EIXO BIOLÓGICO -...

EIX

O B

IOLÓ

GIC

O

I. Considerações iniciais

II. Evaporação transformações físicas e químicas

III. Gases

IV. Umidade absoluta e umidade relativa

V. Propriedades coligativas: crioscopia, ebulioscopia e pressão de vapor

VI. Propriedades coligativas: pressão osmótica

VII. Calor e seus mecanismos

VIII. Considerações finais

IX. Referências

Físico-Química

Unidade 2

Autor: Carlos Frederico de Souza Castro

Nesta unidade, você irá ser apresentado a alguns aspectos da Físico-Química que acre-ditamos serem importantes para a sua compreensão e entendimento dos fenômenos biológicos. Tais aspectos encontram-se intimamente relacionados com o ambiente e

com a nossa estrutura fisiológica, assim como a nossa forma de viver e a nossa cultura.Não que tais aspectos sejam predominantes e condicionantes absolutos, mas eles influen-

ciam e têm sua participação em nossa vida.Pegue então um jornal e marque o número de reportagens, notícias e entrevistas que

abordam os seguintes aspectos: clima, mudanças climáticas, desastres naturais, lixo, poluição...Você deve notar que esses aspectos estão presentes constantemente em nosso dia-a-dia. Vamos entendê-los melhor!

As substâncias presentes na natureza são infinitas em suas formas e cores. Você provavelmente já parou para admirar as nuvens no céu. Pode ter ficado admirado com uma chuva de granizo. Já usou gelo para esfriar um refrigerante ou suco. Você sabe como as coisas na natureza podem apresentar-se de tantas formas diferentes? O que será que causa o aparecimento de tantas formas diferentes na natureza?

Vamos usar a água como nosso modelo. De quantas formas a água pode aparecer na natureza? Vamos lá!!

Ela pode estar presente na forma líquida, nos mares, lagos, oceanos. É a própria água que usamos para beber, cozinhar, lavar; enfim, inúmeras atividades em nossas vi-das. A água também pode aparecer na forma sólida, como gelo.

#M3U2 I. Introdução

#M3U2 II. Evaporação transformações físicas e químicas

176 Módulo III — Processos de manutenção da vida

Por fim, a água pode aparecer no seu estado gasoso, sob a forma de grandes nu-vens no céu.

Em cada uma dessas formas na qual a água pode estar presente, existe uma pe-quena diferença. O que será que faz com que isso seja possível? Você saberia dizer o que existe de diferente entre essas três formas?

Em primeiro lugar, vamos chamá-las de estados de agregação da matéria. A maté-ria é tudo que existe no Universo. A forma como ela se apresenta nós denominamos de estados de agregação. Veja na figura abaixo algumas das formas como a matéria apresenta-se na natureza.

Existem quatro estados de agregação da matéria: sólido, líquido, gasoso e plas-ma. Nós iremos nos concentrar nos três primeiros, pois são os estados que nos circun-dam mais comumente.

Na natureza, as três formas de estados de agregação podem se transformar umas nas outras. De fato, é isso que ocorre com a água (Figura 1). Ela está na forma sólida nas geleiras, quando então derrete e passa para o oceano, sob a forma líquida. Sob a ação do calor do sol, ela evapora e torna-se gasosa, formando nuvens. Essas mesmas nuvens são responsáveis pela chuva que cai. Assim, em um ciclo permanente, a água passa através dos três estados de agregação da matéria em nosso planeta.

Saiba mais

Plasma é um gás ionizado que tem um número suficientemente grande de partículas carregadas para blindar eletrostaticamente a si mesmo, numa distância que é relativamente pequena a outros comprimentos de interesse físico. Pode ocorrer no interior das estrelas, como o Sol, e todo o espaço interestelar, sendo o estado mais abundante no Universo. Consiste numa “sopa” de elétrons livres e íons. Pode ser visto como um gás condutor.

Consórcio Setentrional de Ensino a Distância 177

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Figura 1: Transformações da água.

Respiração

Transpiração

Combustão

Infiltração

Precipação

Evaporação

#M3U2

Saiba mais

Combustão ou queima é uma reação química exotérmica entre uma substância (o combustível) e um gás (o comburente), usualmente o oxigênio. Em uma combustão completa, um combustível reage com um comburente e, como resultado, se obtém novos compostos, além de energia na forma de calor.

Curiosidades

Se você quiser conhecer mais sobre as aplicações do plasma, pode ler a entrevista do Dr. Roberto Nunes Szente, do Instituto de Pesquisas Tecnológicas, no endereço: http://www.ipt.br/atividades/servicos/chat/?ARQ=17


Físico-Química

Vamos voltar ao exemplo da água. Será que existe alguma diferença entre a água como gelo, como líquido ou como gás?

