Propriedades gerais e estrutura da matéria;...

Propriedades gerais e estrutura

da matéria; Radioatividade

APRESENTAÇÃO

Este módulo faz parte da coleção intitulada MATERIAL MODULAR, destinada às três

séries do Ensino Médio e produzida para atender às necessidades das diferentes rea-

lidades brasileiras. Por meio dessa coleção, o professor pode escolher a sequência que

melhor se encaixa à organização curricular de sua escola.

A metodologia de trabalho dos Modulares auxilia os alunos na construção de argumen-

tações; possibilita o diálogo com outras áreas de conhecimento; desenvolve as capaci-

dades de raciocínio, de resolução de problemas e de comunicação, bem como o espírito

crítico e a criatividade. Trabalha, também, com diferentes gêneros textuais (poemas,

histórias em quadrinhos, obras de arte, gráficos, tabelas, reportagens, etc.), a fim de

dinamizar o processo educativo, assim como aborda temas contemporâneos com o ob-

jetivo de subsidiar e ampliar a compreensão dos assuntos mais debatidos na atualidade.

As atividades propostas priorizam a análise, a avaliação e o posicionamento perante

situações sistematizadas, assim como aplicam conhecimentos relativos aos conteúdos

privilegiados nas unidades de trabalho. Além disso, é apresentada uma diversidade de

questões relacionadas ao ENEM e aos vestibulares das principais universidades de cada

região brasileira.

Desejamos a você, aluno, com a utilização deste material, a aquisição de autonomia

intelectual e a você, professor, sucesso nas escolhas pedagógicas para possibilitar o

aprofundamento do conhecimento de forma prazerosa e eficaz.

Gerente Editorial

© Editora Positivo Ltda., 2010

Proibida a reprodução total ou parcial desta obra, por qualquer meio, sem autorização da Editora.

Todos os direitos reservados à Editora Positivo Ltda.

DIRETOR-SUPERINTENDENTE: DIRETOR-GERAL:

DIRETOR EDITORIAL: GERENTE EDITORIAL:

GERENTE DE ARTE E ICONOGRAFIA: AUTORIA:

ORGANIZAÇÃO: EDIÇÃO DE CONTEÚDO:

EDIÇÃO:ANALISTAS DE ARTE:

PESQUISA ICONOGRÁFICA:EDIÇÃO DE ARTE:

ILUSTRAÇÃO:PROJETO GRÁFICO:

EDITORAÇÃO:CRÉDITO DAS IMAGENS DE ABERTURA E CAPA:

PRODUÇÃO:

IMPRESSÃO E ACABAMENTO:

CONTATO:

Ruben FormighieriEmerson Walter dos SantosJoseph Razouk JuniorMaria Elenice Costa DantasCláudio Espósito GodoyGabriela Ido Sabino / Jailson Rodrigo PachecoFábio Roberto BatistaGabriela Ido SabinoRose Marie WünschGiselle Alice Pupo / Tatiane Esmanhotto KaminskiIlma Elizabete RodenbuschAngela Giseli de SouzaAngela Giseli / Divanzir Padilha / Jack ArtO2 Design GráficoAlexandra M. Cezar / Sérgio Reis© iStockphoto.com/Neustockimages; © iStockphoto.com/Monticello; © Shutterstock/Africa Studio/© Shutterstock/ImagwellEditora Positivo Ltda.Rua Major Heitor Guimarães, 17480440-120 Curitiba – PRTel.: (0xx41) 3312-3500 Fax: (0xx41) 3312-3599Gráfica Posigraf S.A.Rua Senador Accioly Filho, 50081300-000 Curitiba – PRFax: (0xx41) 3212-5452E-mail: [email protected]@positivo.com.br

Dados Internacionais para Catalogação na Publicação (CIP)

(Maria Teresa A. Gonzati / CRB 9-1584 / Curitiba, PR, Brasil)

S116 Sabino, Gabriela Ido.Ensino médio : modular : química : propriedades gerais e estrutura da maté-

ria, radioatividade / Gabriela Ido Sabino, Jailson Rodrigo Pacheco ; ilustrações Angela Giseli, Divanzir Padilha, Jack Art. – Curitiba : Positivo, 2012.

: il.

ISBN 978-85-385-6172-9 (livro do aluno)ISBN 978-85-385-6173-6 (livro do professor)

1. Química. 2. Ensino médio – Currículos. I. Pacheco, Jailson Rodrigo.

II. Giseli, Angela. III. Padilha, Divanzir. IV. Jack Art. V. Título.

CDU 373.33

Neste livro, você encontra ícones com códigos de acesso aos conteúdos digitais. Veja o exemplo:

Acesse o Portal e digite o código na Pesquisa Escolar.

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SUMÁRIO

Unidade 1: Introdução à Química

Histórico do desenvolvimento da Química 6

A importância de conhecer a Química 8

Unidade 4: Radioatividade

Emissão radioativa natural 52

Aplicações da radioatividade 55

Unidade 3: Estrutura da matéria

Modelos atômicos 33

Representação dos elementos químicos 40

Eletrosfera do átomo 43

Unidade 2: A matéria, suas transformações, propriedades e sua composição

Estados físicos da matéria 12

Transformações da matéria 13

Propriedade específica da matéria 14

Composição e classificação da matéria 19

Separação de misturas 23

Propriedades gerais e estrutura da matéria; Radioatividade4

[...] Não basta a exigente adesão à convicção das incertezas da ciência;

é preciso estar atento, pois ela não é apenas fada benfazeja, mas é

também um ogro malvado.

CHASSOT, Attico. A ciência através dos tempos. 2. ed. São Paulo: Moderna, 2009.

p. 247.

Introdução à Química 1

Ensino Médio | Modular 5

QUÍMICA

Esta unidade retoma algumas noções básicas que já foram trabalhadas no Ensino Fun-damental. A Química, assim como a Física e a Biologia, faz parte do conjunto das Ciências Naturais e, logicamente, possui suas especificidades. Entretanto, mesmo para quem é estudioso do assunto, não é fácil delimitar o conhecimento da Química, pois tudo o que rodeia o ser humano é objeto de estudo da ciência.

A ciência e os cientistas buscam entender os fenômenos da natureza, e cada profis-sional procura uma explicação (que pode ser diferente), baseada em argumentos (também diferentes), para entender o que está a sua volta (que pode ser o mesmo fato). Mesmo considerando esse aspecto comum, ainda é preciso levar em conta que as respostas são transitórias. Isso quer dizer que elas podem, a qualquer momento, ser substituídas por outras que melhor expliquem o assunto em questão. Em função disso, considere-se também que, nessa área, não existem verdades absolutas.

Tendo por base essas informações iniciais, você terá a oportunidade de explorar essa ciência, buscando sempre o confronto com o seu conhecimento sobre o assunto. Conhecerá, também, as teorias de alguns estudiosos que fizeram com que o conhecimento da Química crescesse muito nos últimos tempos.

Diferentemente da personagem Mafalda, não se preocupe com a quantidade de informa-ções que serão apresentadas, pois o estudo da Química se caracteriza por uma construção constante, e todas as informações de que você necessitará no decorrer de seus estudos estarão disponíveis.

Antes de dar continuidade a essa breve explanação sobre a ciência, reflita sobre algumas questões importantes abordadas até agora.

Responda oralmente às seguintes questões: a) O que a ciência estuda?b) Em que consiste o trabalho do cientista?c) Se não existe a verdade na ciência, as explicações para fenômenos da

natureza podem ser falsas?

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QUINO. Toda Mafalda. São Paulo: Martins Fontes, 2003. p. 68.

Histórico do desenvolvimento da Química

Atualmente, pode-se considerar que a ciência está em constante evolução. Alguns autores marcaram a origem da Química no século XVII, com a publicação do livro Químico

cético de Robert Boyle (1627-1691). Outros citaram Antoine-Laurent de Lavoisier (1743-1794) como o verdadeiro “pai da Química”, com a publicação, no século XVIII, do Tratado elementar da Química, em que é discutida a importância da experimentação para a construção de modelos explicativos na ciência.

A história da Química, porém, aparece muito antes disso. O uso e a conservação do fogo para transformar a matéria foi um marco decisivo na história da humanidade.


A DOMESTICAÇÃO DO FOGO

A história e a química do fogo

De acordo com a leitura do texto, responda às questões:

a) Por que “colher” o fogo era mais importante que produzi-lo?

b) Por que a domestificação do fogo representou uma evolução para o homem primitivo?

As pinturas rupestres são registros da história da

humanidade. Algumas datam de mais de 40 mil anos.

As técnicas alquímicas ajudaram a construir a Química moderna

É possível que a primeira grande transformação da matéria provocada pelo homem tenha acontecido com o uso do fogo e, graças às suas aplicações, o mundo pré-histórico foi alcançando certo desenvolvimento, que se deu por meio da moldagem da cerâmica e da transformação de metais.

Provavelmente, foram os estudiosos gregos os primeiros que buscaram compreender a constituição e o comportamento da matéria, e Tales de Mileto (625-547 a.C.) foi um dos seus principais representantes. Até esse momen-to, o homem dominava a técnica, mas não tinha uma base científica para tal. Tales e muitos pensadores que vieram depois dele também não eram cientistas, eram filósofos, mas buscavam explicações com base lógica para o que estava ao seu redor.

Tales de Mileto foi matemático,

astrônomo e grande pensador. O

que se sabe a seu respeito, já que

nenhuma de suas obras sobreviveu,

está embasado em referências à his-tória da Matemá-tica, que atribuiu a ele um número considerável de

descobertas nessa área.

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Em toda a história, muitas contribuições serviram para a construção de ideias sobre a Química, e algumas delas vieram dos alquimistas, que, embora não tenham atingido o seu objetivo principal – transformar metais inferiores, como o ferro e o chumbo, em metais raros, principalmente o ouro –, trouxeram muitos avanços.

Ensino Médio | Modular

QUÍMICA

7

O que você sabe sobre a alquimia?

Pesquise os alquimistas, fazendo uma reconstrução de suas pesquisas, ideais e técnicas. Aponte o que permanece até o momento e o que foi substi-tuído por ideias mais modernas.

A importância de conhecer a Química

O conhecimento da ciência é construído com base na análise de hipóteses levantadas a respeito de uma observação específica. Assim, a Química se serve da experimentação com o objetivo de simu-lar as condições de uma dada situação, das quais se podem tirar conclusões. Essas conclusões são a primeira parte na construção de um novo conhecimento. Para entender um pouco desse processo, siga todas as orientações do seu professor e realize um experimento simples, como o de análise da combustão de uma vela.

Hipóteses: são suposições

levantadas sobre um fenômeno com

a pretensão de demonstrar que são verdadeiras

ou falsas.

Pelo experimento, você, provavelmente, pôde perceber que o trabalho do cientista não é fácil – ele deve levantar hipóteses, testá-las e, com base nos resultados obtidos, formular novas hipóteses. Esse movimento contínuo faz parte do seu trabalho. É possível considerar que, em ciência, há um constante montar de quebra-cabeças, sem que, entretanto, se conheça o desenho a ser obtido no final da montagem.

ANÁLISE DA COMBUSTÃO DE UMA VELA

Este experimento servirá de base para que você entenda um pouco mais da estrutura da ciência, do levan-tamento de hipóteses e das técnicas experimentais.

Cuidados Como envolve a queima de uma vela, deve-se tomar cuidado

com a chama, já que podem ocorrer acidentes com a sua mani-pulação.

Em Química, usa-se este símbolo quando uma atividade envolve risco de incêndio.

Materiais e reagentes

Vela fixada em um prato ou algo similar

Isqueiro ou caixa de fósforos

Cronômetro

Régua

Copo maior que a vela

Procedimentos

1. Com o auxílio da régua, meça o tamanho da vela.

2. Acenda a vela e, ao mesmo tempo, ligue o cronômetro.

3. Anote todas as observações sobre o sistema em questão.

4. Após 10 minutos, coloque o copo sobre a vela e anote o que ocorre.

Questões para discussão

a) Qual a diferença de tamanho da vela?

b) Quais detalhes você observou durante a queima?

c) Proponha hipóteses sobre como funciona a combustão da vela e o que ocorre com a parafina após a queima.

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O mecanismo de atuação da penicilina e a queima de um combustível são alguns dos fenômenos estudados pela Química. No caso dessa ciência, há subdivisões que facilitam o entendimento dos fenômenos, porém não se deve esquecer de que, para confrontar ideias e embasar hipóteses, há contribuições de outras áreas de conhecimento.

Atualmente, a Química está subdividida em:

Química Orgânica – estuda os compostos presentes no cotidiano, os quais contêm, em sua estrutura, o elemento químico "carbono". Entre es-ses, podem ser citados os plásticos em geral, os combustíveis, a maioria dos medicamentos, dos alimentos e das bebidas. Já foi um ramo associa-do apenas à presença de organismos vivos, mas hoje há um conjunto de pesquisas em novos materiais.

Química Inorgânica – é a parte da Química que estuda as proprieda-des e reações de compostos inorgânicos. Esse ramo já foi chamado de Química Mineral, pois a maioria dos compostos inorgânicos que compõe a crosta terrestre está na forma de minérios e minerais. São usados, por exemplo, para a produção de metais, cimento, joias e certos medicamen-tos. O mundo da ciência cada vez mais está se afastando da fragmenta-ção tradicional e, com isso, novas pesquisas englobam ideias de várias áreas, por exemplo, de Bioinorgânica.

Química Analítica – em séries de TV ou em filmes, é comum aparecer um cientista atuando na descoberta de um crime. Essa é a função de um químico analítico, embora, na vida real, as análises não sejam tão simples quanto, muitas vezes, possam parecer na ficção. Além disso, boa parte da Química Ambiental também é objeto de pesquisa do químico analítico. A análise pode ser dividida em: qualitativa, que determina quais são os componentes de uma amostra, e quantitativa, que indica as quantidades de um elemento, composto ou substância em uma amostra.

Você, por certo, já ouviu falar da descoberta da penicili-na. Ela aconteceu em 1928 pelo cientista Alexander Fleming (1881-1955). Autores de sua biografia contam que ele viajou de férias e esqueceu algumas placas com culturas de micro- -organismos em seu laboratório. Quando retornou, percebeu que uma delas tinha sido contaminada por um bolor (ou tipo de fungo) e, ao redor das colônias, não havia bactérias.

Diante disso, Fleming passou a levantar hipóteses sobre o que poderia ter acontecido. A conclusão a que chegou foi a de que esse fungo, do gênero Penicillium, liberou uma substância que inibiu a reprodução da bactéria.

Observe que o trabalho do cientista em relação a esse caso foi juntar os pedaços para explicar o que estava ocorrendo e, em seguida, aplicar esse conhecimento para o tratamento de doenças provocadas por bactérias. Ele teve duas opções: simplesmente descartar as placas contaminadas ou propor hipóteses que explicassem o que estava ocorrendo.

Colônias de fungos do gênero Penicillium

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A penicilina G é um

antibiótico natural

derivado de um fungo, –

o bolor do pão

Penicillium chrysogenum.

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Plataforma de extra-ção de petróleo

Muitos compostos inorgânicos possuem

aplicações diárias

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As análises químicas em geral são objeto

de estudo da Química Analítica

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QUÍMICA

9

Físico-Química – articula os conhecimentos da Física para explicar os fenômenos observados em sistemas químicos, por exemplo, as trocas de energia e a velocidade de uma reação. Para explicar com mais detalhes a queima de uma vela, são necessários conceitos da Físico-Química.

Bioquímica – estuda os compostos químicos e a sua atuação nos organismos. Esses compostos se dividem em carboidratos, lipídios, proteínas e ácidos nucleicos e são estudados pela Biolo-gia e pela Química.

