa a de hidrogênio

— —  

3g y

⇒

y  17,6 g

Portanto, há 17,6%, em massa, de hidrogênio na amônia. 5

7

a) Seis: cloreto cloreto de amônio, amônio, (gás) (gás) amônia, amônia, (gás) cloreto cloreto de hidrohidrogênio, (gás) nitrogênio, (gás) hidrogênio e (gás) cloro. b) São substâncias substâncias simples simples (gás) nitrogêni nitrogênio, o, (gás) hidrogênio hidrogênio e (gás) cloro, porque são substâncias que não podem ser decompostas em outras. São substâncias compostas cloreto de amônio, (gás) amônia e (gás) cloreto de hidrogênio, porque podem ser  decompostas em outras substâncias. Cada uma das linhas está de acordo com a Lei de Lavoisier: 1a linha: 15 g  7 g  8 g 2a linha: 30 g  14 g  16 g a 3 linha: 60 g  28 g  32 g a 4 linha: 90 g  42 g  48 g Há várias relações que podemos estabelecer para comprovar a Lei de Proust. Uma delas é: massa de nitrogênio 7g 14 g 28 g 42 g     massa de oxigênio 8g 16 g 32 g 48 g

Cap Ca pí tulo t ulo 4 Do macrosc ó pico ao microsc ó pico: á tomos e mol é culas . 8 9 9 1

2

massa de óxido



7g 15 g

E uma terceira maneira é: massa de oxigênio 8g  massa de óxido 15 g 8





14 g 30 g

16 g 30 g





28 g

3

60 g

32 g 60 g

42 g





90 g

48 g 90 g

a) Representand Representandoo os valo valores res que que faltam faltam por  x, y e z, temos: 1a linha: 17 g  x  3 g ⇒ x  14 g 2a linha: 34 g  28 g  y ⇒ y  6 g 3a linha: 51 g  9 g ⇒ z  42 g z  massa de nitrogênio massa de hidrogênio



14 g



3g

28 g 6g



massa de amônia

11

amônia 17 g 1000 g 10

→

3g

=

17 g

nitrogênio 14 g

6g

6

34 g 

9g 51 g

x

Gran Gr and dez ezas as::

15

a) Substância Substância pura pura é aquela que não está está misturada misturada com outras outras e substância simples é aquela formada por átomos de apenas um elemento químico. Há substância pura e simples nos modelos  e . b) Subst Substância ância pura pura é aquela que não está está misturada misturada com outras outras e substância composta é aquela formada por átomos de dois ou mais elementos químicos. Há substância pura e composta nos modelos  e . c) Mistu Mistura ra é uma porção porção de matéria matéria formada formada por duas duas ou mais mais substâncias diferentes. Misturas estão representadas nos modelos , ,  e . Exemplo de resposta possível: a)

y

b)

Assim, temos: Massa Mass a de amônia

17 g 10 0 g

Mass Ma ssa a de nitrogênio

— —  

14 g x

ou

c) ⇒

x  82,4 g

Essa é a massa de nitrogênio em 100 g de amônia. Assim, a porcentagem em massa de nitrogênio na amônia é 82,4%. E como

p

H2SO4 (Nesta altura, são perfeitamente ac eitáveis as seguintes outras respostas: H2O4S, SH2O4, SO4H2, O4SH2 e O4H2S.) ro

d

u

ç

ã

o

e

9g

hidrogênio 3g

bi

id

a

.

A

r

p

42 g

=

t.

a) É uma fórmula fórmula,, pois represen representa ta uma substâ substância. ncia. b) Três Três:: carbono, carbono, hidrogên hidrogênio io e oxigênio oxigênio.. ro

E uma terceira maneira é: =

4

d

o

C

ó

d

ig

o

P

e

n

a

l

e

L

e

i

9

6.

1

0

d

e

1

4

Uma segunda maneira é: massa de nitrogênio 14 g 28 g 42 g = = = massa de amônia 17 g 34 g 51 g massa de hidrogênio

1

a) É uma mistura mistura de duas duas substância substâncias, s, a água e o ácido ácido acético. acético. b) Sim, porque porque uma solução solução é uma mistura mistura homogênea homogênea (mistura (mistura com uma só fase). E o vinagre é uma mistura homogênea. c) A água é formada formada pelos elemento elementoss hidrogênio hidrogênio e oxigênio oxigênio.. E o ácido acético é formado pelos elementos carbono, hidrogênio e oxigênio. Assim, no vinagre (a mistura de ácido acético e água), há três elementos químicos presentes: carbono, hidrogênio e oxigênio. 8

7

b) Uma prim primeir eiraa maneir maneiraa é:

d

e

fe

v

e

er

ir

o

9

Uma segunda maneira é: massa de nitrogênio

d

e

A fórmula C12H22O11 indica que cada molécula de sacarose é formada por 45 átomos, sendo 12 do elemento carbono, 22 do elemento hidrogênio e 11 do elemento oxigênio.

d)

ou ou

ou ou

R

16

20 . 8

No sistema inicial há seis átomos do elemento representado em roxo (vamos adotar para ele o símbolo R) e seis átomos do elemento representado em amarelo (vamos adotar para ele o símbolo A). Assim: O modelo  não pode representar a situação final porque desaparecem átomos de R e aparecem átomos de A. O modelo  não pode representar a situação final porque desaparecem átomos de R e aparecem átomos de A. O modelo  não pode representar a situação final porque desaparecem átomos de R e de A e, além disso, aparecem átomos de um outro elemento (representado em outra cor). O modelo  não pode representar a situação final porque desaparecem átomos de A e aparecem átomos de R. O modelo  pode representar a situação final porque a quantidade de átomos de A e de R se mantém inalterada; os átomos apenas se recombinam, de moléculas de R 2 e A2 em moléculas de RA. O modelo  não pode representar a situação final porque desaparecem átomos de R e de A e, além disso, aparecem átomos de um outro elemento (representado em outra cor). Exemplo de resposta possível: a) H2O CO 

29

Cap Ca pí tulo t ulo 5 Introdu çã o à estrutura at ô mica 14

239 94

23

2 206 2 207 2 208 2 a) Os oito oito íons íons em ques questão tão são são 204 82Pb , 82Pb , 82Pb , 82Pb , 204 4 206 4 207 4 208 4 Todos são do elemento chum82Pb , 82Pb , 82Pb e 82Pb . Todos bo. Apresentam mesmo número atômico e, portanto, mesmo número de prótons, que é 82. b) O fato de um átomo átomo se transformar transformar em um um cátion não não afeta o 2 204 4 núcleo, apenas a eletrosfera. Assim, 204 Pb e Pb têm 122 82 82 206 2 206 4 207 2 4 nêutrons, 82Pb e 82Pb têm 124 nêutrons, 82Pb e 207 82Pb 208 2 208 4 têm 125 nêutrons, e 82Pb e 82Pb têm 126 nêutrons. c) Quando um um átomo neutro neutro se transfo transforma rma em um cátion, cátion, fica fica com uma carga positiva para cada elétron perdido. Como um átomo neutro do elemento chumbo tem 82 elétrons, todos os cátions bivalentes originados dele terão 80 elétrons e todos os 2 206 2 cátions tetravalentes terão 78 elétrons. Assim, 204 82Pb , 82Pb , 207 2 208 2 204 4 206 4 e 82Pb apresentam 80 elétrons e 82Pb , 82Pb , 82Pb 207 4 208 4 apresentam 78 elétrons. 82Pb e 82Pb

→

H2



CO2

9 1 e d o ir

b) e v fe e d

Pu (Embora a representação 94Pu239 ainda seja encontrada, seu uso deve ser desencorajado, desenc orajado, cf. c f. CHAGAS, A. P.; P.; ROCHA-FILHO, R. C. Química Nova na Escola na Escola, n. 10, 1999. p. 11-13. 



9

er

a) NO2 b) Na situ situação ação inicial inicial há oito oito molécula moléculass de N2 e quatro moléculas de O 2. Na situação final há oito moléculas de N 2O. Assim, o processo químico que ocorre pode ser equacionado como: 2 N2  O2 → 2 N2O









2 SO2

O2



2 SO3

→



1 e d 0 1 6. 9 i e L e l a n











9











e P o

c) ig d ó C o



2 H2O2

→

2 H2O



O2



d











4 8 1

24 t. r A . a id bi ro p

d) o ã ç u d ro

2 CO

O2



2 CO2

→

p e R

2 25 2 2 a) Os três três íons íons em que questã stãoo são 24 e 26 12Mg , 12Mg 12Mg . Todos são do elemento magnésio. Apresentam mesmo número atômico e, portanto, mesmo número de prótons. b) Quando um átomo átomo neutro neutro se transforma transforma em um cátion, cátion, fica com uma carga positiva para cada elétron perdido. Como um átomo neutro do elemento magnésio tem 12 elétrons, todos os cátions bivalentes originados dele terão 10 elétrons. c) O cá cáti tion on 2162Mg2 é o que tem maior número de nêutrons, pois 24 2 25 2 26 2 1 2Mg tem 12 nêutrons, 1 2Mg tem 13 nêutrons e 12Mg tem 14 nêutrons. 









e)

2 N2H4



N2O4

→

3 N2



4 H2O

Nitrogênio

Oxigênio

Enxofre



25

a) Como a massa massa de um nêutron nêutron é (pratic (praticamente amente)) igual à de um um próton, se supusermos que a massa massa de um próton é 1 kg, então a de um nêutron será será também 1 kg. b) Como a massa massa de um elétron elétron é 1.836 1.836 vezes menor menor que a do próton, a massa do elétron será de 1 kg dividido por 1.836, o que é igual a 0,00054466 kg, ou seja, 0,54466 g.

26

a) No 73Li há 3 prótons e 4 nêutrons, totalizando 7 kg. Os 3 elétrons contri contribuem buem com 1,5 1,5 g (3 0,5 g). Assim, a massa total é 7 kg  1,5 g, que pode ser ser expressa expressa como como 7 kg, já já que 1,5 1,5 g representa massa muito pequena se comparada a 7 kg.

Legenda: Hidrogênio





Carbono

b) No 73Li há 3 prótons e 4 nêutrons, totalizando 7 kg. Os 2 elétrons contrib contribuem uem com 1,0 g (2 0,5 g). A massa total é 7 kg  1,0 g, que pode pode ser expres expressa sa como como 7 kg. 



26

27

Alternativa E. As informações I, II e III indicam que o sistema é uma mistura de substâncias.

27

Alternativa D. Substâncias simples são formadas por átomos de um único elemento químico.

A luz visível é um exemplo de onda eletromagnética. Já o som, as ondas na superfície do mar e as ondas em uma corda são exemplos de ondas mecânicas.

28

O som, que é uma onda mecânica.

29

a) Consultand Consultandoo o esquema das das ondas eletromagn eletromagnéticas éticas apresenapresentado no livro, verifica-se que a freqüência da luz violeta é maior  que a da luz vermelha. b) A luz violeta, violeta, em decorrên decorrência cia da maior maior freqüência. freqüência.

30

A freqüência das ondas de infravermelho é inferior à das ondas de luz vermelha.

32

Na representação 5s1, o número 5 indica o quinto nível energético da eletrosfera, a letra s indica o tipo de subnível e o número 1 sobrescrito indica a quantidade de elétrons nesse subnível. A melhor interpretação é, portanto, a apresentada na frase B.

38

39

10

60

Alternativa C. A última camada mencionada no enunciado corresponde a 3s2 3p3, onde estão representados 5 elétrons.

61

Alternativa E. De acordo com a descrição feita, temos: K-2 L-8 M-4, o que conduz ao número atômico 14, elemento químico silício.

62

Alternativa A. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 19K: 2 2 6 2 6 19K : 1s 2s 2p 3s 3p 

63

Como a distribuição eletrônica termina em 3d , concluímos que ela é a seguinte: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 o que indica 30 elétrons. Como (subentende-se) o átomo é eletricamente neutro, ele tem 30 prótons. Então, Z  30. E, como há 35 nêutrons, concluímos que A  30  35  65.

42

4

O2 :

K-2 L-8



1s2 2s2 2p5

9

F :

9

F :

1s2 2s2 2p6



16 16

3

a) Cr   , Co , Fe , Ti , Fe e Mn b) cr crôm ômio io (Z  24) cobalto (Z  27) ferro (Z  26) titânio (Z  22) manganês (Z  25) c) Cr3   – 24 pró próto tons ns e 21 21 elét elétron ronss Co2  – 27 pró próto tons ns e 25 25 elét elétron ronss 2 Fe  – 26 pró próto tons ns e 24 24 elét elétron ronss 4 Ti  – 22 pró próto tons ns e 18 18 elét elétron ronss 3 Fe  – 26 pró próto tons ns e 23 23 elét elétron ronss 3 Mn  – 25 pró próto tons ns e 22 22 elét elétron ronss d) Cr3  – 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d3 (foram retirados 2e –  de 4s e 1e –  de 3d) 2 2 2 6 2 6 7 Co – 1s 2s 2p 3s 3p 3d (foram retirados 2e –  de 4s) Fe2 – 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 (foram retirados 2e –  de 4s) Ti4 – 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 (foram retirados 2e –  de 4s e 2e –  de 3d) 3 2 2 6 2 6 5 Fe – 1s 2s 2p 3s 3p 3d (foram retirados 2e –  de 4s e 1e –  de 3d) Mn3 – 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d4 (foram retirados 2e –  de 4s e 1e –  de 3d) 3 e) Cr     – KK-22 LL-88 M-1 -111 2 Co   – KK-22 LL-88 M-1 -155 2 Fe   – KK-22 LL-88 M-1 -144 4 Ti – K-2 LL-8 MM-8 3 Fe   – KK-22 LL-88 M-1 -133 3 Mn   – KK-22 LL-88 M-1 -122

8

8 9

K-2 L-8



9 1 e o

c) 3

1s2 2s2 2p6



d

K-2 L-8 M-18 N-5 2

O2 :

.

o que nos permite elaborar a distribuição eletrônica nas camadas:

2

8

b) 9F:

A distribuição eletrônica nos subníveis termina em 4p 3. Assim, temos: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p3

3

1s2 2s2 2p4

a) 8O:

2

S:

2

6

2

1s 2s 2p 3s 3p

ir er

4 e v fe

2

2

S :

2

6

2

1s 2s 2p 3s 3p

e

6 d 9 1 e d

16

2

S :

0 1

K-2 L-8 M-8 6. 9 i e L e l a n

64

a)

2

2

6

2

6

2

10

32Ge: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p

P

e

2 d

ig

o



ó C

[Ar]



o d 4 8



1



32

2

10

Ge: [Ar] 4s 3d 4p

t.

2 r A . a id



bi ro



p o

32Ge: K-2 L-8 M-18 N-4



ã ç u d ro p e



b)



2

25

Mn:

25

Mn3 :

2

6

2

6

2

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

5





1s2 2s2 2p6 3s2 3p6



3d4

[Ar] Mn3 : [Ar] 3d4 3 25Mn : K-2 L-8 M-12



25

 





68











52

59

Alternativa A. Cada átomo de 12H contribui com 1 nêutron para a molécula de que toma parte. O átomo de 168O (isto é, isótopo 16 do oxigênio) contribui com 8 nêutrons (isto é, 16  8). Assim, a molécula de água pesada terá ao todo 10 nê nêutrons (1 de cada um dos 2 átomos de 12H e 8 do átomo de 168O). Alternativa A. Localizando os subníveis mencionados no diagrama das diagonais, concluímos que a ordem crescente de energia é: 4d  5p  6s  4f 

Alternativa B. A configuração eletrônica do 12Mg0 é: 1s2 2s2 2p6 3s2 Retirando 2 elétrons da camada de valência (a mais externa), temos a configuração eletrônica do 12Mg2 : 1s2 2s2 2p6

69

Alternativa A. A configuração eletrônica do 38Sr é: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 Retirando 2 elétrons da camada de valência, temos a configuração eletrônica do 38Sr 2 : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 

70

Alternativa E. A configuração eletrônica do 27Co é: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d7

R

Retirando 3 elétrons (os 2 da camada de valência e 1 do subnível 3d), temos a configuração eletrônica do 27Co3 : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 que corresponde à seguinte distribuição eletrônica nas camadas: K-2 L-8 M-14

36

As distribuições eletrônicas nos subníveis, na ordem fornecida pelo diagrama das diagonais, são: I. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5 II. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f 2 III. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 IV. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p4 V. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 a) III tem número número atômico atômico 18 e IV tem número número atômico atômico 34. ConConsultando a tabela periódica, concluímos que III é o argônio e IV é o selênio. b) I (3d5) e II (4f 2) são metais; III é gás nobre (3s2 3p6) c) I – 4o período, grupo 7 (7B), elemento de transição II – 6o período, grupo 3 (3B), transição interna III – 3o período, grupo 18 (zero), gás nobre IV – 4o período, grupo 16 (6A), calcogênio V – 3o período, grupo 14 (4A), grupo do carbono d) tr tran ansi sição ção:: I (3d (3d5) transição interna: II (4f 2) representativos: III (3p6), IV (4p4) e V (3p2)

38

a) Na tabela tabela periódica, periódica, a energia energia de ionização ionização cresce cresce para para cima e para a direita. Consultando a posição dos elementos mencionados na tabela, concluímos que o bário é o que possui menor energia de ionização, pois está mais para baixo à esquerda. b) Dentre os citados, citados, são são metais de de transição transição o ferro, o mercúrio mercúrio e o crômio.

39

Alternativa B. Na seqüência de oito elementos que vai de A até B, a energia de ionização, de modo geral, aumenta com o aumento do número atômico. Isso indica que esses oito elementos pertencem a um mesmo período da tabela periódica. E a súbita redução da energia de ionização ao passar de B para C indica uma mudança de período. Os oito elementos de A até B devem pertencer, portanto, ao segundo ou ao terceiro período da tabela (períodos que têm apenas oito elementos), com A sendo alcalino e B sendo gás nobre. E o elemento C deve ser o alcalino do período seguinte. Assim, podemos ter as seguintes possibilidades: 1a possibilidade: A é o lítio (Z  3), B é o neônio (Z  10) e C é o sódio (Z  11). 2a possibilidade: A é o sódio (Z  11), B é o argônio (Z  18) e C é o potássio (Z  19). Dentre as alternativas apresentadas, a única possível é a B, que corresponde à segunda possibilidade.

40

Alternativa E. A alternativa A é falsa, pois os alcalinos têm baixa energia de ionização. A alternativa B é falsa porque os halogênios têm alta energia de ionização. A alternativa C é falsa, já que a energia de ionização do magnésio é maior que a do sódio e não o contrário. A alternativa D é falsa, pois, se A antecede B (de Z  3), então A é o hélio (Z  2). A alternativa E é verdadeira, pois os gases nobres apresentam elevada energia de ionização.

41

Alternativa B. “A 1a energia de ionização é medida pela energia absorvida quando 1 elétron é retirado de um átomo neutro isolado. Para um mesmo elemento, a 2a energia de ionização é maior do que a 1a.”

43

Alternativa B. No caso do elemento A, há um salto significativo no valor da energia de ionização quando comparamos E1 com E2. Isso indica que se trata de um elemento químico com um elé elétron na camada de valência, pois, uma vez removido esse elétron, o próximo será retirado da camada anterior, o que faz com que E 2 seja muito maior  do que E



71

Alternativa B. A configuração eletrônica do 26Fe é: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 Retirando 3 elétrons (os 2 da camada de valência e 1 do subnível 3d), temos a configuração eletrônica do 26Fe3 : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 Assim, o último subnível ocupado é o 3d e nele há 5 elétrons. 

Cap Ca pí tulo t ulo 6 1

9

9

8

.

A tabela peri ó dica dos elementos e d o ir e

er

19 fe

v e d 9 1 e d 0 1 6. 9 i e L e l a n e P o ig d ó C o

a) Como o conceito conceito de número número atômico atômico já era conhecido conhecido,, cientistas da época perceberam que os elementos com os números atômicos 85 e 87 ( 85At, 87Fr) não tinham ainda sido descobertos. Os locais correspondentes a esses números atômicos na tabela periódica tinham sido deixados vagos, admitindo a existência teórica dos elementos 85 e 87. b) Quanto à distribu distribuição ição eletrônica eletrônica,, ela segue um padrão padrão regular  regular  ao longo da tabela periódica. Conhecida essa regularidade foi possível prever teoricamente a distribuição eletrônica dos átomos desses elementos.

d

r

t.

1

8

4

20

a) A valência valência deles é um. Eles Eles pertencem pertencem ao grupo grupo 1 da tabela tabela periódica (grupo dos metais alcalinos). b) Oxigên Oxigênio io e enxofre. enxofre. A valênci valênciaa deles é dois. dois. c) Flúor e cloro. cloro. A valê valência ncia deles deles é um. um. d) Carbon Carbonoo e silício, silício, ambos com valência valência quatro. quatro. Eles Eles pertencem pertencem ao grupo 14 da tabela periódica. e) Hélio, neônio neônio e argônio argônio.. Eles pertencem pertencem ao grupo grupo 18 (gases (gases nobres).

25

a) K-2 L-6 b) Grupo 16, pois pois apresenta apresenta seis elétrons elétrons na camada de valência valência..

26

a) K-2 L-4 b) Grupo 14, pois apresenta apresenta quatro quatro elétrons elétrons na camada de de valência. valência.

35

As distribuições eletrônicas completas, com os subn subnííveis na ordem fornecida pelo diagrama das diagonais , são: I. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 II. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 III. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d8 IV. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 a) I e IV I Z  17 II Z  26 III Z  28 IV Z  37 b) II e III I 3o período II 4o período III 4o período IV 5o período c) I grupo 17 (7A), 3o período IV grupo 1 (1A), 5o período d) II e III, pois a distribui distribuição ção eletrônica eletrônica termina termina em 3d.

A . a id bi ro p o ã ç u d ro p e R

No caso de B, há um salto significativo de E3 para E4, evidenciando a presença de tr trêês elé elétrons de valência. E, no caso de C, há um salto significativo de E 2 para E3, o que permite deduzir que há dois elé elétrons de valência. 44

48

1 – Verdadeira. Cada elemento químico tem valores característicos de energia de ionização. 2 – Falsa Falsa.. A eletroafin eletroafinidade idade é uma uma propriedade propriedade dos átomo átomoss dos elementos químicos e não das substâncias químicas. 3 – Falsa. Em um grupo, grupo, o raio atômico atômico cresce de cima para para baixo. 4 – Verdadei erdadeira. ra. Elemen Elementos tos de um mesmo grupo grupo possuem possuem propriedades químicas semelhantes (embora não necessariamente idênticas). Alternativa A. O ponto de fusão e a primeira energia de ionização são propriedades periódicas. Como cálcio, estrôncio e bário são metais alcalino-terrosos do quarto, quinto e sexto períodos, respectivamente, espera-se que o valor de X se situe entre 700 e 850. Isso aponta para as alternativas A e D, apenas. Quanto ao valor de Y, espera-se que seja maior do que 131, mas maior por uma quantidade equiparável à diferença entre 131 e 120. Assim, a alternativa A pode representar valores que completam corretamente a tabela, mas a alternativa D não, pois o valor de Y nela apresentado é extremamente grande.

16

 l

1

3

4

Todas apresentam ponto de fusão maior que 25ºC e, portanto, são sólidas nessa temperatura. (Subentende-se que os dados e a questão se referem à mesma pressão, pressão, 1 atm.) a) b) c) d) e) f)

(Na )1(Br  )1 (K )2(O2 )1 (Mg2 )1(S2 )1 (Al3 )1(Cl )3 (Li )2(O2 )1 (Ba2 )1(H )2 



14

















O mercúrio é líquido, pois seu ponto de fusão é inferior a 25ºC e seu ponto de ebulição é superior a 25ºC. As demais substâncias da tabela são sólidas, pois têm ponto de fusão superior a 25°C. (Subentende-se que os dados e a questão se referem à mesma pressão,, 1 atm são atm.) .)

20

Espera-se que o aluno encontre, por exemplo, que bronze é empregado para elaborar estátuas, sinos, medalhas e utensílios, e que o latão é usado em torneiras, parafusos, para fusos, porcas, tonéis (“latões”) e instrumentos musicais de sopro e de percussão.

23

a) Falsa, Falsa, pois se trata trata de uma substânc substância ia metálica, metálica, na qual qual não há moléculas, e sim retículo cristalino metálico. b) Falsa, pois pois átomos átomos de metal perdem elétrons elétrons e ficam ficam com octeto octeto completo quando se transformam em cátions, o que ocorre quando se combinam com não-metais. c) Falsa Falsa.. Num retículo retículo cristalino cristalino metálico metálico os átomos átomos se unem por  ligação metálica. d) Verdadei erdadeira. ra. Atribui-s Atribui-see aos elétrons livres livres a conduç condução ão de corrente elétrica por um objeto de metal. e) Verdadei erdadeira. ra. Atribui Atribui-se -se aos elétrons livres livres a condução de calor  por um objeto de metal. f) Verdadei erdadeira. ra. A resistên resistência cia do aço à tração tração faz com que cabos cabos de aço sejam usados no sustento de cargas (por exemplo, nos elevadores) e vergalhões de aço sejam entrelaçados e colocados em meio ao concreto, formando o material chamado de concreto armado, no qual o concreto resiste à compressão e o aço resiste à tração.



⇒ ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ ⇒

NaBr  K2O MgS AlCl3 Li2O BaH2

24

Em todas, pois carbono e oxigênio estão com oito elétrons na última camada e o hidrogênio está com dois. Em outras palavras, o carbono está fazendo quatro ligações, o oxigênio, duas, e o hidrogênio, uma.

d

o

O ouro é substância metálica e o iodo é substância molecular. Espera-se, portanto, que o ouro apresente maior ponto de fusão. Professor: Apenas para confirmar a previsão feita, pode-se dizer aos alunos que o ponto de fusão do ouro é 1.064 °C e o do iodo é 114ºC. ro

bi

id

a

.

A

r

t.

1

8

4

p

25

O HBr é substância molecular e o KBr é substância iônica. Espera-se, portanto, que o ponto de fusão do KBr seja maior que o do HBr. Professor: Apenas para confirmar a previsão feita, pode-se dizer  aos alunos que o ponto de fusão do HBr é 87°C e o do KBr é 734ºC.

