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ENSINO MÉDIO
QUÍMICA 1º ANO
Organizadora:
Edições SM Obra coletiva concebida, desenvolvida e produzida por Edições SM.
Editora responsável: Lia Monguilhott Bezerra Julio Cezar Foschini Lisboa Aline Thaís Bruni Ana Luiza Petillo Nery Rodrigo Marchiori Liegel Vera Lúcia Mitiko Aoki
Química
1
ENSINO MÉDIO
QUÍMICA 1º ANO
Organizadora:
Edições SM Obra coletiva concebida, desenvolvida e produzida por Edições SM. Editora responsável: Lia Monguilhott Bezerr Bezerra a • • •
Bacharela e Licenciada em Ciências Biológicas pela Universidade de São Paulo (USP). Mestra em Ciências, área de concentração Botânica, pela USP. Editora de livros didáticos.
Julio Cezar Foschini Lisboa • •
Licenciado em Química pela USP. Mestre Mestre em Ensino d e Ciências – Quím ica pela USP. Professor no Ensino Superior.
Aline Thaís Bruni • • •
Bacharela em Química pela Universidade Federal de São Carlos (UFSCar). Mestra em Química e Doutora em Ciências pela Universidade Estadual de Campinas (Unicamp-SP). Professora no Ensino Superior.
Ana Luiza Petillo Nery • • •
Bacharela e Licenciada em Química pela Universidade de São Paulo (USP). Doutora em Ciências pela USP. Professora no Ensino Médio.
Rodrigo Marchiori Liegel • • •
Bacharel e Licenciado em Química pela USP. Mestre e Doutor em Química Inorgânica pela USP. Professor no Ensino Médio.
Vera Lúcia Mitiko Aoki • •
Bacharela e Licenciada em Química pela USP. Professora no Ensino Médio.
3a edição São Paulo 2016
Química
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ENSINO MÉDIO
QUÍMICA 1º ANO
Organizadora:
Edições SM Obra coletiva concebida, desenvolvida e produzida por Edições SM. Editora responsável: Lia Monguilhott Bezerr Bezerra a • • •
Bacharela e Licenciada em Ciências Biológicas pela Universidade de São Paulo (USP). Mestra em Ciências, área de concentração Botânica, pela USP. Editora de livros didáticos.
Julio Cezar Foschini Lisboa • •
Licenciado em Química pela USP. Mestre Mestre em Ensino d e Ciências – Quím ica pela USP. Professor no Ensino Superior.
Aline Thaís Bruni • • •
Bacharela em Química pela Universidade Federal de São Carlos (UFSCar). Mestra em Química e Doutora em Ciências pela Universidade Estadual de Campinas (Unicamp-SP). Professora no Ensino Superior.
Ana Luiza Petillo Nery • • •
Bacharela e Licenciada em Química pela Universidade de São Paulo (USP). Doutora em Ciências pela USP. Professora no Ensino Médio.
Rodrigo Marchiori Liegel • • •
Bacharel e Licenciado em Química pela USP. Mestre e Doutor em Química Inorgânica pela USP. Professor no Ensino Médio.
Vera Lúcia Mitiko Aoki • •
Bacharela e Licenciada em Química pela USP. Professora no Ensino Médio.
3a edição São Paulo 2016
Ser protag protagonista onista – Química – 1
© Edições SM Ltda. Todos os direitos reservados Direção editorial Gerência editorial Gerência de design e e produção Edição executiv executiva a
Coordenação de controle editorial
Juliane Matsubara Barroso Roberta Lombardi Martins Marisa Iniesta Martin Lia Monguilhott Bezerra Edição: Sérgio Paulo Nunes Teixeira Braga, Juliana Rodrigues Ferreira de Souza, Renata Amélia Bueno, Dino Santesso Gabrielli, Jennifer Amanda Zsürger Nagy, Eugênia Pessotti, Mauro Faro, Murilo Tissoni Antunes Flavia Casellato
Suporte editorial: Alzira Bertholim, Camila Cunha, Giselle Marangon, Mônica Rocha, Talita Talita Vieira, Silvana Siqueira, Fernanda D’Angelo
Coordenação de revisão
Cláudia Rodrigues do Espírito Santo
Preparação e revisão: Angélica Lau L au P. Soares, Soares , Berenice Baeder, Ba eder, Eliana Vila Nova de Souza, Eliane Santoro, Fátima Cezare Pasculli, Helena Alves Costa, Izilda de Oliveira Pereira, Lourdes Chaves Ferreira, Mauricio Tavares, Sandra Regina Fernandes, Marco Aurélio Feltran (apoio de equipe)
Coordenação de design Rafael Vianna Leal Apoio: Didier Dias de Moraes Design : Leika Yatsunami, Tiago Stéfano Coordenação de arte
Ulisses Pires
Edição executiva de arte: Melissa Steiner Edição de arte: Fernando Fernandes, Vivian Dumelle Coordenação de iconografia
Josiane Laurentino
Pesquisa iconográfica: Bianca Fanelli, Susan Eiko, Thaisi Thaisi Lima Tratamento de imagem: Marcelo Casaro
Capa Imagem de capa Projeto gráfico Editoração eletrônica Ilustrações
Fabricação Impressão
Didier Dias de de Moraes, Moraes, Rafael Rafael Vianna Leal Biwa Studio/Mo Studio/Moment ment Select/Get Select/Getty ty Images cldt AM Produçõe Produções s Gráficas Ltda AMj Studio, Studio, AM Produções Gráficas, João Miguel A. Moreira Alexander Maeda
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) (Câmara Brasileira do Livro, SP, SP, Brasil) Lisboa, Julio Cezar Foschini Ser protagonista : química, 1° ano : ensino médio / Julio Cezar Foschini Lisboa ... [et al.] ; organizadora Edições SM ; obra coletiva concebida, desenvolvida e produzida por Edições SM ; editora responsável Lia Monguilhott Bezerra. – 3. ed. – São Paulo : Edições SM, 2016. – (Coleção ser protagonista) Outros autores: Aline Thaís Bruni, Ana Luiza Petillo Nery, Rodrigo Marchiori Liegel, Vera Lucia Mitiko Aoki Suplementado pelo manual do professor. Bibliografia. ISBN 978-85-418-1389-1 (aluno) ISBN 978-85-418-1390-7 (professor) 1. Química (Ensino médio) I. Lisboa, Julio Cezar Foschini. II. Bruni, Aline Thaís. III. Nery, Ana Luiza Petillo. IV. Liegel, Rodrigo Marchiori. V. Aoki, Vera Lúcia Mitiko. VI. Bezerra, Lia Monguilhott. VII. Série. 16-02704
CDD-540.7
Índices para catálogo sistemático: 1. Química : Ensino médio 540.7
3ª edição, 2016 Edições SM Ltda.
Rua Tenente Lycurgo Lopes da Cruz, 55 Água Branca 05036-120 São Paulo SP Brasil Tel. 11 2111-7400