É sempre a mesma água, apenas mudou a forma pela qual ela se apresenta. Ou seja, mudou o seu estado de agregação. Essas transformações, que somente mudam a forma como a substância apresenta-se, são denominadas “transformações físicas”. Já as trans-formações que alteram a substância, transformando-a em outra substância diferente, são denominadas transformações químicas.

Parece complicado?Mas, não é.Imagine que você está fervendo água em uma panela. Se você colocar um prato so-

bre a panela, a água irá condensar sobre esse prato. A água condensada será exatamente igual à água que está fervendo na panela. Você pode provar as duas! Cuidado! Espere es-friar para não queimar a boca!! Note que não existe diferença no sabor delas. São a mesma substância: água. Isso é uma transformação física.

Atividade complementar 1

Procure as definições para as seguintes mudanças dos estados de agregação da matéria:

1) Fusão

2) Ebulição

3) Vaporização

4) Condensação

5) Sublimação

Você pode usar a Wikipédia para isso: http://pt.wikipedia.org/

Agora pegue um pedaço de papel e o queime. Você nunca conseguirá usar as cin-zas do papel queimado para escrever nele. O papel sofre uma transformação química: a combustão ou queima.

Agora já está na hora de você conhecer mais a fundo a origem dos diversos estados de agregação da matéria. Como já conversamos antes, as transformações físicas não alte-ram as substâncias, mas somente as formas como elas se apresentam. Assim, a razão para a existência dos diferentes estados de agregação deve estar relacionada com a forma como as partículas constituintes da matéria se relacionam entre si.


Classifique as seguintes transformações como físicas ou químicas:

1) Derretimento das geleiras polares:

2) Evaporação da água de um lago:


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3) Queima do gás natural:

4) Crescimento de uma árvore:

Você pode usar a Wikipédia para isto: http://pt.wikipedia.org/.

Quem são as partículas constituintes da matéria? São as moléculas. Elas representam a menor porção da matéria que mantém a mes-

ma composição. Para a água, uma molécula é formada por dois átomos de Hidrogênio e um átomo de Oxigênio (H2O).

A água que observamos no nosso dia-a-dia é formada por incontáveis quantidades destas moléculas diminutas. São quantidades tão grandes que criamos uma unida-de para elas: o mol. O mol é definido como a quantidade de matéria presente em 6,02x1023 moléculas. Para a água, um mol equivale a cerca de 18g.

A forma como essas moléculas relacionam-se entre si define o estado de agregação da matéria.

Dessa forma, em um sólido, as moléculas estão muito próximas umas das outras, em um arranjo muito compactado. Já em um gás, as moléculas estão muito distantes umas das outras, completamente livres. E num líquido, as moléculas ocupam posições interme-diárias (Figura 2).

Podemos notar isso ao colocar gelo e água líquida em um frasco fechado. O gelo continua com sua forma definida. Já a água, ela se expande, ocupando todo o fundo do frasco. Dizemos então que a água é fluida, não tem forma definida e tende a ocupar todo o fundo do frasco. E o gás? Como será que o gás irá se comportar?

Ora, se o gelo não muda sua forma e a água muda, ocupando o fundo do copo, o gás irá ocupar todo o frasco. Ele se expande até preencher todo o volume do reci-piente que ocupa.

O que causa esses diferentes estados de agregação? Vamos tomar o exemplo da água.Ela pode ser líquido, sólido ou gasosa. Mas sempre é água. Sempre continua a ser a substância formada por dois átomos

de hidrogênio e um átomo de oxigênio (H2O).

Figura 2: Diferentes comportamentos das moléculas nos diferentes estados físicos. Estado gasoso (A), líquido (B) e sólido (C).

#M3U2

Sólido GasosoLíquido

Alta organizaçãomolecular

Organizaçãointermediária

Alta desordemmolecular

Forçasintermoleculares

elevadas

Forçasintermolecularesintermediárias

Forçasintermoleculares

fracas

Não-fluido Fluido Fluido

#M3U2 III. Gases

Tabela 1: características fundamentais dos três estados da agregação da matéria.

PaxP=b)

PaxP=a)

VnRTP=

nRTPV=

10592,= 91000)/5(

15),27325(*314,8*2

10596,= 41000)/5(

15),27325(*314,8*1

+

+180 Módulo III — Processos de manutenção da vida

Físico-Química

O que mudou nela para que fique como gás, líquido ou sólido?Como as moléculas de água continuam as mesmas, então o que deve ter mudado é

a forma pela qual elas se relacionam entre si.As moléculas se relacionam entre si através de forças de interação intermoleculares.O que é isso?Você não sabe que cargas elétricas opostas se atraem? Não sabe que cargas elétricas

idênticas se repelem?Então, as forças de interação intermoleculares têm origem na carga elétrica presente

nos elétrons e prótons, os quais formam os átomos, que, por sua vez, formam as moléculas.