27

É substância iônica. As substâncias iônicas são, em geral, sólidas nas condições ambientes e não conduzem corrente elétrica quando sólidas (pois os íons no retículo cristalino iônico não têm mobilidade para conduzir a corrente elétrica), mas conduzem-na quando fundidas (pois, nessa situação, os íons adquirem mobilidade).

28

É uma substância molecular. As substâncias moleculares podem apresentar-se como sólidas, líquidas ou gasosas nas condições ambientes e não tendem a conduzir corrente elétrica ( porque são formadas por moléculas).

29

É uma substância metálica. As substâncias metálicas são, em geral, sólidas nas condições ambientes e conduzem corrente elétrica no estado sólido (graças a elétrons presentes na substância que possuem suficiente mobilidade para conduzir a corrente e létrica).

30

a) b) c) d) e)



São gasosas aquelas cujo ponto de ebulição é inferior a 25 °C: hidrogênio, flúor, oxigênio, nitrogênio, metano, cloreto de hidrogênio, cloro, brometo de hidrogênio, sulfeto de hidrogênio, fluoreto de hidrogênio, amônia, iodeto de hidrogênio. São líquidas aquelas cujo ponto de fusão é inferior a 25 °C e cujo ponto de ebulição é superior a 25°C: etanol, metanol, bromo, água, benzeno. São sólidas aquelas cujo ponto de fusão é superior a 25°C: naftaleno, iodo, glicose, sacarose, vitamina C. (Subentende-se que os dados e a questão se referem à mesma pressão,, 1 atm são atm.) .)

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C

Espera-se que A forme cátion monovalente e que B forme ânion trivalente. (A )3(B3 )1 ⇒ A3B 

6



 l

17

Cap Ca p í tulo t ulo 7 Liga çõ es qu í micas interat ô micas

Com base na fórmula de Lewis apresentada, podemos elaborar a seguinte fórmula estrutural: N N O Há uma ligação covalente dupla entre N e N e uma ligação covalente dupla entre N e O. Assim, a opção que melhor descreve as ligações na molécula é D.

KCl e Al Al2O3 H2O e HF Fe e Ni As iônicas iônicas e as metálic metálicas: as: KCl, KCl, Al2O3, Fe e Ni A substância substância gasosa gasosa deve deve ser uma das duas substân substâncias cias moleculares. Como a água é líquida nas condições ambientes, deduz-se que o HF deve ser a substância gasosa.

R

e

p

ro

d

u

ç

ã

o

34

Alternativa D. Da fórmula do óxido deduz-se que o cátion do metal M é tetravalente, M4 . MO2 (M4 )1(O2 )2 ⇒ Assim, na ligação com cloro, temos: (M4 )1(Cl )4 MCl4 ⇒

alternativas, corresponde ao cloreto de sódio (NaCl). O modelo representa o retículo cristalino iônico dessa substância, no qual as unidades constituintes são cátions Na e ânions Cl . A figura III mostra o modelo de uma substância molecular composta de dois elementos químicos. As moléculas são constituídas por um átomo de um elemento químico e dois átomos de outro. E a substância não está no estado sólido, pois as moléculas não estão organizadas em um retículo cristalino. Dentre as substâncias que aparecem nas alternativas, representa o dióxido de carbono (CO2), que é gasoso nas condições ambientes. 







36

40





Alternativa A. A distribuição eletrônica nas camadas para o hidrogênio é K-1, para o carbono carbono é K-2 L-4 e para o nitrogênio nitrogênio é K-2 L-5. Assim, Assim, na molécula de HCN temos, ao todo, dez elé el étrons de valê val ência (um do H, quatro do C e cinco do N). Esse é o número de elétrons que deve, portanto, aparecer na fórmula de Lewis. Apenas a alternativa A mostra uma fórmula de Lewis com dez elétrons. Além disso, ela está de acordo com a regra do octeto: hidrogênio está com dois elétrons na camada de valência; carbono e nitrogênio com oito. Alternativa A. A fórmula estrutural que se pode montar a partir da fórmula molecular COCl2 é: O    l Cl  k C  k Cl

. 8 9 9 1

Cap Ca pí tulo t ulo 8 Geometria molecular e liga çõ es qu í micas intermoleculares 6

À medida que aumenta a diferença de eletronegatividade, aumenta o caráter iônico da ligação. NaCl MgCl2 PCl3 SCl2 Cl2 diferen ça de eletroneg eletronegatividade atividade —  ← Aumenta a diferenç caráter iô iônico —  ← Aumenta o cará  — Aumenta o cará caráter covalente → Sódio e magnésio possuem uma diferença de eletronegatividade suficientemente suficient emente grande em relação ao cloro para que NaCl e MgCl2 ligaçã o iô iônica. Os elementos fósforo e enxofre apreapresentem liga ção sentam uma menor diferença de eletronegatividade em relação ao cloro e, assim, as ligações em PCl3 e SCl2 são covalentes polares. Finalmente, no Cl2 a diferença de eletronegatividade entre os átomos é nula e, conseqüentemente, a ligação é covalente apolar.

8

Porque a molécula de CF 4 é tetraédrica. Em decorrência disso, os momentos de dipolo das ligações se cancelam e, portanto, o momento de dipolo resultante é nulo, ou seja, a molécula é apolar.

9

Como a água é polar e como o óleo de soja é insolúvel nela, deduz-se que as moléculas do óleo são apolares. Assim, a dedução mais cabível é a expressa em C.

10

Das moléculas das substâncias apresentadas, apenas as de HCl são polares. Espera-se, portanto, que essa substância seja a que melhor se dissolva em água, cujas moléculas também são polares.

11

Das substâncias apresentadas, apenas o CCl4 tem moléculas apolares. Assim, é de se esperar que essa substância seja a que melhor se dissolva em gasolina, cujas moléculas também são apolares.

14

A gordura é apolar. Para removê-la é mais eficiente um solvente apolar, que, no caso, é a benzina (mistura de hidrocarbonetos).

15

muitíssimo gerais, enO esquema a seguir permite, em linhas muití contrar o tipo predominante de interação intermolecular em uma certa substância:

Há quatro ligações covalentes na molécula. Duas delas são ligações covalentes simples. As outras duas compõem uma “ligação covalente dupla”. e d o ir er e v fe e d 1

9

41 d

e 0 1 6. 9 i e L e l a n e P o ig d ó C o d 4 8 1 t. r A . a id bi ro

Alternativa A. Consultando os números atômicos na tabela periódica, temos: Hidrogênio (Z  1) ⇒ 1 elétron Oxigênio (Z  8) ⇒ 8 elétrons Assim, na molécula de H 2O, temos ao todo 10 elétrons, ou seja, 1 de cada hidrogênio e 8 do oxigênio. Professor: Os estudantes muitas vezes respondem “8 elétrons” nesse exercício. É importante salientar que 8 elétrons são apenas os que estão nas camadas de valência dos átomos, portanto são os que aparecem na fórmula de Lewis (fórmula eletrônica). Além deles, há mais 2, que estão na primeira camada do oxigênio e não aparecem na fórmula de Lewis.

p o ç

ã

43 ro

d

u p e R

Alternativa A. Consultando o número atômico na tabela periódica, temos: Arsênio, grupo 15 (Z  33) ⇒ 33 elétrons O número total de elétrons em torno do átomo de arsênio engloba todos os elétrons desse átomo (33) mais os 3 compartilhados, um com cada cloro, de acordo com a fórmula eletrônica: Cl As Cl Cl

Assim, o número total de elétrons em torno do átomo de arsênio na substância AsCl3 é 36. (Note que isso corresponde à eletrosfera do gás nobre criptônio 36Kr.) 46

48

Alternativa D. O aço (I) é uma liga de ferro com pequeno teor de carbono (c). O ouro 18 quilates (II) é uma liga de ouro e cobre contendo, eventualmente, prata (d). O bronze (III) é um liga de cobre e estanho (b). O latão (IV) é uma liga de cobre e zinco (a). Alternativa D. A figura I mostra o modelo de uma substância simples (átomos de um mesmo elemento) no estado sólido. Dentre as substâncias das alternativas, corresponde ao ferro (Fe). O modelo representa o retículo cristalino metálico dessa substância, em que as unidades são átomos de ferro. A figura II mostra o modelo de uma substância composta de dois elementos químicos, no estado sólido. Dentre as substâncias das



A molécula da substância é polar ou apolar? Polar 

Apolar 

Possui H diretamente ligado a F, O ou N? Sim

Não

Ligação de hidrogênio

Dipolo-dipolo

Dipolo instantâneodipolo induzido

Empregando o esquema, temos: a) di dipo polo lo-d -dip ipol oloo b) dipol dipoloo instantâ instantâneo-di neo-dipolo polo induzi induzido do c) dipol dipoloo instan instantâneotâneo-dipol dipoloo induzid induzidoo d) lig ligação ação de hidro hidrogên gênio io e) lig ligação ação de hidr hidrogê ogênio nio f) dipol dipoloo insta instantâneo ntâneo-dipol -dipoloo induzi induzido do g) di dipo polo lo-d -dip ipol oloo h) di dipo polo lo-d -dip ipol oloo i) dip dipolo olo instant instantâne âneo-d o-dipo ipolo lo induzido induzido  j)) di  j dipo polo lo-d -dip ipol oloo k) di dipo polo lo-d -dip ipol oloo l) di dipo polo lo-d -dip ipol oloo

36

Eletronegatividade

H F Na K I

21

Desenho , pois na ebulição da água as moléculas dessa substância se separam umas das outras (interações intermoleculares do tipo ligação de hidrogênio são rompidas), mas continuam sendo moléculas de H2O.

22

a) Embora Embora na seqüência seqüência HF, HF, HCl, HBr e HI haja aumento aumento da masmassa da molécula, o HF destoa, apresentando maior ponto de ebulição devido ao tipo de interação intermolecular. Entre moléculas de HF ocorrem ligações de hidrogênio, interações mais fortes do que as do tipo dipolo-dipolo, que ocorrem entre as moléculas de HCl, de HBr e de HI. A mesma razã o (presença de ligações de hidrogênio) faz H2O e NH3 possuírem pontos de ebulição que destoam dentro das seqüências H2O, H2S, H2Se, H2Te e NH3, PH3, AsH3, SbH3. b) Em tod todaa a seqüên seqüência cia CH CH4, SiH4, GeH4, SnH4, o tipo de interação intermolecular é o mesmo: dipolo instantâneo-dipolo induzido. O CH4 não destoa porque não apresenta um tipo de interação intermolecular diferente dos outros membros da série.

Uma vez que a eletronegatividade cresce para cima e m um grupo e para a direita em um período, podemos afirmar que, entre as alternativas, a substância KF apresenta os elementos com maior  diferença de eletronegatividade. 37

25

31

Todas são moleculares . Todas elas são substâncias simples formadas por átomos de não-metal. Em todas há, portanto, ligação covalente. (Para ser mais rigoroso, fósforo branco, oxigênio, ozônio, enxofre rômbico e enxofre monoclínico têm natureza molecular, enquanto fósforo vermelho, grafite e diamante têm natureza macromolecular.)

38

II. PH3 H P H H

C

 k

   k

45

 k

P

 k

   k

50

Alternativa E. No N2 (substância apolar) liquefeito, as interações entre as moléculas são do tipo dipolo instantâneo-dipolo induzido, também denominadas for forçças de dispersã dispersão de London ou, simplesmente, forças de London.

52

Alternativa D. Numa reação química (como a que aparece na alternativa A) há um rearranjo de átomos, ou seja, eles passam a se unir de maneiras diferentes. Nas reações químicas são rompidas e formadas ligações químicas entre átomos (interatômicas). Na vaporização do H2 (apolar) líquido são rompidas interações dipolo instantâneo-dipolo induzido. Na condensação do vapor de água (quando as moléculas se unem e passam da fase de vapor para a fase líquida) são formadas ligações de hidrogênio. Na evaporação da água (quando as moléculas se separam e passam da fase líquida para a fase de vapor) são rompidas ligações de hidrogênio.

H

H

b) A mol molécu écula la de de CH4 é tetraédrica e a de PH3 é piramidal. Alternativa A. Da primeira linha da tabela deduzimos que I e II são não-metais. Das outras duas linhas, deduzimos que III é metal.

35

Alternativa B. Das moléculas representadas nas alternativas, alter nativas, a que apresenta maior  diferença de eletronegatividade entre os átomos é H F. Essa é a ligação mais polar e, como só há uma ligação na molécula, é a molécula mais polar. Professor: É oportuno estabelecer uma comparação entre esse exercício (que é sobre polaridade da molécula) e o exercício 4 (que é sobre polaridade da ligação).  k

Alternativa B. Para a remoção da graxa, que é apolar (derivado direto do petróleo), é mais recomendado o uso de um solvente também apolar. Dentre as alternativas, o único líquido apolar é a gasolina. Alternativa D. A molécula de metano é tetraédrica e apolar. As forças intermoleculares existentes nessa substância são do tipo dipolo instantâneo-dipolo induzido, que são chamadas por alguns autores de forças de van der Waals.

H

32

P

Alternativa C. Via de regra, líquido polar e líquido apolar não tendem a formar  sistema homogêneo. Na mistura heterogênea formada por ambos, o de maior densidade constituirá a fase inferior e o de menor densidade, a fase superior.

46

H H

a

l

e

L

e

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9

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d

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C

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ig

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   k

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ir

Alternativa C. • HCl: ligação ligação polar, polar, molécula linear, linear, portanto portanto polar. polar. • H2O: ligações polares, molécula angular, portanto polar. • CO2: ligações polares, molécula linear na qual os dipolos das ligações se cancelam sendo, portanto, apolar. • NH3: ligações polares, molécula piramidal, portanto polar. • H2: ligação apolar, portanto molécula apolar. e

H H

d

e

1

9

9

8

.

n

O quadro-negro, pois, na verdade, é ele que risca o giz e não o contrário. Quando o giz é esfregado sobre o quadro-negro, fragmentos do giz são arrancados pelo material do quadro-negro. H a) I. CH4 H C H H

Alternativa A. Consultando a tabela periódica, podemos avaliar em qual das alternativas há maior diferença de eletronegatividade entre os elementos. Isso ocorre na substância de fórmula CsF CsF.. o

44 23

Alternativa E. Utilizando os números atômicos fornecidos, podemos situar os elementos em questão na tabela periódica (veja esquema a seguir).

R

e

p

ro

d

u

ç

ã

o

p

ro

bi

A combustão é um exemplo de reação química. Nas reações químicas são rompidas e formadas ligações químicas entre átomos (interatômicas). 54

Alternativa A. Nas séries de moléculas apolares I e V, o tipo de interação intermolecular é o mesmo para todos os membros (dipolo instantâneo-dipolo induzido). O aumento do ponto de ebulição ocorre na mesma ordem em que aumenta a massa molecular. Nas séries II, III e IV, o ponto de ebulição de HF, NH3 e H2O destoa dos demais por apresentarem ligações de hidrogênio. Os demais membros dessas séries apresentam interações intermoleculares do tipo dipolo-dipolo.

57

Alternativa A. O NaCl é iônico e, certamente, possui ponto de fusão superior ao das outras substâncias em questão, que são moleculares. Entre as restantes, a ordem crescente de pontos de fusão deve acompanhar  a intensidade das interações intermoleculares: Cl2 (dipolo instantâneo-dipolo induzido)  HI (dipolo-dipolo)  H2O (ligação de hidrogênio) Assim, temos Cl 2  HI  H2O  NaCl.

58

0 – Falsa. Os átomos neutros do elemento de número atômico 19 têm distribuição eletrônica 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1, indicando se tratar de metal do grupo 1 (1A), e os átomos áto mos neutros do elemento de número atômico 9 têm distribuição eletrônica 1s 2 2s2 2p5, indicando se tratar de não-metal do grupo 17 (7A). Ambos formam composto iônico, que é sólido nas condições ambientes. 1 – Falsa. Um elemento elemento X do grupo 17 (7A, grupo grupo dos halogênios) só pode estabelecer, com outro átomo X, uma ligação covalente. Assim, a molécula X 2 terá fórmula estrutural X X. 2 – Falsa. A molécula é angular como é o caso de, por exemplo, H2O e H2S. 3 – Falsa. Um íon de metal alcalino-terroso tem carga +2.

. 8 9 9 1

Cap Ca p í tulo t ulo 9 Condutividade el é trica de solu çõ es aquosas 1

Uma solu ção í tica soluçã o eletrol eletrolí  tica é aquela que conduz corrente elétrica (porque contém íons dissolvidos, isto é, íons livres para transportar a soluçã o não-eletrol o-eletrolí  tica é aquela que não corrente elétrica). Uma solu ção í tica conduz corrente elétrica (porque não contém íons dissolvidos).

2

soluçã o iônica é aquela que contém íons dissolvidos (e, em Uma solu ção conseqüência da presença de íons livres, conduz corrente elétrica). Uma solu ção soluçã o molecular é aquela que não contém íons dissolvidos (e, por isso, não conduz corrente elétrica). (Uma solução iônica pode ser obtida dissolvendo-se em água um composto iônico — por exemplo, NaCl — ou, então, um composto molecular que sofra ionização — por exemplo, HCl. Já uma solução molecular pode ser obtida dissolvendo-se em água um composto molecular que não sofra ionização — por exemplo, sacarose.)

4

a) Molecular, Molecular, pois pois é formado pelo pelo hidrogênio hidrogênio (que alguns alguns autoautores consideram como não-metal e outros consideram como um “caso único”) ligado a um não-metal. b) Ionizaç Ionização, ão, ou seja, uma uma quebra da molécula molécula que origina origina íons. íons. c) Sim, pois apresen apresenta ta íons íons livre livres. s.

5

a) Molecular, Molecular, pois pois é formada pelo hidrogê hidrogênio nio (que alguns alguns autores consideram como não-metal e outros consideram como um “caso único”) e pelos não-metais carbono e oxigênio. b) Nenhum Nenhumaa delas. O fato fato de o açúcar ser ser molecular molecular indica indica que não pode sofrer dissociação iônica. E o fato de a solução ser  molecular indica que o açúcar não sofre ionização, ou seja, não há quebra da molécula com formação de íons. c) Não, pois a solução, solução, sendo molecular molecular,, não apresenta apresenta íons livres livres..

6

a) Molecular, Molecular, pois pois é constituído constituído de hidrogên hidrogênio io ligado ligado a não-metal (o que ocorre por ligação covalente). b) Não, pois se se trata de um composto composto formado formado por moléculas moléculas.. c) Não, pois no no estado líquid líquidoo continua continua sendo um compost compostoo formado por moléculas. d) O HBr é molecular. molecular. E o enunciado enunciado informa informa que sua solução solução aquosa é eletrolítica, ou seja, conduz corrente elétrica. Deduzse que, quando o HBr se dissolve em água, sofre ionização.

7

a) Molecular, Molecular, pois pois é formado formado por hidrogênio hidrogênio e não-metais. não-metais. b) Não, pois ssee trata de um composto composto formado formado por moléculas moléculas.. c) Não, pois pois no estado sólido sólido contin continua ua sendo um compos composto to formado por moléculas. d) Não, pois, pois, como informa informa o enunciado enunciado,, a solução de etanol etanol em água é molecular. e) Nenhum Nenhumaa delas. Não Não sofre dissoci dissociação ação iônica iônica porque porque não é composto iônico. E deduz-se que não sofre ionização porque sua solução aquosa é molecular, e não iônica.

9

a) Molecular, Molecular, pois pois é constituída constituída de hidrogênio hidrogênio ligado ligado a não-metal (o que ocorre por ligação covalente). b) Não, pois se se trata de um composto composto formado formado por moléculas moléculas.. c) Não, pois no no estado líquid líquidoo continua continua sendo um compost compostoo formado por moléculas. d) O enunciado enunciado informa informa que a solução solução aquosa de amônia amônia é iônica. Portanto, tal solução é eletrolítica (conduz a corrente elétrica) . e) Ionizaç Ionização, ão, pois se trata trata de um composto composto molecular molecular cuja cuja solução aquosa é iônica.

e

e

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o

d

v fe e d 9 1 e d 0 1 6. 9 i e L e l a n e P o ig

 k

d ó C o d 4 8 1 t. r A . id

a

62 ro

bi p o ã ç u d ro p e R

63

Alternativa A. Alótropos são diferentes substâncias simples formadas pelo mesmo elemento químico. Isso corresponde corre sponde à alternativa A. As alternativas B, D e E, que falam em e m substâncias compostas, são incorretas. A alternativa C também é incorreta, pois a atomicidade pode ser diferente em dois alótropos. Um exemplo é o caso de O 2 e O3. Alternativa B. Quanto menor for a distância média entre os átomos de carbono, mais próximos esses átomos estarão e, portanto, maior será a densidade da substância. Como o diamante apresenta a menor distância média entre os átomos, deduz-se que ele é a variedade alotrópica mais densa das três. E a maior das densidades apresentadas é 3,5 g/cm 3. Agora que temos a densidade do diamante, vamos expressar a massa de 0,175 quilate em gramas e, a seguir, calcular o volume ocupado por essa massa. Grandezas:

Massa em quilates

1 quilate

Massa em gramas

—

0,17 0, 1755 qui quila late te — 

0,20 g x

⇒

x  3,5



10 –2 g

Essa é a massa (em gramas) do diamante em questão. Empregando a densidade, podemos descobrir seu volume: Grandezas:

Massa

3,5 g 3,5 10 –2 g 

Volume

—

1 cm3 y

 y  1,0

⇒



10 –2 cm3

Ca 2 . Assim, a substância simples citada é O 2, os ânions monovalentes (uma carga negativa) são NO3 (nitrato) e Cl (cloreto) e os cátions bivalentes (duas cargas positivas) são Fe 2 (ferro (II)), Mg2 (magnésio) e Ca2 (cálcio). As conchas de moluscos contêm grande quantidade de carbonato de cálcio e, por isso, caracóis não sobrevivem em águas pobres em cálcio. 

Capítulo 10







Princípios de Química Inorgânica (I) 65 6

a) No H há 1 próton e no OH há 17 prótons (16 do oxigênio e 1 do hidrogênio). b) No H não há elétrons e no OH há 18 elétrons (16 do oxigênio, 1 do hidrogênio e 1 que confere ao conjunto a carga global negativa). Professor: Essa questão pretende mostrar que os átomos presentes na hidroxila satisfazem à regra do octeto e que o H , considerado isoladamente, não a satisfaz. Isso prepara o terreno para a compreensão de que, em solução aquosa, o H se acha unido à água formando H3O . O professor pode já falar sobre isso se julgar  oportuno. 







66

42

52

69

(Cr 3 )1(C18H12N3O63 )1 ou Cr(C18H12N3O6) ou CrC18H12N3O6 ou (C18H12N3O6)Cr ou C18H12N3O6Cr  

a) b) c) d)



bissulfeto (vem do ácido bissulfeto ácido sulfídrico sulfídrico,, H2S) bissulfit bissu lfitoo (vem do ácido ácido sulfuroso, sulfuroso, H2SO3) bissulfato bissu lfato (vem do ácido ácido sulfúric sulfúrico, o, H2SO4) bicarbonato bicarb onato (vem (vem do ácido carbônic carbônico, o, H2CO3)

Alternativa B. H2SO4  Ba(OH)2 → BaSO4



2 H2O

Alternativa A. O cátion potássio é representado por K . O ânion bromato, BrO 3, deriva do ácido brômico, HBrO3 (semelhante ao clórico). Assim, o bromato de potássio, (K )1(BrO3 )1, apresenta, na ordem indicada pela fórmula, elemento do grupo dos metais alcalinos (K), dos halogênios (Br) e dos calcogênios (O). 











31







Alternativa D. O carbonato de cálcio é um carbonato de metal do grupo 2. De acordo com o enunciado, esse sal deve ser  pouco solúvel . O cloreto de magnésio é um cloreto de metal do grupo 2. De acordo com o enunciado, esse sal deve ser  solúvel. O sulfato de sódio é um sulfato de metal do grupo 1. De acordo com o enunciado, esse sal deve ser solúvel. Assim, no que diz respeito à solubilidade, há maior probabilidade de encontrar os dois últimos dissolvidos na água do mar. d

e

fe

v

e

er

ir

o

d

e

1

9

9

8

.

9

70

Alternativa C. O suco gástrico contém ácido clorídrico, HCl.

1

Alternativa E. Trata-se de um problema que o aluno deve responder por analogia. Como Cr e Mo pertencem ao mesmo grupo, possuem propriedades semelhantes: n

a

l

e

L

e

i

9

6.

1

0

d

e

53



2 4

CrO



Cromato



Alternativa E. Suco de limão — caráter ácido. Soda cáustica, amoníaco e leite de magnésia — caráter alcalino (básico). Álcool e detergente — meios próximos do neutro.

P o ig d ó



Alternativa D. Como enxofre (S) e selênio (Se) pertencem ao grupo 16 (6A), podem fazer duas ligações covalentes e ligar-se a dois átomos de hidrogênio, formando H2S e H2Se. Professor: Nesse exercício é oportuno comentar que ácido sulfídrico é o nome que designa o H2S quando dissolvido em água, situação em que ele mostra seu caráter ác ido, ao se ionizar e liberar H . A expressão sulfeto de hidrogê hidrogênio nio, por outro lado, é mais ampla e pode ser usada para denominar o H2S também quando fora da água. Da mesma maneira, HCl é chamado ácido clorídrico quando em água. Fora dela, no entanto, é mais corretamente denominado cloreto de hidrogênio. 

73

Alternativa A. Da fórmula M(NO3)2 decorre que o cátion é bivalente: M2 . Assim, o sulfeto em questão terá fórmula: [M2 ]2 [S2 ]2 ⇒ M2S2 ⇒ MS

Alternativa E. As espécies químicas mencionadas no texto podem ser representadas pelas fórmulas O2, CO 2, NO 3 , SO 42 , Cl , PO 34 , Na , K , Fe2  /Fe3 (a designação “ferro”, nesse caso, é ambígua), Mg2 

















.