A combustão de uma vela pode ser explicada pela Físico-Química

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Os compostos bioquímicos, suas reações e pro-priedades são objetos de estudo da Bioquímica ©

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Em um artigo sobre a formação do químico, Andrade e outros pesquisadores sugerem que uma formação plena na área de Quími-ca se dá na relação das diferentes áreas com os conteú dos acadêmicos de Química, Física e Matemática, conforme apresentado na ima-gem a seguir:

A relação entre as diferentes áreas na formação de um químico

Fonte: ANDRADE, Jailson Bittencourt de et al. A formação do químico. Química Nova, São Paulo: SBQ, v. 27, n. 2, p. 360, 2004.

A Química não se constrói isoladamente. Para tanto, é preciso que vários conceitos sejam ar-ticulados. A leitura dessa imagem permite en-tender um pouco da articulação entre as dife-rentes áreas.

Sobre esse assunto, discuta estas questões e responda a elas:

a) Como as Áreas Humanas (História, Ética e Ad-ministração) contribuem para a formação de um profissional mais amplo?

b) A tecnologia é um dos eixos do conhecimento de Química?

c) Cite dois exemplos de pesquisas de que você já tenha ouvido falar por meio da mídia:


1. Nesta tirinha, o personagem Bendito Cujo está em dúvida sobre que profissão escolherá. Com base nessa leitura, responda às questões propostas:

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GONZALES, Fernando. Bendito Cujo. Disponível em: <www.niquel.com.br>. Acesso em: 13 ago. 2010.

a) Qual o entendimento que o personagem tem de Química?

b) Nos alimentos há química. Cite outros produtos do cotidiano em que a química está presente:

2. Com relação à leitura desta charge, marque a alternativa incorreta:

111111111111 NeNNNNNN sta tirinhha

a) Essa charge relaciona-se à transmutação de metais comuns em um metal nobre, um dos objetivos dos alquimistas.

b) Pela leitura da charge, pode-se depreender que o objetivo dos alquimistas foi atingido, embora de forma insuficiente para a manu-tenção das próprias pesquisas.

c) A vestimenta dos personagens e o cenário apresentado estão relacionados ao fato de a alquimia ser considerada a Química da Ida-de Média.

d) A alquimia era um conjunto de técnicas que visava à transformação da matéria.

3. Classifique as alternativas em verdadeiras (V) ou falsas (F). No espaço a seguir, reescreva as afirma-ções falsas de forma que elas se tornem verdadeiras:

a) ( ) O conhecimento químico busca sempre a inovação, por isso cada novo conhecimento produ-zido anula o conhecimento anterior.

b) ( ) A Química Orgânica estuda os compostos que contêm o elemento químico carbono.

c) ( ) A Química Ambiental é um ramo da Química Analítica.

d) ( ) Os compostos inorgânicos não são encontrados no organismo humano.

HARRIS, Sidney. A ciência ri: o melhor de Sidney Harrys. Tradução de Jesus de Paula Assis. São Paulo: UNESP, 2006. p. 174.

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"Infelizmente, este laboratório é financiado apenas pelo ouro que somos capazes de fazer a partir do chumbo."


QUÍMICA

11


É muito comum se observar que a natureza é formada por diferentes materiais e que a Química está imersa no cotidia-

Por meio desse experimento, você deve ter percebido que, mesmo não sendo aparente, o ar é constituído de matéria. Embora o ar seja invisível e extremamente leve, possui massa e ocupa espaço no balão.

Pode-se dizer, portanto, que tudo o que: tem massa ocupa um lugar no espaço, isto é, possui volume; tem massa e volume é matéria;

modifica a matéria envolve energia.

A Química é, portanto, a ciência que estuda a cons-tituição da matéria, suas transformações, as relações entre os diversos tipos de materiais encontrados na natureza e a energia, por isso está presente em todas as situações do dia a dia.

Materiais 2 balões de borracha (bexigas) Balança digital (se possível)

Procedimentos

1. Encha um balão de borracha (bexiga) e solte um pouco de ar, de modo que não fique no seu tamanho máximo.

2. Amarre-o com um nó, a fim de que o ar não escape.

3. Caso disponha de uma balança digital, meça a massa dos balões vazio e cheio.

4. Aperte o balão vazio e observe.

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A matéria, suas transfor-mações, propriedades e sua composição

2no. Essa variedade de materiais constitui o que se chama de matéria. Porém, aprender essa ciência dita experimental não corresponde simplesmente a observar a natureza e tudo o que a rodeia. Para entender um pouco melhor o que vem a ser matéria e o que a Química estuda, faça o experimento a seguir.

5. Aperte levemente o balão cheio e observe.

Questões para discussão a) Qual foi a massa registrada pela balança digital

dos balões vazio e cheio?

b) A sensação que você teve ao apertar o balão cheio foi a mesma sentida ao apertar o balão vazio? Justifique:

c) Seria correto afirmar que o ar não ocupa lugar, pois é invisível?

d) O que você tem a dizer sobre a afirmação: “O ar não pesa”?

Estados físicos da matéria

Se você prestar atenção ao que está ao seu redor, perceberá que muitas transformações estão ocorrendo a todo instante. Algumas acontecem natu-ralmente, como a digestão de um alimento, o amadurecimento de uma fruta, a decomposição de um organismo, a formação da ferrugem, etc. Outras só ocorrem com a interferência do homem, como a produção de medicamentos, plásticos, papéis, tintas, aço e tantas outras matérias.

É importante considerar, ainda, que a Química é uma ciência que está em constante renovação e deve ser tratada com critério e responsabilidade para que se faça proveito dos benefícios que ela pode trazer. É preciso, portanto, conhecê-la muito bem a fim de que o seu uso aconteça de maneira correta, com qualidade e em harmonia com o meio ambiente.

Derretimento de gelo nas calotas polares: uma das consequências do aquecimento global

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Estados sólido,

líquido e gasoso

da matéria

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QUÍMICA

Mudanças de estados físicos A matéria é encontrada em três estados físicos:

sólido, líquido e gasoso, dependendo do maior ou menor grau de agregação. Esses três estados físicos se relacionam entre si, e cada mudança de estado recebe um nome particular.

1. A passagem da água sólida para a água líquida é uma mudança de estado físico denominada .

2. A passagem da água do estado líquido para o de vapor é chamada .

3. A passagem da água do estado de vapor para o líquido é conhecida como .

4. É muito comum confundir-se evaporação com ebulição. Explique a diferença entre esses dois tipos de vaporização:

5. O aquecimento global já apresenta sinais visíveis em grande parte do planeta. As geleiras demoram mais a congelar no inverno; no entanto, descongelam, rapidamente, na primavera. As mudanças de estados físicos descritas acima correspondem, respectivamente, à:

a) solidificação e à ebulição. b) sublimação e à solidificação.

c) solidificação e à fusão. d) fusão e à vaporização.

e) sublimação e à condensação.

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Fatores relacionados às

mudanças de estados físicos

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Transformações da matéria

Sempre que a matéria passa por uma transformação, diz-se que ocorre um fenômeno físico ou químico. O fenômeno será físico quando a substância mudar de estado, sofrer alterações nas suas carac-

terísticas macroscópicas (forma, volume, etc.) e microscópicas (arranjo das partículas), não ocorrendo, contudo, alteração em sua composição. Na ilustração ao lado, as mudanças que estão ocorrendo com a água são consideradas exemplos de fenômenos físicos. Em geral, estes são reversíveis, ou seja, a matéria retorna à sua forma original após a ocorrência do fenômeno.

Em um fenômeno químico, há alteração na natureza da matéria e na sua composição. Ocorrerá quando uma ou mais substâncias se transformam em nova(s) substância(s), deixando de ser o que era(m) para ser algo diferente. Nesse processo, pode-se dizer que acontece uma reação química.

Transformações

físicas

@QUI695

A água está em constante transformação

Div

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Considere estes fenômenos e classifique-os em físico (F) ou químico (Q):

a) ( ) Derretimento do gelo.

b) ( ) Secagem de roupa no varal.

c) ( ) Queima da gasolina (combustão).

d) ( ) Queda de uma pedra.

e) ( ) Fotossíntese realizada pelas plantas.

Propriedade específica da matéria

Com os dados dos PF e PE de determinada substância, pode-se prever o estado físico da matéria para qualquer tempe-ratura no sistema analisado.

Observação: ponto de fusão (PF) e ponto de ebulição (PE) de algumas

substâncias ao nível do mar (1 atm).

Se a temperatura dada estiver abaixo do ponto de fusão, a substância estará no estado sólido. Entre os pontos de fusão e de ebulição, estará no estado líquido. Porém, se estiver acima do ponto de ebulição, estará no estado gasoso.

Combustão

de magnésio

metálico

@QUI960

f) ( ) Produção do etanol com base na cana--de-açúcar (oxidação).

g) ( ) Corte do papel.

h) ( ) Azedamento do leite (fermentação).

i) ( ) Formação da ferrugem (oxidação do fer-ro).

j) ( ) Crescimento da massa de pão (fermen-tação).

Para a identificação da composição da matéria, é preciso definir as propriedades físicas: ponto de fusão, ponto de ebulição e densidade.

Ponto de fusão e ebulição A temperatura constante na qual uma espécie de matéria

(no caso, a água pura) passa do estado líquido para o estado de vapor denomina-se ponto de ebulição (PE). E a tempe-ratura constante na qual uma espécie de matéria passa do estado sólido para o estado líquido é conhecida como ponto de fusão (PF).

Assim, pode-se dizer que, ao nível do mar, o ponto de ebulição para a água pura é igual a 100ºC, e o ponto de fu-são é 0ºC. Nessas mesmas condições, os pontos de fusão e ebulição de algumas substâncias são apresentados a seguir:

Substâncias PF (ºC) PE (ºC)

Hidrogênio –259 –253

Oxigênio –219 –183

Nitrogênio –210 –196

Etanol –114 78

Mercúrio –39 357

Água 0 100

Chumbo 327 1 749

Alumínio 660 2 519

Cloreto de sódio 801 1 465

Prata 962 2 162

Ouro 1 064 2 856

Cobre 1 085 2 562

Ferro 1 538 2 861

Tungstênio 3 422 5 555


As substâncias iniciais envolvidas em um fenômeno químico são denominadas reagentes, e aque-las formadas após a reação são conhecidas como produtos. Para representar uma reação química, utiliza-se uma equação – os reagentes são anotados no lado esquerdo; e os produtos, no lado direito. São separados por uma seta que indica a orientação do fenômeno.

Reagentes Produtos

Experimentos mostram que a transformação de ferro na presença de gás oxigênio e vapor-d'água (do ar) formam a ferrugem. Assim, o processo pode ser equacionado da seguinte maneira:

Ferro + gás oxigênio + vapor-d'água Ferrugem Substâncias que desaparecem Substância formada

LocalidadeAltitude em

relação ao nível do mar (m)

Temperatura aproximada de

ebulição da água (ºC)

Rio de Janeiro 0 100

São Paulo 760 97

Campos de Jordão 1 628 95

Cidade do México 2 240 92

La Paz 3 636 88

Pico do Everest 8 848 82

É conveniente salientar que, em locais diferentes, a temperatura de ebulição de um líquido puro é também diferente. Isso ocorre porque um líquido puro entra em ebulição (ferve), quando a temperatura na qual a pressão máxima de seus vapores (mudança de fase líquido-vapor) é igual à pressão atmosférica que atua sobre a superfície do líquido. Ou seja, em regiões em que a pressão ambiente é diferente da pressão ao nível do mar, as temperaturas de ebulição também são alteradas. É o que ocorre, por exemplo, quando se sobe uma montanha. No seu topo (altitude maior), a pressão local é menor que a pressão atmosférica ao nível do mar, assim a temperatura de ebulição de um líquido puro também diminui.

Observe, no quadro ao lado, o ponto de ebulição da água em alguns locais do mundo.

1. Considerando os dados deste quadro sobre a altitude média de algumas cidades brasileiras, responda:

Cidade Altitude (m)

Curitiba 934

São Paulo 760

Foz do Iguaçu 164

Campos do Jordão 1 628

Brasília 1 174

Belo Horizonte 858

Fonte: Apolo11.com. Disponível em: <http://www.apolo11.com>. Acesso em: 8 ago. 2010.

a) Em qual das cidades apresentadas a água fer-verá na temperatura mais elevada? Justifique:

b) Em qual das cidades apresentadas a água fer-verá na temperatura mais baixa? Justifique:

c) Considerando-se as praias do Nordeste, a água ferverá em temperatura mais alta ou mais baixa que nas cidades citadas na tabela?

2. Com o auxílio do ponto de fusão (PF) e do ponto de ebulição (PE) das substâncias apre-sentadas, complete esta tabela com os esta-dos físicos de cada substância na temperatura ambiente (25ºC):

Substância PF (ºC) PE (ºC) Estado físico

Oxigênio –219 –183

Nitrogênio –210 –196

Etanol –114 78

Mercúrio –39 357

Chumbo 327 1 749

Alumínio 660 2 519

Cloreto de sódio 808 1 465

DensidadeOutra propriedade física que pode ser utilizada para iden-

tificar a matéria é a densidade. Densidade (d) é a relação entre a massa e o volume

de determinado corpo, a uma dada pressão e tempe-ratura.

Matematicamente, pode ser assim representada:

d = mV

Na realidade, a densidade é uma grandeza que informa o quanto de massa existe em certo volume de matéria, por isso sua unidade pode ser representada em: g/cm3, g/mL, g/L ou kg/L.

Confunde-se muito o termo “densidade” com “massa específica”, que é a razão entre a massa e o volume para determinada espécie de matéria. Por exemplo, uma caixa de giz é constituída de madeira (espécie de matéria), que possui sua massa específica, porém a caixa (corpo), por apresentar espaço vazio, possui determinada densidade. Para os físicos, em alguns casos, é importante ressaltar a diferença entre densidade e massa específica; porém, para os químicos, essa diferença não é relevante.

Densidade

de diferentes

substâncias

@QUI513


QUÍMICA

15

Materiais e reagentes

Balança digital

Proveta

Material sólido, por exemplo: um parafuso de ferro, uma bola de gude, uma moeda, etc.

DETERMINAÇÃO DA DENSIDADE DE UM SÓLIDO

Várias são as maneiras de se determinar a densidade de um material. Em algumas situações, existem aparelhos que o fazem diretamente. Em outras, algumas medidas são determinadas e, com elas, calcula-se a densidade.

Procedimentos

1. Determine a massa do objeto sólido.

2. Coloque água na proveta, até cerca de 13

de sua capacidade.

3. Anote o volume atingido, na graduação da proveta. Esse será conside rado o

volume inicial (Vinicial).4. Coloque, com cuidado, o objeto sólido na proveta.5. Anote o novo volume atingido pela água. Esse será o volume final (Vfinal).

Questões para discussãoa) Ao adicionar o objeto sólido na proveta com água, ele afundou ou flutuou? Por quê?b) Qual é o volume do objeto sólido?c) Qual o valor da densidade, em g/cm3, do material de que é feito o objeto sólido escolhido? Justifique por meio de cálculos:

Balança digital – utilizada para medir a massa das substâncias com precisão

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Proveta – serve para

medir volumes de líquidos ©

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c) QQQQual o valor da d

1. (ENEM) O ciclo da água é fundamental para a preserva-ção da vida no planeta. As condições climáticas da Terra permitem que a água sofra mudanças de fase e a compreensão dessas transformações é fundamental para se entender o ciclo hidrológi-co. Numa dessas mudanças, a água ou a umidade da terra absorve o calor do sol e dos arredores. Quando já foi absorvido calor suficiente, algumas das moléculas do líquido podem ter energia ne-cessária para começar a subir para a atmosfera.Disponível em: <http://www.keroagua.blogspot.com>. Acesso em: 30 mar. 2009. (Adaptação).