Assim, podemos dizer que, num sólido, estão presentes forças de atração molecu-lar, as quais mantêm as moléculas organizadas e próximas umas às outras.Já num gás, as forças de repulsão estão presentes mais fortemente, fazendo com que as moléculas fiquem o mais distante possível umas das outras.E o líquido? Esse é um estado intermediário. Existem forças de repulsão e de atra-ção presentes ao mesmo tempo (Tabela 1.)

Para definirmos um gás, precisamos conhecer as condições na qual ele se encontra. Devemos conhecer a substância que o compõem, sua quantidade, o volume, a pressão e a temperatura.

A relação entre a quantidade, o volume, a pressão e temperatura do gás é descrita pela equação dos gases ideais:

www.Você pode encontrar maiores informações sobre o sistema internacional de unidades no endereço: http://www.chemkeys.com/bra/ag/uec_7/sidu_4/sidu_4.htm

25,04x = = =175,043x = = = total

N2N2total

H2

total nn

n

nn

nixi= H2

PaxP=b)

PaxP=a)

VnRTP=

nRTPV=

10592,= 91000)/5(

15),27325(*314,8*2

10596,= 41000)/5(

15),27325(*314,8*1

+

+

atm

atmPN2 =

PN2 =

atmPtotal =

35,= 750

298*08206,0*1

45,= 250

298*08206,0*3

8,= 950

298*08206,0*)31( +


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No sistema internacional de unidades, a pressão (P) é dada em Pascal (1atm = 1,01325x105 Pa), o volume (V) é dado em metros cúbicos (1m3 = 1000 litros) e a temperatura (T) em graus Kelvin (T(K) = t(0C) + 273,15). A quantidade do gás é expressa pelo seu número de mols (n). E, por fim, R é a chamada constante universal dos gases (R = 8,314 J. K-1.mol-1).

Exemplo: determine a pressão em um frasco fechado de 5 L a 250C, com:

a) 1 mol de gás ideal;

b) 2 mols de gás ideal.

Pela equação dos gases ideais, você pode notar que existe uma relação direta en-tra a quantidade de matéria presente (n) e a pressão (P) do gás. Ou seja, mantendo-se o volume e a temperatura constantes, ao introduzir mais gás no frasco, a pressão dele irá aumentar proporcionalmente. Se dobrarmos o número de mols de gás no frasco, a pressão irá dobrar também.

Se tivermos uma mistura de gases, cada um dos componentes irá contribuir para a pressão total. Ou seja, a pressão total da mistura será a soma das pressões indi-viduais de cada componente como se ele estivesse sozinho no frasco. Essa é chamada de Lei de Dalton das Pressões parciais.

Imagine que você tem um frasco contendo uma mistura de dois gases, hidro-gênio e nitrogênio, a 298K. Suponha que existem 3 mols de hidrogênio e 1 mol de nitrogênio e que o frasco tem 50 L de capacidade. Qual a pressão que cada gás produz e qual a pressão total da mistura?

Resposta:

Outra forma de calcular isso é através da fração molar. A fração molar é o quo-ciente entre o número de mols da substância e o número de mols total da mistura.

#M3U2

#M3U2 IV. Umidade absoluta e umidade relativa

www.Você pode conhecer mais sobre os processos de transpiração no seguinte site:http://www.hsw.com.br/suor.htm


Físico-Química

PtotalxiPi =

atmPtotalxP

atmPtotalxP

H2H2

N2N2

35,78,9*75,0

45,28,9*25,0

===

===

A pressão parcial será calculada através da equação:

Assim, você pode calcular as pressões parciais de cada componente da mistura.


Determine as pressões parciais em uma mistura de 2 mols de hidrogênio e 5 mols de nitrogênio, a 298K, em um frasco de 15 L de capacidade.

Agora você já é capaz de verificar que a nossa atmosfera é uma mistura de gases. Temos diversos gases, como hidrogênio, nitrogênio, oxigênio e muitos outros. Uma parte importante da atmosfera para nós, seres vivos, é o teor de água, sob a for-ma de vapor d´água. Muitas vezes nos queixamos da falta de umidade, da secura do ar, que nos causa desconforto.

A quantidade de vapor d´água que o ar pode absorver, antes de se saturar com ela, depende da temperatura desse ar. Quanto mais quente, mais vapor ele pode absorver.

A umidade absoluta representa a massa de vapor d´água dividida pela massa de ar seco a uma dada temperatura.Já a umidade relativa é dada pela razão entre a umidade absoluta atual e a maior umidade absoluta possível. Ou seja, representa a razão entre o vapor d´água pre-sente e o vapor d´água que pode ser absorvido.

Quando atingimos 100% de umidade relativa no ar, o vapor d´água não consegue mais ficar na atmosfera e começa a condensar, caindo sobre a terra sob a forma de chuva.