A

r

ç

ã

o

p

ro

bi

id

a





74



Alternativa E. A fórmula dada é: [Ca2 ] x[PO34 ]3[OH ]1 Podemos afirmar que: •  x íons Ca2 contribuem com 2 x cargas positivas; • 3 íon íonss PO PO43 contribuem com 9 cargas negativas; • 1 íon íon OH contribui com 1 carga negativa. No composto dado, a carga total positiva deve ser igual à carga total negativa para que haja neutralidade elétrica. Assim: 









2 x  9  1

⇒

2 x  10

⇒

 x  5

Professor: Esse é um exercício no qual os alunos quase sempre encontram dificuldade. Cabe salientar que, em se tratando de um sal com mais de um cátion e/ou ânion, não valem “regrinhas práticas” como a que se costuma usar em casos como: [Ca2 ]3 [PO43 ]2 ⇒ Ca3(PO4)2 Percebe-se que no Ca3(PO4)2 temos 6 cargas positivas (dos 3 íons Ca 2 ), que são compensadas por 6 cargas negativas (dos 2 íons PO43 ). Esse exercício propicia, portanto, uma oportuna discussão sobre o que está em jogo quando fazemos uma fórmula de um composto iônico: obter uma fórmula na qual esteja implícito o fato de a 







61

t.

1

8

4

d





60

o

Molibdato

O íon amônio, conhecido do estudante, tem fórmula NH 4. Assim: [NH 4 ]2 [MoO42 ]1 ⇒ (NH 4)2MoO4



58

MoO





Alternativa A. Se a fórmula de um hidróxido é M(OH) 2, então M deve ser um metal que forma cátion bivalente M2 . Nas alternativas aparecem dois metais, magnésio e alumínio, dos quais apenas o magnésio forma cátion estável bivalente.

substituindo Cr por Mo

2 4 C





55

e

Alternativa A. A equação que representa a ionização do ácido acético é: CH3COOH B H  CH3COO Assim, no membro da direita, aparece H  CH3COO , o que pode ser escrito como H  H3C2O2 .

carga positiva ser cancelada pela negativa e vice-versa

R

e

p

ro

d

u

78

82

. 8

Assim, no carbonato de cálcio, temos ligações iônicas (entre Ca2 e CO32 ) e covalentes (entre C e O no ânion carbonato):



Alternativa C. Ao se dissolverem em água, tanto LiOH quanto KNO3 (substâncias iônicas) sofrem dissociação iônica, fornecendo solução eletrolí tica. tica. Ao se dissolver em água, o H2SO4 (substância molecular) sofre ionização, formando solução eletrolí tica. tica. A glicose, C6H12O6, é uma substância molecular que, diferentemente do H2SO4, não sofre ionização ao se dissolver em água. Sua solução é não-eletrolí tica. tica. Alternativa C. ísticas As caracter í  s  ticas apresentadas referem-se a uma subst ância iônica. Uma substância iônica é sólida nas condições ambientes graças à intensa atração eletrostática entre os í ons ons do retí culo culo cristalino iônico, atração que também explica o fato de compostos iônicos apresentarem, apresentare m, em geral, alto ponto de fus ão. Essa intensa atração não permite que uma camada de í ons ons deslize em relação a outra camada, quando submetemos um cristal i ônico a um esfor ço mecânico. Assim, se o esfor ço aplicado for muito intenso, o cristal sofrer á uma quebra em vez de se deformar. Por isso, cristais iônicos não se deformam com facilidade, mas s ão quebradiços. Quando uma substância iônica está fundida ou em solução aquosa, os í ons ons apresentam mobilidade e o material conduz a corrente elétrica.

9



o

d

83

Alternativa B. Ao se dissolver em água: I. (sa (sal) l) sofr sofree disso dissocia ciação iônica; II. não sofre dissocia ção iônica nem ionização; III. não sofre dissocia ção iônica nem ionização; IV.. (sal IV (sal)) sofre sofre dissocia dissociação iônica; V. (ácido) sofre ionização; e VI. (sal (sal)) sofre sofre disso dissocia ciação iônica. Assim, apenas I, IV, V e VI originam solu ção aquosa que conduz corrente el étrica.

85

Alternativa C. Ao dissolver um sal (que é um composto iônico) em água, ele sofre dissociação iônica, ou seja, seus í ons ons se separam e ficam rodeados pelas moléculas de água (hidratados). No caso do nitrato de potássio, sólido, formado pelos í ons ons K e NO3 , o processo pode ser representado assim:

ir er e v fe e d 9 1 e d 0 1 6. 9 i e L e l a n e P o

87

o d 4 8 1 t. r A . a id



bi ro p o ã ç



d ro p e R





H2O





H

Alternativa E. O í on on carbonato está relacionado ao ácido carbônico:

   k

H  k O O  k H Ácido carbônico

O    l Ck   



k

Na substância KI a liga ção é iônica. [K] [I] Na substância KOH há ligação covalente (entre O e H) e liga ção iônica (entre K e OH ). 









[Na]



O H

Alternativa D. 2 2 6 1 11A: 1s 2s 2p 3s (é metal do grupo 1, ou 1A) 2 2 4 8B:1s 2s 2p (é não-metal do grupo 16, ou 6A) 1 1C:1s (é o hidrogênio) Entre A (metal) e B (n ão-metal) há ligação iônica. Entre B (nãometal) e C (hidrog ênio) há ligação covalente, que, graças à diferença de eletronegatividade entre B e C, ser á polar. Professor: A é o sódio, B é o oxigênio, C é o hidrogênio, e o composto ABC é NaOH. Esse exercí cio cio propicia uma oportunidade para elaborar e discutir em sala a f órmula eletr ônica do hidr óxido de sódio, mostrando que todos os átomos estão estáveis, de acordo com a teoria do octeto: 

[Na]



O H

Hidr óxido de sódio

   k

O

Cap Ca p í tulo t ulo 11



Professor: Esse exerc í cio cio permite salientar que dissolver não é o mesmo que dissociar. Dissolver é o ato de fazer uma solu ção (isto é, mistura homogênea). É um termo que pode ser empregado para as mais variadas substâncias (HCl, NH3, a çúcar, NaCl, NaOH e outras) quando estão sendo misturadas com água. Por outro lado, dissociar significa separar. Assim, dissociação iônica é a separação de í ons ons (que já existem previamente), previamente), que acontece quando uma substância iônica se dissolve em água. Esta última também não deve ser confundida com ionização, que é a formação de í ons, ons, que ocorre quando ácidos e amônia (compostos moleculares) se dissolvem em água.

O    l Ck   

Cl  k N  k Cl k Cl





86

H k N  k H



Em equação: K NO 3 (s(s)) → K (aq)  NO 3 (aq (aq)) Em palavras: O composto sólido KNO3, que é formado pelos í ons ons K e NO3 , ao se dissolver em água, sofre dissocia ção iônica, fornecendo uma solução na qual estão presentes os í ons ons K e NO3 aquosos. A alternativa C mostra uma maneira tamb ém correta de representar o processo acima. As outras não. u

Alternativa D. Nas substâncias I2, NH3 e NCl3 as ligações são covalentes. I  k I

d C

C        k    k O O

Carbonato de cálcio

ig ó

   l

2

[Ca]

88 e

1

9

2

O

Princ í pios de Quí Princí Qu í mica Inorgâ Inorg â nica (II) 4

a) Grandezas:

200 g  x  y



Ânion carbonato (ligações covalentes entre C e O)

Porcentagem

 —   —   — 

100% 10% 20%

⇒

x  20 g y  40 g

A embalagem contém 20 g de pó de giz giz e 40 g de óxido de zinco. b) A fó  rmula do óxido é ZnO e a do sal é CaSO4. 10

Pelas informações dadas no enunciado, os reagentes são NO 2 e H2O e os produtos são HNO3 e HNO2. Assim, colocamos essas f ó rmulas na equa çã o qu í mica m ica e, finalizando, fazemos o balanceamento da equação: 2 NO2

O

Massa



H2O

→

HNO3



HNO2

Professor: Exercí cios cios como esse começam a preparar o aluno para equacionar uma rea ção qualquer, tendo recebido como informação quais são os reagentes e produtos. Esse assunto ser á trabalhado em mais profundidade no capí tulo tulo seguinte.

20

Pelas informações dadas no enunciado , os reagentes são Na2O2 e H2O e os produtos são NaOH e O2. Colocamos essas f órmulas na equação quí mica mica e fazemos o balanceame balanceamento: nto: 2 Na2O2

32

39



2 H2O

→

4 NaOH



medidas corretivas de acidez, tais como a calagem, adi ção de cal virgem ou cal hidratada. III é incorreta. A transpira ção dos vegetais é a perda de água diretamente na forma de vapor, fato que não atenua a presen ça de ácidos na chuva nem os prejuí zos zos que isso traz ao ambiente.

O2

í drico a) Nome Nome come comerc rcial ial do ácido clor í  drico (razoavelmente impuro). b) O HCl é um gás nas condições ambientes e encontra-se dissolvido em água formando a solução mencionada. A névoa provavelmente se deve ao HCl gasoso que se desprendeu da solução. c) 2 HCl  Ca(OH) 2 → CaCl2  2 H2O

69

2 NO

As propriedades mostradas para o “ácido oximuriático” correspondem ao que atualmente chamamos de gás cloro. É um gás nas condições ambientes, possui odor forte, é tóxico e tem cor amarelo-esverdeada. A última das propriedades citadas merece coment ário mais detalhado. Quando o cloro se dissolve em água, reage com ela: Cl2



H2O

→

HCl



Alternativa A. I é plausí vel vel porque, à medida que a concentração de NO diminui, a de NO2 sofre aumento. Além disso, sabe-se que o NO reage com O2 formando NO2: 

O2

→

2 NO2

II é plausí vel vel porque veí culos culos emitem CO e o gr áfico mostra picos de concentração de CO nos hor ários em que costuma haver tr áfego mais intenso. III não parece plausí vel vel porque veí culos culos emitem óxidos de nitrogênio qualquer que seja o hor ário de circula ção. IV não parece plausí vel vel porque a estratosfera est á bem longe da baixa atmosfera. Além disso, sabe-se que o NO2 reage com o oxigênio do ar produzindo ozônio:

HClO

A solução é, portanto, ácida. Contudo, ao tentar utilizar o indicador ácido-base tornassol, a a ção alvejante do hipoclorito (ClO ) descora o indicador e não permite a determina ção, por esse método, do car áter ácido da solução.

NO2





O2

→

NO



O3

o que é coerente com o fato de, em linhas gerais, a curva de concentra ção do O3 subir à medida que a do NO 2 desce. 1

9

9

8

.

44

Grandezas:

Massa 60 kg  x  y z w

a) b) c) d) 56

57

Porcentagem

 —   —   —   —   — 

100% 65% 18% 10% 3%

70

⇒

x  39 kg y  11 kg z  6 kg w  2 kg

39 kg do el elem emen ento to quí mico mico oxigênio. 11 kg do ele eleme ment nto o qu quí mico mico carbono. 6 kg do el elem emen ento to quí mico mico hidrogênio. 2 kg do el elem emen ento to quí mico mico nitrogênio.

Alternativa B. CaO  H2O → Alternativa D. SO3  H2O →

d

e

Alternativa D. Todas as amostras de água citadas apresentam í ons ons dissolvidos e, portanto, conduzem a corrente el étrica. A diferen ça entre elas reside na concentração de í ons, ons, que está diretamente relacionada à condutividade elétrica. Das opções apresentadas, a água do mar é, certamente, a que possui maior concentra ção de í ons ons e é a que melhor conduz a corrente el étrica. L

e

i

9

6.

1

0

d

e

1

9

d

e

fe

v

e

er

ir

o

e

71

Ca(OH) 2

H2SO4

a

l

a) O ar bombeado bombeado para para dentro dentro da aparelh aparelhagem agem cont contém N 2, O 2, Ar, CO2, vapor de água etc. No frasco 1 há um reagente capaz de reter o CO2 por meio de uma reação quí mica. mica. Assim, o ar  que chega ao frasco II n ão contém CO2. No entanto a queima da vela produz CO2 e, conseqüentemente, a mistura de gases que borbulha em III inclui esse g ás. Portanto haver á em III a reação entre CO2 e Ca(OH)2, com precipitação de CaCO3 e turvação da solução. b) CO2  Ca(OH) 2

→

CaCO3  H2O

p

ro

bi

id

a

.

A

r

t.

1

8

4

d

o

C

ó

d

ig

o

P

e

n

u

ç

ã

o

58

62

Alternativa D. I é correta. De acordo com os dados apresentados, na época a água seria considerada como tendo a f órmula HO, a am ônia, HN, o ácido carbônico, CO2, e o ácido sulf úrico, SO3. II é correta. Atualmente, o nome ácido carbônico é dado ao H2CO3 e o nome ácido sulf úrico, ao H2SO4. Nada se pode afirmar sobre III, se est á correta ou incorreta, j á que não há meio de inferir qual a f órmula do ácido ní trico trico à época com base apenas nos dados apresentados. Por ém, os dados dão a entender que o nome “ácido ...” correspondia à f órmula que hoje atribuí mos mos ao óxido ácido. Seguindo essa lógica, dá a entender  á que o cido ní trico trico deve ter sido representado por um conjunto de átomos apenas de nitrogênio e oxigênio e, dentro dessa lógica, III estaria incorreta. Alternativa E. Se um elemento se liga ao oxig ênio formando um óxido E2O de caráter básico, é de se esperar que se trate de um metal alcalino. Metais alcalinos formam c átions monovalentes (E ) e seus óxidos têm car áter básico. Das opções apresentadas, apenas o pot ássio é metal alcalino.

d

72

O uso de papel de tornassol vermelho possibilita a identifica ção de materiais básicos; contudo o CO2 é óxido ácido. A fenolftaleí na na é incolor na presença de ácidos e também na presença de materiais neutros. O palito em brasa é um bom meio para detectar oxigênio, pois, na presença desses gás, a chama fica mais viva. E a solução de amido permite a idenfica ção de iodo (fato que ainda não é de conhecimento do aluno, mas que não atrapalha a resolução desse teste, que visa a frisar a propriedade do CO 2 de turvar a água de cal).



68

Alternativa C. I é correta. Se a chuva contendo ácidos escorrer at é mananciais de água, poder á provocar aumento de sua acidez e, conseq üentemente, a morte de peixes. II é correta. A chuva ácida pode provocar aumento da acidez do solo e, para que este seja usado no plantio, podem ser necess árias

Alternativa E. O aquecimento do refrigerante provoca a expuls ão do CO2 nele presente. Esse é, portanto, o gás coletado no tubo de ensaio. Trata-se de um óxido ácido. Nenhuma das alternativas permite uma demonstra ção inequí voca voca de que se trata de CO2. Por ém a que indica mais certeza na identificação do CO2 é o teste com água de cal, que fica turva na presença desse gás: CO2  Ca(OH) 2 → CaCO3↓  H2O

73

Alternativa A. Na combustão completa do etanol forma-se, al ém da da água, dióxido de carbono, CO2. polar, pois carboNesse óxido, as ligações são do tipo covalente polar, no e oxigênio são não-metais com diferentes eletronegatividades. eletronegatividades. E o composto é um óxido ácido cido,, visto que reage com água produzindo ácido: CO  H O → H CO

R

e

p

ro

75

79 . 8 9 9 1 e d o ir er e v fe e d 9 1 e d 0 1 6. 9 i e L e l a n e P o ig d ó C o d 4 8

Alternativa A. O vidro é obtido do dióxido de silí cio cio (SiO2), componente principal da areia, e o alum í nio nio é obtido da alumina (Al2O3), componente principal da bauxita. Assim, conforme a alternativa alternativa A, a reciclagem de vidro e de alumí nio nio acarreta redu ção da retirada de areia e de bauxita da natureza, bem como economia de energia, pois a obten ção desses materiais a partir das mat érias-primas naturais requer consumo energético maior do que a reciclagem. As alternativas mencionam tamb ém outros recursos minerais relevantes. • A argila (composta de aluminossilicatos) é usada para produzir  materiais cer âmicos. • A hematita (Fe 2O3) é minério usado na produção de ferro. • A apatita (fosfato de cálcio) é usada na obtenção de f ósforo, ácido fosf órico e fosfatos. • A galena (PbS) é minério de chumbo. • A pirolusita (MnO2) é minério de manganês. • A gipsita (CaSO4 hidratado) é matéria-prima para produzir giz e gesso. Alternativa E. I é correta porque uma solução aquosa alcalina (b ásica) reage com o CO2 (óxido ácido), mas não com o H2. Assim, os gases podem ser separados por esse método. II é correta. As substâncias O2 e N2 apresentam pontos de ebulição distintos, como mostram os dados do teste. Assim, se a mistura liquefeita de ambos for submetida a destila ção fracionada, ambos os gases podem ser separados. Esse é, inclusive, o método industrial para a separa ção desses dois componentes do ar. III é correta. A “mistura gasosa” a que a afirmativa se refere é constituí da da de nitrogênio, hidrogênio e amônia (reagentes e produto). Como o ponto de ebulição da amônia (240 (240 K, ou 33ºC) é significativamente superior ao dos gases nitrog ênio (77 (77 K, ou 196ºC) e hidrog ênio (20 (20 K, ou 253ºC), ela condensar á primeiro, durante o resfriamento, podendo ser removida da mistura.

lante no estado sólido (25ºC), concluí mos mos que não é substância metálica. Portanto, é molecular molecular.. A substância C é condutora de eletricidade no estado sólido (25ºC e 1.000ºC), o que evidencia ser met ser metálica lica.. Finalmente, vamos analisar o caso do composto D. Devido aos valores muito elevados dos pontos de fusão e de ebulição, deve ser uma substância iônica ou metálica. Contudo, como é isolante no estado sólido (25ºC e 1.000ºC), não pode ser metálica. Assim, nico.. concluí mos mos que deve tratar-se de um composto iônico 83

Alternativa D. O teste com o palito aceso revela que Y é o gás hidrogênio (H2), pois ele reage violentamente com o oxig ênio (no caso, oxigênio da atmosfera) formando água. Essa água, produzida no estado vapor, condensa-se ao encontrar as paredes do tubo de vidro, à temperatura ambiente. ambiente. Isso aponta para as alternativas alternativas B e D. í stica O teste feito com o papel de tornassol azul (cor caracter í  stica desse indicador em meio básico), no qual ele passa a vermelho (cor  ística caracter í  s  tica desse indicador em meio ácido), revela que o g ás Z produziu meio ácido ao se dissolver em água (lembre-se de que a tira de papel est á umedecida). Entre as op ções, temos o CO2 e o SO2, óxidos ácidos. Assim, a alternativa D é a única que concilia corretamente Y e Z. Nessa alternativa, X é o gás nitrogênio, que não é ácido (por isso não provocou alteração na cor do papel de tornassol) e não é combustí vel vel (por isso provocou a extin ção da chama no teste com o palito).

84

Alternativa B. A afirmativa I é correta, pois apesar de um único veí culo culo a álcool emitir mais monóxido de carbono que um a gasolina nos anos de 1998 a 2000, a frota a álcool é significativamente menor (n ão só íodo   do de 1998 a 2000, mas também de 1992 a 1997), durante esse per í  o fazendo com que a emissão total de CO da frota a gasolina seja maior que a da frota a álcool. A afirma ção II é correta, de acordo com o gr áfico apresentado. A afirma ção III é incorreta, pois a emiss ão de CO por veí culo culo não declinou, como seria de se esperar se tivesse havido um aprimoramento tecnológico.

85

Alternativa D. A tabela mostra que paí ses ses em desenvolvimento (por exemplo, Índia, África do Sul, México e Brasil) apresentam emiss ões globais e emissões per capita bem menores que a dos Estados Unidos. Como tais paí ses ses já contribuem bem menos que os Estados Unidos para as emiss ões de CO2, eles não devem ser alvo de tantas restrições. Logicamente, as maiores restri ções visando à diminuição da presença de CO2 na atmosfera devem ser aplicadas aos paí ses ses que mais emitem esse g ás.

1 t. A

r

81 id

a

. bi ro p o ã ç u d ro p e R

82

Alternativa A. O fato de W ser lí quido quido nas condições ambientes e de não conduzir corrente el étrica nos estados sólido e lí quido quido indica que se trata de uma substância molecular. E como a solu ção aquosa conduz corrente el étrica, trata-se de subst ância que sofre ioniza ção ao ser  dissolvida em água. Entre as alternati alternativas, vas, apenas o ácido acético í sticas. tem essas caracter í  sticas. (Estamos entre as alternativas A e E.) O fato de X ser sólido nas condições ambientes e conduzir corrente elétrica nos estados sólido e lí quido quido indica se tratar de subst ância metálica. Entre as alternativas, temos apenas ferro e prata prata.. (Continuamos entre as alternativas A e E.) O fato de Y ser lí quido quido nas condições ambientes e de n ão conduzir  corrente elétrica nos estados sólido e lí quido quido indica que se trata de uma substância molecular. molecular. E como a solução aquosa não conduz corrente el étrica, trata-se de subst ância que não sofre ioniza ção ao ser dissolvida em água. Entre as alternativas, temos o álcool e o nio.. (Continuamos entre as alternati (gás) oxigênio alternativas vas A e E.) Finalmente, como Z é sólido nas condições ambientes, não conduz corrente el étrica no estado s ólido mas conduz no estado lí quiquido ou em solução aquosa, concluí mos mos que se trata de uma substância iônica. Entre as opções, temos apenas o cloreto de sódio dio,, o que nos conduz à alternativa A. Alternativa E. As substâncias A, C e D apresentam pontos de fus ão e de ebulição relativamente elevados, o que indica que não são moleculares. O composto A é isolante no estado sólido (25ºC) e condutor no nico.. estado lí quido quido (1.000ºC), o que indica que é iônico â ã A subst ncia B, por apresentar ponto de fus o e de ebulição relativamente baixos, provavelmente é molecular. Se não for, é um dos poucos metais com baixo ponto de fusão. Por ém, como é iso-

Cap Ca p í tulo t ulo 12 Algumas reaçõ rea ções es inorgâ inorg â nicas de importâ import â ncia 13

a) b) c) d) e) f) g)

Não, pois cobre não é mais reativo que ní quel. quel. Sim, Si m, poi poiss magn magnésio é mais reativo que estanho. Sim, Si m, po pois is ní quel quel é mais reativo que mercúrio. Sim, Si m, poi poiss magn magnésio é mais reativo que hidrogênio. Não, pois prata não é mais reativa que c álcio. Não, pois ouro não é mais reativo que hidrogênio. Sim is est estanh anh é mais reativo que hidrog ênio.

17

a) Cu  Pb  Mg, pois magnésio desloca cobre e chumbo; chumbo desloca cobre, mas não desloca magnésio; e cobre não desloca magnésio nem chumbo. As reações que ocorreram podem ser assim equacionadas: →  Mg  Cu(NO3)2 Cu Mg(NO3)2 →   Pb Cu(NO3)2 Cu Pb(NO3)2 →  Mg  Pb(NO3)2 Pb Mg(NO3)2 b) Mg  Pb  Cu, pois nobreza é oposto da reativida reatividade. de.

18

Se apenas A e B reagem com o HCl, deduz-se que A e B são mais reativos que o hidrogênio e C e D não. Então A e B são mais reativos que C e D. Como C é capaz de deslocar D deslocar  D, então C é mais reativo que D. E como B é capaz de deslocar A deslocar  A, então B é mais reativo que A. Portanto, a ordem decrescente de reatividade é B  A  C  D. a) B é o mais reativo. b) D é o mais nobre (menos reativo). reativo).

19

22

a) b) c) d)

Usando III se observar á precipitação em apenas um dos casos, permitindo a diferencia ção: →  NaCl Na2SO4 não forma precipitado  → CaCl2  Na2SO4 2 NaCl CaSO4↓ Professor: Uma das principais dificuldades enfrentadas pelos estudantes nesse tipo de exercí cio cio (o clássico tipo de “identificar  soluções em frascos sem r ótulo”) está na visualização da situação descrita no enunciado. Em outras palavras, a dificuldade está em perceber que as solu ções envolvidas se parecem com água pura e só reações que produzam evidências visuais diferentes em cada caso permitem realizar a diferencia ção pretendida. HCl  NaHCO3 → NaCl  H2CO3 Substituindo H2CO3 por H2O  CO2, temos:

30

HCl

NH4NO3



KBr 

→

não forma precipitado

CaCl2



KBr 

→

não forma precipitado

Mg(s)

b)



Zn (s)



Zn (s)



→

H2(g)





→

H2(g)



Mg2(aq)



→

H2(g)



Mg2(aq)

→

2 Ag (s)

→

2 Ag (s)



Zn2(aq)

→

2 Ag (s)



Zn2(aq)

2 H(aq)



2 Br (aq)

Mg(s)



2 H(aq)

2 AgNO3 (aq) 2 Ag(aq)





2 NO3 (aq)



Zn (s)



2 Ag(aq)



o ir er v

d

e

1

9

d

e

fe

6. 9 i e L e l



NaOH

→

n

NaNO3



NH3



e

H2O

Ao misturar um pouco de solução de ácido sulf úrico com amosí amos tras dos tr ês l í quidos, quidos, ter í  amos evidências visuais diferentes nos tr ês casos, que nos permitiriam identificar os lí quidos. quidos. As evidências são: liberação de gás (CO2) no caso do Na2CO3 e formação de precipitado (CaSO 4) no caso do CaCl2. Não se observaria precipita ção nem liberação de gás no caso da água. As equações das duas rea ções envolvidas são: H2SO4  Na2CO3 → Na2SO4  H2O  CO2↑ H2SO4  CaCl2 → CaSO4↓  2 HCl

34

Usando II se observar á precipitação em ambos os casos:  → NaCl  AgNO3 AgCl↓ NaNO3 CaCl2  2 AgNO3 → 2 AgCl↓  Ca(NO3)2 2 HBr (aq) (aq)

1

9 d

í drico Ao misturar um pouco de solução de ácido clor í  drico com amosí amos tras dos tr ês l í quidos, quidos, ter í  amos evidências visuais diferentes nos tr ês casos, que nos permitiriam identificar os lí quidos. quidos. As evidências são: liberação de gás (CO2) no caso do Na2CO3 e formação de precipitado (AgCl) no caso do AgNO3. N ão se observaria precipita ção nem liberação de gás no caso da água. As equações das duas rea ções envolvidas são: 2 HCl  Na2CO3 → 2 NaCl  H2O  CO2↑ HCl  AgNO3 → AgCl↓  HNO3

33

BaSO4↓





9

8

CO2

ó

d

ig

o

P

r

t.