[email protected] www.edicoessm.com.br
Apresentação Esta obra desafia e convida você a exercer exercer papel central em seus estudos, a assumir responsabilidades com a sua comunidade e a refletir sobre questões de valores em uma sociedade em constante transformação. Esperamos que cada unidade estudada seja um estímulo para você estabelecer relações entre os conhecimentos químicos e as situações do cotidiano. Esse convite é feito a todo momento: nas aberturas de unidades e capítulos, nas atividades experimentais e nas na s leituras, que envolvem ciência, tecnologia e sociedade. Com este livro, você terá elementos para, em grupo ou individualmente, posicionar-se criticamente ante os impactos que a tecnologia e as atividades industriais impõem ao meio ambiente e analisar, analisar, com base nos conceitos desenvolvidos, desenvolvidos, os meios para minimizar esses impactos. A cada capítulo, você vai descobrir a importância da Química e de outras ciências para a compreensão do mundo em que vivemos. E, sobretudo, vai ampliar seu conhecimento para que, com outros estudantes e profissionais, e no pleno exercício exercício da cidadania, colabore de forma efetiva em questões que afetam a sua vida, a de seus parentes e amigos, e a de muitas outras pessoas à sua volta. Equipe editorial
3
Sumário Unidade 1
Capítulo 1
Química e estudo dos materiais
Unidade 2
8
Química: objeto de estudo e aplicações ..........................................................................10
Química: a ciência que estuda a matéria ...................................................... �� Conhecimento químico ......................................�� Atividades ..................................................................... �� Atividade experimental ............................... �� Questões globais ................................................ �� Ciência, tecnologia e sociedade ........ �� Entrevista .................................................................... �� Capítulo 2 Unidades de medida e propriedades da matéria ..........................20
Unidades de medida .....................................................�� Atividades ..................................................................... �� Química tem história ....................................... �� Matéria e energia .....................................................�� Mudanças de estado físico .......................... ...�� Atividades ..................................................................... �� Atividade experimental ................................ �� Questões globais .................................................. �� Ciência, tecnologia e sociedade ..........�� Vestibular e Enem ................................................ �� Capítulo 3 Sistemas, substâncias puras e misturas ................................................................................39
Sistemas .............................................................................�� Substâncias puras e misturas .....................�� Atividades ..................................................................... �� Propriedades específicas dos materiais e separação de misturas .......�� Atividades ..................................................................... �� Atividade experimental ................................ �� Questões globais .................................................. �� Ciência, tecnologia e sociedade ..........�� Vestibular e Enem ................................................ �� Capítulo 4 Propriedades e transformações da matéria .......................................................................54
Transformações da matéria ........................... �� Leis de Lavoisier e de Proust .......................�� Atividades ..................................................................... �� Substâncias simples e compostas .........�� Atividades ..................................................................... �� Atividade experimental ................................ �� Química tem história ....................................... �� Questões globais .................................................. �� Ciência, tecnologia e sociedade ..........�� Vestibular e Enem ................................................ �� Química e Matemárica ................................... �� 6
Do macro ao micro
74
Capítulo 5 Modelos atômicos e características dos átomos ....................76
Os primeiros modelos atômicos ..............�� Atividades ..................................................................... �� O modelo de Rutherford e as partículas fundamentais do átomo............................................. �� Atividades ..................................................................... �� A reelaboração do modelo atômico de Rutherford ...............................................................�� Atividades ..................................................................... �� Atividade experimental ................................ �� Questões globais .................................................. �� Ciência, tecnologia e sociedade ..........�� Vestibular e Enem ................................................ �� Capítulo 6 Classificação dos elementos e Tabela Periódica............................................ 100