Os processos de transpiração são muito importantes para nós, humanos, e são in-fluenciados pela umidade relativa do ar.

Quando a umidade relativa está baixa, o nosso suor evapora muito rapidamente, causando uma sensação de frio. Já quando a umidade relativa está alta, o suor não evapo-ra facilmente, ocasionando uma sensação de calor e abafamento.

#M3U2 V. Propriedades coligativas: crioscopia, ebulioscopia e pressão de vapor

Saiba mais

As propriedades coligativas das soluções pela presença de um soluto e dependem única e exclusivamente do número de partículas que estão dispersas na solução, não dependendo da natureza do soluto. Isso significa dizer que a quantidade, e não a qualidade, das partículas que estão dispersas na solução é que irá influir na intensidade das propriedades coligativas.

Os quatro efeitos coligativos são:

tonoscopia: abaixamento da pressão máxima de vapor;

ebulioscopia: elevação da temperatura de ebulição;

crioscopia: abaixamento da temperatura de fusão;

osmoscopia: pressão osmótica

mKfTsoluçãoTsolventeT =−=∆


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As propriedades coligativas provavelmente parecem para você algo distante do nosso cotidiano, algo que você nunca verá aplicado em sua casa.

Entretanto, vamos parar por um instante para nos lembrarmos um pouco quando fazemos um churrasco ou quando vamos a uma festa.

Você não vê as garrafas de refrigerante e cerveja em grandes tonéis cheios de gelo? Lembra do que era usado para esfriar mais rapidamente a bebida??

Sal!! As pessoas costumam colocar sal sobre o gelo, pois dizem que ele esfria mais rapidamente a bebida.

Pois é verdade!! E é a aplicação prática de uma propriedade coligativa: a crioscopia ou o abaixamento da temperatura de congelamento.

O sal, ao ser dissolvido na água, diminui a sua temperatura de congelamento, ou seja, a água salgada congela abaixo de 0oC; assim, ela consegue esfriar mais os refrigerantes.

Esse fenômeno é conhecido como crioscopia, ou abaixamento do ponto de conge-lamento. Ao adicionarmos uma substância, como sal, na água, a temperatura de congela-mento da solução é menor do que a da água pura.

Dizemos que a solução tem um ponto de congelamento menor do que o solvente puro.Podemos calcular a diminuição do ponto de congelamento através da equação abaixo:

Tsolvente é a temperatura de congelamento do solvente puro e Tsolução é a temperatura de congelamento da solução.

Note que aparece uma constante, Kf, chamada de constante criosópica e ela depen-de do solvente usado. Para a água, ela é igual a 1,86K/(mol.kg-1). E m representa a con-centração molar do soluto. Essa concentração é dada em termos de mols por quilogramas de solvente. No caso da água, considera-se que sua densidade é igual a 1g/mL; então, a molalidade e a molaridade igualam-se.

A diferença entre molaridade e molalidade é que na primeira, usamos o número de mols em relação ao volume da solução. Já na segunda, temos o número de mols em relação a massa de solvente usada.

Ora, como a dissolução de um soluto em um solvente altera a sua temperatura de congelamento? Você não acha que isso também irá alterar a temperatura de ebulição?

Exatamente!

#M3U2

KmKebT

KmKfT

09,01

)5,3523/(10*51,0

32,01

)5,3523/(10*86,1

=+==∆

=+==∆


Físico-Química

mKebTsolventeTsoluçãoT =−=∆

Atividade Complementar 4

Você pode tentar verificar isso na prática. Tome duas panelas iguais e coloque apro-ximadamente 300mL de água (1 copo) em cada uma delas. Em uma das panelas, adicione sal de cozinha até que ele não se dissolva mais. Acenda os dois bicos e verifique em qual panela a água ferve primeiro.O aluno deve ser capaz de verificar a diferença no tempo de ebulição da água nas duas panelas.

A temperatura de ebulição da solução também é diferente da temperatura de ebu-lição do solvente puro.Entretanto, aqui, o soluto tem um efeito oposto. Ele aumenta a temperatura de ebu-lição, sendo necessário um pouco mais de calor para que a nossa solução atinja o ponto de ebulição.

Esse é o fenômeno da ebulioscopia ou elevação do ponto de ebulição.Da mesma forma que na crioscopia, também podemos calcular esse efeito, através

da equação abaixo:

Tsolvente é a temperatura de ebulição do solvente puro e Tsolução é a temperatura de ebulição da solução.

A constante que aparece agora é chamada de constante ebulioscópica, Keb, e tem um valor igual a 0,51K/(mol.kg-1) para a água, e m também é a molalidade da solução.