1

8

4

d

o

C

.

NaCl

Mg(s)



A

Usando I nada se observar á:

a)

H2O

O g ás liberado é a am ônia (NH3) que, ao se dissolver em água, produz solução alcalina (básica). Em solução alcalina, o tornassol fica azul e a fenolftale í na, na, r ósea.

Se ela acontecesse, produziria um precipitado: NaCl ou K 2SO4. Como ela não acontece, concluí mos mos que NaCl e K2SO4 são solúveis em água, ou seja, não precipitam. Voltando à reação entre BaCl2 e Na2SO4, cujos produtos são NaCl e BaSO4, podemos dizer que, como o NaCl não é o precipitado, então só pode ser o BaSO4. Portanto:

40



a

Essa reação não ocorre.

27

CaCl2

NH4NO3  NaOH → NaNO3  NH4OH Substituindo NH4OH por NH3  H2O, temos:

32

í amos: Se a reação entre KCl e Na2SO4 ocorresse, ter í  amos: 2 KCl  Na2SO4 → 2 NaCl  K2SO4

2 NaCl

→

1

2 KBr   CaCO3 ↓

→

CaCO3

0

Essa reação ocorre.

Na2SO4



e

A equação da reação de precipitação é: BaCl2  Na2SO4 → 2 NaCl  BaSO 4



CO2

Professor: Esse exerc í cio cio permite mostrar aos alunos uma importante conclusão: “carbonatos reagem com ácidos liberando gás carbônico”.

Se ela acontecesse, produziria um precipitado: KBr ou Na 2CO3. Como ela não acontece, concluí mos mos que KBr e Na2CO3 são solúveis em água, ou seja, não precipitam. Voltando à reação entre CaBr 2 e K2CO3, cujos produtos são KBr e CaCO3, podemos dizer que, como o KBr não é o precipitado, então só pode ser o CaCO3. Portanto:

BaCl2



e

Essa reação não ocorre.

23

H2O

O gás liberado é o gás carbônico (CO2).

í amos: Se a reação entre NaBr e K2CO3 ocorresse, ter í  amos: 2 NaBr   K2CO3 → 2 KBr   Na2CO3

→



.

2 HCl

Essa reação ocorre.

K2CO3

NaCl

2 HCl  CaCO3 → CaCl2  H2CO3 Substituindo H2CO3 por H2O  CO2, temos:

31

A equação da reação de precipitação é: CaBr 2  K2CO3 → 2 KBr   CaCO3



→

Professor: Esse exerc í cio cio permite mostrar aos alunos uma importante conclusão: “bicarbonatos reagem com ácidos liberando gás carbônico”.

Não, pois iodo não é mais reativo que bromo. Não, pois bromo não é mais reativo que cloro. Sim, Si m, poi poiss clor cloro o é mais reativo que enxofre. Sim, Si m, po pois is flúor é mais reativo que cloro.

CaBr 2

NaHCO3



MgBr 2 (aq)

 





2 Br (aq)



Zn(NO3)2 (aq)

 







2 NO3 (aq)

R

e

p

ro

d

u

ç

ã

o

p

ro

bi

id

a

42

43

reações de deslocamento (alternativas B e D). Uma delas (B) envolve deslocamento do ânion (Br  ) e a outra (D), deslocamento do cátion (Ag ).

Alternativa 02. As equações balanceadas são: I. 2 LiI  Cl2 → 2 LiCl  I2 II.. 3 Cu II CuSO SO4  2 Al → Al2(SO4)3  3 Cu III. II I. Fe FeCl Cl2  H2SO4 → FeSO4  2 HCl





Alternativa 01. 01 é verdadeira, pois LiI e LiCl s ão formados por metal (Li) e não-metal (I ou Cl). 02 é falsa, pois entre o cátion metálico (Cu2 ou Al3 ) e o ânion (SO24 ) há ligação iônica. 03 é falsa porque FeCl 2 é sal e HCl é ácido. 04 é falsa. Alumí nio nio e cobre são metais com elevado ponto de fusão. 05 é falsa, pois apesar de o cloro, Cl 2, ser gasoso nas condições ambientes, o iodo, I2, é sólido. 



52

Alternativa A. O HCl reage com o Na 2CO3, numa reação que libera gás carbônico e que pode ser assim equacionada: 2 HCl(aq)  Na2CO3(aq) → 2 NaCl(aq)  H2O(l)  CO2(g)

53

Alternativa C. Trata-se de uma rea ção de dupla troca em que, nas condições ambientes, um dos produtos é sólido (o sulfato de cálcio, CaSO4), outro é lí quido quido (a água, H2O) e outro é gasoso (o dióxido de carbono, CO2).

54

Alternativa B. O constituinte principal do m ármore é o carbonato de c álcio (CaCO3) e o constituinte do gesso é o sulfato de cálcio (CaSO4). O ácido presente na chuva ácida que promove a transformação de um carbonato em sulfato é o sulf úrico (H2SO4). O processo é de dupla troca:



44

Alternativa 05. Na rea ção I, o cloro desloca o iodo e, na reação II, o alumí nio nio desloca o cobre.

45

Alternativa E. Dos quatro metais envolvidos, apenas zinco e magn ésio são mais reativos reativ os que o hidrogênio. Assim, o HCl reage com (corr ói) apenas esses dois metais. As equações são: Zn(s)  2 HCl(aq) → H2(g)  ZnCl2(aq) Mg(s)  2 HCl(aq) → H2(g)  MgCl2(aq)

. 8 9 9 1 e d o ir er e v fe e

H2SO4 H2SO4 55

9

46 d

e 0 1 6. 9 i e L e l a n e P o ig d ó C o d 4 8 1

Alternativa B. De modo geral, as substâncias que têm brilho metálico e que conduzem bem corrente el étrica no estado s ólido são as substâncias metálicas. As quatro alternati alternativas vas mostram subst âncias metálicas. Dentre elas, apenas o magnésio é mais reativo que o hidrogênio e reage, portanto, com HCl liberando g ás hidrogênio. Mg(s)  2 HCl(aq) → H2(g)  MgCl2(aq) Cobre, platina e prata s ão menos reativos que o hidrogênio e não reagem com HCl. O cobre, al ém disso, é avermelhado.

57

r .

48 id

a bi ro p o ã ç u d ro p e R

Alternativa B. A frase “podemos testar a presença de cloro na água utilizando o iodeto de potássio” se refere à reação entre Cl2 e KI (rea ção de deslocamento), que ocorre porque o cloro é mais reativo que o iodo: Cl2(aq)  2 KI(aq) → I2(s)  2 KCl(aq) ou Cl2(aq)  2 I (aq) → I2(s)  2 Cl (aq) 



H2CO3



CaCO3 → CaSO4



H2O

58





2 NaI(aq) →

I2(s)



2 NaCl(aq)



2 I (aq)

→

I2(s)



2 Cl (aq)

ou Cl2(aq)

50

51



Alternativa E. 2 Na(s)  2 H2O(l)

→

2 NaOH(aq)







Dióxido de carbono (óxido)

→

Na2SO4(aq)  H2O(l)  CO2(g)







59

Alternativa C. I e III s ão bases, II e V são sais e IV é ácido.

60

Alternativa A. O hidr óxido de magnésio, Mg(OH)2, é componente do leite de magnésia. O bicarbonato de sódio, NaHCO3, é componente de produtos digestivos efervescentes. efervescentes.

H2(g)

Alternativa D. Deve-se entender por rea ção de deslocamento de cátion aquela em que há simples troca envolvendo o cátion da substância composta. Entre as opções apresentadas, apenas duas correspondem a

CO2(g)

Alternativa C. Na reação I, duas substâncias em solução (HCl e AgNO 3) reagem, produzindo o precipitado branco cloreto de prata: HCl(aq)  AgNO3(aq) → AgCl(s)  HNO3(aq) ou Ag(aq)  Cl (aq) → AgCl(s) Na reação II, o alumí nio nio desloca o hidrogênio da solução aquosa de HCl ocorrendo, portanto, liberação de gás hidrogênio. 2 Al(s)  6 HCl(aq) → 3 H2(g)  2 AlCl3(aq) ou 2 Al(s)  6 H (aq) → 3 H2(g)  2 Al3(aq) Na rea ção III, uma substância sólida branca em suspensão na água (Mg(OH)2) reage com HCl aquoso (neutraliza ção ácido-base) produzindo água e um sal solúvel (MgCl2). No processo, ocorre desaparecimento de todo o sólido ou de parte dele, dependendo da quantidade de ácido empregado: 2 HCl(aq)  Mg(OH) 2(s) → MgCl2(aq)  2 H2O(l) ou 2 H (aq)  Mg(OH) 2(s) → Mg2 (aq)  2 H2O(l) 

Alternativa E. Trata-se Tratase de um processo em que o cloro desloca o iodo.



Alternativa E. Carbonatos reagem com ácidos produzindo gás carbônico. Entre as alternativas, há apenas um ácido, o H2SO4. A reação pode ser  assim equacionada: H2SO4  Na2CO3 → Na2SO4  H2CO3 Substituindo H2CO3 por H2O  CO2, temos:



Cl2(g)

CO2

Alternativa A. HCl  NaHCO3 → NaCl  H2CO3 Substituindo H2CO3 por H2O  CO2, temos: HCl(aq)  NaHCO3(aq) → NaCl(aq)  H2O(l)

H2SO4(aq)  Na2CO3(s)

O iodo produzido é um sólido escuro, cuja formação é evidência visual de que ocorreu a rea ção. Trata-se de uma rea ção de deslocamento e, portanto, A, D e E s ão falsas. Nessa rea ção, o cloro desloca o iodo porque é mais reativo que ele. Portanto, B é correta. A alternativa C é falsa porque o KCl é solúvel em água. 49



Cloreto de sódio (sal)

t. A

CaCO3 → CaSO4

Substituindo o H2CO3 por H2O  CO2, chegamos a:

d 1



61

Alternativa C. HCl  NaHCO3 → NaCl



H2O



62

Alternativa A. Dos sais apresentados, o carbonato de c álcio é aquele que reage í drico com ácido clor í  drico com liberação de gás carbônico: 2 HCl(aq)  CaCO3(s) → CaCl2(aq)  H2O(l)  CO2(g)

63

Alternativa D. O dióxido de carbono é incolor, é inodoro, não é combustí vel vel nem é comburente.

64

Alternativa D. Tanto Na2CO3 quanto Mg(OH)2 reagem com HCl, neutralizando-o. HCl(aq)  NaHCO3(aq) → NaCl(aq)  H2O(l)  CO2(g) 2 HCl(aq)  Mg(OH) 2(s) → MgCl2(aq)  2 H2O(l) Já o ácido acético, CH3COOH, além de não neutralizar o HCl, corresponderiaa a mais ácido dentro do estômago. corresponderi

65

66

Deduzimos, pelos dados finais do problema, que B é o NaCl e C é o HCl. Como B é o NaCl, a rea ção número I permite concluir que A deve ser o nitrato de prata. Reação no I: AgNO3(aq)  NaCl(aq) → AgCl(s)  NaNO3(aq) A reação número IV permite deduzir que E é a água. Reação no IV IV:: 2 H2O2(aq) → 2 H2O(l)  O2(g) Sendo conhecidas as substâncias B, C e E, baseamo-nos na reação número II para concluir que D é NaOH. Reação no II II:: HCl(aq)  NaOH(aq) → NaCl(aq)  H2O(l) Finalmente, sendo conhecidas B e D, deduzimos que, na rea ção III, J é FeCl3. Reação no III III:: 3 NaOH(aq)  FeCl3(aq) → Fe(OH) 3(s)  3 NaCl(aq) a) Sedi Sedime ment ntaação ou decantação. b) Porq Porque, ue, ao ao se disso dissolve lverr em água, a cal virgem reage com ela produzindo hidr óxido de cálcio: CaO(s)  H2O(l) → Ca(OH) 2(aq) O hidr óxido de cálcio, dissociado em solução aquosa, origina os í ons ons hidroxila necessários para a precipita ção do hidr óxido de alumí nio: nio: 3 Ca(OH)2(aq)  Al2(SO4)3(aq) → 2 Al(OH)3(s)  3 CaSO4(s) ou, equacionando na forma iônica apenas a precipita ção do hidr óxido de alumí nio, nio, temos: Al(a3 q)  3 OH(aq) → Al(OH) 3(s) c) Fe( e(O OH) 3, hidr óxido de ferro (III) ou hidr óxido f érrico. A formação pode ser assim equacionada: 3 Ca(OH)2(aq)  2 FeCl3(aq) → 2 Fe(OH)3(s)  3 CaCl2(aq) ou Fe3(aq)  3 OH (aq) → Fe(OH) 3(s) 



69

Alternativa E. Como a solução A deixa a fenolftale í na na r ósea, conclui-se que ela é básica. (O fato de as outras solu ções deixarem a fenolftale í na na incolor não garante que sejam ácidas; podem ser neutras.) Como a solução C provoca liberação de gás ao reagir com carbonato de sódio, conclui-se que ela é ácida. (Carbonatos e bicarbonatos reagem com ácidos liberando gás carbônico.)

70

Alternativa B. NH4I  KOH → KI  NH4OH Substituindo NH4OH por NH3  H2O, temos: NH4I  KOH → KI  NH3 ↑  H2O O gás liberado é a amônia (NH3).

71

Alternativa C. Água sanitária é uma solução aquosa de hipoclorito de s ódio (NaClO). O í on on hipoclorito (ClO ) é bactericida e alvejante. O fermento em p ó contém bicarbonato de sódio (NaHCO3) que, ao reagir com um ácido também nele presente, origina g ás carb ônico que provoca o aumento de volume da massa. A solução fisiológica, ou soro fisiológico, é uma solução de cloreto de sódio (NaCl), na qual há 0,9% (em massa) de NaCl.

CO2↑



72



e

1

9 d

75

0

Alternativa E. As substâncias em questão são (Hg2 )1(OH )2 e (Pb2 )1(CrO24 )1. 





6.

1



e

i

9 L

76



l

e

Alternativa C. A reação de dupla troca envolvida na formação do precipitado preto de que fala o enunciado é: Na2S  2 AgNO3 → Ag2S↓  2 NaNO3 Essa equação aparece nas alternativas alternativas A e E, que, diga-se de passagem, são aceitáveis para representar o acontecimento. No entanto, como o enunciado pede a equação quí mica mica “mais indicada para descrever a transforma ção quí mica mica que ocorre”, somos levados a elaborar a equação iônica dessa rea ção: → Ag2S(s)  Na2S(aq)  2 AgNO3(aq) 2 NaNO3(aq) u

ç

ã

o

p

ro

bi

id

a

.

A

r

t.

1

8

4

d

o

C

ó

d

ig

o

P

e

n

a

d 

2 Na (aq)  S

2 (a q) 

2 Ag (aq)  2 NO 3(aq) → Ag2S(s)  2 Na (aq)  2 NO 3(aq) 

S

2 (a q) 





Alternativa B. A alternativa A é falsa. O hidr óxido de sódio reage com ambos os ácidos (neutraliza ção) e não oferece nenhum tipo de evid ência visual que seja diferente em cada caso. A alternativa B é verdadeira. A solu ção de nitrato de b ário produz precipitado ao ser adicionada à de ácido sulf úrico, o que não ocorídrico.   rico. re com a de ácido clor í  d Ba(NO3)2  H2SO4 → 2 HNO3  BaSO4 ↓ Ba(NO3)2  HCl → não há reação A alternativa C é falsa. O magnésio reage com ambos os ácidos, produzindo gás hidrogênio, numa reação de deslocamento. A alternativa D é falsa . O carbonato de sódio reage com ambos os ácidos, liberando gás carbônico. A alternativa E é falsa. A fenolftale í na na ficar á incolor em ambos os casos, pois são meios ácidos.

2 Ag (aq) → Ag2S(s) 

Alternativa B. Após várias leituras atentas do enunciado (que, embora claro, pode facilmente ser mal interpretado!), podemos elaborar o seguinte esquema: X(s)  Al 3( a q) → Em três desses X(s)  Cu(a2 q) → casos há X(s)  Mg (a2 q) → evidência de X(s)  Zn (a2 q) → reação química. X representa um metal, que pode ser Al, Cu, Mg ou Zn. Estamos, portanto, diante de um exercí cio cio que envolve reações de deslocamento. Entre os metais citados, o mais reativo é o magnésio. É ele, portanto, que consegue reagir com os demais: 3 Mg  2 Al3 → 2 Al  3 Mg2 → Cu  Mg2 Mg  Cu2 → não há reação Mg  Mg2 → Zn  Mg2 Mg  Zn2 A “precipitação de metal” mencionada no enunciado corresponde à formação de Al, Cu e Zn metálicos. 

















78

ro





Alternativa C. a) KCl  LiOH → não há reação b) 2 HNO3  Na2CO3 → 2 NaNO3  H2O  CO2↑ (liberação de gás) c) BaCl2  K2SO4 → 2 KCl  BaSO4 ↓ (precipitação) d) HCl  NaOH → NaCl  H2O (reação sem evidências visuais) ) Z  H SO → H ↑  ZnSO (liberação de gás)

d

e

fe

v

e





68

er

ir

o

d

e

1

9

9

8

.



77 67

Alternativa B. O óxido de cálcio, ao reagir com a água, origina hidr óxido de cálcio. CaO(s)  H2O(l) → Ca(OH) 2(aq) O hidr óxido de cálcio, dissociado em solução aquosa, origina os í ons ons hidroxila que, ao reagirem com í ons ons Mg2 da água do mar, causam a precipita ção de hidr óxido de magnésio. Mg2(aq)  2 OH(aq) → Mg(OH) 2(s)



Alternativa B. Das quatro substâncias que foram dissolvidas na água, a única que reage com o cloro (Cl 2) é o iodeto de sódio (NaI). Trata-se de uma reação de deslocamento, equacionada como: → I  2 NaI  2 NaCl Cl

R

e

p

Nesse processo, o cloro est á deslocando o iodo. Escreven Escrevendo do essa equação na forma i ônica, temos: Cl2(aq)  2 I (aq) → I2(aq)  2 Cl (aq) Fica evidente, portanto, que a esp écie quí mica mica que reage com o cloro é o í on on iodeto (I ). Um dos produtos formados, o í on on cloreto (Cl ), é incolor incolor.. O outro produto, o iodo (I2), é formado por moléculas apolares e, por causa disso, é pouco solúvel em lí quidos quidos polares (como a água) e muito solúvel em lí quidos quidos apolares (como o benzeno). Assim, o I2 passa preferencialmente para a fase superior (benzeno), conferindo-lhe a cor roxa observada observada.. 

14

Grandezas:

Massa

Número de grãos

 – 3

 —   — 

2 10 g 



6

2 10 g 



⇒



1

⇒

x

x  1 109 

A estimativa é de que a quantidade de gr ãos seja da ordem de um bilhão. 15

Grandezas:

Massa

Número de embalagens

 —   — 

12 g 6

12 10 g 

Cap Ca p í tulo t ulo 13

⇒

1

⇒

x

x  1 106 

A indústria produziu um milhão de embalagens.

Moll Mo

16

Grandezas:

Massa

Número de barras

 —  1,000 10 g  —  31,103 g

1

3

x



1

Grandezas:

. 8

Massa

Número de latinhas

 —  6 7,4 10 g  —  370 g

9 9 1 e d

1

⇒

ir er

⇒ e v fe

4

x  2 10 

x  32,15

Assim, o investidor teria de comprar 32,15 barras para adquirir  exatamente um quilograma de ouro. Portanto, a resposta à pergunta é não.

x



o

⇒

⇒

e d 9

A estimativa é de que haja vinte mil latinhas na carga. 1 e

17

Pelo cálculo mostrado acima, ele mais se aproximaria de um quilograma ao comprar 32 barras (e n ão 33, pois 32,15 está mais pr óximo de 32 do que de 33).

25

Não. A amostra de prata apresenta mais átomos. Como a massa molar da prata (108 (108 g/mol) é menor que a do ouro (197 g/mol), há maior quantidade de matéria (em mols de átomos) numa certa massa de prata do que em uma mesma massa de ouro.

d 6.

1

0

3 i

9

Grandezas:

e L

Massa

Número de átomos

23 3,8 10 – 23 g e

 —   — 



l a n

19 g e P

1

⇒

x

o ig d

⇒ ó C

x  5 1023 

o d 4

A quantidade em mols é tanto maior...

A estimativa é de que existam 5 1023 átomos na amostr amostraa de 19 g de sódio. 8



1 t. r A . a

29 bi

id

5 p

ro o

Grandezas:

Massa

Massa das 20 moedas de 3,6 g  20 3,6 g  72 g Massa das 10 moedas de 3,9 g  10 3,9 g  39 g Massa total  72 g  39 g  111 g 

ç u d ro p e R

Massa média 

6

9

10

11

13

111 g 30



 —   — 

56 g 14 g ⇒

3,7 g

O valor valor 64 u está bem “no meio” entr entree 63 u e 65 u, ou seja, seja, corresponde exatamente à média aritmética simples simples entre 63 63 u e 65 u. Como a porcentagem porcentagem do isótopo de massa 63 u é maior, a média ponderada resultar á num valor mais pr óxim ximo o de 63 u do que de 65 65 u. Essa média ser á, portanto, menor do que que 64 u. (Professor: de fato, se calcularmos a m édia ponderada, chegaremos a 63,62 u.)

30

Grandezas:

Número de átomos

 —   — 

810 g ⇒

500 g

1,970 g

c) Grandezas:

⇒

3

x  1 10 

A estimativa é de que haja cerca de mil parafusos na embalagem.

Grandezas:

0,010 g ⇒

⇒

x

Número de átomos

 —   — 

6 1023 átomos 

⇒

y

y  6 1021 átomos 

Massa 201 g





0,635 g

32

6 1023 átomos

x  6 1021 átomos

63,5 g

⇒ ⇒

 —   — 

Massa

Número de parafusos x

⇒

x

a) Mass Massaa de pr prat ataa  2,627 g – 1,970 g – 0,635 g  0,022 g b) Grandezas: Massa Número de átomos

32 u e 32 u. A massa massa dos dois dois elétrons recebidos para formar o ânion é desprezí vel vel perante a massa do n úcleo.

1





⇒

 —   — 

6 1023 átomos

x  1,8 1025 átomos

197 u para todos todos os tr ês. A massa dos el étrons perdidos para formar os cátions é desprezí vel vel perante a massa do n úcleo.

0,5 g

⇒

x

Massa

197,0 g

Massa





27 u e 27 u. A mass massaa dos tr ês el elétrons perdidos para formar o c átion é desprezí vel vel perante a massa do n úcleo.

Grandezas:

6 1023 átomos

x  1,5 1023 átomos

27 g

31

... quanto menor for a massa molar.

Número de átomos



ã

m M

n

Número de átomos

 —   — 

6 1023 átomos 

x

x  3,0 1019 átomos

⇒

33

a) Grandezas:

Massa

Número de átomos

 —  1 10 g  — 

6 10 átomos

7g



 – 6



⇒

41

23

⇒

x

No corpo da pessoa de 60 kg há 36 kg de água (60% (60% de 60 kg). Assim: Grandezas: Massa Número de moléculas

x  8,6 1016 átomos

 —   – 6 1 10 g  — 

6 1023 átomos 



c) Grandezas:

⇒

42

y



⇒

⇒

y  2,5 1016 átomos

 —  6 1 10 –  g  — 

6 1023 átomos 

z



⇒



x  1,2 1027 moléculas 

 —   – 6 1,0 10 g  — 

6 1023 moléculas 

⇒

⇒

43



Note que a quantidade de átomos diminui à medida que a massa molar do elemento aumenta, mas a quantidade ainda é extremamente grande.

⇒

x



z  3,0 1015 átomos

⇒

x

354 g

Número de átomos

201 g

6 1023 moléculas

A massa molar do DDT é 354 g/mol g/mol.. Assim: Assim: Grandezas: Massa Número de moléculas



Massa

3

36 10 g

Note a grande quantidade de átomos presente na menor massa que essa balança é capaz de medir. b) Grandezas: Massa Número de átomos 24 g

 —   — 

18 g



x  1,7 10 moléculas 15



A partir da densidade, podemos determinar determinar a massa de 1 L (1 103 cm3) de tetracloreto de carbono: Grandezas: Volume Massa 

 —   — 

1 cm3 3

3

1,0 10 cm 

1,54 g

⇒ .

x 8 9 9 1

34

⇒

a) 86 . 000 000 . 000 000 . 000 000 . 000 000 . 000 000 átomos

e

3

x  1,54 10 g 

d o ir er

quatrilhão

bilhão

trilhão

mil milhão

86 quatrilhões de átomos b) 25 . 000 000 . 000 . 000 000 . 000 000 . 000 átomos õ á 25 quatrilh es de tomos c) 3 . 000 000 . 000 000 . 000 000 . 000 000 . 000 000 átomos 3 quatrilhões de átomos 35

 —  3 1,54 10 g  — 







y



0

d

e

1

9

d

e

fe

6.

1

⇒ e

i

9 L e

⇒

l a

y  6 10 moléculas 24



n e P o

Duas vezes. 32 u 16 u

6 1023 moléculas

154 g

45

massa de um átomo de S massa de um átomo de O

v

e

Calculando a massa molar do CCl 4, chegamos chegamos a 154 g/mol g/mol.. Grandezas: Massa Número de moléculas

ig

Dez vezes. d ó C

massa de uma molécula de C6 H12 O 6

2



massa de uma mol écula cula de H2 O

180 u 18 u

o



d

10 4 8 1 t. r A . a

36

Cinqüenta vezes.