A transformação mencionada no texto é a:

a) fusão. b) liquefação.

c) evaporação. d) solidificação.

e) condensação.

2. (UESC – BA) A figura a seguir representa o ciclo da água na natureza, que envolve um conjunto de processos cíclicos, como o da evaporação e o da condensação:


A análise da figura, com base nos estados físicos da matéria, permite concluir:(01) A evaporação da água tem como consequên-

cia o aumento do volume de rios e de mares.(02) As águas superficiais, na biosfera, são con-

sideradas minerais porque contêm uma va-riedade muito grande de sais.

(03) O processo de formação de nuvens consti-tui uma transformação química.

(04) A água pura, ao atingir o ponto de ebuli-ção, entra em decomposição.

(05) A formação da água de chuva é o resultado do fenômeno de condensação.

DesafioDesafio

3. (ENEM) Com base em projeções realizadas por especialistas, prevê-se, para o fim do século XXI, aumento de temperatura média, no planeta, entre 1,4°C e 5,8°C. Como consequência desse aquecimento, possivelmente o clima será mais quente e mais úmido bem como ocorrerão mais enchentes em algumas áreas e secas crônicas em outras. O aquecimento também provocará o desaparecimento de algumas geleiras, o que acarretará o aumento do nível dos oceanos e a inundação de certas áreas litorâneas.As mudanças climáticas previstas para o fim do século XXI:

a) provocarão a redução das taxas de evapora-ção e de condensação do ciclo da água.

b) poderão interferir nos processos do ciclo da água que envolvem mudanças de estado físico.

c) promoverão o aumento da disponibilidade de alimento das espécies marinhas.

d) induzirão o aumento dos mananciais, o que solu-cionará os problemas de falta de água no planeta.

e) causarão o aumento do volume de todos os cursos de água, o que minimizará os efeitos da poluição aquática.

4. (UFES) Dada a tabela a seguir, em relação ao es-tado físico das substâncias (pressão = 1 atm), a alternativa correta é:

Substância Temperatura de fusão (°C)

Temperatura de ebulição (°C)

I –218 –183

II –63 61

III 41 182

IV 801 1 473

V 1 535 2 885

a) I é sólido a 30°C. c) III é sólido a 25°C.b) II é líquido a 100°C. d) IV é líquido a 480°C.e) V é gasoso a 2 400°C.

5. (UFES) Observe os gráficos abaixo, que registram o aquecimento e o resfriamento da água pura:

As etapas (I), (II), (III) e (IV) correspondem, res-pectivamente, às seguintes mudanças de esta-dos físicos: a) Fusão, ebulição, condensação e solidificação.b) Condensação, solidificação, fusão e ebulição.c) Solidificação, condensação, fusão e ebulição.d) Fusão, ebulição, solidificação e condensação.e) Ebulição, condensação, solidificação e fusão.

6. (UESPI) “Era uma triste imagem: um carro velho quei-mando gasolina (1) e poluindo o ambiente. A la-taria toda amassada (2) e enferrujada (3). A água do radiador fervendo (4). Para tristeza de João, o dono do carro, estava na hora de aposentar aquela lata-velha a que ele tanto tinha afeição.”

Observa-se nesse pequeno texto que (1), (2), (3) e (4) são respectivamente fenômenos:

a) químico, físico, físico e físico. b) químico, físico, químico e físico. c) físico, químico, químico e físico. d) físico, químico, físico e químico. e) físico, químico, químico e químico.

7. (UESPI) Um estudante listou os seguintes proces-sos como exemplos de fenômenos que envolvem reações químicas:(1) Uma fotografia colorida exposta ao sol desbota.(2) A água sanitária descolore uma jaqueta vermelha.(3) O filamento de uma lâmpada acesa passa de

cinza para amarelo incandescente.(4) Uma maçã cortada escurece com o passar do

tempo.(5) O sal é obtido por evaporação da água do mar.

(6) Bolinhas de naftalina vão diminuindo de ta-manho.

Quantos equívocos o estudante cometeu?

a) 0 b) 1 c) 2 d) 3 e) 4


QUÍMICA

17

8. (ENEM) Produtos de limpeza, indevidamente guardados ou manipulados, estão entre as prin-cipais causas de acidentes domésticos. Leia o re-lato de uma pessoa que perdeu o olfato por ter misturado água sanitária, amoníaco e sabão em pó para limpar um banheiro: A mistura ferveu e começou a sair uma fumaça asfixiante. Não conseguia respirar e meus olhos, nariz e garganta começaram a arder de maneira insuportável. Saí correndo à procura de uma ja-nela aberta para poder voltar a respirar.

O trecho sublinhado poderia ser reescrito, em lin-guagem científica, da seguinte forma:

a) As substâncias químicas presentes nos produ-tos de limpeza evaporaram.

b) Com a mistura química, houve produção de uma solução aquosa asfixiante.

c) As substâncias sofreram transformações pelo contato com o oxigênio do ar.

d) Com a mistura, houve transformação química que produziu rapidamente gases tóxicos.

e) Com a mistura, houve transformação química, evidenciada pela dissolução de um sólido.

DesafioDesafio

9. (UESC – BA) Os alimentos desidratados vêm mu-dando os hábitos de consumidores que neles identificam a qualidade de sabor e de textura dos alimentos originais, além do alto valor nutritivo. O processo de liofilização que é utilizado na sua produção consiste em congelá-los a –197°C, à pressão abaixo de 4,0 mmHg e, em seguida, au-mentar a temperatura até que toda a água sólida passe diretamente para a fase de vapor, quando, então, é eliminada.

A partir da análise dessas informações, é correto afirmar que, no processo de liofilização:

(01) a água passa por transformações químicas em que é decomposta.

(02) a água sólida passa diretamente para a fase de vapor, por meio da sublimação.

(03) os alimentos se decompõem parcialmente com a perda de água.

(04) as propriedades químicas da água e as pro-priedades organolépticas dos alimentos são modificadas depois de submetidos a esse processo.

(05) os pontos de fusão e de ebulição da água pura independem da variação de pressão dessa substância.

10. (UESPI) A água é um recurso natural fundamen-tal para a existência da vida. Mesmo sendo tão importante, existem inúmeras situações que cau-sam a poluição das nossas águas. Considerando a densidade da água, à temperatura ambiente, igual a 1 g/mL, quais dos poluentes da tabela abaixo flutuariam na sua superfície? Observe os dados da tabela ao fazer sua análise:

Poluente Densidade (g/mL) à temperatura ambiente

Gasolina 0,80

Óleo comestível 0,90

Vidro pirex 2,10

Mercúrio 13,60

a) Vidro pirex e mercúrio.b) Gasolina, óleo comestível e vidro pirex. c) Gasolina e óleo comestível.d) Mercúrio e gasolina.

e) Óleo comestível, gasolina e mercúrio.

DesafioDesafio

11. (ENEM) A gasolina é vendida por litro, mas em sua utilização como combustível, a massa é o que im-porta. Um aumento da temperatura do ambiente leva a um aumento no volume da gasolina. Para diminuir os efeitos práticos dessa variação, os tan-ques dos postos de gasolina são subterrâneos. Se os tanques não fossem subterrâneos: I. você levaria vantagem ao abastecer o carro

na hora mais quente do dia, pois estaria com-prando mais massa por litro de combustível.

II. abastecendo com a temperatura mais baixa, você estaria comprando mais massa de com-bustível para cada litro.

III. se a gasolina fosse vendida por kg em vez de por litro, o problema comercial decorrente da dilatação da gasolina estaria resolvido.

Dessas considerações, somente:

a) I é correta. c) III é correta.b) II é correta. d) I e II são corretas. e) II e III são corretas.

12. (ENEM) O controle de qualidade é uma exigência da sociedade moderna na qual os bens de con-sumo são produzidos em escala industrial. Nesse controle de qualidade são determinados parâme-tros que permitem checar a qualidade de cada produto. O álcool combustível é um produto de amplo consumo muito adulterado, pois recebe adição de outros materiais para aumentar a mar-


gem de lucro de quem o comercializa. De acordo com a Agência Nacional de Petróleo (ANP), o ál-cool combustível, deve ter densidade entre 0,805 g/cm3 e 0,811 g/cm3. Em algumas bombas de combustível, a densidade do álcool pode ser veri-ficada por meio de um densímetro similar ao de-senhado abaixo, que consiste em duas bolas com valores de densidade diferentes e verifica quando o álcool está fora da faixa permitida. Na imagem, são apresentadas situações distintas para três amostras de álcool combustível:

A respeito das amostras ou do densímetro, pode--se afirmar que:

a) a densidade da bola escura deve ser igual a 0,811 g/cm3.

b) a amostra 1 possui densidade menor do que a permitida.

c) a bola clara tem densidade igual à densidade da bola escura.

d) a amostra que está dentro do padrão estabele-cido é a de número 2.

e) o sistema poderia ser feito com uma única bola de densidade entre 0,805 g/cm e 0,811 g/cm3.

Composição e classificação da matéria

As propriedades específicas (PF, PE e densidade) que você estudou anteriormente permitem a caracterização da matéria, pois não dependem da quantidade, mas somente da sua natureza. Em alguns materiais, as propriedades fí-sicas são constantes; em outros, variam. Essa diferença de comportamento está na pureza do material.

Substâncias puras e

misturasUm material purificado possui propriedades específi-

cas bem definidas, sendo constituído, basicamente, por um mesmo tipo de matéria. É o que se chama de substância pura. Assim, todo material cuja fusão e ebulição ocorrem em uma temperatura constante, isto é, desde o início da mudança de estado até o seu final não se observa variação de temperatura, é considerado uma substância pura, ou simplesmente substância.

No entanto, a maioria dos materiais utilizados no dia a dia constitui uma mistura de substâncias. Nesses materiais, não purificados, as propriedades específicas variam, pois são formados por mais de um tipo de matéria. Então, nas misturas, há variação da temperatura durante a fusão e a

ebulição. Com isso, caracterizam-se por apresentar uma faixa de temperatura em que ocorrem as mudanças de estados físicos.

Representação gráficaNo campo da ciência, gráficos são utilizados de forma

frequente, nos mais variados assuntos. Por isso, é muito importante a organização e a manipulação de medições, uma vez que as representações gráficas são um meio de comunicação. Na Química, a interpretação gráfica é essen-cial. Por exemplo, para distinguir uma substância de uma mistura, utilizam-se gráficos que relacionam a temperatura (ºC) e o tempo (min). No plano cartesiano, a temperatura é registrada no eixo das ordenadas (eixo y) e o tempo, no eixo das abscissas (eixo x).

No gráfico 1, podem-se observar dois patamares (perío-dos em que a temperatura está constante). Isso significa que, durante as mudanças de estado, não ocorreram variações nas temperaturas de fusão e ebulição. Portanto, conclui-se que a representação gráfica corresponde a uma substância pura.

Em uma mistura, a característica comum em gráficos é apresentar uma faixa de temperatura em que ocorre a fusão e a ebulição, conforme o gráfico 2.


QUÍMICA

19

Gráfico 2

Diagrama de mudança de estado de uma mistura

Gráfico 1

Diagrama de mudança de estado de uma substância pura

Misturas especiaisExistem algumas misturas de sólidos que apresentam ponto de fusão constante, ou seja, fundem-se à

mesma temperatura. São as chamadas misturas eutéticas. Já algumas misturas de líquidos possuem ponto de ebulição constante, ou seja, fervem à mesma temperatura. Essas são denominadas misturas azeotrópicas.

1. Analise os gráficos correspondentes à curva de aquecimento de dois materiais:

Gráfico 1 – Diagrama de mudança de estado

Gráfico 2 – Diagrama de mudança de estado

A que conclusão é possível chegar a respeito da classificação desses materiais? Justifique:

2. Construa um gráfico de temperatura (ºC) e tem-po (min) que represente o aquecimento da água pura, considerando o estado inicial sólido e a pressão ao nível do mar (1 atm). Indique, no grá-fico, os estados físicos e os nomes particulares das mudanças ocorridas:

Gráfico de mudança de fase da água

3. Dado o diagrama de aquecimento do cloreto de sódio (NaCℓ), é possível concluir que:

Gráfico de mudança de fase do cloreto de sódio

a) ( ) o gráfico representa o aquecimento de uma substância pura.

b) ( ) 808ºC é a temperatura de ebulição do material.

c) ( ) a transformação de A para B é um fenô-meno químico.

d) ( ) o material se congela a 808ºC.e) ( ) a 100ºC o cloreto de sódio se encontra

no estado gasoso.


Água e ácido acético

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Propano e butano

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Cobre e estanho

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75% de ouro e 25% de cobre e/ou prata

75% de ouro e 25% de cobre e/ou prata

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Nitrogênio e oxigênio

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ldMisturas homogêneas e heterogêneas

É importante lembrar que as misturas não apresentam propriedades físicas definidas (como ponto de fusão, ponto de ebulição e densidade), ao contrário das substâncias puras. Isso se deve ao fato de que uma mistura é a reunião física de mais de uma substância, consequentemente não tem composição fixa. Cada substância que compõe uma mistura é denominada componente.

Se os componentes presentes em uma mistura apresentarem aspecto uniforme e com as mesmas propriedades em todos os seus pontos, tem-se uma mistura homogênea, também conhecida como solução. Por exemplo, em um copo de água açucarada existem dois compo-nentes – a água e o açúcar –, porém a mistura é límpida, transparente, uniforme e apresenta o mesmo gosto em toda a sua extensão. Não é o que ocorre em um copo com água e óleo. Além de apresentar um aspecto não uniforme, a camada de óleo apresenta propriedades diferentes em relação à água. Tem-se o que se chama de uma mistura heterogênea.

Sistema e faseUm sistema pode ser constituído por uma substância pura ou por uma mistura de substân-

cias. Pode-se dizer que sistema é uma porção limitada de matéria que foi escolhida para ser estudada. Os sistemas também podem ser classificados em homogêneos e heterogêneos, de acordo com os mesmos critérios utilizados para as misturas.

Cada porção visualmente homogênea de um sistema é chamada de fase. Assim, uma mistura homogênea apresenta uma só fase, enquanto uma mistura heterogênea apresenta mais de uma fase.

Para uma substância pura, deve-se ter mais atenção. Se uma amostra de substância apresentar estados físicos diferentes, haverá mais de uma fase. Na realidade, cada estado físico presente corresponde a uma fase. Por exemplo: água e gelo formam um sistema heterogêneo, pois este é constituído de duas fases. Entretanto, trata-se de um único componente, isto é, uma substância pura. Conclui-se que o número de fases não é obrigatoriamente igual ao número de componentes.

Etanol e água

P. Im

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Misturas

homogêneas e

heterogêneas

@QUI543


QUÍMICA

21

1. É muito importante não confundir os componen-tes e as fases existentes em um sistema.

Componente: cada substância presente no sistema.Fase: cada parte homogênea do sistema.

De acordo com as definições apresentadas, indique o número de componentes e de fases presentes em cada uma das ilustrações:

a) Componentes:

Fases:

Óleo + gelo + água

b) Componentes:

Fases:

Óleo + gelo + água salgada

c) Componentes:

Fases:

Álcool hidratado, ou seja, álcool + água

d) Componentes:

Fases:

Água gaseificada

e) Componentes:

Fases:

Gelo + água

2. De acordo com as ilustrações, classifique os sis-temas em homogêneo ou heterogêneo e iden-tifique a sua constituição, classificando-os em substância pura ou mistura:

a) Classificação:

Constituição:

Óleo + gelo + água

b) Classificação:

Constituição:

Óleo + gelo + água salgada

c) Classificação:

Constituição:

Álcool hidratado, ou seja, álcool + água

d) Classificação:

Constituição:

Água gaseificada

e) Classificação:

Constituição:

Gelo + água

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Separação de misturas

Na natureza, dificilmente encontram-se substâncias puras. Por isso, um dos grandes desafios da Química é a obtenção de cada um dos componentes de uma mistura.