Qual será o efeito de dissolver 10g de sal (NaCl – cloreto de sódio) em um litro de água?Vamos calcular:

Você pode notar que as alterações são muito pequenas. A solução agora tem um ponto de congelamento igual a – 0,320C e um ponto de ebulição igual a 100,090C.


Determine os pontos de congelamento e ebulição de uma solução aquosa (1 litro) na qual foram dissolvidos 25g de sal.

Finalmente, existe ainda uma propriedade coligativa que iremos discutir aqui: a tonoscopia, ou o abaixamento da pressão de vapor de um líquido.

Todos os líquidos evaporam-se, com maior ou menor facilidade. Imagine uma poça de água na rua. Com tempo, ela irá desaparecer. Para onde foi essa água? Ora, ela se evaporou!

#M3U2 VI. Propriedades coligativas: pressão osmótica

x2PP0

=−P0


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Esse mesmo processo ocorre nos lagos, rios, mares e oceanos. A água lentamente evapora-se, tornando-se nuvens no céu. Você não se lembra do ciclo das transformações dos estados de agregação da matéria que discutimos antes?

No caso dos líquidos, eles apresentam uma pressão de vapor. Ou seja, ao colocar-mos uma quantidade de um líquido em um recipiente com vácuo, ele irá evaporar uma parte dele. Essa evaporação irá ocorrer até que o equilíbrio seja atingido. A pressão que o líquido, sob a forma de vapor, exerce é chamada de pressão de vapor.

Ao adicionarmos um soluto ao líquido, irá ocorrer uma diminuição da pressão de vapor. É como se o líquido necessitasse de maior energia para evaporar. Assim, a quanti-dade dele na fase vapor diminui, reduzindo a sua pressão de vapor.


Em alguns casos, existem tecnologias aplicadas à redução da evaporação em copos d´água. Veja um exemplo nesta reportagem:http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=010125050802 Elabore um resumo de 250 palavras, indicando se esta tecnologia atua através de uma propriedade coligativa ou não.

Essa redução da pressão de vapor é proporcional à fração molar do soluto na solu-ção e pode ser calculada através da equação abaixo:

Nesta equação P0 representa a pressão de vapor do solvente puro, P é a pressão de vapor da solução e x2 é a fração molar do soluto.

A última propriedade coligativa que você irá ver tem uma importância especial para a biologia. É a pressão osmótica.

O que é a pressão osmótica?Vamos nos lembrar de que tudo tende a um equilíbrio.


Experimento legal.Acesse o link abaixo e tente reproduzir este experimento em sua casa para verificar como as células trocam água com o meio.http://www.geocities.com/CollegePark/Bookstore/2334/Osmose.html.

As nossas células são circundadas por uma camada bilipídica. Essa camada ou membrana celular atua como uma barreira, impedindo a saída e entrada de substâncias.

#M3U2


Físico-Química

Figura 4: Células em meio isotônico, hipotônico e hipertônico.

Figura 3: membrana celular

Entretanto, ela é uma barreira seletiva, pois deixa passar algumas substâncias e outras não!.Os gases, como O2 e CO2, passam pela membrana celular. A água e o etanol também. Já moléculas maiores, como a glicose, não podem atravessar a membrana celular por difusão (Figura 3).

Para que a difusão possa ocorrer é necessária uma diferença de concentração.

No caso da difusão da água através de uma barreira seletiva, chamamos esse fenô-meno de osmose.

Imagine que fora da célula exista uma concentração maior de sais minerais no meio aquoso extracelular. Essa solução externa seria mais concentrada do que dentro da célula. Assim, a água da célula irá se difundir para fora, tentando diluir a solução fora dela. Esse é o caso das células colocadas em um meio hipertônico.

E quando a concentração no interior da célula é maior do que no seu exterior? A água tende a se difundir para o interior da célula, tentando diluir a solução dentro dela. Esse é o caso dos meios hipotônicos (Figura 4).

www. Bebidas isotônicas ajudam a repor sais minerais em atletas, leia mais a respeito no site:http: //bikecanal.cosmo.com.br/nutricao/bebidas_hidratacao/bebidas_hidratacao.shtm

www. Osmose reversa é usada para purificação de água. Leia mais em:http://www.geocities.com/CollegePark/Bookstore/8237/osmose/osmose.htm


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)15,27325(*08206,0*1,0

))5,3523/(9,0(+

+�=

atm

cRT

72,2

)15,27325(*08206,0*1

)16,180/20 +

� =

� =

� =

,

,(

atm

cRT

72,2

)15,27325(*08206,0*1

)16,180/20 +

� =

� =

� =

,

,(

Em alguns casos, a diferença é tão grande que o fluxo de água para o interior da célula termina rompendo a membrana celular, devido à pressão da água no seu interior.

Quando as concentrações são idênticas dentro e fora da célula, não ocorre osmose. Esse é o meio isotônico.