47

massa de um átomo de Hg massa de um átomo de He

38



 —   — 

36 g ⇒

a) C8H18 b) 8 12 g/mol c) Grandezas: 

50,25

 x

⇒





22,8 g







180 g 0,540 g



 —   —  

48

Grandezas:



14  – 14

p e R

Número de átomos

 —   — 

6 1023 átomos 



x  1,8 1021 moléculas 

⇒

⇒

x



1 átomo

6 10 átomos  — 

 —  6 1023 moléculas x  — 

ro

x  6 1020 átomos

20

⇒

u

ç

ã d

Esse é o número de átomos de germânio no cristal cristal de 73 mg. Agora vamos estabelecer uma rela ção desse número com o número de átomos de impureza. Grandezas: Número Número de átomos de átomos de impureza de germânio



o

⇒

g



Número de moléculas

p

9

1 109 átomos  — 

180 u

ro

1 10 moléculas

Massa

⇒

23



bi



0,073 g

⇒

6 1023 moléculas

x  7,7 10

73 g

114 g/mol Número de moléculas

 —  6 1023 moléculas x  —  



⇒

⇒

x

x  1,2 10 moléculas

a) 9 12 u  8 1 u  4 16 u b) 18 180 0 g/ g/mo moll c) Grandezas: Massa 





23



18 1 g/mol Massa

⇒

6 10 moléculas

id

Número de moléculas

Essa é a massa de um bilhão de moléculas de etanol. Ela é muití sssimo menor que a sensibilidade da balan ça, que é de 0,1 mg (1 10 4 g). Assim, a resposta à pergunta é não.

x  1,2 1024 moléculas

114 g

40



Massa 46 g

a) Dividind Dividindo o 252 g por 7, chega chegamos mos a 36 g como como a massa massa média por gole. Massa Número b) Grandezas: de moléculas 18 g

39

201 u 4u

Grandezas:

y

⇒

y  6 1011 átomos 

Assim, estimamos a presença de 6 1011 átomos (600 bilhões de átomos) de impureza em um cristal de apenas 73 mg e com elevado grau de pureza (um átomo de impureza para cada bilh ão de átomos de germânio)! 

49

a) Grandezas:

Massa

 —   — 

5g  x

55

Número de bolinhas 1 bolinha

a) Grandezas:

Massa

⇒

Quantidade de matéria

 —   — 

27 g

12 bolinhas

 – 3

2,7 10 g 

⇒

b) Grandezas:

x  60 g

Quantidade em dúzias

 —  3 1,2 10 g  — 

1 dúzia

60 g



Massa

⇒

x



b) Grandezas:

50

a) Grandezas:

 – 3

2,7 10 g

x  20 dúzias

Massa

b) Grandezas:

Quantidade de matéria

 — 

1 mol

0,8 g

 — 

x

 —   — 

4g .

0,8 g 9 9 1

19

y  6 10 

6 1023 í ons ons 

⇒

y

í ons ons

Os dados se referem referem a 0,5 mol da substância. Multiplicando-os por 2, para encontrarmos o que está presente em em 1 mol, teremos: teremos: 20 mol C : 30 mol H : 1 mol O o que indica que a f órmula molecular é C20H30O.

60

a) Grandezas:

Massa

Número de átomos

95 g

6 1023 átomos

24 g



 —   — 

59 ⇒

x  0,2 mol

Massa

8

⇒

4g

⇒

Número de íons

27 g 

⇒

⇒

x

x  1 10 – 4 mol

⇒

Massa

1 mol

⇒

y

⇒

Porcentagem

 —   — 

100%

⇒

x

x  25%

e d

⇒ o ir er

y  1,2 1023 átomos

b) Grandezas: Massa do sal



e v

 —   — 

95 g d

e

fe

51 1

9

Grandezas:

Quantidade de matéria

e

1 mol d 0 1 6.

0,15 mol 9 i

Massa

 —   — 

56 g

100 kg ⇒

⇒

x

ou Grandezas:

e L e

⇒ l a n

x  8,4 g

52 ó

d

Grandezas: Massa de de Au

C o d 4 8 1 t.

Quantidade de matéria

197 g

 — 

1 mol

19,7 g

 — 

x

Porcentagem

 —   — 

 y

r

61

A .

⇒  x  0,1 mol a id bi

⇒

⇒

ro p ã ç u d ro p e R

108 g  y

⇒

53

 —   — 

0,1 mol

⇒

232 g

 — 

1 mol

5g

 — 

x

168 g

207 g 15 g ⇒

Grandezas:

⇒

1 mol

Porcentagem

 —   — 

Massa

100%

⇒

y

 y  72,4%

Porcentagem

 —   — 

28 g Para o nitrato de amônio: Grandezas: Massa 80 g

⇒

28 g

y

100%

⇒

 x  47%

⇒

 y  35%

x

Porcentagem

 —   — 

100% y

Há maior quantidade de nitrogênio por grama de ur éia. 64

Quantidade de matéria

44 g

 — 

1 mol

5.060 g

 — 

x

x  115 mol

Para a ur éia: Grandezas:

60 g

y  0,07 mol

Massa

⇒

62

Quantidade de matéria

 —   — 

⇒

x

Há, portanto, um teor de ferro ligeiramente maior no Fe 3O4.

x  0,1 mol

Grandezas: Massa de Pb

100%

x  70,0%

Para o minério Fe3O4: Grandezas: Massa

y  10,8 g

52 g

 —   — 

112 g ⇒

⇒

25%

Porcentagem

160 g

Há mais átomos em 5 g de cr crômio do que em 15 g de chumbo, chumbo, como mostram os cálculos a seguir: Grandezas: Massa de Cr Quantidade de matéria

⇒

54

1 mol

100%

y  25 kg

Para o minério Fe2O3: Grandezas: Massa

Sabendo que há 0,1 mol de átomos de ouro em 19,7 g, vamos determinar qual qual a massa de 0,1 mol de átomos de prata. Grandezas: Massa de Ag Quantidade de matéria o

⇒

y

y  25 kg

100 kg P ig

24 g

Massa

e o

Massa de Mg

⇒

a) Em um um mol mol de Ca CaCO CO3 (10 (100 0 g) há um mol de cálcio (40 g). Gran Gr ande deza zas: s: Ma Mass ssa a de CaC CaCO O3 Massa de Ca 100 g  x

⇒  x  90 g

 —   — 

40 g 36 g

⇒

Essa é a massa de CaCO3 na amostra de 100 g de calc calcário. Com base nela, determinamos a porcentagem de CaCO3 nessa amostra. Grandezas: Massa Porcentagem

 —   — 

100 g 90 g ⇒

b) Grandezas:

100%

b) A mas massa sa da f órmula mí nima nima C5H7N é 81 u. Consideran Considerando do que a f órmula molecular é (C5H7N) x ou C5 xH7 xN x, a massa molecular  é 81  x u. 81  x u  162 u ⇒ x  2 Assim, a f órmula molecular da nicotina é C10H14N2. 



⇒

y

75

Massa

Ca: Ca: C: O:

100 g 40 g 12 g 3 16 g

Grandezas:

Massa

C: H: O:

60 g 2 12 g 4 1g 2 16 g

y  90%

Massa

Porcentagem

 —   — 

1t z

100%

⇒



Porcentagem

 —   —   —   — 

100% x y z

⇒

 x  40% y  12% z  48%

90% 76

⇒

65

Grandezas:

z  0,9 t

Consideremos uma amostra de 100 g dessa rocha. Dessa massa total, tot al, 30 30 g são de cálcio (30%). Como em um mol de Ca3(PO4)2 (31 (310 0 g) há tr ês mols de cálcio (3 40 g), podemos empregar empregar essa rela relação para determinar a massa de Ca3(PO4)2 que contém 30 g de cálcio. Gran Gr ande deza zas: s: Ma Mass ssa a de de Ca Ca3(PO4)2 Massa de Ca







Porcentagem

 —   —   —   — 

100% x y z

 x  40,0% ⇒ y  6,7% z  53,3%



 —   — 

310 g  x

3 40 g 

77

⇒

30 g

79

Essa é a massa de Ca3(PO4)2 que contém 30 g de cálcio e, portanto, é a massa de Ca3(PO4)2 cálcio presente na amostra de 100 g da rocha. Assim, podemos determinar a porcentagem de Ca 3(PO4)2 na rocha. Grandezas: Massa Porcentagem

 —   — 

77,5 g 66

100%

⇒

y

67

Quantidade de carbono 

117 g ⇒

⇒

x  1,2 1024 cátions





A massa de uma f órmula m í nima nima CH3O é 31 u. A f órmula molecular é (CH3O) x, ou C xH3 xO x, em que x é um número inteiro maior que zero. Assim, a massa da mol écula é 31  x u. Como a massa da molécula é 62 u, vem vem que: que: 31  x u  62 u ⇒ x  2 Assim, a f órmula molecular do etilenoglicol é C2H6O2. 



74

a



A massa da f órmula C2H6N é 44 u. Na faixa faixa mencionada mencionada está um múltipl ltiplo o de 44 u, que é 88 u. Portanto Portanto,, a f órmula molecular da substância é C4H12N2 e a massa molecular pedida é 88 u. a) 0,25 : 0,35 : 0,05 Dividindo tudo por 0,05, vem: 5 : 7 : 1 Assim, a f órmula mí nima nima é C H N.

n

25 mol mol P

e o d

ig

.

A

r

t.

1

8

4

d

o

C

ó

81

bi

d

Quantidade de oxigênio 

60 g 16 g/mol



20 mol



1,25 mol



3,75 mol

ção 1,25 : 3,75 equivale a (basta dividir por 1,25) 1 : 3. A propor çã A f órmula mí nima nima é SO3. Portanto, a f órmula molecular do óxido A também é SO3. Agora vamos considerar considerar uma amostra de 100 g do óxido B. Quantidade de enxofre  Quantidade de oxigênio 

50 g 32 g/mol 50 g 16 g/mol

e

p R

20 g 1 g/ mol mol

40 g 32 g/mol

ro

6,67 mol

Consideremos uma amostra de 100 g do óxido A. Quantidade de enxofre 

ç

ã

o

p

ro

u







73

l

ção em mols C6,67H20. Dividindo por 6,67 Assim, temos a propor çã ção 6,67 : 20, passamos a expressáambos os números da propor çã la por meio de números inteiros, 1 : 3. A f órmula mí nima nima é CH3 e, pelo dado do enunciado, deduz-se que a f órmula molecular é C2H6.

x

O número de ânions Cl –  é igual ao de c átions Na . Em 117 g de NaCl NaCl há, portanto, 1,2 1024 cátions e 1,2 1024 ânions. 72

e

25 g 1 g / mol

80 g 12 g/mol

Quantidade de hidrogênio 





L

e

i

Numa amostra amostra de 100 g do composto há 80 g de carb carbono ono e 20 g de hidrogênio.

 – 

6 1023 cátions

9

6.

6,25 mol

id

80

Em 58,5 g de NaCl NaCl há um mol de í ons ons Na e um mol de í ons ons Cl . Vamos calcular a quantidade de c átions Na em 117 g. Grandezas: Massa Número de íons

 —   — 



a





1

0

d

e

1

9

d

e

fe

v

e

ção em mols C6,25H25. Dividindo por 6,25 Assim, temos a propor çã ção 6,25 : 25, passamos a expressáambos os números da propor çã la por meio de números inteiros, 1 : 4. A f órmula mí nima nima é CH4 e, de acordo com o enunciado, a f órmula molecular também.



58,5 g

75 g 12 g/mol

Quantidade de hidrogênio 





er

ir

Considerando uma amostra amostra de 100 g do composto, podemos afirafirmar que nela há 75 g de carbo carbono no e 25 g de hidrog hidrogênio. Vamos calcular as quantidades em mol de cada um desses elementos nessa amostra. Quantidade de carbono 

y  77,5%

Como a massa molar do H2SO4 é 98 g/mol, o problema problema versa versa sobre um mol dessa substância. Em um mol de H2SO4 há: a) do dois is mo mols ls de átomos de hidrogênio. b) um mo moll de de átomos de enxofre. c) qu quat atro ro mo mols ls de de átomos de oxigênio. d) 2 6 1023 átomos de hidrogênio. e) 6 1023 átomos de enxofre. f) 4 6 1023 átomos de oxigênio. 

d

e

1

9

9

8

.

o

⇒  x  77,5 g

100 g

a) CH2O para todos. b) São iguais, pois apresentam a mesma f órmula mí nima, nima, isto é, ção entre as quantidades de átomos dos elea mesma propor çã mentos formadores. c) 40,0% de carbono carbono,, 6,7% de hidrog hidrogênio e 53,3% de oxigênio.



1,56 mol



3,13 mol

ção 1,56 : 3,13 equivale a (basta dividir por 1,56) 1 : 2. A propor çã A f órmula mí nima nima é SO2. Portanto, a f órmula molecular do óxido B també é SO

82

Se considerarmos considerarmos uma amostra em que haja 6 g de carbono, podemos afirmar que nela haver á 1 g de hidro hidrog gênio. 6g Quantidade de carbono   0,5 mol 12 g/mol 1g 1 g/ mol mol

Quantidade de hidrogênio 

Quantidade de carbono 

1 mol



83

Quantidade de carbono  Quantidade de enxofre 

Quantidade de nitrog ênio 

Quantidade de oxigênio 

N: O: . 8 9

 —   —   — 

89 

0,2 mol

a) CF2 b) Grandezas:

e

Quantidade de nitrogênio  d o ir er e v fe

Quantidade de oxigênio  e d 9 1 d 0 1 6. 9 i e

100% 6,3% 9,0%

⇒

56 g 14 g/mol

80 g 16 g/mol



100% x y

 x  56 g  y  80 g

4,0 mol

⇒

86 e

n

Grandezas:

P o

Massa 65.000 g

ig d ó

 x C o

 —   — 

d 4 8

Quantidade de enxofre  1 t. r A . a

100% 0,394%

256 g 32 g/mol

bi ro p o ã ç u



R

87

162 g x y z w

 —   —   —   —   — 

72 g 12 g/mol

Quantidade de carbono 

Quantidade de hidrogênio 

Quantidade de enxofre  Quantidade de oxigênio 

16 g 16 g/mol

Grandezas: C: H: N: O:

Massa 194 g x y z w

 —   —   —   — 





⇒

a 

Número de átomos

 —   — 

3 6 1023 átomos 



⇒

b

Portanto, há maior quantidade de átomos em 50 g de água. 90

 x  72 g y  10 g ⇒ z  64 g w  16 g

a) Grandezas:

Massa

Número de bolinhas

 —   — 

5g  x

1 bolinha 6 1023 bolinhas

⇒



x  3 1024 g 

3 . 000 . 000 . 000 . 000 . 000 . 000 . 000 . 000 g sextilhão setilhão

quatrilhão

quintilhão

bilhão

trilhão

mil milhão

3 setilhões de gramas! ou  x  3 1018 t

6 mol





3 quintilhões de toneladas! b) Grandezas:

10 mol

Massa

 —  3 10 t  —  ⇒

1 mol

Porcentagem 100% 049,5% 005,2% 00 5,2% 028,8% 016,5%

1 viagem

18



2 mol



Número de viagens

20 t

y

⇒

y  1,5 1017 viagens 

150 quatrilhões de viagens!

Portanto, a f órmula molecular é C6H10S2O. 88

3 6 1023 átomos





10 g 1 g/mol

64 g 32 g/mol

 —   — 



8 mol

100% 044,4% 006,2% 00 6,2% 039,5% 009,9% 00 9,9%

z  152 g

⇒ b  50 1023 átomos

⇒ x  256 g

Vamos calcular a massa de cada elemento em um mol da subst ância e, a seguir seguir,, determinar a quantidade em mols correspondente a cada uma dessas massas. Grandezas: Massa Porcentagem C: H: S: O:

⇒

a  36 1023 átomos

⇒ e

p



Número de átomos

50 g

d ro

z

18 g

Assim, se em um mol de hemoglobina hemoglobina (65.000 g) há oito mols de enxofre, concluí mos mos que na molécula dessa substância há 8 átomos desse elemento. id

48 g  — 

Em 50 g de água: Grandezas: Massa

Porcentagem

y  76%

2 19 g

50 g

5,0 mol

⇒

12 g  — 

100 g



 x  24%

Massa de F

d) Em 100 100 g de tefl teflon: on: Grandezas: Massa

e a

2 mol

50 g  —  C: 12 g  —  F: 2 19 g  — 

L l



4 mol

Porcentagem

c) Grandezas: Massa de C

Assim, se em um mol de clorofila h á quatro mols de nitrogênio e cinco mols de oxigênio, concluí mos mos que na molécula dessa substância há 4 átomos de nitrogênio e 5 átomos de oxigênio. e



Massa



9 1

56 g 14 g/mol

10 mol

0,1 mol



Vamos determinar a massa de nitrog ênio e a de oxigênio em um mol de clorofila. Grandezas: Massa Porcentagem 892 g x y



1 g/mol

32 g 16 g/mol

8 mol

Portanto, a f órmula molecular é C8H10N4O2.

Decorre que a f órmula mí nima nima do composto é CS2. 85



10 g

Quantidade de hidrogênio 

ção 0,5 : 1 equivale a 1 : 2. Assim, a f órmula mí nima A propor çã nima é CH2. Como a f órmula molecular é igual à f órmula mí nima nima multiplicada por seis, deduzimos que a f órmula molecular é C6H12. 1,2 g 12 g/mol 6,4 g 32 g/mol

96 g 12 g/mol

c) Grandezas:

Tempo 1 ano z

 x  96 g y  10 g ⇒ z  56 g w  32 g

⇒

Número de viagens

 —   — 

3.000 viagem

⇒

1,5 1017 viagens 

z  5 1013 anos 

50 trilhões de anos! (Compare com a idade estimada da Terra: 4,6 bilhões de anos!)

91

Grandezas: Númerode pessoas

Número de células

 —   — 

1 pessoa 9

6 10 pessoas 

⇒

1 10 células 

x

93

Grandezas:

Massa

 x) a porcentagem de 81M. Seja x a porcentagem de 79M e (100 –  x Temos que:

Número de grãos

 – 3

 —   — 

2 10 g 

 x

⇒

1 gr ão

⇒

6 1023 gr ãos 

x  1,2 1021 g 

Grandezas: Massa

Quantidade em mols de grãos

1,2 1021 g  — 

1 mol (resp. exerc. anterior)

6 10 g  — 

x



27

⇒

95

103

⇒

23



A quantidade de células era da ordem de um mol.



Alternativa B. A molécula de HClO3 de menor massa ser á formada pelos isótopos de menor massa, que são 1H, 35Cl e 16O. Assim, a molécula ter á massaa 84 u. A mol mass molécula de HClO3 de maior massa ser á formada pelos isótopos de maior massa, que s ão 3H, 37Cl e 18O, e ter á massa 94 u. Isso indica que a alternativ alternativaa B é correta e as alternativas A e C são incorretas. A molécula de HClO3 com o menor número de nêutrons ser á formada pelos isótopos de menor número de massa, que são 1H (nenhum nêutron), 35Cl (18 nêutrons) e 16O (8 nêutrons), e ter á 42 nêutrons ao todo. E a molécula de HClO3 com maior número de nêutrons ser á formada pelos is ótopos de maior número de massa, que são 3H (2 n êutrons), 37Cl (20 nêutrons) e 18O (10 nêutrons), e ter á 52 nêutrons ao todo. Isso evidencia que as alternativas D e E s ão incorretas.

x  6 10 células

92

94

102

14

⇒

79, 90 

x  5 106 mol

 x

⇒

Número de estrelas

 —   — 

1 mol

 – 13 13

x  7 10 

6 1023 estrelas 

11

⇒

4 10 estrelas 

mol

Altura

Número de folhas

 —   — 

10 cm  x

⇒

3

1 10 folhas 

⇒

23

6 10 folhas 

21

x  6 10 cm 

ou 16



b) Grandezas:

Tempo

5

Distância

 —   — 

1 ano  x

9,5 10 km 

6 1016 km

108

⇒



p

 x

⇒

e

100 g

 —   — 

 x

98

 – 23 23

x  4 10 

⇒

99

23  – 23

x  3 10 

 y

1 átomo

⇒ ⇒

6 1023 moléculas 

1 molécula

⇒

g

Alternativa E. O isótopo de maior abundância é aquele com massa 25,98259 u. Isso influencia a massa at ômica do elemento (média ponderada) de tal modo que ela deve estar mais pr ó xima de de 25,98259 25,98259 u do que de 23,98504 u. Assim sendo, esperamos que ela seja maior que a do is ótopo de massa intermedi ária (24,98 (24,98584 584 u) e menor que a do is ótopo de maior massa (25,98259 u).

Massa

 —   — 

69 g

⇒

0,15 g

 – 3

y  2 10 mol 

109

Alternativa B. Os tracejados indicam intera ções intermoleculares do tipo liga ção de hidrogênio.

110

Alternativa D. Para resolver, vamos determinar quantas vezes a quantidade de matéria, em mols de moléculas, presente presente em 6,8 g de açúcar  é maior do que a presente em 42 mg de aspartame. Isso pode ser  feito estabelecendo a raz ão entre ambas as quantidades:

Número de moléculas

 —   — 

 x

6 10 átomos

g

Grandezas: Massa (em g) 18 g

1 mol



⇒

1.000 g

x  0,15 g

Número de átomos 23

R

Massa de salame

 —   — 

0,015 g 

24 g

u

ç

ã

o

p

ro

bi

ro

Alternativa A. Grand Gr andeza ezas: s: Mas Massa sa de NaN NaNO O2

x  6,3 103 anos

Grandezas: Massa (em g)

id

a

Alternativa C. Como a maior massa molar é a do H2S2O3, é no recipiente V que há menos moléculas.

Grandezas:: Quantidade de matéria Grandezas

⇒

r

t.

1

8

4

d

o

C

ó

d

ig

o

P

e

n

a

l

e

L

e

i

9

6.

1

0

d

e

1

9

d

e

d

12

A luz levaria mais de seis mil anos para percorrer a pilha de um mol de folhas de papel sulfite! 97

fe

v

e

er

ir

o

d

e

.

107

(pois 1 km  10 m  10 cm)

⇒

1

9

A primeira afirma ção é falsa, pois Z representa o número atômico e A representa o número de massa. (Nota: Atualmente é mais recomendável a notação AZX em vez de ZXA. Cf. CHAGAS, A. P.; RO-

A

3

 x  6 10 km

8

mica Nova na Escola , n. 10, 1999. p. 11-13.) CHA-FILHO, R. C. Quí mica A segunda afirmação é verdadeira verdadeira,, pois o cloro é halogênio. A terceira afirma ção é falsa, pois o cloro compartilha um el étron para completar o octeto. A quarta afirma ção é verdadeira, de acordo com a defini ção de massa atômica de um elemento. A quinta afirmação é verdadeira, pois, distribuindo-se 17 el étrons de acordo com o diagrama das diagonais, chega-se a 1s 2 2s2 2p6 3s2 3p5. A sexta afirmação é falsa, pois a neutralidade elétrica de um átomo ocorre quando o número de elétrons é igual ao de pr ótons. A representação 3175Cl se refere ao núcleo e indica 17 pr ótons e 18 nêutrons.

7 na d écima terceira casa depois da v írgula

a) Grandezas:

. 9

104

0,000 000 000 000 7 mol

96

100

7.990  79 x  8.100 – 81 x 2 x  110  x  55% Assim, há 55% de 79M e 45% de 81M.



Grandezas: Quantidade em mols

79 x  81(100  x )

6,8 g 340 340 / mol mol   143 0,042 g 300 g/ mol Portanto, há 143 vezes mais mol éculas de açúcar do que de aspartame nas amostras. A alternativa mais pr óxima disso é D. Quantidade em mols de a çúcar  Quantidade em mols de aspartame

111

Alternativa C. NH4C7H5O2

b) Grandezas:

Quantidade em mols de C2H3Cl

Em um mol do composto há nove mols de hidrogênio.

112

⇒

a) Como Como a bolinh bolinhaa flutu flutuaa na água e afunda no álcool, concluí mos mos que a densidade da bolinha é maior que a do álcool e menor  que a da água. Logo, a densidade da água é maior que a densidade do álcool. Assim, a água está no frasco B, pois, sendo mais densa, uma mesma massa ocupa menor volume. E no frasco A está o álcool, pois, sendo menos denso, uma mesma massa ocupa maior volume. b) Frasco A Quantidade em mols de moléculas



Quantidade em mols de átomos

9

c) Grandezas:

m





46 (pois cada molécula de C2H6O tem 9 átomos) 8 9 9

Quantidade em mols de moléculas 1 e d o ir e

18

Quantidade em mols de átomos e d



3

m





18 (pois cada molécula de H2O tem 3 átomos) Portanto, há mais átomos no frasco A. 9 1 e d 0 1 6. 9

114 a

l

Grandezas: Massa

e P o



d ó C d 4 8

Grandezas: 1 t. r



Massa

a id bi ro p o ã ç

⇒

R

e

115

Grandezas:

 x

⇒

18

x  6,0 10 



Alternativa D. Grandezas:

Massa

⇒

a) Grandezas:

Grandezas:

Massa 70 g

⇒

⇒

93,75 g ⇒

6 1023 moléculas 

x

⇒

Quantidade em mols de C2H3Cl

 —   — 

1,5 mol

1 mol x

3,125 1016 moléculas 

 — 

z

⇒

z  6,1 1023 moléculas 

Alternativa C. Grandezas:

Massa

CO(NH2)2:

60 g

 — 

100%

28 g

 — 

x

80 g

 — 

100%

28 g

 — 

y

59 g

 — 

100%

42 g

 — 

z

132 g

 — 

100%

NH4NO3:



62,5 g



Número de moléculas

 – 5

282 g

y

x  3 1020 moléculas

Massa de C2H3Cl

⇒  y  1,44 10 – 5 g

3

Massa 

Número de moléculas

 —   — 

⇒

Massa

1,44 10 g  — 

122



119

 – 5



8,5 10 – 3 g

x



y  7,0 10 – 4 g

17 g

 — 



0,01%

 —   — 

23

6,0 1018 átomos

117

10 – 5 cm3

Finalmente, como sabemos a quantidade de mol é culas (3,125 1016 moléculas) que corresponde a uma certa massa (1,44 10 – 5 g), podemos montar uma regra de tr ês para encontrar quantas mol éculas há em 282 g.