Para a separação desses componentes, ou seja, para a obtenção de cada uma das substâncias puras que deram origem à mistura, utiliza-se um conjunto de processos físicos, que não alteram a composição das substâncias. Esse conjunto é denominado de análise imediata.

É importante salientar que a escolha do método de separação depende, primeiramente, do tipo de mistura a ser separada. Devem-se considerar também as condições materiais e econômicas disponíveis e o tempo gasto para a realização efetiva da separação.

Separação de misturas heterogêneasOs processos de separação de misturas heterogêneas, em geral, são mais fáceis de serem realizados

e controlados, pois consegue-se distinguir as fases enquanto o processo está ocorrendo.

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Em uma estação de tratamento de água destinada ao consumo humano, há vários processos de separação

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Decantação de uma mistura heterogê-nea sólido-líquido

Decantação de uma mistura heterogênea líquido-líquido

Béquer Frasco para realizar experimentos

Funil de decantação Aparelho usado para a separação de líquidos imiscíveis

Suporte universal com garra Serve para a sustentação dos aparelhos a serem utilizados em um experimento

DecantaçãoMétodo utilizado para a separação de uma mis-

tura heterogênea sólido-líquido, por exemplo: areia e água. Nesse processo, pela ação da gravidade, o sólido, quando mais denso, deposita-se no fundo do recipiente, ou seja, sedimenta-se. Após a se-dimentação da fase sólida, a fase líquida pode ser transferida para outro recipiente.

Esse processo também é utilizado para a sepa-ração líquido-líquido, por exemplo: água e óleo. A técnica é realizada por meio de um tipo especial de funil, o funil de decantação, antigamente conhecido como funil de bromo. O líquido mais denso fica na parte inferior e é escoado, sendo recolhido em um frasco (por exemplo: béquer). O método é controlado pela abertura de uma torneira, que fica na parte in-ferior do funil de decantação.

Separação de

misturas –

decantação

@QUI873


QUÍMICA

23

No mundo moderno, a separação de misturas passou a ser essencial às demandas de desen-volvimento sustentável, controle de poluição, controle ambiental e na solução de problemas

que se agravam no planeta, como a da disponi-bilidade de água potável. Por isso, antes de chegar às casas, a

água passa por uma estação de tratamento (ETA). O tratamento é feito na água doce encontrada na natureza, que pode conter substâncias as quais tornam sua ingestão prejudicial à saúde. Para chegar às residências, limpa e sem cheiro, a água passa cerca de três horas dentro de uma estação, o que inclui fases de decantação da sujeira, filtragem e adição de cloro e flúor, entre outras etapas.

CentrifugaçãoA centrifugação é usada para a separação de uma mistura heterogênea sólido-

-líquido. Na realidade, é um processo mais apurado que a decantação simples, pois necessita de uma centrífuga. Esse aparelho, quando ligado, possui alta ro-tação, empurrando os sólidos não dissolvidos para o fundo de um tubo de ensaio. Após, pela ação da gravidade, verifica-se que todo o sólido foi sedimentado.

Uma aplicação prática da centrifugação é a sua utilização para centrifugar a roupa. Esse processo simples faz com que a maior parte da água contida na roupa molhada seja retirada pelas forças que atuam no sistema.

FiltraçãoÉ um dos métodos de

separação mais utiliza-dos nos laboratórios de Química e também coti-dianamente. Serve para a separação da fase sólida (grosseira) da fase líquida. Ao despejar a mistura so-bre uma superfície porosa apropriada, o filtro permite que a fase líquida (filtrada) o atravesse, porém retém a fase sólida (resíduo). O exemplo mais simples aplicado ao dia a dia é a preparação do café.

A filtração também pode ser utilizada para separar uma mistura heterogênea sólido-gás (poeira e ar). Para esse caso, tem-se o aspirador de pó, que contém em seu interior um filtro o qual retém as partículas sólidas, separando a poeira do ar.

Dissolução fracionadaÉ usada para a separação de dois ou mais sólidos. Baseia-se na diferença de facilidade com

que um dos componentes da mistura se dissolve em um líquido. Um exemplo simples que ilustra tal método é a separação do sal da areia. Adiciona-se água à mistura. A água dissolve o sal, mas não dissolve a areia. Após, a mistura é filtrada. A areia fica retida no filtro, e a solução de sal (salmoura) passa por ele. A água pode ser eliminada por evaporação ou ebulição, restando o sal pronto para ser usado novamente.

Dissolução fracionada

Esse processo também é conhecido como extração por solventes, em que se utiliza um solvente apropriado para extrair, por exemplo, um ou mais princípios ativos de uma planta.

No preparo do café, mesmo depois da extração dos componentes ativos, ainda há sólidos que não são dissolvidos, por isso existe a necessidade de um filtro.

Aparelho que acelera a sedimentação dos sólidos não dissolvidos

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O processo de aspirar o pó consiste na se-paração de um sólido, que fica retido no filtro, de um gás

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Na preparação do café, há dois proces-sos de separação – a dissolução fracionada e a filtração

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Filtração simples

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Separação de

misturas –

filtração

@QUI556

Separação de misturas

– centrifugação

@QUI639


Separação de misturas homogêneasPara a separação de misturas homogêneas, podem ser utilizados vários processos, porém, em

geral, são mais dispendiosos e necessitam de um fornecimento maior de energia, se comparados aos processos de separação para misturas heterogêneas.

Destilação simplesÉ usada para a separação de uma mistura homogênea formada por um sólido e um líquido ou entre

dois líquidos, desde que haja uma diferença considerável entre os pontos de ebulição. Em um laboratório, a aparelhagem usada é a seguinte:

A destilação simples é

usada para obter água

pura e sal da água do mar

O manual sobre o Sistema Separador de Água e Óleo da CAESB (Companhia de Saneamento Ambiental do Distrito Federal) orienta quanto à forma correta de instalação de caixas de areia e caixas separadoras de óleo, impedindo o lançamento de óleos lubrificantes e graxas na rede de esgoto.

A caixa separadora de óleo tem função de separar os óleos e as graxas do restante dos despejos prove-nientes da caixa de areia. Os óleos e as graxas tendem a flutuar na parte líquida da caixa.

Considerando as informações apresentadas:

a) classifique a mistura presente para a utilização da caixa separadora de óleo:

b) qual o método utilizado para esse sistema separador? Explique:

Caixa separadora de óleo

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D.

Separação de

misturas –

destilação

@QUI657


QUÍMICA

25

Nessa técnica, a mistura é aquecida. Os vapo-res produzidos no balão de destilação passam pelo condensador, no qual são resfriados pela passagem de água corrente no tubo externo (mangueira). Ao se liquefazerem, são recolhidos no erlenmeyer. O componente sólido da mistura, por não ser volátil, não evapora, permanecendo no balão de destilação.

Destilação fracionadaQuando os pontos de ebulição de dois líquidos

são muito próximos ou quando há muitos com-ponentes em uma mistura homogênea líquido- -líquido, há a necessidade de um processo de des-tilação fracionada, que consiste em uma coluna que separa cada fração em função dos diferentes pontos de ebulição. Com isso, o líquido de menor temperatura de ebulição (mais volátil) é separado primeiramente.

Conhecendo-se a temperatura de ebulição de cada líquido, pode-se verificar, pelo termômetro, a sequência de destilação de cada fração.

Recentemente, o Brasil anunciou a sua autossuficiência na produção de petróleo. Com isso, aumentou a demanda de trabalho na área de petróleo e gás. Houve, portanto, a necessidade de profissionais que trabalhassem com essa área específica e surgiram novas profissões, como engenheiro de petróleo ou bacharel em petróleo e gás. Os profissionais dessa área trabalham com muitos processos de separação de misturas e, por isso, precisam conhecer a fundo os métodos de separação.

1. (UNIT – SE) No processo de fabricação de um computador de uso pessoal, são consumidos 240 quilos de combustíveis fósseis, 22 quilos de produtos químicos diversos e 1 500 quilos de água. Entre os produtos químicos utilizados en-contram-se metais preciosos (ouro, prata, plati-na e paládio), metais pesados (cobre, estanho, gálio, índio, zinco e chumbo), além de diversos outros, como polímeros. A grande quantidade de materiais utilizados e a periculosidade de ou-tros faz com que computadores sejam produtos não sustentáveis ambientalmente.

1 (UNIT SE O gráfico abaixo representa a variação de esta-do físico de uma solda utilizada na fabricação de um computador de uso pessoal, em função da temperatura:

A destilação fracionada é usada para separar misturas homogêneas, como água, álcool, petróleo, etc.

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0. 3

D.

Destilação

fracionada do

petróleo bruto

@QUI741


Pode-se afirmar que essa solda é uma:

a) substância pura.

b) substância ultrapura.

c) substância pura, apenas até a temperatura A.

d) mistura, apenas até a temperatura A.

e) mistura.

2. (UNIMES – SP) A classificação da matéria é defini-da baseando-se em variações de certas proprie-dades específicas.

Classificação Exemplo

Substância pura A – água pura

Mistura comum B – água do mar

Mistura azeotrópica C – álcool etílico (96% de álcool e 4% de água)

Mistura eutética D – solda (36% chumbo e 63% estanho)

Considerando as temperaturas de fusão e de ebulição, assinale a alternativa correta:

a) B e C têm temperaturas constantes durante a ebulição.

b) D e A têm temperaturas constantes durante a fusão.

c) A, B e C têm temperaturas variáveis durante a ebulição.

d) D, B e C têm temperaturas variáveis durante a fusão.

e) B e C têm a mesma temperatura durante a ebulição, pois são misturas.

3. (UNESP) No campo da metalurgia, é crescente o interesse nos processos de recuperação de me-tais, pois é considerável a economia de energia entre os processos de produção e de recicla-gem, além da redução significativa do lixo me-tálico. E este é o caso de uma microempresa de reciclagem, na qual se desejava desenvolver um método para separar os metais de uma sucata, composta de aproximadamente 63% de esta-nho e 37% de chumbo, usando aquecimento. Entretanto, não se obteve êxito nesse procedi-mento de separação. Para investigar o proble-ma, foram comparadas as curvas de aqueci-mento para cada um dos metais isoladamente com aquela da mistura, todas obtidas sob as mesmas condições de trabalho.

Considerando as informações das figuras, é cor-reto afirmar que a sucata é constituída por uma:

a) mistura eutética, pois funde à temperatura constante.

b) mistura azeotrópica, pois funde à temperatu-ra constante.

c) substância pura, pois funde à temperatura constante.

d) suspensão coloidal que se decompõe pelo aquecimento.

e) substância contendo impurezas e com tempe-ratura de ebulição constante.

4. (UEMG) Um estudante aqueceu uma amostra de água líquida por, aproximadamente, 18 minu-tos. Durante o processo, ele mediu e anotou a temperatura da amostra, a cada 30 segundos. Com os dados obtidos, ele fez o gráfico, a se-guir, que representa a variação da temperatura em função do tempo:

De acordo com as informações sobre esse pro-cesso e com os dados apresentados no gráfico, é correto afirmar que:

a) a água muda do estado líquido para o gasoso, a 100°C.

b) a amostra é constituída por um único tipo de molécula.

c) o material se apresenta totalmente gasoso, a 98°C.

d) o experimento foi realizado ao nível do mar.


QUÍMICA

27

9. (UFAC) Enquanto cozinhava em sua república, um estudante de Química deixou cair óleo no saleiro. Sabendo-se que o sal de cozinha não é solúvel em óleo, mas em água, o estudante reali-zou a recuperação do sal e do óleo, seguindo os seguintes procedimentos:

a) adição de água, decantação e destilação.

b) adição de água, filtração e destilação.

c) dissolução, decantação e sublimação.

d) diluição, sedimentação e vaporização.

e) decantação, filtração e destilação.

10. (UFERSA – RN) Considere as seguintes misturas:

I. areia e água,

II. etanol e água,

III. água e sal,

IV. gasolina.

As quatro misturas foram submetidas a uma fil-tração em funil com papel e, em seguida, o líqui-do filtrado foi aquecido até sua total evapora-ção. Uma das misturas apresentou resíduo sólido após a filtração enquanto a outra apresentou re-síduo sólido após a evaporação. Essas misturas são, respectivamente:

a) I e II. b) I e III.

c) I e IV. d) III e II.

11. (UFOP – MG) Um aluno encontrou, em um labo-ratório, três frascos contendo três misturas biná-rias, conforme descrito a seguir:

1.ª mistura: heterogênea, formada por dois sóli-dos;

2.ª mistura: heterogênea, formada por dois lí-quidos;

3.ª mistura: homogênea, formada por dois lí-quidos cujos pontos de ebulição diferem em 20°C.

Marque a alternativa que indica os processos de separação mais adequados para recuperar as substâncias originais na 1.ª, 2.ª e 3.ª misturas, res-pectivamente:

a) Filtração, decantação e destilação simples.

b) Evaporação, destilação simples e decantação.

c) Decantação, destilação simples e destilação fracionada.

d) Sublimação, decantação e destilação fracio-nada.

5. (UFRR) Quantas fases estão presentes no sistema areia + sal + açúcar + água + diesel?

a) 3 b) 1 c) 2 d) 4 e) 5

6. (UFPI) Considere a classificação de matéria apre-sentada no esquema abaixo:

Nesse esquema, as soluções (misturas homogê-neas) estão representadas pela letra:

a) X b) Y c) K d) L e) N

7. (EMESCAM – ES) Na natureza a água desenvol-ve um ciclo em que num dado instante evapora da superfície da Terra para formar as nuvens e depois condensa, retornando à superfície como chuva. Essas etapas do ciclo da água se asseme-lham, em conjunto, ao processo laboratorial de:

a) decantação. b) sublimação.

c) destilação. d) filtração.

e) flotação.

8. (UFAL) A seguir, encontra-se o fluxograma rela-tivo à separação dos componentes de uma mis-tura constituída por óleo, água e sal totalmente dissolvido.

Examinando o fluxograma apresentado, é corre-to afirmar que os processos de separação 1 e 2 são, respectivamente:

a) filtração e decantação.b) destilação e filtração.c) filtração e centrifugação.d) decantação e centrifugação. e) decantação e destilação.


12. (UFAM) Ao testar a solubilidade das amostras abai-xo, o estudante inadvertidamente dissolveu uma parte da amostra B em água, obtendo uma solu-ção homogênea. Em seguida, adicionou óleo vege-tal à solução obtida anteriormente. Qual sequência de métodos de separação você sugere ao estudan-te para recuperar a amostra B no estado sólido?

a) Decantação seguida de evaporação.

b) Decantação seguida de flotação.

c) Centrifugação seguida de flotação.

d) Centrifugação seguida de evaporação.

e) Flotação seguida de evaporação.

13. (UNCISAL) A rapadura, um produto sólido de sa-bor doce, tradicionalmente consumida pela po-pulação do Nordeste do Brasil, originou-se das crostas presas às paredes dos tachos, durante a fabricação do açúcar. Atualmente, o posiciona-mento da rapadura como “produto natural” ou “produto rural” é um valor agregado que a dife-rencia do açúcar refinado, seu principal concor-rente. A produção da rapadura, a partir do caldo de cana, envolve as etapas apresentadas a seguir:

Na concentração, o caldo de cana é aquecido até transformar-se em um xarope denso e visco-so que borbulha no tacho. Quando atinge esse ponto, o xarope é transferido para um tipo de tanque redondo onde é moldada a rapadura. A concentração do caldo de cana ocorre porque a água está sendo eliminada por:

a) destilação. b) evaporação.

c) sublimação. d) solidificação.

e) condensação.