Evolução histórica da classificação dos elementos: das tríades à Tabela Periódica atual ........................................................��� Atividades ................................................................. ��� Propriedades químicas e físicas dos grupos da Tabela Periódica ...........��� Atividades ................................................................. ��� Propriedades periódicas e aperiódicas .................................................................��� Atividades ................................................................. ��� Atividade experimental ............................ ��� Questões globais .............................................. ��� Ciência, tecnologia e sociedade ...... ��� Vestibular e Enem ............................................ ��� Capítulo 7 Ligações químicas e geometria molecular ........................................................................120
Introdução ao estudo das ligações químicas .....................................��� Atividades ................................................................. ��� Ligação iônica ..........................................................��� Ligação covalente ................................................��� Ligação metálica ...................................................��� Atividades ................................................................. ��� Estrutura espacial das moléculas ....... ��� A polaridade das ligações e das moléculas ................................��� Atividades ................................................................. ��� Atividade experimental ............................ ��� Química tem história ................................... ��� Questões globais .............................................. ��� Ciência, tecnologia e sociedade ...... ��� Vestibular e Enem ............................................ ���
Capítulo 8 Estrutura molecular e propriedades dos materiais: forças intermoleculares ............................149
Estado físico das substâncias e as forças intermoleculares ....................��� Atividades ................................................................. ��� Propriedades das substâncias moleculares ..............................��� Atividades ................................................................. ��� Atividade experimental ............................ ��� Questões globais .............................................. ��� Ciência, tecnologia e sociedade ...... ��� Vestibular e Enem ............................................ ��� Projeto �: Produtos químicos domésticos ..........................��� Unidade 3
Comportamento das substâncias
164
Capítulo 9 O comportamento dos gases ..........166
Características e variáveis dos gases...��� Transformações gasosas ....................... ........��� Atividades ................................................................. ��� Questões globais .............................................. ��� Ciência, tecnologia e sociedade ...... ��� Vestibular e Enem ............................................ ��� Química e Biologia ......................................... ��� Capítulo 10 Reações químicas ..............................................178
Reações e equações químicas ................��� Atividades ................................................................. ��� Tipos de reações ...................................................��� Exemplos de reações de metátese..... ��� Atividades ................................................................. ��� Atividade experimental ............................ ��� Questões globais .............................................. ��� Ciência, tecnologia e sociedade ...... ��� Vestibular e Enem ............................................ ��� Capítulo 11 Funções da Química inorgânica ......198
Introdução às funções inorgânicas ..... ��� Ácidos ...............................................................................��� Atividades ................................................................. ��� Bases ou hidróxidos ..........................................��� Atividades ................................................................. ��� Sais ......................................................................................��� Reação de neutralização ..............................��� Óxidos ...............................................................................��� Atividades ................................................................. ��� Atividade experimental ............................ ��� Questões globais .............................................. ��� Ciência, tecnologia e sociedade ...... ��� Vestibular e Enem ............................................ ��� Química e Biologia ...........................................���
Unidade 4
Contando átomos e moléculas
228
Capítulo 12 Relações entre massas de átomos e moléculas ...........................230
Massa atômica .........................................................��� Atividades ................................................................. ��� Massas moleculares ..........................................��� Atividades ................................................................. ��� Atividade experimental ............................ ��� Questões globais .............................................. ��� Ciência, tecnologia e sociedade ...... ��� Vestibular e Enem ............................................ ��� Capítulo 13 Mol: quantidade de matéria .............244