⇒

átomos

6,0 10 átomos

⇒

1 molécula

Volume



100%

Grand Gr andeza ezas: s: Número de átomos 

 — 

 —  0,9 g 1,6 10 cm  —  y

Porcentagem

 —   — 



cm

1 cm3

Alternativa D. Grand Gr andeza ezas: s: Número de átomos 6,0 1022 átomos



Número de moléculas 3

Agora, usando a densidade, vamos calcular qual a massa de ácido presente na mancha.

y  1,12

d p

 – 22 22



u ro



⇒ x  3,125 1016 moléculas

 – 2



⇒

átomos

Volume 

Preço (R$)

1,0 g

.





1,6

 —  17,00 y 6,6 10 g  —  Assim, o custo do ouro usado é R$ 1,12. A

24

z  1,8 10

5,12 10



 —  2 10 átomos

 x o





⇒ x  6,6 10 – 2 g

20

 —  6 1023 átomos z  — 

22 Vmolécula  5,12 10 – 22 cm3

Grandezas:

197,0 g  —  6 1023 átomos ig

Número de átomos de C

b) Primeira Primeiramente mente,, vamos determin determinar ar quantas quantas moléculas há na mancha.

Número de átomos

n

Quantidade em mols de C

a) A ma manc ncha ha é um cilindro de altura muito pequena. O volume desse cilindro (Vmancha) é igual ao produto da altura (h) pela área da base (A). Vmancha  h A ⇒ 1,6 10 – 5 cm3  h 200 cm2 ⇒ ⇒ h  8 10 – 8 cm Como a mancha é considerada como tendo altura igual à de uma molécula, e como cada molécula é considerada como ocupando o volume de um cubo, podemos dizer que a aresta desse cubo mede 8 10 – 8 cm. E o volume de um cubo é dado pela aresta elevada ao cubo. Assim: Vmolécula  h3 ⇒ Vmolécula  (8 10 – 8 cm)3 ⇒ ⇒

e e

⇒



0,17 m

i L

 y



v fe

 — 



(pois a massa molar da água é 18 g/mol) er

1,5 mol



0,20 m

m



2 mol

y  3 mol

⇒

Frasco B .

 — 

3 mol

46 (pois a massa molar do etanol é 46 g/mol) 

1 mol

1 mol

120

m

Quantidade em mols de C

HNC(NH2)2: ⇒

(NH4)2SO4:

28 g

Porcentagem

w

⇒ x  47%

⇒ y  35%

⇒

z  71%

⇒ w  21%

124

Alternativa D. Grandezas: Massa 8,8 g C: 3,6 g O: 4,8 g H: 0,4 g

Massa 176 g x  y z

 —   —   —   — 

Quantidade de carbono 

72 g 12 g/mol

Quantidade de oxigênio 

Quantidade de hidrogênio 

 x  72 g y  96 g z8g

⇒

6 mol



96 g 16 g/mol

A alternativa C é falsa. A água, qualquer que seja sua fonte, é uma substância composta dos elementos hidrogênio e oxigênio, ou seja, é um composto de hidrogênio e oxigênio. A alternativa D é falsa, pois, a 25ºC, a água sofre evaporação. É o que faz, por exemplo, as roupas secarem no varal. A alternativa E é verdadeira, conforme indicam os c álculos a seguir. Grandezas: Massa Porcentagem



6 mol 130

8g 1 g/mol



8 mol

 —   —   — 

18 g 2g 16 g

H: O:

Alternativa E. Grandezas: Massa Na NaCl

Alternativa B. Primeiramente, vamos determinar a massa molar da dioxina, levando em conta que cada mol écula tem 4 átomos de cloro e que 44% da massa da dioxina se deve a esse elemento quí mico. mico. Grandezas: Massa de de dioxina

 —   — 

100 g

4 35,5 g 

131

⇒

44 g

Alternativa B. Em 23,2 g de magnetita magnetita há 16,8 g do elemento elemento ferro e, e, portanto, 6,4 g do elemento elemento oxig oxigênio. Quantidade de ferro

16,8 g



56 g/mol

⇒ M  323 g

Agora vamos determinar a massa m áxima de frango que uma pessoa pode ingerir, relacionando a massa de frango com a massa de dioxina. A primeira linha da seguinte regra de tr ês leva em conta que em um 13 13 quilograma da ave há 2 10 – 13 mol de dioxina e que esse 2 10 – 13 mol 13  – 13 tem massa 2 10 323 g. A segunda linha relaciona a massa pedida com a massa m áxima de dioxina que pode ser ingerida por dia. 



23 g



Massa de de cloro

M

y  88,89%

x  504 g ⇒ 200 g Note que utilizamos, para o cloro, a massa molar fornecida (35 g mol – 1).  x

126

x  11,11%

⇒

Massa Na Na

 —   — 

58 g

Portanto, a f órmula molecular da vitamina C é C6H8O6.

100% x y

Quantidade de oxigênio





6,4 g 16 g/mol

8

.

0,3 mol 1

9

9 e d



o

0,4 mol e

er

ir v fe

ção 0,3 : 0,4 equivale a (basta multiplicar por 10) 3 : 4. A propor çã A f órmula mí nima nima é, portanto, Fe3O4. d

e

1

9

d

e

0



1 6. 9



Grandezas: Massa de frango

Massa de dioxina

 —   — 

1 kg  x

⇒

13  – 13

2 10 



3,23 10 

e L

Cap Ca p í tulo t ulo 14 e l a n e P o

323 32 3g 11  – 11

i

⇒

g

x  0,5 kg

ig

O comportamento f í sico dos gases

ó

d

.

A

r

t.

1

8

4

d

o

C

a id

127

7

Alternativa C. d 

980 kg 1m

980 kg



3

3

10 L

3

0, 98 98 10 g 

10 mL

Grandezas:

L





P2

Massa

Volume

0,98 g

 —  1 mL  —  200 mL

 —   — 

⇒

x  196 g

8

46 g 19 g ⇒

129

 —   — 

6,022 1023 moléculas 

z

ç u d ro



e R

P1 3







Note que o volume foi dividido por dez e a pressão ficou multiplicada por esse mesmo número. 16

⇒

O trecho do enunciado que diz “recipiente fechado e indeform ável” indica que o volume interno é constante. E o fato de a temperatura na escala kelvin triplicar pode ser expresso matematicamente como T2  3 T1. Assim: P1 T1

23

Alternativa E. A alternativa A é falsa, pois a reciclagem natural da água (ciclo da água) envolve mudanças de fase, que não s ão reações quí micas micas (fen ômenos quí micos). micos). A alternativa B é falsa porque, a 1 atm de pressão, a água sofre fusão a 0°C e não ebulição.

P1 V1  P2 V2 130 kPa 5,0 L  P2 0,5 L P2  1.300 kPa

z  2,49 10 moléculas 

ã





100%

⇒ y  19 g 9,7% Finalmente, vamos estimar quantas mol éculas há nessa massa de álcool. Grandezas: Massa Número de moléculas  y

o

A pressão fica reduzida a um ter ço do valor inicial.

Essa é a massa de bebida em 200 mL. Agora vamos vamos calcular a massa de álcool presente nessa massa de bebida. Grandezas: Massa Porcentagem 196 g

p

p

mL

 x

ro





0,98 g



3

0,98 kg



bi

V2  3 V1 P1 V1  P2 V2 P1 V1  P2 (3 V1)



P2 T2

⇒

P1 T1



P2 3 T1

⇒

P2  3 P1

A pressão final ser á igual ao triplo da inicial.

17

P1 T1



P2 T2

⇒

1 atm 300 K



P2 450 K

⇒

P2  1,5 atm atm

Note que a temperatura kelvin foi multiplicada por 1,5 e, em conseqüência, a pressão também foi, já que são grandezas diretamente proporcionais.

18

V1

V2



T1

12,5 L

⇒

T2

V2



250 K

V2

⇒

500 K

b) Gr Gran ande deza zas: s:

25 L



Quan Qu anti tida dade de em mo mols ls



T1

15 m

⇒

T2

3

n

P1 V1 

20 m



330 K

T2

⇒

T2



T1

30

m

n M



Grandezas:

Massa

as: a) Grandez as



⇒



Volume

—  — 

—  — 

 x



20 L

x

⇒

5L

b) Gr Gran ande deza zas: s: Massa Massa

32,7 L

x

1g

Núme Nú mero ro de át átom omos os

—  — 

4g 1g

.

⇒

x

Volum e

4g



24,5 L

Massa Ma

T2 

5 10 10 2 mol mol 2 g/ mol mol





⇒



ou





⇒ y

m  1 103 g

64 g

0,5 atm V2 1 atm 22,4 L V2 89,6 89,6 L ⇒ 273 K 546 K Professor, note que já temos nesse exercí cio cio um “ensaio” para a explicação da Lei do G ás Ideal. ⇒

⇒

y

48 g

31

P2 V2

m M

1 103 g

⇒

2g

440 440 K







3

A equação fornece a temperatura na escala kelvin. Para converter  esse valor para graus Celsius, subtraímos 273 unidades, obtendo 167°C. 20



⇒

V2

2

5 10 mol

Já que a pressão não vai se alterar, estamos trabalhando com uma transformação isobárica. V1

—  — 

1 mol

O volume e a temperatura kelvin são grandezas diretamente proporcionais. A temperatura duplicou e, conseqüentemente, o volume também. 19

Mass Ma ssa a

6 10 

23

átomos ⇒

y

9

9

8

21 e

1

Pelo en enunciado:

V2  2 V1 T2  2 T1

d o ir er

P1 V1 e



v fe

T1 e d 9

P2 V2

P1 V1





⇒

T2

32

P2 2 V1



⇒





T1

Grandezas:

2 T1

0 6. i e L e l a e

n

22 o

P

P1 V1 

T1

ig d ó C o d

⇒

T2

150 kPa 30 L 300 K

8 1 t.

33

300 kPa V2 



⇒ 4

P2 V2 





V2

⇒

400 K



20 L

r A . id

a

23 ro

bi p o ã ç u d ro p e R

a)

P1 V1 

P2 V2

P1 V1 

T1 T2 Nessa equação, podemos afirmar que V1 e V2, os volumes inicial e final da amostra de ar confinada na garrafa, permanecem iguais até o instante em que a press ão interna atinge o valor  necessário para arremessar a tampa. Assim, enquanto V 1 for  igual a V2, a amostra de ar sofrer á uma transformação isocórica. P1 T1



P2

⇒

T2

1 atm 300 K



P2

P2

⇒

330 K

Gran Gr ande deza zas: s: Quant Quantid idad adee em mo mols ls



a)

1,1 1,1 atm atm

3,5 mol ⇒

27

x

6,4 g

29

22,4 L

⇒

x

Volume

—  — 

22,4 L x

a) Gr Gran ande deza zas: s: Quant Quantid idad adee em mo mols ls 1 mol  x

⇒

c)

78,4 L

Grandezas: Massa 32 g

b)

Vol olum umee

—  — 

1 mol

x

34 ⇒

x



28 g

P2 V2 T2

1 mol de gás

1 mol de gás ide ideal al

idea id eall na nass CN CNTP TP

em outra situação

2 atm V2 1 atm 22,4 L V2  11,2 L ⇒  273 K 273 K O volume molar é a metade de 22,4 L como conseq üência de a pressão ter duplicado. 



2 atm V2 1 atm 22,4 L V2  22,4 L  ⇒ 273 K 546 K O volume molar se manteve 22,4 L porque a pressão duplicou, mas a temperatura kelvin tamb ém duplicou. 



0,5 atm V2 1 atm 22,4 L  V2  89,6 89,6 L ⇒ 273 K 546 K O volume molar quadruplicou (duplicou e duplicou de novo). Duplicou porque a press ão se reduziu à metade e duplicou de novo porque a temperatura kelvin duplicou. 



P1 V1 

T1

P2 V2 



T2

⇒

1 atm 24, 6 L 300 K

100 100 atm atm V2 





⇒

600 K

4,48 L ⇒

Vol olum umee

—  16 L —  8 103 L 

5 102 mol

x





T1

b) Após o arremesso da tampa, sair á um pouco de ar da garrafa até que se estabeleça igualdade entre a pressão em seu interior  e a pressão ambiente. Estabelecida essa igualdade, a press ão no interior da garrafa ser á, portanto, portanto, 1 atm.

26

⇒

22,4 L

Podemos resolver essa questão empregando a equação a seguir, considerando que a situação 1 seja seja 1 mol de de gás ideal ideal a 1 atm e 0°C e que a situação 2 seja 1 mol de gás nas condições mencionadas em cada item.





56 L

Podemos afirmar, então, que a massa molar da substância é 28 g/m g/mol ol e, conseqüentemente, que sua massa molecular é 28 u. Como a f órmula mí nima nima CH2 tem massa massa 14 u, decorre decorre que a f órmula molecular é C2H4.

Portanto, espera-se que a pressão não se altere. 9

—  — 

 x

1



Volume

70 g

P2  P1

⇒ d

1,5 1023 átomos

Massa

⇒

1 e

y

35 ⇒

V2  0,492 L  492 mL

a) Há igual número de moléculas, pois s ão volumes iguais. b) Se o número de moléculas em cada frasco for  x, então haver á  x átomos no frasco de He, 2 x átomos no frasco de N2 e 3 x átomos no frasco de CO 2. Há, portanto, mais átomos no frasco com CO

36

a) Se o número de moléculas no frasco com C2H4 for  x, então haver á  x moléculas no frasco de C2H6, 2 x moléculas no frasco de O3 e 3 x moléculas no frasco de O2. O frasco com maior  número de moléculas é o de O2. b) Se o número de moléculas no frasco com C2H4 for  x, então haver á 6 x átomos no frasco de C 2H4, 8 x átomos no frasco de C2H6, 6 x átomos no frasco de O3 e 6 x átomos no frasco de O2. O frasco com maior número de átomos é o de C2H6.

44

a) Menor Menor,, pois pois 1 atm equ equiv ivale ale a 101 101,3 ,3 kPa kPa.. b) Par Paraa um umaa amost amostra ra de de gás ideal, as grandezas volume e pressão são inversamente proporcionais. Assim, a uma press ão menor  espera-se um volume maior. kPa L 1 mo m ol 8, 315 273 K m ol K n R T ⇒ c) V P 100 100 kPa kPa 





As amostras gasosas est ão em condições tais que vigora a Hipótese de Av Avogadro. ogadro. mH S m fosfina 2 n H S n fosfina ⇒ ⇒ 2 MH S M fosfina 







V  22,7 L

⇒

37





d) Dife Difere ren nça  22,7 L  22,4 L  0,3 L  300 mL Essa diferença é porcentualmente muito pequena, pois representa apenas apenas 1,3% de 22,4 22,4 L.



2

m 34 g/mol

m



M fosfina

⇒

M fosfina

Já que a massa molar da fosfina molecular é 34 u.



46

34 g / mol

Antes: P1 V1  n1 R T1 



g/mol, l, ent então sua massa é 34 g/mo

⇒

R



P2 V2

P Vn R T 





n 2 T2

3 n1 2 T1

n

⇒

P V R T

100 kPa 83,15 15 L kPa L 8, 315 300 K mol K









P1 V1 n1 T1

40

n

a)

1 atm 1,25 L atm L 0,082 303 K mol K









⇒





P2

⇒

3 n1 2 T1 



6 P1 . 8

A pressão final ser á seis vezes maior que a inicial. A pressão é diretamente proporcional à quantidade em mols de gás e à temperatura em kelvin. Graças ao aumento de ambas as grandezas, a pressão foi multiplicada por tr ês e também por dois, resultando numa multiplica ção total por seis.

n  3,3 mol

P V R T











⇒

P2 V1



⇒







Igualando ambas as expressões por R, vem:

⇒



n1 T1

P2 V1





39



⇒







P1 V1





Depois: P2 V2  n2 R T2 

R

⇒







9

d

e

fe

v

e

er

ir

o

d

e

1

9

9

47

n  0,05 mol

⇒

b) n



m M

m = n M = 0,05 mol mol 44 g/ mol mol

⇒





0,05 mol x

Número de moléculas

—  — 

1 mol

⇒

6 10 moléculas 23



P V 





x





0, 70 g 0,08 0 82 





2















P V R T

2

5 1 R T 2 3 R T 









e L e l a n e P

6 RT o ig d ó C o

Há mais moléculas no recipiente com O2. 5 nN nN RT 2 2 5

nO

⇒



nO

6 RT

2



2

d 4 8 1 t. r A . a id

6 bi ro p o ç

48

atm L mol K 





P V R T

d ro







p e



R

1,65 V R 319





u

2,00 V R 290 







Dividindo membro a membro n 2 por n1, vem:

300 K

0, 82 atm 0, 750 L

Antes: n1

P V R T 

Depois: n 2

1, 65 V R 319 

⇒

n2



n1

M  28 g/mol





n2

⇒

n1

2, 00 00 V R 290 



0, 75

⇒

n2  0,75 n1



Dos gases citados, apenas o N2 apresenta essa massa molar.

42

P V 

m M







3, 0 g 0, 08 0 82 



P



atm L mol K 



300 K







⇒

30 g / mol 1, 5 L



a) x He

x CO

O recipiente pode ser usado, pois suporta até 6 at atm. m.

43

50





P  1,64 atm

⇒

Já que restaram 0,75 da quantidade inicial em mol, escaparam 0,25 da quantidade inicial, ou seja, escaparam 25% da quantidade em mols inicialmente presente.

R T

m R T M V



n He n n CO n





4 mol 5 mol

⇒

x He



1 mol 5 mol

⇒

x CO



0, 80 0, 20

Assim, 80% das mol éculas da mistura são de hélio e 20% s ão de monóxido de carbono.

P Vn R T 





1 mo m ol 0, 082 

V ⇒

n R T P 



atm L mol K



V  24,6 L

1, 5 atm

b) PHe  xHe P  0,80 100 kPa 







i

9

5 RT

ã







3 10 moléculas





⇒

nO

P V R T

6.

1

0

22

R T

m R T P V 

M

b)

⇒

vel optar entre os tr ês se determinarmos a massa molar do É possí vel gás a partir dos dados fornecidos.

m M

nN

N2:

⇒

O2:

c) Grandezas: Quantidade em mols

d

e

a) Há mais moléculas no recipiente em que houver maior quantidade em mols de g ás.

m  2,2 g

⇒

41

1



450 K ⇒



PCO  xCO P  0,20 100 kPa 



⇒ ⇒

PHe  80 kPa PCO  20 kPa

Já que 80% das moléculas são de hélio, então 80% da pressão total se deve a ele. E 20% se deve ao mon óxido de carbono.

c) VHe  xHe V  0,80 125 L 

VCO  xCO V  0,20 125 L 

VHe  100 L

⇒



Alternativa C. O volume do hélio que resta no cilindro é o pr óprio volume do cilindro, 60 L. Quando o hélio não sai mais do cilindro é porque a pressão do que restou é igual à pressão atmosf érica no local. E, no caso, a press ão atmosf érica é 1 atm, porque porque se se está ao ní vel vel do mar.

67

Alternativa A. A alternativa A é correta, pois o produto da pressão pelo volume é 4 igual a 1,8 10 mmHg L em todos os pontos do gr áfico. As alternativas B, C e D s ão incorretas, pois, na situa ção apresentada, pressão e volume s ão grandezas inversamente proporcionais. O comportamento descrito nessas alternativas seria correto se pressão e volume fossem diretamente proporcionais. A alternativa E é incorreta, pois, quando a pressão é alterada, o produto P V permanece constante e não a razão P/V P/ V. Além disso, o produto P V é igual a n R T.

VCO  25 L

⇒



66

d) A porcentag porcentagem em em volu volume me do He é 80% e a do CO é 20%.

51

Da porcentagem em volume deduz-se que a fra ção em mols do nitrogênio no ar é 0,78. Assim: PN2  xN2 P  0,78 180 kPa 

52

PN2  140 kPa

⇒





A propor çã ção: 1 molécula H2 : 2 moléculas de He é equivalente a: 1 mol H2 : 2 mol He Assim, considerando-se uma amostra com 3 mol de mistura, podemos afirmar que nela existe 1 mol de H 2 e 2 mol de He. a) x H



2

x He



1 mol 3 mol

⇒

xH

2 mol 3 mol

⇒

x He



2



0, 33





8

69

Alternativa B. Q e S estão na mesma temperatura, pois o resultado da multiplicação P V fornece um mesmo resultado para ambos os pontos. A transformação Q → S é isotérmica. Como o enunciado afirma que a temperatura do ponto Q é 600 K, concluí mos mos que a do ponto S também é 600 K. S e U est ão no mesmo volume e, assim sendo, a trans forma çã o S → U é isocórica. A temperatura em U é 360 K, conforme mostra o cálculo a seguir:

0, 67

9 1 d

53 er

ir

o

PH



2

e v fe

PHe e d 9

1 3 2 3



1





600 600 kPa kPa

⇒

600 600 kPa kPa

⇒

PH



2

PHe



200 200 kPa kPa

400 400 kPa kPa

e 0

d

54 6.

1 9 i e L e

Vamos calcular a massa de cada componente a partir de sua quantidade em mols. He: mHe  nHe MHe  4 mol 4 g/mol ⇒ mHe  16 g CO: mCO  nCO MCO  1 mol 28 g/mol ⇒ mCO  28 g 

l a n P







e



o ig

Massa total da mistura d ó C



16 g  28 g  44 g

o d

O componente que mais contribui para a massa da mistura (CO) não é o que possui a maior fra ção em mols (x CO  0,20). 4 8 1 t. r A

P1

. a id

58 ro

bi p o ã ç u ro p e

M CH

4



d He R

60

d



M He

P M R T

⇒

4 g/ mol





⇒





62



d

4



0,12 0,12 g/ L



70

Se a atmosfera fosse exclusivamente de O2 (32 g/mol g/mol), ), tenderiam tenderiam a subir os gases com massa molar inferior a 32 g/mol. Da lista fornecida, são eles o N 2 (28 g/mol g/mol)) e o CO (28 (28 g/mol g/mol). ).



T1 M butano



d ar 

58 g / mol 28, 9 g / mol



M ar 

d butano



T1 ⇒

P2 V2 



⇒

d ar 



2

⇒

T2

1,00 atm 10,0 L 300 K

0,25 atm V2 





7,2 TU

⇒

TU  360 K

V2

⇒

223 K

P2 V2 T2



29,7 29,7 L

0,4 atm V2 



Alternativa D.

P1 V1







1atm 50 L 293 K 71

64

12 600 K

⇒

Como o g ás presente no balão sofre expansão (veja cálculo a seguir), concluí mos mos que, quando ele é lançado, não está expandido ao máximo de sua capacidade. Esse balão deve ter uma capacidade que seja, no mí nimo, nimo, igual ao volume atingido na situa ção final descrita no enunciado, calculado a seguir:

P1 V1

Duas vezes.

d butano

T2

U e W estão na mesma temperatura, pois o resultado da multiplicação P V fornece um mesmo resultado para ambos os pontos. A transformação U → W é isotérmica. Como a temperatura do ponto U é 360 K, concluí mos mos que a do ponto W tamb ém é 360 K. W e Q estão no mesmo volume e, assim sendo, a transforma ção W → Q é isocórica.



61

P2



4

d He

1,5 atm 2 g/ mol atm L 0,082 293 K mol K





d CH

16 g / mol

4



T1

O metano é mais denso, pois tem maior massa molar. É quatro vezes mais denso. d CH

d



Alternativa A. Em uma transformação isotérmica, a temperatura permanece constante apesar de variações de pressão e volume. Isso est á descrito nos gr áficos III e IV. E, para esse tipo de transformação, a pressão e o volume seguem a Lei de Boyle, graficamente expressa em I. Em uma transforma ção isobárica, a pressão permanece constante apesar de variações de volume e temperatura. Isso está mostrado em II. Além disso, nesse tipo de transforma ção, o volume é diretamente proporcional à temperatura na escala kelvin, o que está expresso graficamente em V. V.

9 e



68

b) 33% de de H2 e 67% de He .





223 K

⇒

V2  95,1 L

Alternativa B. A quantidade em mols de moléculas é a mesma em ambos os recipientes. Assim, podemos determinar que a massa de h élio é o dobro da de hidrogênio, o que indica que as alternativas A e D s ão incorretas. mH m He m He 2 2 nH2  nHe ⇒ ⇒ mH 2 g/ mol mol 4 g/ mol mol 



2

65

Alternativa A. P1 V1  P2 V2 

⇒



⇒

P2  1,25 atm

3 atm 5 L  P2 12 L 



⇒

A alternativa B é correta, como decorr ência da Hipótese de Avogadro. Também decorre dessa hipótese que a alternativa E é incorreta. A alternativa C é incorreta porque, uma vez que o número de moléculas é igual em ambos os recipientes, h á o dobro de átomos no

frasco com hidrogênio, pois esse g ás é formado por moléculas biat ômicas (H2), enquanto o h élio é formado por mol éculas monoatômicas (He).

81

Alternativa E.

Grandezas:

Massa Ma

Volume

0,239 g

—  0,0656 L

x

⇒

73

Alternativa B. I é correta, como mostra o seguinte cálculo que se baseia na Hip ótese de Av Avogadro: ogadro:

nN

n CH



2

mN

⇒

mN 4

⇒

m CH

2

MN



2

4g

2



28 g/mol

4

M CH

⇒

4

16 g/ mol mol

II é incorreta, pois a quantidade de moléculas de N2 e de CH4 é a mesma. E em  x moléculas de N2 há 2 x átomos de nitrog ênio, enquanto em  x moléculas de CH4 há 5 x átomos ( x de carbono e 4 x de hidrogênio). III é correta, pois a massa molar do N2 é 28 g/mol.