14. (UFRN) Numa estação de tratamento de água para consumo humano, a água a ser tratada pas-sa por tanques de cimento e recebe produtos, como sulfato de alumínio e hidróxido de cálcio. Essas substâncias fazem as partículas finas de im-purezas presentes na água se juntarem, forman-do partículas maiores e mais pesadas, que vão se depositando, aos poucos, no fundo do tanque. Após algumas horas nesse tanque, a água que fica sobre as impurezas e que está mais limpa, é passada para outro tanque.

Um processo de separação ao qual o texto faz referência é a:

a) levigação.

b) filtração.

c) decantação.

d) dissolução fracionada.

15. (ENEM) Na atual estrutura social, o abastecimen-to de água tratada desempenha um papel fun-damental para a prevenção de doenças. Entre-tanto, a população mais carente é que mais sofre com a falta de água tratada, em geral, pela falta de estações de tratamento capazes de fornecer o volume de água necessário para o abastecimen-to ou pela falta de distribuição dessa água.

No sistema de tratamento de água apresentado na figura, a remoção do odor e a desinfecção da água coletada ocorrem, respectivamente, nas etapas:

a) 1 e 3. b) 1 e 5. c) 2 e 4.

d) 2 e 5. e) 3 e 4.

16. (UEMS) No processo de tratamento da água para abastecimento público, em uma das etapas, a água é deixada em repouso por algumas horas e, em outra etapa, ela atravessa camadas de areia


QUÍMICA

29

com granulações diferentes. Essas técnicas de se-paração são chamadas respectivamente de:

a) destilação e decantação.

b) decantação e cristalização.

c) filtração e decantação.

d) cristalização e decantação.

e) decantação e filtração.

17. (FUVEST – SP) A obtenção de água doce de boa qualidade está se tornando cada vez mais difícil devido ao adensamento populacional, às mudan-ças climáticas, à expansão da atividade industrial e à poluição. A água, uma vez captada, precisa ser purificada, o que é feito nas estações de trata-mento. Um esquema do processo de purificação é:

A B C D E F

em que as etapas B, D e F são:

B – adição de sulfato de alumínio e óxido de cálcio;

D – filtração em areia;

F – fluoretação.

Assim sendo, as etapas A, C e E devem ser, res-pectivamente:

a) filtração grosseira, decantação e cloração.

b) decantação, cloração e filtração grosseira.

c) cloração, neutralização e filtração grosseira.

d) filtração grosseira, neutralização e decantação.

e) neutralização, cloração e decantação.

18. (UESC – BA) A água, antes de ser distribuída para as populações urbanas, passa por estações de tra-tamento, onde é submetida aos processos de de-cantação, de filtração, de cloração, entre outros.

Considerando-se esses processos, que envolvem tratamento de água, é correto afirmar:

(01) A cloração tem a finalidade de eliminar mi-cro-organismos presentes nas águas capta-das de mananciais.

(02) O reservatório final da estação de trata-mento estoca água pura destinada à popu-lação.

(03) A decantação consiste na adição de cloro à água com o objetivo de acelerar a separa-ção de materiais, em suspensão.

(04) A filtração da água consiste na separação de substâncias dissolvidas, prejudiciais à saúde da população.

(05) A água pura é considerada água potável de melhor qualidade para o consumo da po-pulação.

19. (UFSCAR – SP) Uma das fontes de poluição am-biental gerada pelas atividades de um posto de gasolina é o efluente resultante de lavagem de veículos. Este efluente é uma mistura que con-tém, geralmente, água, areia, óleo e sabão. Para minimizar a poluição ambiental, antes de ser lançado na rede de esgoto, esse efluente deve ser submetido a tratamento, cujo processo inicial consiste na passagem por uma “caixa de separa-ção”, esquematizada na figura que se segue:

Sabendo-se que água e sabão formam uma úni-ca fase e que os óleos empregados em veículos são menos densos e imiscíveis com esta fase (água + sabão), pede-se:

a) Escreva os nomes dos componentes desse efluente que se acumulam nos espaços 1 e 2.

b) Escreva o nome do processo responsável pela separação dos componentes do efluente nos espaços 1 e 2.

20. (UFPB) A ingestão de cátions de metais pesados, por exemplo, o Pb+2, é extremamente nociva à saúde. Uma forma de eliminar a presença des-se componente em uma mistura homogênea (solução aquosa, por exemplo) seria, inicialmen-te, promover a sua precipitação através de uma reação química, conforme a representada pela equação abaixo, e, em seguida, separar o preci-pitado por meio de um processo físico.

Pb2+(aq) + 2 KI(sol) → PbI2(s) + 2 K+

(sol)

s = sólido sol = solução

A partir das informações apresentadas na equa-ção, é correto afirmar que, para retirar o iodeto de chumbo da mistura, o processo mais adequado é:

a) floculação. b) destilação.

c) decantação. d) evaporação.

e) filtração.


21. (UEL – PR) O processamento para a obtenção de vacinas inclui algumas técnicas de separação, como decantação, centrifugação e filtração, co-muns na etapa de esterilização.

Com relação às técnicas de separação, assinale a alternativa correta:

a) A filtração comum é realizada sob ação da gravidade.

b) Em uma mistura contendo íons amônio e íons sulfato, os íons são separados por decanta-ção.

c) Em uma solução aquosa de açúcar, o açúcar dis-solvido na água é separado por centrifugação.

d) A decantação, a centrifugação e a filtração utilizam filtros para a separação.

e) Em uma mistura de água e álcool etílico, essas substâncias são separadas por decantação.

22. (FAFIRE – PE) Algumas substâncias utilizadas no nosso cotidiano são obtidas por métodos de se-paração e purificação de substâncias e nos pro-porcionam benefícios, tais como: a preparação do cafezinho, a obtenção do sal comum e, na construção civil, para separação de areia grossa da areia fina. Que métodos ocorrem, respectiva-mente, nesses exemplos?

a) Filtração, evaporação e peneiração.

b) Destilação, filtração e decantação.

c) Filtração, flotação e decantação.

d) Liquefação fracionada, destilação e flotação.

e) Aquecimento, evaporação e levigação.

23. (UFMS) A figura abaixo consiste numa represen-tação esquemática de um sistema de destilação simples. Essa técnica se aplica à separação de misturas homogêneas de sólidos em líquidos.

Considere uma mistura constituída por água em sua forma líquida e cloreto de sódio dissolvido. Ao final do processo de destilação simples dessa mistura, verifica(m)-se:

(01) presença de água no erlenmeyer.

(02) presença de cloreto de sódio no balão de destilação.

(04) presença de água + cloreto de sódio no erlenmeyer.

(08) presença de água + ácido clorídrico no ba-lão.

(16) circulação de água no condensador.

24. (EMESCAM – ES) O nitrogênio e o oxigênio medi-cinais que são utilizados nas clínicas e hospitais são obtidos a partir do ar pela seguinte sequên-cia de procedimentos:

a) Liquefação e filtração.

b) Liquefação e fusão fracionada.

c) Destilação fracionada e filtração.

d) Destilação fracionada e sifonação.

e) Liquefação e destilação fracionada.

DesafioDesafio

25. (PUC-Rio – RJ) A despeito dos sérios problemas ambientais, o mercúrio é ainda muito utiliza-do nos garimpos devido à sua singular capa-cidade de dissolver o ouro, formando com ele um amálgama. Em muitos garimpos, o ouro se encontra na forma de partículas dispersas na lama, ou terra, dificultando assim a sua extra-ção. Nestes casos, adiciona-se mercúrio à ba-teia, forma-se o amálgama (que não se mistura com a lama) e, em seguida, é feita a sua se-paração. Após separado da lama, o amálgama é aquecido com um maçarico até a completa evaporação do mercúrio, restando assim ape-nas o ouro. Sobre a temática apresentada, é incorreto afirmar que:

a) o mercúrio é um metal líquido a 25°C e 1 atm de pressão.

b) a diferença nas temperaturas de ebulição é aproveitada para separar o mercúrio do ouro, já que estes não formam mistura eutética.

c) mercúrio e ouro formam um sistema hetero-gêneo.

d) a separação do sistema amálgama-lama cons-titui um processo físico.

e) os vapores de mercúrio eliminados durante a última etapa da extração podem contaminar os garimpeiros e também os ecossistemas em torno do garimpo.


QUÍMICA

31

3. Estrutura da matéria3232 Propriedades gerais e estrutura da matéria; Radioatividade

No Ensino Fundamental, você estudou que tudo o que está ao seu

redor é constituído de átomos, porém essa ideia nem sempre foi aceita. Desde a Antiguidade, os homens tentavam encontrar respostas para entender a natureza e tudo que os

cercava. Filósofos, como Aristóteles, Tales de Mileto, Leucipo e Demócrito,

contribuíram na tentativa de encontrar explicações científicas para diversas

questões.Aristóteles propôs que a constituição do Universo

era basicamente formada por quatro elementos fundamentais: água, ar, terra e fogo. Para complementar, sugeriu um quinto ele-mento, chamado de éter ou quintessência (quinta essência).

A teoria da origem do Universo sugere uma grande explosão como o início do Universo conhecido

Antes de Aristóteles, vários filósofos se destacaram, inclusive, publicaram seus pensamentos sobre a constituição da matéria. Os dois atomistas principais foram Leucipo e Demócrito, conforme se pode verificar no texto a seguir:

Os atomistas (420 a.C.)

Filosofia para principiantes

© Wikimedia Commons/NASA and European Space Agency

Estrutura da matéria3

33


QUÍMICA

Para os atomistas, a matéria era composta de partículas diminutas, indivisíveis, eternas, con-

tínuas, imutáveis e infinitas em número. As diferenças entre as partículas, chamadas de átomo, estão basicamente relacionadas ao seu tamanho e a sua disposição.

Aristóteles foi um filósofo muito influente e, embora os conhecimentos dos atomistas estives-sem mais próximos do conhecimento que se tem atualmente, não eram muito bem aceitos pelos pensadores da época. A grande revolução se deu realmente com a ciência moderna, no século XIX, por meio do cientista inglês John Dalton.

Modelos atômicos

A ciência está em constante evolução, e o conhecimento científico está inserido em um contexto histórico que determina as características dessa evolução. No caso dos modelos atômicos, há várias proposições, algumas filosóficas, outras científicas e algumas nem chegam ao conhecimento do público em geral. Por isso, foram selecionados alguns autores para detalhar os modelos por eles sugeridos: John Dalton, Joseph Thomson, Ernest Rutherford e Niels Bohr. Essa escolha se baseia na importância histórica de cada modelo e nas suas possíveis contribuições com outras áreas científicas.

Modelo de Dalton: o átomo esféricoConforme apresentado anteriormente, a palavra átomo foi usada pelos gregos

para descrever a menor partícula que não pode ser dividida e que compõe tudo que está à nossa volta. Entretanto, como suas ideias foram encobertas pelo fato de o modelo dos quatro elementos, proposto por Aristóteles, ter sido o mais aceito na época, a palavra “átomo” ainda era evitada. Os pensadores chamavam essa partícula que compõe a matéria de última partícula, corpúsculo ou até mesmo molécula.

Foi somente por meio de algumas publicações realizadas por Dalton, sobre a meteorologia e o comportamento dos gases, em 1793, e com a revisão das massas atômicas dos elementos, proposta por Lavoisier, publicada em 1805, que Dalton começou a imaginar uma explicação para os estudos baseados na atomística.

A “última partícula”, para Dalton, deveria ser esférica, devido às forças que atuavam sobre ela, e envolvida por uma pequena atmosfera de calor. Além disso, o átomo era substancialista, ou seja, guardava todas as propriedades apresentadas em uma substância, por exemplo, um átomo de ouro é amarelo, porque a substância “ouro” tem essa propriedade. Concluiu também que átomos iguais se repeliam, explicando as propriedades do estado gasoso.

O modelo publicado por Dalton, em 1808, é o resultado de anos de pesquisas experimentais. Suas conclusões foram as seguintes:

Os átomos são partículas reais, esféricas, descontínuas e indivisíveis de matéria e permane-cem inalterados nas reações químicas.

Os átomos de um mesmo elemento são iguais e de peso invariável.

Os átomos de elementos diferentes são diferentes entre si.

O peso do composto é igual à soma dos pesos dos átomos dos elementos que o constituem.

O termo átomo vem do grego:

a = não; tomos = divisível.

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John Dalton

Para alguns, Lavoisier é

considerado o pai da Química

moderna, por estudar as reações

químicas e a manutenção da

massa total de um sistema. Na peça teatral Oxigênio,

de Roald Hoffmann e Carl Djerassi, os personagens

discutem um possível Prêmio Nobel póstumo

para o descobridor do gás oxigênio,

centrando sua discussão em

Antoine Lavoisier, Joseph Priestley e

Carl Scheele.

Modelo de

Dalton: o átomo

esférico

@QUI558

Modelo de Thomson: o átomo descontínuoO modelo de Dalton foi uma grande inovação em termos de conhecimento científico. Diversos

autores buscavam meios para contestá-lo, porém ele explicava muitas propriedades dos átomos. Esse modelo foi um marco, pois estimulou várias pesquisas com relação à estrutura da matéria.

Um pesquisador muito importante foi Willian Croocks, que, em 1878, publicou os resultados relativos aos estudos dos raios catódicos, afirmando que tais raios tinham cargas negativas. Estudos desse tipo já tinham sido realizados antes por vários cientistas, porém a natureza desses raios era entendida como sendo composta por ondas de luz.

Para demonstrar que se tratava de uma partícula carregada negativamente, Croocks fez dois ex-perimentos: no primeiro, colocou uma hélice que era girada toda vez que os raios passavam por ela; no segundo, demonstrou que os raios catódicos eram atraídos por uma placa positiva.

(A) Ao passar pela hélice, os elétrons fazem com que ela gire (B) Os raios catódicos são atraídos pela placa positiva

Os cientistas, entretanto, não sabiam a origem desses raios. Foi Joseph John Thomson quem descobriu que, independentemente da substância usada, a natureza dos raios catódicos é sempre a mesma. Em 1897, ele propôs que os raios catódicos eram formados por partículas negativas denomi-nadas elétrons. Esse estudo da condutividade elétrica de substâncias gasosas rendeu ao cientista, em 1906, o Prêmio Nobel de Física.

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Joseph J. Thomson

Os raios catódicos têm carga negativa,

pois são atraídos pela placa positiva

de um eletrodo, chamada de

cátodo

Modelo proposto por Dalton: o átomo era

esférico, maciço e indivisível

Modelo proposto por Thomson: os elétrons estariam incrusta-dos em uma massa positiva

O modelo de Dalton só chegou a ser ensinado, na educação básica, em 1894, quando a disputa entre os conceitos científico e filosófico foi amenizada, de forma que vários pesquisadores passaram a associar muitas propriedades à presença de uma partícula elementar. Porém, foi nesse mesmo período que o átomo de Dalton começou a ser contestado por cientistas, como Croocks e Thomson.

Thomson sabia que o átomo era neutro, portanto, se havia partículas carregadas negativamente, deveriam existir também cargas positivas. Baseando-se nessa ideia, ele propôs, em 1904, seu modelo atômico. Para ele, o átomo era formado de uma massa carregada positivamente e, incrustados nessa massa, estariam as partículas negativas (elétrons), conforme representação ao lado.

O que poucos conhecem é que o próprio Thomson sugeriu vários modelos para o átomo. Esse apresentado é o mais conhecido e marcou o período em que foi proposto, pois associou a primeira partícula subatômica conhecida ao átomo. Antes desse modelo, por exemplo, Thomson propôs um átomo composto por pequenos girostatos. O giro deles determinava cargas positivas ou negativas. Porém, o próprio autor percebeu que a ideia não explicava certos resultados experimentais, como a existência de raios catódicos.