Como você acabou de notar, a osmose depende da concentração dos solutos no meio aquoso. Para que a água possa fluir através da membrana, ela deve aplicar uma pressão sobre a membrana. Essa pressão é chamada de pressão osmótica e pode ser calcu-lada pela equação abaixo:

Nessa equação, corresponde à pressão osmótica e c é a concentração molar da solução. R corresponte à constante dos gases perfeitos, T é a temperatura em graus Kelvin e c é a concentração molar da solução.

Vamos aplicar a equação. Vamos determinar a pressão osmótica de uma solução de 20g de glicose (MM=180,16g/mol) dissolvidas em 1 L de água (T=250C).


Determine a pressão osmótica de uma solução de NaCl 0,9% (m/m). Dica: 0,9% m/m significa que 0,9g de NaCl foram dissolvidas em 100g de água.

Resposta:

Esse mesmo fenômeno é usado atualmente para produzir uma água de alta pureza, muito utilizado em indústrias e fábricas de medicamentos. Esse processo é chamado de osmose reversa.

#M3U2

#M3U2 VII. Calor e seus mecanismos

Saiba mais

Quem congela primeiro: água quente ou água fria?Procure mais no endereço eletrônico: http://www.ucs.br/ccet/defq/naeq/material_didatico/textos_interativos_07.htm

Saiba mais

Homeostase (ou homeostasia) (homeo = igual; stasis = ficar parado) é a propriedade de seres vivos de regular o seu ambiente interno de modo a manter uma condição estável.

www. O Efeito Estufa é um dos fatores que tem um papel fundamental no aumento da temperatura do globo terrestre, prejudicando a qualidade de vida.Leia mais em: http://www.uems.br/popciencia/efeito.html


Físico-Química

Você gosta mais de dias frios ou dias quentes? Tem alguma preferência? Já parou para pensar por que algumas pessoas não gostam de dias frios e se sentem mal quando o inverno chega? Na verdade, você já se perguntou por que se sente frio ou calor? Por que a temperatura do nosso corpo não deve sofrer grandes variações?

Entenda que a temperatura do meio ambiente no qual vivemos determina uma enorme gama de hábitos da nossa cultura. Ela indica o tipo de roupa que devemos usar: leve e colorida ou pesada e unicolor. Também determina o tipo de alimentação que segui-mos. A temperatura tem influência na pigmentação da nossa pele. Enfim, o nosso organis-mo se adapta, ajustando-se à temperatura do meio ambiente.

Existem regiões do planeta Terra que não habitamos, pois a temperatura de tais regiões nos impede. Você saberia indicar quais seriam tais regiões? Os pólos glaciais! Desertos!


De que forma a temperatura influencia na adaptação e evolução das espécies?Será que elas sofrem condicionamentos determinados pelas regiões que habitam?Escreva um resumo de 250 palavras, citando, pelo menos, um exemplo de adapta-ção em função da temperatura do habitat de uma espécie.Sites para pesquisa:http://www.tropicologia.org.br/CONFERENCIA/1973condicionamentos_fisicos.html http://www.marilia.unesp.br/atividades/extensao/revista/v3/artigo6.html http://www.scielo.br/pdf/rsbmt/v34n4/5417.pdf

A nossa temperatura corporal deve situar-se entre 36 a 370C, sofrendo pequenas variações. A nossa temperatura é um pouco mais alta durante o dia e diminui um pouco à noite, quando repousamos.

Ela permite que as reações bioquímicas em nosso corpo ocorram perfeitamente. Quando nossa temperatura interna aumenta muito, ocorre o risco de desnaturar as nossas enzimas, as quais constituem importantes catalisadores para as nossas reações bioquími-cas. Se isso ocorrer, as enzimas não terão mais efeito, impossibilitando a nossa existência.

Por outro lado, caso a temperatura diminua muito, as reações bioquímicas também irão ocorrer de maneira mais lenta, pois a velocidade das reações químicas também de-pende da temperatura.

Assim, quando a temperatura ambiente está muito alta ou muito baixa, o nosso organismo trabalha para manter a temperatura corporal constante, mantendo a nossa homeostase.

Figura 5: termorreceptores na pele. Destaque para os corpúsculos de Krause e Ruffini.

Saiba mais

Os pelos eriçados colaboram na retenção de uma camada de ar junto à pele e, como o ar é um bom isolante térmico, eis nosso primeiro agasalho natural. Quanto mais pelo, mais ar é aprisionado e tanto melhor será esse agasalho natural.

www. Leia mais sobre os diferentes tipos de termoreceptores: os corpúsculos de Krause (calor) e de Ruffini (frio) são os renponsáveis por nossas sensações de frio e calor.http://campus.fortunecity.com/yale/757/receptor.htm


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Você sabia que o sangue é um dos principais responsáveis por isso? O sangue circula por todo o nosso corpo, garantindo a distribuição de água e calor.Como isso é possível? A partir da dilatação ou constrição dos vasos sanguíneos, o

sangue distribui-se pelos tecidos, levando água e calor para todos os pontos necessários.Existe um isolante térmico ao nosso redor, constituído pela pele e pela camada de

gordura abaixo dela. Na pele é que estão situados os nossos termorreceptores! Eles são responsáveis por avisar ao hipotálamo o que está acontecendo ao nosso redor.