74

75

119,5 g/mol. Restam as alternativas A (CH 3Cl  50,5 g/mol) e E (CHCl3  119,5 g/mol), das quais conclu í mos mos que E

mN2  7 g

⇒

Alternativa E. Pela Hipótese de Avogadro, podemos concluir que o número de moléculas em ambas as amostras é igual. Portanto, a alternativa E é correta. A alternativa A é incorreta porque a massa molar de ambos os gases é diferente e, por isso, uma mesma quantidade em mols n ão apresenta a mesma massa. A alternativa B é incorreta porque cada molécula de O2 tem dois átomos e cada mol écula de He tem um átomo. As alternativas C e D s ão incorretas pois, ao misturar 25 L de O2 e 25 L de He, o volume volume final da mistura mistura estar á vinculado às condições de pressão e de temperatura em que são medidos os volumes iniciais e o volume final.

82

8, 0 mol 0, 082

V

n R T P 



ngás  nN2

⇒



M gás

N2

MN

22 g

⇒

M gás

2



14 28 g / mol





VN



2

xN

V



2





24 L



n1 T 



⇒

⇒

80



m2

n1

10 atm n2

⇒

M2



n CH

10 mol

⇒

R

P1 V 



P V R T

e

⇒

M gás

0,88 g ⇒

M gás

e

e

1

9

d



1

0

d





6.



i

9



⇒



d

ig

o

P

e

n

a

l

e

L

e

C

ó



1

8

4

d

o

t. ⇒

A

m  460 g

R



Alternativa A. Considerando que as porcentagens apresentadas se refiram a quantidade em mols (ou a volume, o que é equivalente), podemos afirmar que, se a porcentagem do O2 é 21%, então sua fração em mols é 0,21. Assim: VO2  xO2 V  0,21 10 L 

Alternativa C. mN 2 nN 2 MN

P2



mH nH



2



2



16 g / mol

4

M CH ⇒

⇒

2 g/ mol mol

nN2  0,5 mol

nH2  4,5 mol

Total: n  5 mol 

32 g/mol

m CH

⇒

9g

2

MH

28 g/ mol mol

VN2 2,1 L

⇒

n2 n2

14 g 

2

n2 T

⇒





P2 V 

0, 32 g 

er

ir

o

6 atm 82 L n  n  20 mol ⇒ atm L 0,082 300 K mol K Desse total, 50% são de um componente e 50% do outro. Assim, a mistura se compõe de 10 10 mol de de CH4 e 10 mol de C2H6. Agora vamos calcular as massas desses componentes. CH4: mCH4  nCH4 MCH4  10 mol 16 g/mol ⇒ mCH4  160 g C2H6: mC2H6  nC2H6 MC2H6  10 mol 30 g/mol ⇒ mC2H6  300 g Finalmente, calculamos a massa total. 

85

n1 T

m2



m gás 4

d

Primeiramente vamos calcular a quantidade total em mols de g ás.

10 mol

Conhecida a composição em mols da mistura, podemos determinar as pressões parciais.

m2

⇒



320 g PN

2

PH

2



xN

2

xH

2



P



0,5 mol 5 mol



1,0 bar 

⇒

PN2  0,1 bar 



P



4,5 mol 5 mol



1,0 bar 

⇒

PH2  0,9 bar 

Alternativa B.

n gás

2

18 L fe

83



P1

⇒







v

84





n2 T

1 atm 1 mol

⇒

n2

P2 V

VN

id

a

.

ro







⇒

r

Igualando ambas as expressões por R, vem:

P1 V

1

9

9

8

.

bi

Depois: P2 V  n2 R T 

⇒

e

6,0 mol 8,0 mol

m  mCH4  mC2H6  160 g  300 g

Antes: P1 V  n1 R T 

300 K

Conhecido o volume total da mistura, podemos determinar o volume parcial do nitrogênio:

Alternativa B. Poder í  amos resolver utilizando diretamente a Lei do Gás Ideal, na í amos qual empregar í  amos o valor adequado de R. Por ém, como as iní amos formações dadas incluem o volume molar de gás a 1 atm e 25°C, vamos apresentar uma resolução que emprega tais dados. 



8, 2 atm atm



Esse é o valor da massa molar dos gases CO 2 e C3H8.

76



V  24 L

⇒

Mgás  44 g/mol

⇒

atm L mol K 



m

é correta.

A quantidade total de gás em mols é 8,0 mol. Aplicando Aplicando a Lei do Gás Ideal à mistura, temos: 

Alternativa A. Pela Hipótese de Avogadro, Avogadro, ambas as massas cita das correspondem a uma mesma quantidade em mols de mol éculas.

m gás

119,5 g

—  32,8 L Assim, a massa molar da subst ância é 119,5 g/mol. Como a massa molar do cloro é 35,5 g/mol, concluí mos mos que na molécula da substância deve haver um número í mpar mpar de átomos de cloro. Isso já descarta as alternativas B, C e D; mas elas também poderiam ser eliminadas determinando a massa molar da substância que aparece em cada uma e confrontando-a com o valor   x

⇒

4

M gás



44 g / mo m ol

Das alternativas, apenas N O tem massa molar molar 44 g/mol



Uma vez determinada a pressão parcial do nitrogênio, a do hidrogênio poderia ter sido calculada por meio da Lei de Dalton: PH2 P



PN2  1,0 bar   0,1 bar  ⇒

PH2  0,9 bar 

R

e

p

ro

d

u

ç

ã

o

p

86

Alternativa A. A pressão de 9,2 104 Pa equivale equivale a 92 kPa. Resolver o problema consiste em determinar quantos mols de ar  (mistura gasosa que, no caso, inclui poluentes) ocupam o volume do frasco nas condições de pressão e temperatura do enunciado.

Já a recomendação 2 vale para gases que tendem a subir, ou seja, gases menos densos que o ar.



n

P V R T

92 kPa 30 L kPa L 8,315 300 K mol K













⇒

92

a)

n  1,1 mol





e d o ir e v fe e d 9

88 e

1 d 0 1 6. 9 i e L e l a n e P o ig d ó C o d 4 8 1 t. r A . a id bi ro p

Alternativa D. I é correta, pois a pressão do ar é maior à altitude de 2.400 m do que 10.000 m e, em decorr  dec orr ência disso, a pressão parcial do à altitude de 10.000 O2 é maior dentro da cabine. II é correta, desde que se empreguem no segundo membro da equação os dados referentes à atmosfera interna à cabine. III é incorreta. A pressão parcial do O2 no interior da cabine seria igual à pressão parcial do O2 no ar à altitude de 2.400 m de altitude se a composição da atmosfera fosse igual em ambas as situações. Por ém o enunciado afirma que o ar no interior da cabine é mais seco. Isso interfere no valor das frações em mol dos componentes e, em decorr ência disso, interfere no valor das pressões parciais dos componentes.

89 ro

d p



e R





PV V





PT V



nN

100 300 1 750



2 (Vênus)



2 (Terra)

40



(relação entre as quantidades em mols de todos os gases componentes das atmosferas) 

b)

2,0





95

PB VB 

+

TA

TB

P V  PA VA  PB VB 



P 5 L  1 atm 3 L  5 atm 2 L 



d f  di





4 3 



m Vf  m Vi



⇒

P 2,6 atm

Alternativa A. A recomendação 1 vale para gases que tendem a descer, ou seja, gases mais densos que o ar.



3 4



1 Vf  1 3 V 4 f  ou



di d f 

3 4

4 3



Alternativa B. A figura III ilustra um bom m étodo para recolher gás, desde que ele não reaja com a água nem se dissolva nela de forma apreciável. Dos tr ês gases envolvidos na quest ão, apenas o CH4 não reage com a água nem se dissolve apreciavelmente nessa substância. A amônia e o cloro reagem com ela, de acordo com as equações abaixo, e por isso apresentam consider ável solubilidade em água. NH3(g)  H2O(l) B NH4 (aq)  OH (aq) 

Cl2(g)

91

n R Ti



di

Como a temperatura é constante, temos: 

Vi



d f 

PA VA

=





Porcentagens de N2

Alternativa C. Sabemos que: nt  nA  nB

P V T



4 300 400 400 K (127 (127° C) 3 Portanto a variação da temperatura é de 100ºC.

40

4% 80%

n R Tf 



Vf 

Como Tf 



nN

90









nT









 

Patm Vi

n T R TT



nV





=





n V R TV



Situação final

Patm V  n R Tf  Dividindo as duas equações:

Alternativa C. Vênus: PV V  nV R TV Terra: PT V  nT R TT Dividindo as duas equações, temos: 

Aquecimento



3 Vf  V 4 f  Ti  27ºC  300 K Tf  n n Patm Patm Fazendo uso da Lei do Gás Ideal para os estados inicial e final, temos: Patm V  n R Ti



u

⇒



Patm Vf ç

0, 97 atm

M  131 g/mol

Vi

o ã

288 K

a) Situação inicial

Concluí mos, mos, dessa maneira, que a porcentagem (em mols ou em volume) de O2 na mistura usada para o mergulho deve ser 4,2%. er



94



xO2 profund.  0,042 1







Alternativa E. A alternativa A é incorreta, pois, se considerarmos o produto CO 2 nas mesmas condições de pressão e de temperatura que o ar ao redor, ele ser á mais denso, pois tem maior massa molar. As alternativas B, C e D são incorretas porque a combustão consome C4H10 e O2 e produz CO2 e H2O. A alternativa E é correta, pois o aquecimento da mistura gasosa contida no interior do balão provoca sua expansão, com conseqüente saí da da de uma parte da mistura. Em decorr ência disso, resta menor quantidade em mols de g ás dentro do balão, o que o torna menos denso que o ar circundante.

8 9



93







atm L mol K

b) O gás monoatômico em questão deve ser um gás nobre, pois os átomos de gases nobres usualmente não estabelecem ligamicas. Consultando o grupo dos gases nobres na tações quí micas. bela periódica, verificamos que o xenônio (Xe) é o que apresenta massa massa molar 131 g/mol g/mol..





d R T P



⇒





5, 38 g / L 0, 082 

M

a) Sim, Sim, po pode der  r á sobreviver. Se a cabine for alimentada com O 2 puro, a pressão desse gás ser á igual à pressão atmosf érica na4 quela altitude, 2,2 10 Pa, e estar á dentro da faixa que permite a sobrevivência humana. b) Na su supe perf  rf í cie: PO2 superf.  xO2 superf. P superf. Em pr prof ofun undi dida dade de de 40 m: PO2 profund.  xO2 profund. P profund. O enunciado pede que a pressão parcial do O2 seja a mesma 4 em ambas as situa çõe s: s: PO2 profund.  PO2 superf.  2,1 10 Pa. Igualando o segundo membro de ambas as express ões, temos: xO2 superf. P superf.  xO2 profund. P profund. Nessa nova igualdade vamos efetuar as seguintes substitui ções: xO2 superf.  0,21 e Pprofund.  5 Psuperf. o que conduz a: 0,21 Psuperf.  xO2 profund. 5 Psuperf.

9







.

P M R T







87

d





H2O(l) B H(aq)







Cl (aq)  HClO (aq)

A figura I ilustra um m étodo para recolher um gás menos denso que o ar, o que se pode verificar pela massa molar, que deve ser  menor que 29 g/mol. E a figura II ilustra um étodo para recolher 

um gás mais denso que o ar, o que também se pode verificar pela massa molar, que deve ser maior que 29 g/mol. Nesses dois últimos casos, subentende-se que “recolher ” é reter, por questão de poucos segundos, o g ás que é produzido em algum processo quí mico, mico, até que se possa colocar uma tampa no tubo ou que seja dado o destino desejado ao g ás “recolhido”.

IV é incorreta. Pela Lei do Gás Ideal, o produto pressão  volume depende da quantidade em mols de g ás e da temperatura kelvin: P Vn R T Como n é constante, mas T sofre aumento, conclu í mos mos que o produto pressão  volume sofre aumento. 

100 96

a) Quan Quando do to todo do o lí quido quido passou para a fase vapor, uma parte foi expulsa do frasco. Quando o vapor foi resfriado e condensou, a massa medida para o conjunto copo  lí quido quido foi foi 101,85 101,85 g. Como a massa do frasco é 100,00 g, deduz-se deduz-se que sobrou no frasco 1,85 1,85 g da subst substância. Quando essa massa de 1,85 g estava na fase vapor, vapor, ocupava o volume do frasco e estava submetida a 107°C (380 (380 K) e, subentende-se, a 1 atm. Vamos Vamos determinar a quantidade, em mol, de vapor que restou no frasco (que é igual à quantidade, em mol, de l í quido quido que condensou).

n

P V R T 



1 atm 0,380 L atm L 0, 082 380 K mol K 







A primeira afirmação é verdadeira, pois o produto P V está pr óximo de 22,4 L. A segunda afirmação é verdadeira, de acordo com a Lei de Boyle. A terceira afirmação é verdadeira, de acordo com o seguinte cálculo: P V  22,4 atm dm3 3 0,5 atm V  22,4 atm dm 3 V  44,8 dm  44,8 L A quarta afirmação é falsa, de acordo com o c álculo a seguir: 









Grandezas: Qu Quan anti tida dade de de ma maté téri ria a

— 

4 mol

— 

⇒





x

⇒

n

b) De posse posse da da massa massa da subs substtância e da quantidade de matéria a que isso corresponde, podemos determinar a massa molar.

n



⇒

M



m n

101

1,85 g 

⇒

0,0122 mol

M  152 g/mol

⇒

c) Seja  x a massa molar do elemento do qual h á quatro átomos na molécula. 12 g/mol  4 x  152 g/mol

dO

x  35 g/mol

⇒

n R T P



dm 3 kPa K mol 3,10 kPa





nH





2

2 g/ mol mol 32 g/mol



1

1 16

nO



2

l

e

L

e

i

9

6.

2



2 2

C

ó

d

ig

o

P

e

n

a

o d

2

mO

4 8 1

MO 

t.

2 r A . a id

2

mO

bi ro

2 o

p

32 g/mol u

ç

ã ro

mO

2

mH

2

p 

16

Alternativa B. A afirmação III não se aplica ao vapor de água, pois cada mol écula de H2O pode interagir com outras mol éculas de H2O por meio de interações intermoleculares do tipo liga ção de hidrogênio. Embora tais interações sejam reduzidas devido à grande distância que separa as moléculas na fase gasosa, elas podem ocorrer quando uma molécula passa perto de outra. Tais intera ções são, inclusive, as responsáveis pela transição para a fase lí quida quida (condensação), que pode ocorrer devido à compress ão e/ou ao resfriamento.

104

Alternativa E. Traçando uma reta perpendicular ao eixo do tempo, haver á segmentos dessa reta que estar ão dentro de algumas das áreas designadas pelos algarismos romanos. O comprimento de cada segmento, lido na escala do eixo vertical (%), informa a porcentagem daquele componente na atmosfera, naquele instante de tempo. Assim, traçando uma perpendicular ao eixo horizontal no instante de tempo 2,5 bilhões de anos, verificamos que a porcentagem de oxigênio (área VI) tem um valor mais pr óximo do apresentado na alternativa E.

105

Alternativa E. O fato de a temperatura média em Marte ser 55ºC faz com que haja condições mais favor áveis para a existência de água na fase quida. ólida do que de água na fase lí quida.





MO

d

e

1

9

d

e

fe

v

e

er

ir

o

d

e

1

9

9

8

.

0

2

102

298 K

    P M m ou d R T V     II é correta. A energia cinética média para as moléculas de um gás depende da velocidade média das mol éculas desse g ás. O aumento de temperatura provoca aumento da velocidade média das mol éculas e, portanto, da energia cinética média das mol éculas. III é correta. Sendo o recipiente fechado, não há entrada ou saí da da de gás e, portanto, a massa da amostra se mant ém constante. d

3

d

Alternativa C. I é incorreta. Com o aquecimento, o êmbolo se move e o volume aumenta proporcionalmente ao aumento da temperatura kelvin, mantendo-se constante a pressão (transformação isobárica). Isso provoca diminuição da massa especí fica fica (d) do gás.



2

MH

V  3.195 dm3

99



mH





2

2 g/ mol mol



4 mol 8,31

MH

mH

A primeira afirmação é verdadeira. É oportuno que os alunos utilizem o Apêndice C. A segunda afirmação é verdadeira, de acordo com a Lei de Boyle. A terceira afirmação é verdadeira. De acordo com a Hipótese de Avogadro, Av ogadro, a quantidade em mols de NH 3 é a metade da quantidade em mols de Cl 2. A quarta afirmação é falsa, conforme mostra o cálculo a seguir:

V

 2     1 

A alternativa D é incorreta. A massa de O2 é 16 vezes maior que a de H 2, como indica o cálculo a seguir, que parte da Hip ótese de Avogadro.

Cl    k Cl  k C  k Cl    k Cl



x

Alternativa D. A alternativa A é correta, pois em ambos os gases (formados por  moléculas apolares) as interações intermoleculares são do tipo dipolo instantâneo-dipolo induzido. A alternativa B é correta, de acordo com a Hipótese de Avogadro. A alternativa C é correta. A densidade do gás hidrogênio é 16 vezes menor que a do g ás oxigênio, conforme revela o cálculo a seguir:

dH

Consultando a tabela peri ódica, verificamos que o elemento quí mico mico cuja massa molar  é mais pr óxima de 35 g/mol é o cloro. Assim, a substância é o tetracloreto de carbono (após estudar Quí mica mica Orgânica, os alunos poderiam responder também tetracloro-metano) e sua f órmula estrutural é:

98

89,48 dm

3

22,37 dm   3  (dado da tabela) ⇒

0,0122 mol



m M

Volu Vo lume me

1 mol



⇒







R

e

8

Capítulo 15 Aspectos quantitativos das reações químicas

2 H2 Proporção Proporçã o: 2 mol Grandezas: Quantidade de maté matéria 2 mol



O2 1 mol Quantidade de matéria

— 

1 mol

a) 2 H2

O2



2 H2 O



ou

H2

1 O2 2



H2O



9

b) A pro propo por  r çã ção é 2 : 1 : 2. Essa propor çã çã o pode ser equivalentemente expressa por 

1 : 1 (embora, nesse caso, n ão estejamos empregando 2 números inteiros para expressar a propor çã ção). c) 2 H2  O2 2 H2O  Proporçã Propor o: 2 mol 1 mol 2 mol ção Grandezas: Quantidade Quantidade Quantidade de maté matéria de matéria de matéria 2 mol —  1 mol —  2 mol ⇒ 100 mol —  50 mol —  x

MnO2 Proporção Proporçã o: 1 mol Grandezas: Massa

x

⇒ 9 1

11

100 mol

4 v fe e d

a) Ca3(PO4)2 1 mol



—  — 

 x 9 1

3 H2SO4 3 mol

2 H3PO4 2 mol 10 mol



—  — 

y

—  — 

1 mol

Grandezas: Massa

3 CaSO4 3 mol



y



⇒

y

2 1023 moléculas 

Por meio dos coeficientes, determinamos a propor çã ção estequiométrica entre as quantidades em mols: C O2 CO2

Proporção Proporçã o: o e

—  — 

x

1,3 mol

Cl2 1 mol Número de moléculas 23 6 10 moléculas



d er



a) É necessário 1,3 mol de HCl. b) São produzidas 2 1023 moléculas de Cl2.

e ir

— 

x

⇒

. 9



24

4 HCl 4 mol Quantidade de maté matéria —  4 mol

87 g 29 g

1:

8

—  2 6 1023 moléculas

Assim, são produzidas 1,2 10 moléculas. 

3

2 H2 O 2 mol Número de moléculas



—  — 

12 g 3

2,4 10 g 

z

1 m ol

1 mol

Volume

Volume

—  — 

24,5 L x

24,5 L y

e d 0

 x  1 6.

5 mol

y

15 mol

z

15 mol

 x   y 

3

4,9 10 L  4,9 m 

3

3

3

(pois 10 L  1 m )

9 i

São necessários 5 mol de fosfato de c álcio (apatita) e 15 mol de ácido sulf úrico. b) São produzidos 15 mol de sulfato de c álcio. e L e l a n e P o

a) O vol volum umee de ox oxig igênio gasto é 4,9 m . b) O v vol olum umee de de gás carbônico formado também é 4,9 m3. 3

ig ó

d

5 o

C d 4 8 1 t. r A . a id bi ro p o

a) No siste sistema ma inici inicial al temos temos tr  tr ês moléculas de CO e tr ês de NO2. No sistema final temos tr ês moléculas de CO2 e tr ês de NO. Assim, a propor çã ção entre as moléculas de CO (consumidas), de NO2 (consumidas), de CO2 (formadas) e de NO (formadas) é 3 : 3 : 3 : 3 ou, expressa por meio dos menores números inteiros, 1 : 1 : 1 : 1. Portanto, a equação quí mica mica é:

ã ç

CO(g) u d ro

NO2(g)



CO2(g)





e R

6

CaO

1 mol

1 mol

Grandezas:

Massa 56 g

Massa 98 g 4,9 106 g

⇒

—  — 

x



6

13

Pelos dados, pode-se equacionar a reação: 2 KClO3(s)  2 KCl(s)  3 O2(g) ou



H2O

1.420 g  1,42 kg

O2(g) ou H2O(l)



KCl(s)

⇒

14

ou

x

 y

2,8 t

— 

y

2 KClO3

3 O2

Proporção Proporçã o:

2 mol

3 mol

Grandezas:

Massa

Volume

—  3 25 L —  0,500 L 

4 moléculas de O2 4 moléculas de NO

2 moléculas de O2 4 moléculas de NO2

Inicial

Final

⇒

x

1,63 g

Excesso que não reagiu

a) As 4 moléculas de NO reagiram com apenas 2 mol éculas de O2 para formar 4 moléculas de NO2. Assim, a equa ção é: 2 NO(g)



O2(g)



2 NO2(g)

cujos coeficientes expressam uma propor çã ção estequiométrica que está de acordo com o que mostra o esquema da questão. b) O rea reage gent ntee O2 está em excesso.

1.490 g

1.600 g  1,60 kg

H2(g) 





 x

15  x 







— 

2 H2(g)

3 O2(g) 2 E, pelos coeficientes, podemos executar o c álculo estequiométrico: KClO3(s)

Obtemos a propor çã ção estequiométrica a partir dos coeficientes da equação dada: Cl2 2 NaOH NaClO Proporçã Propor o: 1 mol 2 mol 1 m ol ção Grandezas: Massa Massa Massa 71,0 g 74,5 g —  2 40,0 g —   x



2 122,5 g



2,8 10 g

CaSO4



Proporçã Propor o: ção

 x

7

H2SO4



a) 2 H2O(l)

NO(g)

b) Consul Consultan tando do a tabel tabelaa peri periódica podemos determinar a massa molar  do CO (28 g/mo g/mol), l), do NO2 (46 g/mo g/mol), l), do CO2 (44 g/mo g/mol) l) e do NO (30 g/mol). Assim, a massa de 1 mol de CO mais a de 1 mol de NO2 é 74 g. E a massa de 1 mol de CO2 mais a de 1 mol de NO é 74 g. c) As massas massas de reagentes reagentes e de produtos produtos para para essa rea reação, realizada em recipiente fechado, são iguais e, portanto, est ão de acordo com a Lei de Lavoisier. p

1 O2(g) 2 b) Porqu Porquee os coeficien coeficientes tes estequi estequiom ométricos não são iguais, ou seja, porque as quantidades em mols dos produtos formados n ão são iguais. c) A pro prop por ção entre os coeficientes estequiométricos de H2(g) e O2(g) é de 2 : 1. Assim, a propor çã ção entre os volumes de H 2(g) e O 2(g) produzidos também é 2 : 1, o que significa que a relavolumee de O2 vale 2. ção volume de H2 / volum

12

a) Por me meio io da equ equaação quí mica: mica: 2H  O  2HO

podemos estabelecer a propor çã ção estequiométrica: 2 H2 O2 2 H2 O Proporçã Propor o: 2 m ol 1 mol 2 mol ção Grandezas: Quantidade Quantidade Quantidade de maté matéria de matéria de matéria 2 mol 1 mol —  —  2 mol

c)

NH3 Proporção Proporçã o: 1 mol Grandezas: Massa 17 g 42,5 g w

⇒

10 mol

— 

5 mol

— 

19

20 x

12,5 mol

Para reagir com 10 mol de NH 3 haveria a necessidade de 12,5 mol de O2. Isso indica que h á O2 em excesso. Também chegar í  a  mos a essa conclusão pelo seguinte c álculo: íamos 4 NH3 5 O2 Proporçã Propor o: 4 m ol 5 mol ção Gra rand ndez ezas as:: Qua uant ntid idad adee Quan Qu anti tid dad adee de maté matéria de matéria 4 mol —  5 mol ⇒ y  12 mol —  15 mol  y

⇒

w

198 g

a)

Zn 1 m ol Massa 65,4 g

CaCO3 Proporção Proporçã o: 1 mol Grandezas: Massa 100 g

CO2 1 mol Volume —  25 L x  20 g ⇒ —  5,0 L  x b) Temo emoss a massa massa de CaCO CaCO3, calculada no item anterior, e a massa total da amostra amostra (25 g) de calcário. Assim, podemos determinar a porcentagem de CaCO 3: Grandezas: Massa Porcentagem 25 g 100% —  y  80% ⇒ 20 g —   y 1

9

d

e

fe

v

e

er

ir

o

d

e

1

9

9

8

.

e d

21

do qual se conclui que para reagir com 15 mol de O2 haveria a necessidade de 12 mol de NH 3, mas há apenas 10 mol. A amônia é o reagente limitante e o oxigênio está em excesso. a) 4 NH3 5 O2 4 NO ção Proporçã Propor o: 4 mol 5 m ol 4 mol Gr an ande za zas: Quantidade Quant id idade Quant id idade de maté matéria de matéria de matéria 4 mol —  5 mol —  4 mol 10 mol —  12,5 mol —  z z

—  — 

H2 1 mol Volume —  22,4 L ⇒ x  1,64 g —  0,560 L  x Essa é a massa de zinco na liga. Com base nela, calculamos a porcentagem em massa de zinco. Grandezas: Massa Porcentagem 4g 100% —  y  41% ⇒ 1,64 g —  y

Proporção Proporçã o: Grandezas:

Assim, podem ser obtidos 10 mol de água. b) O reagent reagentee em excess excesso o é o gás oxigênio (O2). Há excesso de 5 mol desse reagente. Vamos primeiramente averiguar se há excesso. 4 NH3 5 O2 Proporçã Propor o: 4 m ol 5 mol ção Gr an ande za zas: Quantidade Quantidade de maté matéria de matéria 4 mol 5 mol —  ⇒ 10 mol —  x

—  — 

NH4HCO3 1 m ol Massa 79 g

10 mol

Apenas 5 mol de O2 reagem; o resto é excesso

16

CO2 1 mol Massa 44 g 110 g

1

0

Note que as quantidades mencionadas de ambos os reagentes estão na propor çã ção estequiométrica. Cr 2O3 2 Al 2 Cr   Proporçã Propor o: 1 mol 2 mol 2 mol ção 75% Proporçã Propor o: 1 mol 2 mol 1,5 mol ção Grandezas: Quantidade Quantidade Quantidade de maté matéria de matéria de matéria 1 mol 2 mol —  —  1,5 mol 50 mol —  100 mol —   x  x 

10 mol

bi

id

a

.