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Modelo de

Thomson:

o átomo

descontínuo

@QUI849

34 Propriedades gerais e estrutura da matéria; Radioatividade

Os estudos de Thomson e de Croocks permitiram o desenvolvimento dos aparelhos de TV. Leia a tira da Mafalda e responda:

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QUINO. Toda Mafalda. São Paulo: Martins Fontes, 2003. p. 238.

a) Por que o personagem Guile foi procurar a imagem na tomada quando a mãe desligou a TV?

b) Como são formadas as imagens na TV?

Modelo de Rutherford: a presença de um núcleoNo início do século XX, a atomística era um campo de estudo promissor, contudo outras áreas

também estavam em ascensão, como a radioatividade. Ernest Rutherford, físico e químico neozelandês, em 1895, foi para Cambridge, na Inglaterra,

estudar com Thomson. Nesse ano, porém, Wilhelm Röentgen publicou a descoberta dos desconhecidos raios X, o que estimulou Rutherford a trabalhar com a estrutura de compostos radioativos. Com seus trabalhos, Rutherford recebeu um convite para trabalhar em Montreal, no Canadá, com o físico Frederick Soddy. Foi então que conseguiu determinar a natureza da radioatividade, o que, em 1908, rendeu-lhe o Prêmio Nobel de Química. Surgiu, então, o primeiro modelo proposto por Rutherford, afirmando que os átomos radioativos eram compostos de pequenos átomos de hélio, ou seja, os elementos radioativos emitiam partículas, denominadas alfa, e sua estrutura era idêntica à dos átomos de hélio.

Em 1907, Rutherford retornou à Inglaterra, dessa vez como professor e orientador de doutorado em Manchester. Lá teve contato com as pesquisas de Hantaro Nagaoka. O japonês Nagaoka propôs em 1904 um modelo chamado saturnino, em que o núcleo (planeta Saturno) era circundado de elétrons (anéis).

Rutherford buscava entender um pouco da interação das partículas “alfa”, que têm carga positiva, com os átomos. Imaginava que essas partículas arrancassem os elétrons presentes no átomo. Para demonstrar isso, entre 1908 e 1910 ele montou, com seu aluno de doutorado Hans Geiger e o de graduação Ernest Marsden, o clássico experimento que lhe permitiu propor um novo modelo.

Rutherford com os seus alunos propuseram a ideia de que as partículas passavam entre dois átomos. A expectativa era de que todas as partículas atraves-sassem a lâmina de ouro. Entretanto, ao analisarem as partículas que atravessavam, Marsden notou que um número muito pequeno sofria desvio e um número menor ainda era completamente refletido. O esquema sugerido era parecido com este ao lado.

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Ernest Rutherford

O planeta Saturno já era conhecido

desde a Antiguidade e chamava a atenção pelos seus anéis. Po-rém, a visão clara do planeta só se deu em

1659 por Christiaan Huygens. Saturno

sempre intrigou a co-munidade científica e serviu de compa-

ração para Nagaoka propor seu modelo do

átomo.Montagem do experimento dos alunos de Rutherford para análise da interação da matéria com as partículas “alfa”

Jack

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QUÍMICA

35

Eles repetiram o experimento, trocando o ouro por outros metais, como estanho, platina, chumbo, prata, cobre, ferro e alumínio, porém os resultados mais expressivos foram com o ouro, por ser um metal que pode ser moldado em lâminas muito finas.

Em maio de 1911, Rutherford propôs, então, um modelo para explicar esse comportamento. Para ele, havia um núcleo muito pequeno e partículas girando ao seu redor.

Esse modelo foi muito criticado por vários cientistas, pois, se o átomo era composto de partículas carregadas de sinais contrários, isso ocasionaria uma atração e, consequen-temente, um colapso. Mesmo assim, para poder explicar a reflexão das partículas alfa, o modelo foi proposto com um núcleo positivo, em que Rutherford reconheceu a contribuição de Nagaoka.

Rutherford continuou com suas pesquisas sobre a radioativi-dade, e outros cientistas prosseguiram pesquisando a estrutura atômica para obter melhorias nesse modelo.

Um dos motivos que fizeram com que o modelo fosse recu-sado foi o fato de que, para Rutherford, o núcleo teria que ser muito pequeno se comparado ao tamanho do átomo. Para se ter ideia dessa comparação, se você desenhar um ponto de 1 mm de diâmetro em seu livro, os elétrons mais externos estarão a 100 m desse ponto.

A maleabilidade é uma propriedade que permite a formação de delgadas lâminas do material. O

elemento conhecido mais maleável é o ouro.

Modelo de Bohr: entendendo a eletrosferaNiels Bohr nasceu em 1885 em Copenhague, na Dinamarca, e foi um dos atomistas mais in-

fluentes do século XX. Seu primeiro trabalho importante foi a determinação da tensão superficial da água. Quando terminou seu doutorado, em 1911, a Mecânica Quântica chamava a atenção dos pesquisadores da época.

Bohr foi, então, para Cambridge trabalhar com J. J. Thomson e com Cavendish, sendo apresentado a vários cientistas, incluindo Rutherford, porém passou a se interessar pelos trabalhos de Max Planck. Em 1912, resolveu aprofundar os estudos do modelo de Rutherford, que culminou com a publicação, em 1913, de um artigo sobre a constituição de átomos e moléculas. Com isso, ocorria uma mudança radical no conhecimento de átomos disponíveis até aquele momento.

Bohr começou a pesquisar o átomo de hidrogênio, por ser o átomo mais simples conhecido. Para que o seu modelo funcionasse, postulou alguns pressupostos. Destes, os principais para o entendimento de seu modelo são:

1. O átomo não obedece às leis da Mecânica Clássica, de forma que os elétrons não emitem energia quando não mudam seu estado.

2. A energia liberada ou absorvida entre dois estados é constante e proporcional a um valor fixo.A proposta de Bohr era de um átomo com órbitas que indicavam o

seu estado. Em uma mesma órbita, a energia era a mesma. Dessa forma, pode-se representar o modelo conforme ilustração ao lado.

Bohr considerava que as trocas de energia em um átomo ocorriam quando os elétrons mudavam de níveis de energia. Os níveis mais distantes do núcleo seriam mais energéticos.

Um postu-lado é uma

afirmação cien-tífica que não necessita de

comprovação matemática.

Trata-se de uma premissa para explicar determinado

modelo.

Proposta de caminhos para as partículas alfa

Modelo proposto por Rutherford: os elétrons estariam girando ao redor de um núcleo pequeno e positivo

As órbitas do modelo de Bohr eram perfei-tamente esféricas

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Niels Bohr

Modelo de

Rutherford: a

presença de um

núcleo

@QUI991


(A) (B)

(A) Um elétron recebe energia e se desloca para uma camada mais externa

(B) Para um elétron passar de uma camada externa para uma mais interna, precisa perder energia

Desse modo, para que um elétron se deslocasse para uma camada mais externa, precisava receber energia; assim como, para voltar a um nível mais interno, os elétrons deveriam perder energia.

Observe os esquemas apresentados a seguir:

O modelo de Bohr também não foi muito aceito pelo público da época, pois se baseava em muitos postulados e só explicava o comportamento de átomos que possuíssem apenas um elétron na ele-trosfera.

Jack

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etor

.

Modelo de Bohr: entendendo a

eletrosfera

@QUI803

QUÍMICA

37Ensino Médio | Modular

O modelo de Bohr é muito usado para explicar a cor de fogos de artifício. Este propõe energias diferentes entre dois níveis que, se fossem representados graficamente, seguiriam a tendência apresentada a seguir:

Core

l Sto

ck P

hoto

s

A energia é quantizada e só pode passar por níveis inteiros (E1, E2, E3, etc.). Ocorre que um elétron no nível E4, ao retornar para um nível menor, libera energia, que pode ser emitida na forma de luz. Cada cor do espectro de luz visível está associada a uma energia.

Podem-se, dessa forma, relacionar os com-primentos de onda da luz às transições apresen-tadas: quanto maior a transição, maior a energia liberada.

Bohr não elucidou completamente o modelo do átomo. Em sua representação, existem prótons no núcleo e apenas um elétron na eletrosfera.

Além disso, no núcleo, há um problema relacionado à repulsão dos prótons. Partículas carregadas positivamente em uma região tão pequena seriam altamente instáveis. A fim de solucionar essa questão, o físico inglês James Chadwick propôs, em 1932, a existência de uma partícula sem carga no núcleo, que ele denominou de nêutron. Essa incrível descoberta rendeu-lhe o Prêmio Nobel de Física. A função dessa partícula era atuar de forma equilibrada para manter o núcleo unido.

Outro problema referente ao modelo de Bohr ocorreu com relação às órbitas circulares. Em 1927, Arnold Sommefield propôs uma estrutura baseada em órbitas elípticas, a fim de corrigir as distorções desse modelo.

Em relação à quantidade de elétrons na eletrosfera, só foi resolvido, em parte, por um trabalho coletivo de vários autores, entre eles:

Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger e Paul Dirac, que consolidaram a Química Quântica, propondo equações para explicar o comporta-mento das partículas;

Wolfgang Pauli, com o chamado princípio da ex-clusão;

Linus Pauling, que calculou a energia dos orbitais, explicando o comportamento dos átomos ligados entre si. Esse período coincide com as pesquisas de Bohr e se estende até os dias atuais, pois os cientistas ainda não elucidaram por completo a estrutura de um átomo.

Latin

Stoc

k/Sc

ienc

e Ph

oto

Libr

ary/

A. B

arrin

gton

Bro

wn

James Chadwich

O chamado átomo de Bruxelas é uma construção na capital da Bélgica, que representa o modelo do átomo de ferro. Foi montado para destacar a importância do estudo dos átomos para o desenvolvimento da tecnologia.

© C

reat

ive

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s/Fd

ecom

iteModelo atual:

uma nova

explicação

@QUI562

Modelo atual: uma nova explicação


© C

aco

Gal

hard

o

A Mecânica Quântica é uma área muitas vezes associada a um grau elevado de conhecimento. Considera os conceitos da quantização da energia eletrônica, a mais importante contribuição de Bohr. Porém, extrapola essa teoria, pois fornece, por meio de equações matemáticas, uma legítima explicação para essa quantização. Assim, consegue, de maneira satisfatória, fazer uma previsão sobre muitas propriedades atômicas.

Leia a tirinha apresentada a seguir:

GALHARDO. Caco. Lauros. Disponível em: <http://www2.uol.com.br/cacogalhardo/galeria.shl>. Acesso em: 10 ago. 2010.

Pode-se representar um modelo mais completo que o de Bohr da seguinte forma:

Resolva as palavras cruzadas propostas a seguir, com base em conhecimentos sobre os modelos atômicos:

1. Propôs um modelo que apresentava os elétrons girando em órbitas cir-culares ao redor de um núcleo, ba-seado no átomo de hidrogênio.

2. Estudou a conservação de massa em rea ções químicas e publicou um tra-tado com as massas dos elementos.

3. Trabalhou com Paul Dirac para a construção de um modelo de equa-ções matemáticas que explicassem os átomos.

4. Um dos primeiros cientistas a traba-lhar com raios catódicos, em 1878, propondo que esses raios tinham carga negativa.

5. Trabalhou com radioatividade e propôs um modelo sobre a existên-cia de um núcleo muito pequeno.

6. Primeiro cientista a modelar um átomo contendo partículas positi-vas e negativas.

7. Filósofo atomista que trabalhou com Leucipo nas ideias iniciais so-bre a constituição da matéria.

8. Descobridor do nêutron.

9. Um dos primeiros modelos da ciên-cia moderna que sugere a existência de um átomo esférico, maciço e in-divisível.

10. Cientista que propôs o primeiro modelo atômico que sugere a exis-tência de um núcleo positivo, tendo sido reconhecido por Rutherford.

1

3

2 4

5

6

8

7

9

10

Modelo atômico de Bohr com algumas correções propostas por outros pesquisa-dores

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QUÍMICA

39

Representação dos elementos químicos )

Nanotubos de carbono são materiais de

tamanho em escala nanométrica, ou seja,

1 bilhão de vezes menor que o metro

(10–9 m)

O trabalho com átomos e partículas subatômicas envolve o entendimento de partículas muito menores que o metro e invisíveis, inclusive com o auxílio de um microscópio. Os detalhes que se veem em imagens, muitas vezes, são representações montadas pelas interpretações dos resultados de experimentos.

(ENEM)

Na manipulação em escala nanométrica, os átomos revelam características peculiares, podendo apresentar tolerância à temperatura, reatividade química, condutividade elétrica, ou mesmo exibir força de intensidade extraordinária. Essas características explicam o interesse industrial pelos na-nomateriais que estão sendo muito pesquisados em diversas áreas, desde o desenvolvimento de cosméticos, tintas, até o de terapias contra o câncer.

LACAVA, Z. G. M; MORAIS, P. C. Nanobiotecnologia e saúde. Disponível em: <http://www.comciencia.br>. (Adaptação).

A utilização de nanopartículas na indústria e na medicina requer estudos mais detalhados, pois:

a) as partículas, quanto menores, mais potentes e radiativas se tornam.

b) as partículas podem ser manipuladas, mas não caracterizadas com a atual tecnologia.

c) as propriedades biológicas das partículas somente podem ser testadas em micro-organismos.

d) as partículas podem atravessar poros e canais celulares, o que poderia causar impactos desconhe-cidos aos seres vivos e, até mesmo, aos ecossistemas.

e) o organismo humano apresenta imunidade contra partículas tão pequenas, já que apresentam a mesma dimensão das bactérias (um bilionésimo de metro).

Manipular essas partículas exige conhecimento da constituição dos átomos e das demais partículas subatômicas. Os três principais constituintes do átomo, conforme modelo atômico atual, são: prótons e nêutrons, presentes no núcleo do átomo, e elétrons, que ocupam uma região chamada eletrosfera.

Se as nanopartículas são muito pequenas, imagine o tamanho de um átomo e, também, o tamanho dos prótons, nêutrons e elétrons. Na realidade, é difícil dimensioná-los. Além disso, verifica-se que, na evolução histórica dos modelos atômicos, essas partículas podem ou não ser carregadas. Até a primeira metade do século XX, os cientistas consideravam que a menor carga possível era atribuída aos prótons e elétrons, cujos valores relativos são +1 e –1, respectivamente.

Com relação à massa, prótons e nêutrons são praticamente do mesmo tamanho, com isso suas massas relativas são iguais. Já o elétron é quase duas mil vezes mais leve que essas partículas, sendo sua massa considerada desprezível.

Div

anzi

r Pad

ilha.

201

0. 3

D.


Um átomo é caracterizado pela quantidade de prótons que possui no núcleo, dessa forma pode-se definir o chamado elemento químico.

Elemento químico, nos dias atuais, é um conjunto de átomos, que contém o mesmo número de prótons.

O número de prótons (p) é o que os cientistas chamam de número atômico, representado por Z. Por meio dele, identifica-se o elemento químico. Thomson, na sua proposta de modelo atômico, identificou a neutralidade do átomo. Para ele, a quantidade de partículas positivas deve ser igual à de partículas negativas, ou seja, em um átomo, sistema eletricamente neutro, o número de prótons (p) é igual ao número de elétrons (e). Z = p p = e

Z = p = e

Outra propriedade importante para a representação de um elemento químico é sua massa, re-presentada pela letra A. Como a massa de um átomo se concentra no núcleo, pode-se deduzir que se trata da soma de prótons (p) e nêutrons (n), calculada por:

A = p + n

A massa do átomo é medida em unidades de massa atômica (u) e é obtida de maneira indireta. Na prática, associam-se as massas dos prótons e dos nêutrons como sendo iguais a 1 u.

Por fim, para representar um elemento químico, além do número atômico (Z) e do número de massa (A), é necessário seu símbolo, e seu nome depende do idioma adotado pelo país.