Nós temos termorreceptores sensíveis ao frio e ao calor.Em temperatura ambiente entre 20 e 350C, nós nos sentimos confortáveis. Quando

a temperatura começa a diminuir abaixo dos 200C, os termorreceptores sensíveis ao frio entram em ação! Eles avisam ao corpo que a temperatura ambiente está abaixo do confor-tável (Figura 5).

Que medidas o nosso corpo toma? Como você age em um dia frio? Você costuma tomar bebidas mais quentes? Café? Ou mais calóricas, como chocolate quente? Também usa roupas mais pesadas que lhe aqueçam?

Mas também existem mudanças em nossa pele. Suamos menos! Nossos pêlos ficam eriçados! E nossos vasos sanguíneos se contraem, diminuindo o fluxo de sangue pelas áreas periféricas! Você lembra como fica com as mãos e pés gelados em um dia frio?

Essas situações onde a temperatura do ambiente situa-se fora da nossa zona de con-forto térmica causam condições de estresse em nosso corpo. Assim, nós buscamos voltar a um estado normal. Procuramos calor em condições de frio: agasalhos, comidas quentes. E buscamos frio em condições de calor: roupas mais leves e bebidas geladas.

Quando estamos em um ambiente mais frio, a nossa pele irradia e conduz calor para o ambiente. Já em um ambiente mais quente, é o ambiente que conduz calor para a pele. Ou seja, o fluxo de calor sempre segue da região de temperatura mais alta para a região de temperatura mais baixa. Esse é o processo espontâneo.

E como se dá esse processo de transferência de calor? Nós podemos identificar três formas pelas quais ocorre a transferência de calor.

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Físico-Química

Imagine que você está no meio do pólo antártico. O ar ao seu redor é muito mais frio do que seu corpo. Ele está a uma temperatu-ra cerca de 500C abaixo de zero. Esse ar em contato com seu corpo faz com que ele perca calor para o ambiente. Esse é um processo de condução, onde dois corpos, em temperatu-ras diferentes, estão em contato entre si.

Ao mesmo tempo em que você perde ca-lor para o ambiente, o seu corpo tenta equilibrar essa perda. Os seus vasos sanguíneos se dilatam para permitir uma passagem maior de sangue para as suas extremidades, levando calor para elas. Esse é um processo de convecção.

Finalmente, ao notar que você não consegue se aquecer, você é obrigado a acender uma fogueira em busca de calor. Esse é o terceiro mecanismo de transmissão de calor: a irradiação, ou emissão de calor sob a forma de radiação luminosa ou não.

Vamos tentar defini-los mais propriamente.No caso da condução, a transferência de calor se dá por contato entre os corpos em

temperaturas diferentes. Entretanto, os dois corpos não se misturam, não trocam massa. É o caso de dois blocos de ferro: um a 1000C e outro a 500C. Ao encostamos um no outro, o ca-lor irá fluir do bloco com temperatura mais alta para o bloco com temperatura mais baixa.

Até quando irá ocorrer esse fluxo de calor?Ora, como precisamos de temperaturas diferentes para haver transferência de calor,

esse processo irá ocorrer enquanto as temperaturas forem diferentes. Quando elas se iguala-rem, ou seja, quando for atingido o equilíbrio térmico, a transferência de calor irá cessar.

Já para a convecção, vamos tomar um exemplo prático da nossa cozinha.


Tome uma panela alta de alumínio e a encha de água. Coloque sobre o fogão e acen-da a boca de gás. Observe o que ocorre enquanto a água vai se aquecendo. Você deverá ser capaz de notar as correntes de convecção que levam calor para todo o corpo do líquido antes dele entrar em ebulição.

Como você notou, o líquido flui das partes mais quentes para as mais frias devido à diferença de densidade. Essa mesma diferença de densidade, devido à temperatura, pode explicar as correntes marítimas e os movimentos da massa de água em lagos, bem como os movimentos da atmosfera, ventos e correntes de ar. Todos são transferências de calor por convecção. Representam tentativas de atingir o equilíbrio térmico, transferindo calor

de regiões quente para frias.Por fim, a transferência de calor pelo

mecanismo de irradiação é a mais comum de todas e é aquela que nos permite viver. Le-vante a sua cabeça para o céu e note a enorme bola de fogo que nos aquece: o Sol. Ele está a milhões de quilômetros de distância, mas conseguimos sentir o seu calor.