A

r

t.

1

8

4

d

o

C

ó

d

ig

o

P

e

n

a

l

e

L

e

i

9

6.

ro

75 mol p o ã ç

b) Have rá  excesso de O2. Da quantidade de 15 mol reagem 12,5 mol, sobrando 2,5 mol sem reagir. reagir.

17

a)

Proporção Proporçã o: Grandezas:

NH3 1 mol Massa 17 g 55 g

—  — 

CO2 1 mol Massa 44 g x

⇒

x

que indica indica que para reagir com 110 g de CO2 são necessários 42,5 42, 5 g de NH NH3, quantia menor que os 55 g mencionados. O CO2 é o reagente limitante. b) NH3 CO2 H2O ção Proporçã Propor o: 1 mol 1 mol 1 mol Grandezas: Massa Massa Massa 17 g —  44 g —  18 g ⇒ 42,5 g —  110 g —  z z

45 g

2 Ag Proporçã Propor o: 2 mol ção 80% Proporçã Propor o: 1 mol 1,6 mol ção Gran Gr ande deza zas: s: Qu Quan anti tida dade de Quan Qu anti tida dade de de maté matéria de matéria 1 mol —  1,6 mol —  16 mol  x

23

u

Ag2S 1 mol

142,4 g

Para reagir com 55 g de NH 3 são necessários 142,4 142,4 g de CO2, mais do que os 110 g mencionados no enunciado. Há excesso de NH3. Outro modo de descobrir isso é o seguinte: NH3 CO2 Proporçã Propor o: 1 mol 1 mol ção Grandezas: Massa Massa 17 g 44 g —  ⇒ y  42,5 g —  110 g  y

⇒

22

d ro p e R

⇒

x  10 mol

a)

C12H22O11 4 CO2 Proporção Proporçã o: 1 mol 4 mol Grandezas: Massa Volume 342 g —  4 25 L ⇒ x  2.000 L 6.840 g —  x Esse é o volume de gás que seria liberado se o rendimento fosse total. Com base nele, vamos calcular o rendimento: Grandezas: Volume Rendimento 2.000 L —  100% ⇒ y  45% 900 L —   y b) A estimati estimativa va pode pode ser feita por cálculo estequiométrico a partir da massa de sacarose e do rendimento determinado. C12H22O11 4 C2H6O Proporçã Propor o: 1 m ol 4 mol ção 45% Proporçã Propor o: 1 m ol 1,8 mol ção Grandezas: Massa Massa 342 g —  1,8 46 g ⇒ 6.840 g —  z 



⇒

z

1,7 103 g 

ou

z

1,7 kg

25

2 ZnS

Vamos somar a s equa ções, multiplicando a segunda por dois:



2 ZnS 2 ZnO



3 O2 2 CO

 

2 ZnO 2 Zn







2 SO2 2 CO2

3 O2



2 CO



2 Zn



2 SO2



() 2 CO2

3 é falsa. A partir da descoberta das partí culas culas subatômicas (elétrons, pr ótons etc.) passou-se a considerar o átomo como divisí vel. vel. 4 é verdadeira. Uma reação quí mica mica consiste num rearranjo de átomos.

31

Assim, temos a propor çã ção estequiométrica entre as quantidades de sulfeto de zinco e de zinco. 2 ZnS 2 Zn Proporçã Propor o: 2 mol 2 mol ção Proporçã Propor o: 1 mol 1 mol ção Grandezas: Quant id idade Quant id idade de maté matéria de matéria 1 mol 1 mol —  ⇒ x  8,5 mol 8,5 mol —  x

26

ZnS Proporçã Propor o: 1 mol ção Grandezas: Massa 97 g 291 kg

—  — 

Zn 1 mol Massa 65 g

⇒

x

a) Na co comb mbus usttão do ferro forma-se óxido desse metal. Ocorre a incorporação de átomos de oxig ênio e a massa do conte údo do recipiente aumenta. Na combustão do carvão, forma-se gás carbônico. Com a sa í da da de átomos de carbono sob a forma desse gás, a massa do conte údo do recipiente diminui. O segundo desenho do enunciado mostra que o lado do recipiente B ficou com maior massa ao final do experimento. P ortanto o sólido era palha de ferro. b) 4 Fe(s)



2 Fe(s)



2 Fe(s)



195 kg

x

Fe(s)

27 8

. 9 9 1 e d o ir er e v fe e d 9 1 e d 0 1 6. 9 i e L e

Somando ambas as equa ções, temos: N2  3 H2  CO2  CO(NH2)2  H2O Assim, temos a propor çã ção estequiométrica entre gás nitrogênio e ur éia: N2 CO(NH2)2 Proporçã Propor o: 1 mol 1 mol ção Gr an ande za zas: Quant id idade Quantidade de maté matéria de matéria 1 mol —  1 mol x  100 mol ⇒ 100 mol —  x

1 O2(g) 2 ou  2 O2(g)

2 Fe2O3(s)



3 O2(g) 2 ou O2(g)  ou



3 Fe(s)

32

3 O2(g) ou

Fe2O3(s)



2 FeO(s)



FeO(s)



Fe3O4(s)

Alternativa D. A Lei de Lavoisier é enunciada para reações que ocorram em sistema fechado. No caso do experimento ilustrado no teste, ocorre a reação do ácido com o ferro da esponja de a ço: 2 2 H(aq)  Fe(s)  Fe ( aq)  H2(g) A sa í da da de H2 gasoso faz com que haja diminuição da massa do sistema que está sobre o prato da balança. 



l e

n

a

28 o

P ig d ó C o

Gr an ande za zas: Quant id idade de de ma matéria 1 mol 100 mol

—  — 

33

Massa 60 g

⇒

x

d 4 8

⇒ 1 t.

x

6,0 103 g 

ou

x

6,0 kg

Alternativa A. Os dados referentes à massa inicial e à massa final, expressos no gr áfico, estão de acordo com propor çõ ções estequiométricas (em massa) apenas para a reação equacionada na a lternativa A.

84 g

1 Na2CO3(s) 2 53 g

Massa inicial

Massa final

NaHCO3(s) r .

A

29 bi

id

a ro p o ã ç

Na 1a etapa, temos: N2 ção Proporçã Propor o: 1 mol

2 NH3 2 mol 60% 1,2 mol Quantidade de matéria 1,2 mol

u d ro

Proporção Proporçã o: 1 mol Gr an ande za zas: Quantidade de maté matéria 1 mol 100 mol a E, para a 2 etapa, temos: NH3 Proporçã Propor o: 2 mol ção p e R

Proporção Proporçã o: 2 mol Gr an ande za zas: Quantidade de maté matéria 2 mol 120 mol

—  — 

34 ⇒

x

CO(NH2)2 1 mol 80% 0,80 mol Quantidade de matéria 0,80 mol

—  — 

x

⇒

 y

120 mol

y

48 mol

35

Essa é a quantidade em mols de ur éia. A partir dela podemos calcular a massa desse produto. Grandezas: Quantidade Massa de maté matéria 1 mol —  60 g ⇒ 48 mol —  z ⇒

30

z

3

2,9 10 g 

ou

z

2,9 kg

1 é falsa. A Teoria Atômica de Dalton considera que os átomos de cada elemento têm massa caracter í  stica, o que é suficiente para í stica, explicar as relações estequiométricas. 2 é verdadeira. Essa afirmação faz parte da teoria.



Alternativa D. A equação da reação é: 2 Al(OH)3  3 H2SO4 2 Al(OH)3 Proporçã Propor o: 2 mol ção Proporçã Propor o: 1 mol ção Grandezas: Quantidade de maté matéria 1 mol 3 mol



1 CO2(g) 2 22 g

1 H2O(g) 2 9g



Massa que sai do sistema

Al2(SO4)3 6 H2 O 6 mol 3 mol Quantidade de matéria —  3 mol 

— 



6 H2O

⇒

x  9 mol

x

a) CO2(g)  2 LiOH(s)  Li2CO3(s)  H2O(l) b) CO 2 2 LiOH Proporçã Propor o: 1 mol 2 m ol ção Grandezas: Quantidade Massa de maté matéria 1 mol —  2 24 g ⇒ 25 mol —  x 

⇒

36

x

3

1,2 10 g 

ou

x

1,2 kg

⇒

x

Alternativa D. 6 CO2 Proporção Proporçã o: 6 mol Grandezas: Massa 6 44 g 

 x

—  — 

C6H12O6 1 mol Massa 180 g 45,0 45 ,00 0g

66,0 66 ,0 g

37

Alternativa A. A equação corretamente balanceada é: Al2(SO4)3  3 Ca(OH)2 # 2 Al(OH)3  3 CaSO4 Assim, y  2, z  3 e w  5. Portanto: 1 Al2(SO4)3 3 Ca(OH)2 Proporçã Propor o: 1 mol 3 mol ção Grandezas: Massa Massa 342 34 2g —  3 74 g 3,25 25 kg x  3, ⇒ 5 kg —  x

44





38

Alternativa B. A equação corretamente balanceada é: 4 NH3  5 O2 # 4 NO  6 H2O Então: 5 O2 4 NO Proporçã Propor o: 5 mol 4 mol ção Grandezas: Número de Número de molééculas mol moléculas 5 moléculas —  4 moléculas 21 3,60 10 moléculas —  x x

39

1 Al 1 Mg 45

7,0 10 g

C7H16 Proporçã Propor o: 1 mol ção Grandezas: Massa 100 g 7,0 kg



—  — 

ou

x

7 CO2 7 mol Massa 7 44 g 

2 NaN3 2 mol Massa 2 65 g

46

Propor ção Proporçã o: Grandezas:

6 CO2 6 mol Volume 6 22,71 L 90,84 L

43

. 8 9 9 ⇒

x

x

1

120 g d

e o ir

Grande Gra ndezas zas:: Qua Quanti ntidad dadee de de m mat atééria 1 mol

—  — 

 x

fe

v

Volume 25 L 3 22,5 10 L

e

i

9

6.

1

0

d

e

1

9

d

e



e

n

a

l

e

L



o

P ig

⇒

y

y

 x 

22 kg

9,0 10 

4

d ó

mol C o d

1 Hb 1 mol Massa

Proporção Proporçã o: Grandezas:

—  — 

 y

15 g

4

4 O2 4 mol Quantidade de ma matéria 4 mol 9,0 10 4 mol 

o

p

ro

bi

id

a

.

A

r

t.

1

8



d

u

ç

ã ro

4

6,7 10 g 

p e

Assim, concluí mos mos que a massa molar da hemoglobina é:

—  — 

CH3OH 1 mol Quantidade de maté matéria 1 mol 3 mol

M  6,7 104 g/mol 

48

⇒

x



 x

134 L

—  — 



x

⇒

x

89,6 L

—  — 

3 N2 3 mol Volume 3 22 22,7 ,7 L 10 L 

⇒

x

19 g

x

0,448 L

Alternativa E. Na2S Proporçã Propor o: 1 mol ção Grandezas: Massa 78 g 1,56 g

50 2 CO2 2 mol Volume 2 22,4 L

Alternativa C. 2 NaN3 Proporçã Propor o: 2 mol ção Grandezas: Massa 2 65 g

49

Alternativa D. H2SO4 Proporçã Propor o: 1 mol ção Grandezas: Massa 98 g 196 g

C6H12O6 1 mol Massa 180 18 0g

R

2 H2 Proporçã Propor o: 2 mol ção Grandezas: Volume

 x

21,67 g

a) O enunciado enunciado afirma afirma que a massa de hemoglobi hemoglobina na contida contida em 100 mL de sangue, sangue, que que é 15 g, reage reage com 22,5 22,5 mL de O2. E o dado da questão afirma que cada mol de O 2 ocu ocupa pa 25 L nas condições ambientes de pressão e temperatura. Assim:





x

e

47

Alternativa C. A equação balanceada é:

2 22,4 L

⇒

er

7,0 kg

5 O2(g)  2 CO2(g)  H2O(g) 2 da qual deduzimos que, se 1 mol de acetileno (C2H2) reagir, ser ão formados 3 mol de subst âncias gasosas. C2H2 produtos gasosos Proporçã Propor o: 1 mol 3 mol ção Grandezas: Volume Quantidade de maté matéria 22,4 L 3 mol —  ⇒ x  15 mol 112 L —  x 42

1 H2



—  — 



Alternativa B. Nas representações de todas as alternativas, cada quadrinho representa “um volume”. A única alternativa em que há um mesmo número de moléculas de H2, O2 e H2O representadas em cada quadrinho é a B.

C2H2(g)



H2

Alternativa C.

 y 

41

2

⇒

b)

40

3

3 N2 3 mol Volume 3 22 22,4 ,4 L 11,2 L

—  — 

 x



x

MgCl2





Alternativa C. Usando a densidade do heptano, vamos determinar inicialmente a massa de heptano heptano presente presente em 10 L. Grandezas: Massa Volume 0,70 g 1 mL —  ⇒ —  1,0 104 mL  x ⇒



Alternativa C.

2,88 10 moléculas

3

AlCl3



2 HCl



21





3 HCl



Proporção Proporçã o: Grandezas:



⇒

a) 2 Al A l(s)  6 HCl(aq)  2 AlCl3(aq)  3 H2(g) ou 2 Al(s)  6 H(aq)  2 Al(a3 q)  3 H2(g) b) Sim, pois pois as quanti quantidades dades em em mols de gás hidrogênio produzidas em ambos os lados ser ão diferentes. A quantidade produzida no recipiente A ser á maior e, portanto, a press ão desse lado ser á maior e, conseqüentemente, o ní vel vel do lí quido quido ser á mais baixo desse lado.

—  — 

H2S 1 mol Volume 22,4 22 ,4 L

⇒

x

Alternativa B. C4H10 Proporção Proporçã o: 1 mol Grandezas: Massa 58 g 232,0 g

—  — 

6,5 O2 6,5 mol Volume 6,5 22 22,4 ,4 L 

x

⇒

x

582,4 L

Grand Gra ndezas ezas:: Volu olume me (O2) 20 L 582,4 g y

⇒

51



2 mol Massa 2 112,5 g 1t x

⇒

C14H9Cl5 1 mol 80% 0,80 mol Massa 0,80 354,5 g

—  — 

Grandezas:



1

x

⇒ o

⇒

55

9 1 e d 0 1 6. 9 i

600 t

L l

y

⇒ a n

90%

e P

53 d

ig ó C o d 4 8

a) NH3(g)  CH4(g) # HCN(g)  3 H2(g) b) NH3 CH4 ção Proporçã Propor o: 1 mol 1 mol

1 t. r

Proporção Proporçã o: Grandezas: A . a id bi ro p o

1 mol Massa 17 g

ã ç

 x u

1 mol Massa 16 g

—  — 

—  — 

y

HCN 1 mol 80% 0,80 mol Massa 0,80 27 g 2,70 kg

56

316 g

— 

585 g 784 g —  dez vezes menor

31,6 g

— 

58,5 g

 x  R

54

2,125 kg

y

2,000 kg

a) A equação corretamente balanceada é: C4H6O3



2 C7H6O3 # 2 C9H8O4

Proporção Proporçã o: Grandezas:

1 C4H6O3 1 mol Massa 102 10 2g

—  — 

 x x

⇒



H2O

2 C7H6O3 2 mol Massa 2 13 138 8g 1,0 kg 

⇒

0,37 kg

Esse resultado indica que a massa de anidrido ac ético necessária para reagir reagir com 1,0 kg de ácido salicí lico lico é 0,3 0,37 7 kg. Como a massa dispon í vel vel de anidrido acético é 2,0 kg, conclu í mos m os que ele é o reagente em excesso e, portanto, o reagente limitante é o ácido salicí salicílico. c)

Proporção Proporçã o: Grandezas:

2 C7H6O3 2 mol Massa 2 13 138 8g 1,0 103 g

—  — 





⇒

y

78,4 g



Alternativa C.



e, portanto, os coeficientes s ão 1, 2, 2 e 1. b)

— 

SiO2 3C Proporçã Propor o: 1 m ol 3 mol ção Grandezas: Massa Massa 60 g —  3 12 g ou 60 g —  36 g ou 5g —  3g Com base nessa propor çã ção entre massas, podemos analisar os dados e afirmar que nos experimentos I e II o reagente limitante é SiO 2 e no experimento III os reagentes estão na propor çã çã o estequiométrica. Como no caso III reage a maior massa de SiO2, deduzimos que a maior massa de SiC ser á formada nesse experimento. Portanto, A e B são falsas. Como em I e em II reagem massas iguais de SiO 2 (que é o reagente limitante), ser ão formadas massas iguais de SiC. Portanto, C é verdadeira e D e E são falsas.

ro e





d p







o

3

2,2 10 comprimidos

Em 32,6 g Reagente Em 80,4 g há excesso limitante há excesso de 1,0 g de 2,0 g é NaCl Agora, vamos determinar a massa de Cl2 que deveria ser produzida a partir de 58,5 g de NaCl caso o rendimento do processo fosse 100%. 10 NaCl 5 Cl2 ção Proporçã Propor o: 10 mol 5 mol Grandezas: Massa Massa 10 58 58,5 ,5 g —  5 71 g ⇒ x  35,5 g 58,5 —  x Finalmente, a partir dessa massa, podemos determinar o rendimento do processo. Grandezas: Massa Porcentagem 35,5 35 ,5 g —  100% ⇒ y  96,9% 34,4 g —  y

e e

w

⇒

w

O esquema a seguir mostra que o reagente em excesso é o NaCl. 2 KMnO4 10 NaCl 8 H2SO4 ção Proporçã Propor o: 2 m ol 10 mol 8 mol Grandezas: Massa Massa Massa 2 158 g —  10 58,5 g —  8 98 g

⇒

x

Essa é a massa que seria produzida com um rendimento de 100%. Com base nela, podemos determinar o rendimento do processo. Grandezas: Massa Rendimento 600 t 100% —  ⇒ 540 t —   y d

Quantidade de comprimidos 1 comprimido

—  — 



ir

e



Massa

⇒

9

fe

⇒

x

9

v

100% 86%

1,1 103 g



CO(NH2)2 1 mol Massa 60 g

—  — 



e

z

0,5 g 3 1,1 10 g

1,26 t

2 NH3 Proporção Proporçã o: 2 mol Grandezas: Massa 2 17 g 340 t

er

—  — 

z

Alternativa C.

d

Porcentagem

3

1,3 10 g

⇒

y

2 C6H5Cl 2 mol

⇒

e

Massa

2.912 L



8

Grandezas:

Alternativa B.

Proporção Proporçã o: Grandezas:

.

Volume (ar) 100 10 0L

Finalmente, podemos calcular quantos comprimidos de 0,5 g podem ser feitos com essa massa:

Proporçã Propor o: ção

52

—  — 

2 C9H8O4 2 mol Massa 2 18 180 0g 

y

⇒

1,3 103 g 

Essa é a massa de aspirina, em gramas, obtida caso o rendimento seja 100%. Considerando rendimento de 86%, temos:

57

Alternativa B. 2 NO2  2 moléculas  4 8 moléculas

O3

#

1 molécula  4 4 moléculas                                                                     

No esquema do sistema inicial, há excesso de 2 molé moléculas de O

N2O5 1 molécula  4 4 moléculas



O2 1 molécula  4 4 moléculas

                                                                                                                         

No esquema do sistema final, aléém de 4 molé al moléculas de N2O5 e 4 molé moléculas de O2, haverá haverá 2 molé moléculas de O (excesso).

58

1 K2PtCl4 2 NH3 1 Pt(NH3)2Cl2 Proporção Proporçã o: 1 mol 2 mol 1 mol Grandezas: Massa Massa Massa 415 g 300 g —  2 17 g —  10 g —  —  x y  x  0,8 g (massa de NH 3 que reagir á se o rendimento for 100%)  y  7,2 g (massa de Pt(NH 3)2Cl2 formada, com rendimento 100%) Assim, temos: a) 7,2 g b) NH3 estar á em excesso e K2PtCl4 ser á o reagente limitante. c) 0,8 g

Grandezas:

Massa de bauxita 100 g

—  — 

 y

Massa de Al2O3 50 g 5 3,78 10 g 

⇒



y

⇒

65

7,56 105 g  756 kg

Alternativa C.

Proporção Proporçã o: Grandezas:

2 KClO3 2 mol Massa 2 122,5 g 

 x

59

Alternativa C. 2 CH3CHO 1 O2 2 CH3COOH Proporçã Propor o: 2 mol 1 mol 2 mol ção Grandezas: Massa Massa Massa 2 44 g 32 g —  —  2 60 g 22 g —  —  x y 8,0 0 g (mass (massaa consumida consumida de O2, reagente que está em ex x  8, cesso; o reagente limitante é o CH3CHO, totalmente consumido) (massa ssa pro produz duzida ida de ácido acético)  y  30 g (ma 

61

62



Alternativa C. O minério da região 3 tem teor de enxofre significativam significativamente ente menor que o das outras, teor de ferro maior que o da região 1 e praticamente equivalente ao da região 2. Alternativa B. Grandezas: Massa 200 t  x

—  — 

Porcentagem 100% 0,97%

⇒

x

A primeira assertiva é falsa, pois a massa de ácido sulf úrico 19,6 19 ,6 t. Grandezas: Massa Porcentagem 20 t 100% —  ⇒ x  19,6 t 98% —   x

z

23,5 t

ou

z



— 

Tempo 1h 24 h CaCO3 1 mol Massa 100 g

⇒

x

y

⇒

y

Massa 12,8 kg

—  — 

—  — 

⇒

x

SO2 1 mol Massa 64 g 307,2 kg

1,84 g

x

75%

307,2 kg

. 8 ⇒

y

d ir

67

d

ig

o

P

ó

68

C

Por meio das equa ções fornecidas, podemos estabelecer a proporção entre as quantidades de SO2 e CaSO4 2 H2O. 1 SO2 1 CaSO4 2 H2O Proporçã Propor o: 1 mol 1 mol ção Grandezas: Massa Massa 64 g 172 g —  ⇒ x  516 g 192 g —  x 8

4

d

o



r

t.

1



ro

d

u

ç

ã

o

p

ro

bi

id

a

.

A

p e

69

a)

C aO 1 mol Massa 56 g 280,5 g

Proporçã Propor o: ção Grandezas:

b)

Proporção Proporçã o: Grandezas:

c) V

CaC2 1 mol Massa 64 g

—  — 

— 

C2H2 1 mol Massa 26 g

280,5 g

— 

y

n R T P 130 g atm L 0,082 g mol K 26 mol 1 atm 

R

⇒

x

321 g

⇒

y

130 g

x

CaO 1 mol Massa 56 g













70



300 K ⇒

V



123 L

Alternativa A. Em 1 t de (103 kg) de carvão há 10 kg de enxofre (1%). Pelas equações dadas, vem a propor çã ção em massa: Grandezas: Massa de Massa de enxofre hidróxido de cá cálcio 32 g 74 g —  ⇒ 10 kg —  x



De posse dessa massa, calculamos a massa do min ério:

e

n

a

l

e

L

e

i

9

6.

1

0

d

e

1

9

d

e

fe

v

e







er

Alternativa E. 4 FeS2 # 8 SO2 # 8 SO3 # 8 H2SO4 Pelo esquema acima, estabelecemos a propor çã ção em mols entre FeS2 e H2SO4. 1 FeS2 2 H2SO4 Proporçã Propor o: 1 mol 2 mol ção Grandezas: Massa Massa 120 g —  2 98 g ⇒ x  98,0 kg 60,0 kg —  x

23,5 103 g

Alternativa B. Onde o enunciado menciona “quilos” deve-se salientar ao aluno que se subentende “quilogramas”, já que, do ponto de vista cien3 tí fico, fico, “quilo” é apenas um prefixo multiplicativo que indica 10 . Em um mol de Al 2O3 há dois mols de Al. Assim: Al2O3 2 Al Proporçã Propor o: 1 mol 2 mol ção Grandezas: Massa Massa 102 g 54 g —  105 g ⇒ x  3,78 —  2 105 g  x

1

9 e



64

9

480 kg o

A quarta assertiva é verdadeira, conforme indicado a seguir: Grandezas: Massa Porcentagem 20 t 85% —  ⇒ 100% —  z ⇒

3 O2 3 mol Massa —  3 32 g —  0,72 g Porcentagem 100% — 

 y

é

A segunda assertiva é verdadeira. Trata-se de uma reação de dupla troca com formação de gás. A terceira assertiva é verdadeira, como mostram os cálculos: H2SO4 CaCO3 Proporçã Propor o: 1 mol 1 mol ção Grandezas: Massa Massa 98 g 100 g —  ⇒ y  20 t 19,6 t —  y

Alternativa C. Grandezas:

Proporção Proporçã o: Grandezas:

1,9 t

Essa é a massa de sí lica lica contida em 200 t de min ério da região 1. Com base nela e na propor çã ção fornecida, calculamos a massa de calcário necessária. Grandezas: Massa de Massa de ário calcá calc sílica 100 g 60 g —  y  3,2 t ⇒ 1,94 t —   y

63

Grandezas: Massa 2,45 g 1,84 g 66



⇒

x

23 kg