O elemento “enxofre”, como é conhecido na Língua Portuguesa, tem as seguintes denominações:

Região do átomo Partícula Carga relativa Massa relativa(massa do próton = 1)

próton

nêutron

elétron

O uso da sigla Z é devido à presença

de uma variável, nas equações da Mecânica Quân-tica, relacionada

à carga nuclear efetiva, ou seja, à quantidade de

partículas positi-vas presentes no núcleo do átomo.

© W

ikim

edia

Com

mon

s/Yu

re 1

3

Alemão: schwefel

Dinamarquês: zwavel

Espanhol: azufre

Francês: soufre

Imagine a dificuldade de se comunicar em função das diferenças entre os idiomas. Para resolver a situa ção, o químico Jöns Jacob Berzelius propôs, em 1811, a adoção de um símbolo que fosse univer-sal e derivado do nome do elemento em latim, sendo a primeira letra sempre maiúscula e a segunda, quando houvesse, minúscula. No caso do enxofre, o símbolo é S.

Na representação de um elemento, a escrita do número atômico, número de massa e do símbolo obedece a certas padronizações, conforme indicado a seguir:

Número de massa →Número atômico →

← Símbolo do elemento químico

Inglês: sulfur

Italiano: solfo

Latim: sulphur

Sueco: svavel

Representação

dos elementos

químicos

@QUI645

Determinando a

composição de

um núcleo

@QUI600


QUÍMICA

41

Isótopos, isóbaros e isótonos

Existem grupos de elementos químicos que possuem características marcantes com relação ao seu número de prótons, nêutrons e, consequentemente, número de massa.

Isótopos – são átomos do mesmo elemento químico, que possuem massas diferentes. Como pertencem ao mesmo elemento, o número atômico é o mesmo.Exemplo:11H e 21H – trata-se do mesmo elemento (hidrogênio), ou seja, possui o mesmo número atômico, no

entanto a quantidade de nêutrons é diferente, com isso a massa também é diferente.

Isóbaros – são átomos de elementos químicos diferentes, ou seja, possuem números atômicos diferentes, porém as massas são iguais.Exemplo:3115P e 31

16S – são elementos diferentes (fósforo e enxofre), mas com massas iguais.

Isótonos – são átomos de elementos químicos diferentes, que possuem número atômico e núme-ro de massa diferentes, porém com a mesma a quantidade de nêutrons.Exemplo:3115P e 32

16S – são elementos diferentes (fósforo e enxofre), com massas diferentes e com a mesma quantidade de nêutrons. O fósforo e o enxofre têm 16 nêutrons.

Isótopos,

isóbaros e

isótonos

@QUI749


Alguns isótopos são radioativos, ou seja, sofrem alteração no núcleo com o passar do tempo. Uma das aplicações dos isótopos são análises usando compostos que possuem elementos radioativos, como se pode observar com a leitura deste texto:

Análise química do cabelo pode indicar o paradeiro das pessoasTeste consegue rastrear origem geográfica da água que compõe organismo

Folha de S.Paulo

Existe, na natureza, a chamada água pesada ou água deuterada, que consiste em uma água forma-da por isótopos do hidrogênio de massa igual a 2.

Considere que há dois isótopos estáveis de hidrogênio (1H e 2H) e três isótopos estáveis de oxigênio (16O, 17O e 18O). Quantas moléculas de água com massas diferentes podem ser obtidas?

Eletrosfera do átomo)

Após o modelo de Bohr, a eletrosfera do átomo passou a ter um tratamento especial. Rutherford determinou, posteriormente, que essa região continha elétrons e que concentrava toda a carga elétrica negativa, sendo sua massa praticamente desprezível.

Nessa época, entre as muitas perguntas existentes, uma em particular chamava a atenção dos cientistas: Como os elétrons se encontram distribuídos na eletrosfera já que não podem ser vistos? Para dar uma resposta a essa pergunta, os cientistas realizaram vários experimentos e, após a análise dos resultados, elaboraram uma teoria a esse respeito.

Levando em consideração o modelo proposto por Bohr e contribuições de cientistas, como Chadwick, Planck e outros, verificou-se que:

Um quantum de energia é

uma quantidade mínima e fixa

de energia que é trocada pelo

átomo, os valores de energia são

múltiplos inteiros do quantum. O

plural de quantum é quanta.

Níveis de energia no átomo e número máximo de elétrons por camada

os elétrons giram ao redor do núcleo em determinadas regiões denominadas órbitas estacionárias; girando em uma mesma órbita estacionária, os elétrons não perdem nem ganham energia, ou

seja, eles têm energia estacionária; quando se fornece energia (calor, luz e eletricidade) ao átomo, seus elétrons absorvem uma

quantidade bem definida dessa energia (denominada quantum de energia) e saltam de uma órbita estacionária mais próxima para uma mais afastada do núcleo;

quando um elétron volta da órbita mais externa para sua órbita de origem, emite energia na forma de ondas eletromagnéticas (como a luz, cuja coloração é característica de cada ele-mento). Isso explica o espectro de emissão dos elementos;

quando um átomo não recebe energia externa, os elétrons se encontram em um estado de menor energia possível, denominado estado fundamental. Ao receber energia, seus elétrons a absorvem e, nesse caso, estão no estado ativado ou excitado.

Para os 112 elementos reconhecidos atualmente e que se encontram no estado fundamental, os níveis de energia contendo elétrons totalizam-se sete. Esses níveis são as órbitas estacionárias nas quais os elétrons giram ao redor do núcleo e são representados por números ou letras.

Os números indicam o número quântico prin-cipal (n) seus valores, partindo do núcleo, vão de um a sete. A cada valor de n está associada uma letra, conforme o esquema ao lado.

Jack

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.

Os números

quânticos

principais e

azimutais

@QUI914


QUÍMICA

43

Em cada nível, há um número máximo de elétrons. Observe, no quadro abaixo, que a energia aumenta conforme se afasta do núcleo:

Camada Número máximo de elétrons

K = 1 2L = 2 8M = 3 18N = 4 32O = 5 32P = 6 18Q = 7 8

Au

me

nta

a e

ne

rgia

Esse número é teórico, por isso, para níveis mais afas-tados, ele pode ser maior, conforme vão sendo descobertos novos elementos químicos.

Subníveis de energia O modelo de Bohr não explicava, por exemplo, por que

certas camadas apresentam um número máximo de elétrons maior que outras. Além disso, os espectros atômicos são formados por mais linhas do que se imaginava, ou seja, algumas linhas do espectro são constituídas por duas ou mais linhas muito próximas.

Diva

nzir

Padi

lha.

201

0. 3

D.

O espectro do hélio apresenta apenas algumas linhas na região do visível

Para explicar isso, o químico estadunidense Linus Carl Pauling propôs que os níveis de energia são subdivididos em níveis menores, os chamados subníveis, que são repre-sentados pelas letras s, p, d, f, g, h, i, etc.

Na realidade, teoricamente, o número de níveis de ener-gia é ilimitado e depende da descoberta de novos elementos. O mesmo raciocínio pode ser usado para os subníveis. Assim, o número de subníveis disponíveis para receber elétrons também seria ilimitado. Atualmente, em relação aos átomos conhecidos e não excitados, apenas sete níveis e quatro

subníveis são ocupados por elétrons. Dessa forma, em cada nível de energia, os elétrons estão distribuídos em subníveis de energia. Os quatro subníveis atualmente ocupados por elétrons são representados pelas letras s, p, d e f.

Além das letras, os subníveis também são identificados por um número, chamado de número quântico secundário ou azimutal (ℓ), cujos valores são:

s p d f

ℓ = 0 1 2 3Experimentalmente, também é possível determinar o

número máximo de elétrons que um subnível de energia comporta. Esses subníveis contêm os orbitais, que são as regiões com maior probabilidade de possuírem elétrons.

Então, o número de subníveis presentes em determinado nível depende do número máximo de elétrons que o nível possa conter, e cada subnível comporta um número máximo de elétrons, conforme abaixo:

Subnível s p d f

Número máximo de elétrons 2 6 10 14

Dessa forma, o nível K (n = 1) pode acomodar no máximo dois elétrons e é formado por um único subnível, o s, cuja representação é feita da seguinte maneira:

1s2 – subnível s, pertencente ao nível de número quântico principal 1, contendo no máximo dois elétrons.

O nível L (n = 2) pode acomodar no máximo oito elétrons e é formado pelos subníveis s e p, cuja representação é feita da seguinte maneira:

2s2 – subnível s, pertencente ao nível de número quântico principal 2, contendo no máximo dois elétrons.

2p6 – subnível p, pertencente ao nível de número quântico principal 2, contendo no máximo seis elétrons.

O nível M (n = 3) pode acomodar no máximo 18 elétrons e é formado pelos subníveis s, p e d, cuja representação é feita da seguinte maneira:

3s2 – subnível s, pertencente ao nível de número quânti-co principal 3, contendo no máximo dois elétrons.

3p6 – subnível p, pertencente ao nível de número quân-tico principal 3, contendo no máximo seis elétrons.

3d10 – subnível d, pertencente ao nível de número quântico principal 3, contendo no máximo 10 elétrons.E assim por diante.

O nível N (n = 4) já contém o subnível f com, no máximo, 14 elétrons.

44 Propriedades gerais e estrutura da matéria; Radioatividade

Complete a tabela abaixo com os níveis, a quantidade máxima de elétrons e os subníveis presentes em cada camada:

NíveisNúmero máximo

de elétrons Subníveis

Com o objetivo de evitar os cálculos complexos para determinação da energia dos subníveis, os alunos de Linus Pauling elaboraram o seguinte diagrama:

Ordenando os subníveis, em ordem crescente de energia, tem-se: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p...

Distribuição eletrônica para

átomos

Com o auxílio do diagrama de Linus Pauling e conhecendo o número máximo de elétrons que pode existir em cada sub-nível, esses são distribuídos em ordem crescente de energia.

O elemento magnésio tem número atômico igual a 12. Ao distribuir seus elétrons em suas camadas, em ordem crescente de energia, coloca-se, em cada subnível, o número máximo de elétrons que ele comporta. Assim, verifica-se:

12Mg = 1s2 2s2 2p6 3s2

Tendo como base a distribuição em subníveis, pode-se fazer a distribuição em camadas ou níveis:

1s2 nível K com 2 elétrons2s2 2p6 nível L com 8 elétrons3s2 nível M com 2 elétronsEssas são as configurações eletrônicas normal ou funda-

mental do elemento Mg, em subníveis e níveis.Da mesma maneira, ao distribuir os elétrons do elemento

flúor, cujo número atômico é igual a 9, tem-se as seguintes distribuições em subníveis e níveis, no estado normal ou fundamental, respectivamente:

9F = 1s2 2s2 2p5 1s2 nível K com 2 elétrons2s2 2p5 nível L com 7 elétrons

Distribuição eletrônica em íonsNo átomo, espécie eletricamente neutra, o número

de prótons é igual ao número de elétrons (p = e). Porém, em certos casos, os átomos podem perder ou ganhar elétrons, sendo chamados de íons.

Quando um elétron for retirado de um átomo, formará um cátion. Nesse caso, o número de cargas negativas será menor que o de cargas positivas; por esse motivo, tem-se um íon positivo. Por exemplo, o 12Mg: quando ele perde dois elétrons, apresenta 12 p e 10 e, ou seja, tem um excesso de duas cargas positivas. Assim, deve ser representado por 12Mg2+ ou Mg2+.

Quando um elétron for adicionado em um átomo, formará um ânion. Nesse caso, o número de cargas negativas será maior que o de cargas positivas; por esse motivo, trata-se de um íon negativo. É o que ocorre, por exemplo, com o 9F: ganhando um elétron, apresenta 9 p e 10 e, ou seja, há um excesso de uma carga negativa. A representação desse íon é 9F

– ou F–.

A adição ou retirada de elétron(s) de um átomo é feita sempre no nível mais externo, isto é, o mais afas-tado do núcleo. Esse nível é o da camada de valência.

Assim, a maneira correta de distribuir os elétrons de um íon é por meio do seu átomo, ou seja, após a distribui-ção no estado normal ou fundamental é que se retira(m) ou adiciona(m) o(s) elétron(s) na camada de valência.

Exemplos:a) 26Fe2+

26Fe = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6

Camada mais externa (retiram-se os dois elétrons)

26Fe2+ = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6

b) 26Fe3+

26Fe = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6

Camada mais externa

Ou seja, para a formação do íon Fe3+, é necessária a retirada de três elétrons. No entanto, a camada mais externa apresenta dois elétrons. Ensino Médio | Modular

QUÍMICA

45

Assim, além dos elétrons da camada de valência, retira-se o terceiro elétron do penúltimo nível, nesse caso do subnível 3d. A distribuição eletrônica para o íon Fe3+ é:

26Fe3+ = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5

c) 16S

2−

16S = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 Camada mais externa (adicionam-se os dois elétrons)

16S2− = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

Espécies isoeletrônicasSão espécies de átomos que apresentam o mesmo núme-

ro de elétrons em seus níveis de energia, independentemente de serem neutros ou carregados.

Exemplos:

8O2−, 10Ne e 12Mg2+

O = 8 p e 10 e (ganhou dois elétrons, pois se trata de um ânion)

Ne = 10 p e 10 e (átomo neutro)Mg = 12 p e 10 e (perdeu dois elétrons ao tornar-se um

cátion)

1. (ENEM)

Quando definem moléculas, os livros geralmen-te apresentam conceitos, como “a menor parte da substância capaz de guardar suas propriedades”. A partir de definições desse tipo, a ideia transmi-tida ao estudante é a de que o constituinte iso-lado (moléculas) contém os atributos do todo.

É como dizer que uma molécula de água pos-sui densidade, pressão de vapor, tensão super-ficial, ponto de fusão, ponto de ebulição, etc. Tais propriedades pertencem ao conjunto, isto é, manifestam-se nas relações que as moléculas mantêm entre si.

OLIVEIRA, R. J. O mito da substância. Química Nova na Es-cola, n. 1, 1995. (Adaptação).

O texto evidencia a chamada visão substancia-lista que ainda se encontra presente no ensino da Química. Abaixo estão relacionadas algumas afirmativas pertinentes ao assunto:

I. O ouro é dourado, pois seus átomos são dourados.

II. Uma substância macia não pode ser feita de moléculas “rígidas”.

III. Uma substância pura possui pontos de ebuli-ção e fusão constantes, em virtude das inte-rações entre suas moléculas.

IV. A expansão dos objetos com a temperatura ocorre porque os átomos se expandem.

Dessas afirmativas, estão apoiadas na visão subs-tancialista criticada pelo autor apenas:

a) I e II. b) III e IV.

c) I, II e III. d) I, II e IV.

e) II, III e IV.

2. (UEL – PR)

“O átomo contém um núcleo positivo, muito pe-queno e denso, com todos os prótons, que con-centra praticamente toda a massa. Os elétrons devem estar distribuídos em algum lugar do vo-lume restante do átomo”.

Essa afirmação é devida a:

a) Rutherford. b) Milikan.

c) Thomson. d) Bohr.

e) Faraday.

3. (UFSC) Na famosa experiência de Rutherford, no início do século XX, com lâmina de ouro, o(s) fato(s) que (isoladamente ou em conjunto), indicava(m) o átomo possuir um núcleo pequeno e positivo foi (foram):

(01) As partículas alfa teriam cargas negativas.

(02) Ao atravessar a lâmina, uma maioria de partículas alfa sofreria desvio de sua traje-tória.

(04) Um grande número de partículas alfa não atravessaria a lâmina.

(08) Um pequeno número de partículas alfa, atravessando a lâmina, sofreria desvio de sua trajetória.

(16) A maioria das partículas alfa atravessaria os átomos da lâmina sem sofrer desvio de sua trajetória.