O calor do sol nos chega sob a forma de luz, isto é, sob a forma de radiação.

www. Verifique a faixa do espectro eletromagnético visível aos nossos olhos.Pergunta: todos os animais enxergam na mesma faixa do espectro?http://www.micronal.com.br/artigostecnicos/someluz.htm http://www.revistapesquisa.fapesp.br/?art=2823&bd=1&pg=1&l>g=


Eixo Biológico

P

BSC

B

TmQ

C=

TmCQ

TmQ

C=

TmCQ

=1001*1

100

=101*1

10

CB=

CA=

Na verdade, a maior parte da radiação que nos chega do Sol é invisível aos nossos olhos.Mas você a pode sentir facilmente!Em um dia relativamente frio, fique de blusa leve e chegue ao Sol. Você sentirá

como ele lhe aquece o corpo.Em seguida, fique parado sob a sombra de um prédio ou de uma árvore. Você irá

sentir a diminuição da temperatura.É luz! Ou melhor, a radiação solar que faz essa diferença. Você não a vê, mas ela

está presente sob a forma de radiação infravermelha, ou calor!

Assim, a transmissão de calor por irradiação ocorre entre dois corpos a temperatu-ras diferentes, imersos em um meio transparente a essa radiação.

As transferências de calor entre os corpos obedecem à equação calorimétrica:

Onde m representa a massa do corpo e ∆T é a variação entre a temperatura final e a temperatura inicial.

Já C é chamada de capacidade calorífica (ou calor específico) e representa a quan-tidade de calor necessária para elevar de 10C a temperatura de 1g de um dado material. Parece complicado? Vamos escrever isso de outra forma!!

Vamos analisar a relação do Calor específico.Imagine que você tem dois corpos, ambos têm 1g de massa e sofreram uma varia-

ção de temperatura de 10C. Entretanto, no corpo A, você transferiu 10kJ de calor, e, para o corpo B, você transferiu 100kJ de calor.

Ora, parece óbvio que, no corpo B, você precisou de muito mais calor para aquecer o mesmo do que no corpo A.

Fazendo as contas, teremos que o calor específico de A é 10 vezes maior do que o de B. Você irá precisar de muito mais calor para aquecer B do que A.

Comparando os dois corpos, podemos dizer que B é um isolante térmico e que A é um condutor térmico.

Isolantes térmicos têm altos calores específicos, enquanto que condutores térmicos têm baixos calores específicos.

Ou seja, quantidades de calor idênticas introduzidas em um isolante e em um con-dutor têm efeitos térmicos diferentes. Os condutores sofrem grandes variações de tempe-ratura, enquanto que os isolantes não.

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Físico-Química

#M3U2 IX. Referências

#M3U2 VIII. Considerações finais


1) Procure na sua casa! Veja quais objetos são isolantes e quais são condutores! Você irá notar que as panelas são todas condutoras.,

2) Para o ferro, a sua capacidade calorífica é igual a 0,107 cal.g-1.K-1, determine a quan-tidade de calor necessária para aquecer um bloco de ferro de 500g de 25 para 1000C.

Exemplo:

Para a água, a sua capacidade calorífica é igual a 1 cal.g-1.K-1, determine a quantida-de de calor necessária para aquecer 500g de água de 250C para 1000C.

Bom, com isso chegamos ao final desta unidade.Você pôde passar por vários conceitos e exemplos que lhe ajudaram a construir

algumas definições.Vamos relembrar alguns deles?

Estados de agregação das matérias: sólido, líquido e gasoso. Você deve ser ca-paz de identificar tais estados em todas as substâncias presentes na natureza. Lembre-se de que algumas substâncias podem estar presentes em mais de um estado de agregação!

Transformações físicas e químicas: tudo está em movimento, já diziam os físi-cos! Na natureza, tudo está em constante transformação!

Propriedades coligativas, em especial, a osmose. Elas têm um papel funda-mental na manutenção da vida! Você se lembra da permeação de substâncias pela membrana celular?

Calor: quase nunca pensamos sobre ele, mas está presente em nosso dia-a-dia. O nosso próprio corpo é um gerador de calor, o qual nós dissipamos para o ambiente através da transpiração!

Mas você não precisa parar aqui! Esses conceitos podem e devem ser estendidos a novas situações e problemas.

Este é o seu desafio!

ATKINS, P. W. Físico-Química. Rio de Janeiro: LTC-Livros Técnicos e Científicos S. A., 1999.

NETZ, P. A. e ORTEGA, G. G. Fundamentos de Físico-Química: Uma abordagem conceitual para as ciências farmacêuticas. Porto Alegre, RS: Artmed, 2002.

RETONDO, C. G. e FARIA, P. Química das Sensações. Campinas, SP: Editora Átomo, 2006.


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BSC

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