Quantidade de matéria ..................................��� Atividades ................................................................. ��� Relação entre mol, massa molar e constante de Avogadro................................... ��� Atividades ................................................................. ��� Equação de estado dos gases .................��� Mistura de gases ...................................................��� Difusão e efusão ....................................................��� Atividades ................................................................. ��� Atividade experimental ............................ ��� Química tem história ................................... ��� Questões globais .............................................. ��� Ciência, tecnologia e sociedade ...... ��� Vestibular e Enem ............................................ ��� Capítulo 14 Relações estequiométricas nas transformações químicas .........265
Tipos de fórmulas ................................................��� Atividades ................................................................. ��� Cálculo estequiométrico ..............................��� Atividades ................................................................. ��� Reagente em excesso e reagente limitante ..........................................��� Reagentes impuros e rendimento de uma reação ........................��� Atividades ................................................................. ��� Atividade experimental ............................ ��� Questões globais .............................................. ��� Ciência, tecnologia e sociedade ...... ��� Vestibular e Enem ............................................ ��� Química e Geografia....................................... ��� Projeto �: Corrosão de materiais: como enfrentá-la? ............................................................................................��� Referências bibliográficas ..................................................................��� Siglas dos exames e das universidades .............................���
7
UNIDADE
1 NESTA UNIDADE 1 Química: objeto de estudo e aplicações 2 Unidades de medida e propriedades da matéria 3 Sistemas, substâncias puras e misturas 4 Propriedades e transformações da matéria
Química e estudo dos materiais A cada ano, mais pessoas em todo o mundo usam o avião como meio de transporte. No Brasil, a procura por voos aumentou com o barateamento das passagens e o aumento da renda média das famílias. Trata-se de um meio de transporte seguro, rápido e muito usado por turistas, por quem viaja a trabalho ou por outros motivos. É o caso, por exemplo, das pessoas que visitam parentes que moram distante e não querem passar dias em um ônibus. Os aviões são o resultado da aplicação do conhecimento científico e tecnológico acumulado pelo ser humano durante muitos anos e em diferentes áreas das ciências, entre elas, a Química. QUESTÕES PARA REFLETIR
1. “A Química está em toda parte.” Você concorda com essa afirmação? Por quê? 2. Comente sobre nossa necessidade de usar combustíveis e as consequências ambientais do consumo desses produtos. Imagem da página ao lado:
Combustível destinado à aviação e materiais usados na fabricação das aeronaves estão relacionados com a Química. Aeronave em procedimento de pouso em direção ao Aeroporto Internacional de Salvador (BA). Foto de ����.
8
3. É comum as pessoas associarem a Química somente à poluição e aos produtos tóxicos, esquecendo-se de sua contribuição para o desenvolvimento e o bem-estar da sociedade. Sugira uma explicação para esse fato.
s e g a m I y t t e G / t n e m o M / s a t i e r F l e i l E
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CAPÍTULO
1 O QUE VOCÊ VAI ESTUDAR Química: a ciência que estuda a matéria. Conhecimento químico.
Química: objeto de estudo e aplicações s n e g a m I r a s l u P / s e r a o S o t a n e R
R B / D I / m o c . k c o t s r e t t u h S / s e g a m I s s e n i s u B y e k n o M
De que maneira as frutas que nos alimentam e a água de que também precisamos para viver estão relacionadas com a Química? Na foto à direita, fonte natural no Bosque Gutierrez, em Curitiba (PR), em ����.
Observe atentamente as fotografias acima e responda: O que frutas frescas e água pura e cristalina têm em comum? Há alguma relação desses materiais, que são denominados naturais, com a Química? Ou essa ciência está relacionada apenas a certos produtos criados pelo ser humano, como pilhas e medicamentos, entre tantos outros? Não se preocupe se não tiver uma ideia clara sobre esse assunto. No momento, é importante você saber que todos esses materiais – e muitos outros, naturais ou não – são objeto de estudo da Química. Há inúmeros exemplos de aplicação dos conhecimentos dessa ciência: certificação da qualidade da água de uma fonte mineral; cálculo do teor de poluentes presentes no ar; determinação da quantidade de conservantes utilizados em certo alimento, considerando os limites seguros para a saúde do consumidor; avaliação da qualidade de alimentos vendidos sem conservantes, os quais também podem ser nocivos à saúde humana. Se, por um lado, o uso de fertilizantes artificiais e agrotóxicos aumenta a produtividade agrícola e contribui para diminuir a escassez de alimentos e a fome, por outro, lança na natureza materiais tóxicos, que podem comprometer o ambiente. A aplicação de conhecimentos químicos também está relacionada com os processos de tratamento e controle de água e esgotos, possibilitando o fornecimento de água de qualidade para a população das cidades. É possível dizer se a Química é boa ou má com base nos exemplos citados? Relacione algumas de suas conclusões e depois discuta com os colegas de classe. 10
Não escreva no livro.