4. (ACAFE – SC) Ernest Rutherford, em 1911, reali-zou experiências bombardeando uma finíssima lâmina de ouro com partículas de carga positiva emitidas pelo polônio radioativo.


A alternativa verdadeira, considerando as con-clusões de Rutherford, é:

a) Estava definitivamente desvendado o interior de um átomo e, até hoje, seu modelo para átomo não foi questionado.

b) Poucas partículas atravessaram a placa de ouro, demonstrando que o átomo é maciço.

c) O núcleo do átomo tem carga negativa.

d) A massa do átomo está concentrada na ele-trosfera, onde estão localizados os elétrons.

e) No centro do átomo, existe um núcleo muito pequeno e denso onde está concentrada sua massa.

5. (UFPA – SP) No estudo do átomo, geralmente causa admiração a descoberta de Rutherford e colaboradores a respeito da dimensão do núcleo atômico em relação ao tamanho do próprio áto-mo. É comum, em textos de Química, o uso de uma analogia em que um objeto redondo é co-locado no centro do campo de futebol, do está-dio do Maracanã, para ajudar na visualização de quão pequeno é o núcleo atômico.

Na tabela, abaixo, encontram-se os diâmetros de alguns “objetos” redondos e o diâmetro interno aproximado do estádio do Maracanã:

Diâmetros de objetos redondos

Objeto Diâmetro

Grão de areia 0,5 mm

Bola de pingue-pongue 40 mm

Bola de futebol 22 cm

Estádio do Maracanã 200 m

Considerando-se a razão de diâmetros núcleo/átomo, encontrada na experiência de Ruther-ford, é correto afirmar:

a) A analogia que usa a bola de pingue-pongue apresenta a melhor aproximação para a razão de diâmetros núcleo/átomo.

b) A analogia que usa o grão de areia apresenta a melhor aproximação para a razão de diâme-tros núcleo/átomo.

c) A analogia que usa a bola de futebol subes-tima a razão de diâmetros núcleo/átomo em duas ordens de magnitude.

d) A analogia que usa a bola de pingue-pongue superestima a razão de diâmetros núcleo/áto-mo em 10–4 ordens de magnitude.

e) A analogia que usa a bola de futebol apresen-ta a melhor aproximação para a razão de diâ-metros núcleo/átomo.

6. (CEFET – MG) Rutherford propôs um modelo atômico planetário em que o átomo apresenta-va duas regiões: o núcleo positivo e a eletrosfera negativa.

Embora a existência dessas duas regiões fosse in-contestável, seu modelo foi aceito com restrições porque:

a) cargas elétricas em movimento perdem ener-gia, logo os elétrons se chocariam com o nú-cleo.

b) os elétrons deveriam ser tratados como ondas, por conseguinte não se moveriam ao redor do átomo.

c) o átomo seria uma esfera de carga positiva onde estariam incrustados os elétrons de car-ga negativa.

d) os elétrons estariam distribuídos em números pares (2, 6, 10 e 14) em quatro orbitais: s, p, d e f, respectivamente.

e) os átomos seriam esferas maciças, indestru-tíveis, indivisíveis e, se iguais, deveriam apre-sentar as mesmas propriedades.

7. (UFPE) Em 1913, Niels Bohr propôs um modelo para o átomo de hidrogênio que era consistente com o modelo de Rutherford e explicava o espec-tro do átomo daquele elemento. A teoria de Bohr já não é a última palavra para a compreensão da estrutura do átomo, mas permanece como o marco do advento da teoria atômico-quântica. Em relação aos postulados e às aplicações dessa teoria, podemos afirmar que:

(0-0) o elétron movimenta-se ao redor do núcleo em órbitas circulares.

(1-1) somente um número limitado de órbitas com determinadas energias é permitido.

(2-2) ocorre necessariamente emissão de luz quando o elétron salta de uma órbita para outra.

(3-3) a teoria de Bohr explica com precisão, ex-clusivamente, o espectro do átomo de hi-drogênio.

(4-4) a teoria de Bohr pode ser aplicada com suces-so na interpretação do espectro de íons, como He+ e Li2+, que contêm um único elétron.


QUÍMICA

47

8. (UFPE) No decorrer do tempo, diferentes mode-los foram propostos e aplicados ao estudo da estrutura do átomo. Interpretações consistentes com as ideias básicas desses modelos permitem afirmar que:

a) a experiência de Rutherford sugere que pró-tons e elétrons estão distribuídos uniforme-mente no interior do átomo.

b) o modelo proposto por Bohr introduziu o con-ceito de orbital atômico.

c) energia é liberada quando um elétron migra do estado fundamental para um estado exci-tado.

d) o modelo mecânico-quântico do átomo define órbitas circulares, nas quais o elétron se movi-menta ao redor do núcleo.

e) um dos sucessos do modelo de Bohr para o átomo foi a explicação das raias no espectro atômico do hidrogênio.

9. (UNESP – SP) Na evolução dos modelos atômicos, a principal contribuição introduzida pelo modelo de Bohr foi:

a) a indivisibilidade do átomo.

b) a existência de nêutrons.

c) a natureza elétrica da matéria.

d) a quantização de energia das órbitas eletrônicas.

e) a maior parte da massa do átomo está no núcleo.

10. (UECE) O experimento conhecido como Teste da Chama consiste em aquecer, no bico de Bünsen, com o apoio de uma vareta de vidro, um chu-maço de algodão embebido de soluções de sais de uns metais, que podem ser bário, potássio, etc. Após algum tempo, cada um desses metais emite uma luz de coloração característica. O ex-perimento ilustra, em laboratório, um fenômeno que recebe o nome de:

a) afinidade eletrônica.

b) efeito fotoelétrico.

c) efeito termiônico.

d) salto quântico

11. (UFPA) Um fenômeno comum, observado por muitos cozinheiros, é o surgimento de uma cor amarela intensa quando o líquido de uma panela, contendo sal de cozinha, derrama e atinge a cha-ma do fogão. A explicação para esse fenômeno é:

a) A água, quando atinge a chama, se dissocia liberando energia, que se manifesta na fre-quência de onda correspondente à cor ama-rela.

b) O cloreto de sódio, ao atingir a chama, se dis-socia nos íons Na+ e Cℓ–, liberando energia, que se manifesta na frequência de onda cor-respondente à cor amarela.

c) O íon cloreto, ao atingir a chama, absorve energia e perde o seu elétron mais externo. A diminuição de energia da chama provoca a mudança de coloração de azul para ama-relo.

d) Alguns elétrons dos íons de Na+ são promo-vidos a estados de maior energia e, ao retor-narem ao estado inicial, emitem radiação de frequência correspondente à cor amarela.

e) Os íons de Na+, ao atingirem a chama, rece-bem energia suficiente para perderem mais um elétron. A diminuição de energia da cha-ma provoca a mudança de coloração de azul para amarelo.

12. (UEMG) O modelo, a seguir, representa o esta-do inicial de um sistema em que átomos de um mesmo elemento químico são representados por esferas de mesma cor, e átomos de elementos químicos distintos são representados por esferas de cores diferentes:

Assinale a alternativa que corresponde ao mode-lo correto para o sistema final, após uma reação química envolvendo as moléculas representadas no sistema inicial, acima descrito:

a) b)

c) d)


13. (UFERSA – RN) Isótopos são átomos que diferem entre si pelo número de:

a) cargas elétricas. b) elétrons.

c) nêutrons. d) prótons.

14. (UEMA) Todos os átomos de determinado ele-mento têm o mesmo número atômico, no entan-to eles podem diferir um do outro em massa e, portanto, em número de massa. Os pares abaixo representam, respectivamente, fenômeno de:

24Mg e 26Mg; 40Ca e 40Ar; 12C e 13N

a) isotopia, isobaria, isotonia.

b) isotonia, isotopia, isobaria.

c) isobaria, isotopia, isotonia.

d) isotopia, isotonia, isobaria.

e) isobaria, isotonia, isotopia.

15. (UESPI) Considere as espécies químicas monoa-tômicas apresentadas na tabela a seguir:

Espécie química monoatômica 1 2 3 4 5

Número de prótons 38 38 56 56 35

Número de nêutrons 38 39 56 57 36

Número de elétrons 38 36 56 56 36

Com relação às espécies químicas monoatômicas apresentadas acima, pode-se afirmar que:

a) 1 e 2 não são isótopos.

b) 2 é eletricamente neutro.

c) 3 é um ânion.

d) 5 é um cátion.

e) 3 e 4 são de um mesmo elemento químico.

16. (UFPR) Considere as seguintes afirmativas sobre dois elementos genéricos X e Y:

Assinale a alternativa que apresenta, respectiva-mente, o número atômico e a configuração ele-trônica para o cátion bivalente de Y:

a) 20 e 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2.

b) 18 e 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2.

c) 20 e 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 4p2.

d) 20 e 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6.

e) 18 e 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6.

17. (CEDERJ) Os nutrientes são componentes dos alimentos que consumimos. Eles se dividem em macronutrientes (carboidratos, proteínas e gor-duras) e micronutrientes (vitaminas, minerais, água e fibras). Uma boa nutrição requer um con-sumo balanceado para satisfazer todas as neces-sidades metabólicas.

A tabela a seguir apresenta elementos essenciais aos seres vivos:

C O H N

Na Mg P S Cℓ K Ca

F Si V Cr Mn Fe Co Cu Zn Se Mo Sn I

Construtores

Macronutrientes

Micronutrientes

www.ib.usp.br

Um micronutriente citado na tabela é o ferro, que é absorvido sob a forma de íon ferroso (Fe2+). Na estrutura desse íon, encontram-se:

a) 26 prótons e 28 elétrons.

b) 24 prótons e 26 elétrons.

c) 56 prótons e 54 elétrons.

d) 26 prótons e 24 elétrons.

e) 54 prótons e 56 elétrons.

18. (IFSul – RS) Em um laboratório de química, é pos-sível realizar um procedimento, denominado Tes-te da Chama, para detectar a presença de alguns íons metálicos, baseado no espectro de emissão característico para cada elemento. O teste envolve a introdução da amostra em uma chama e a ob-servação da cor resultante. Algumas cores carac-terísticas são descritas na tabela abaixo:

Elemento Cor

Bário Verde

Chumbo Azul

Estrôncio Vermelho

Potássio Lilás

Sódio Amarelo

Sobre os elementos descritos na tabela, é correto afirmar que:

a) o elemento que gera luz amarela forma cá-tions monovalentes, pois possui 7 elétrons de valência.

b) os átomos que geram a cor vermelha apresen-tam subnível mais energético 4s2.

c) os átomos que apresentam 81 nêutrons ge-ram coloração verde.

d) os íons que geram a cor azul são em geral mo-novalentes e bivalentes.


QUÍMICA

49

4. Radioatividade50Propriedades gerais e estrutura da matéria; Radioatividade50

As pesquisas relacionadas à radioatividade iniciaram-se no final do sécu-lo XIX e até hoje ocupam um lugar importante na Química e na Física. Esse fenômeno ficou conhecido pela maioria da população mundial com o uso de bombas atômicas, durante a Segunda Guerra Mundial, pelos Estados Unidos.

O primeiro fenômeno associado à radioatividade foi a descoberta dos raios X, em 1895, por Wilhelm Röentgen. Ele observou que elementos fluores-centes incidiam luz nas chapas fotográficas. Como não conhecia a origem desses raios, chamou-os de raios X. Em 1896, Antoine Henri Becquerel percebeu que o urânio também causava o mesmo efeito e associou essa radiação ao tipo descoberto por Röentgen. Esses fatos chamaram a atenção de diversos cientistas, como Ernest Rutherford, Joseph John Thomson, Pierre e Marie Curie, Paul Vilard e Frederick Soddy.

Röentgen ganhou o primeiro Prêmio Nobel de Física, em 1901, com as descobertas dos raios X, e Becquerel dividiu o prêmio com o casal Pierre e Marie Curie, em 1903, com a descoberta da radioatividade natural como um fenômeno espontâneo. Marie Curie foi uma das mais importantes cientistas do século, ganhando o Prêmio Nobel de Química, em 1911, pela descoberta de dois elementos radioativos: polônio e rádio, presentes em um minério de urânio, a pechblenda. Porém, o artigo que relata a sua descoberta foi publicado em 1898.

O atomista Ernest Rutherford, em 1908, ganhou o Prêmio Nobel pela descoberta das emissões radioativas alfa e beta. Tal fato foi relatado em um artigo publicado em 1900, ano em que Paul Vilard, um físico francês, identificou a radiação gama como um fenômeno radioativo.

Além desses cientistas, muitos outros contribuíram para a história da radioa tividade.

1895

Descoberta dos raios X por Röentgen.

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1898

Descoberta da radioatividade natural por Becquerel e pelo casal Curie.

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1898

Marie Curie isolou os elementos polônio e rádio, presentes no minério pechblenda.

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A descoberta da

radioatividade

@QUI795

Radioatividade4


QUÍMICA

1900

Descoberta das partículas alfa e beta por Rutherford e da radiação gama por Paul Vilard.

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1901

Prêmio Nobel de Física para Röentgen.

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Leia a tirinha apresentada a seguir:

a) A capacidade imaginativa e, provavelmente, a influência da televisão, fizeram com que o personagem se imaginasse um “raio X ambulante”, quando, em verdade, isso se deu porque o seu pai estava reclamando que ele comia de boca aberta, mostrando a comida no interior da boca.

Cite personagens de filmes, seriados, etc., que tenham sofrido “modificações” em função de terem sido expostos à radioatividade.

b) O que são raios X e qual a sua aplicação tecnológica no mundo atual?

WATTERSON, Bill. Yukon Ho!. São Paulo: Conrad, 2008. p. 12.

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Essas emissões foram descobertas por Ernest Rutherford e Paul Vilard em trabalhos independentes. Com experimentos, descobriu-se que, se as partículas corpusculares são carregadas, a radiação gama não possui carga, conforme se observa na imagem anterior.

A grande dúvida ainda estava em explicar o porquê de certos elementos possuírem radioatividade natural, comparativamente a outros que se mostravam estáveis. Uma proposta de explicação estava no chamado cinturão de estabili-dade (gráfico ao lado), justificado pela presença de nêutrons no núcleo. Quando a razão entre nêutrons e prótons é pequena, os átomos tendem a ser estáveis. Então, todos os isótopos localizados à esquerda do cinturão eram emissores de partículas β e a emissão de partículas α só ocorreria com átomos que possuíssem número atômico maior que 83. Dessa forma, adquiriam estabilidade nuclear.

Emissão radioativa natural

Existem várias emissões radioativas no núcleo do átomo. As principais e mais conheci-das são: partículas alfa (α) e beta (β) e a radiação gama (γ). As partículas são corpusculares e emitidas pelo núcleo do átomo, assim uma emissão dessas partículas está associada a mudanças no elemento químico, provocando uma transmutação.

As radiações são ondas eletromagnéticas, ou seja, são formadas por fótons, assim como a luz. A emissão de radiações só alterará o núcleo do átomo se estiver acompanhada de uma emissão corpuscular.

Experimento de Rutherford

sobre o desvio das emissões

radioativas naturais

Transmutação nuclear é a transformação de um

nuclídeo em outro por meio de uma reação nuclear.

Exemplos: 218

84Po → 42α + 21482Pb

147N + 42α → 17

8O + 11p

1903

Prêmio Nobel de Física para Becquerel, Marie e Pierre Curie pelos estudos da radioatividade.

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1911

Prêmio Nobel de Química para Marie Curie pela descoberta dos elementos polônio e rádio.©

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1908

Prêmio Nobel de Química concedido a Rutherford pela descoberta das partículas alfa e beta.

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2010

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or.


(ENEM) Os núcleos dos átomos são constituídos de prótons e nêutrons, sendo ambos os principais responsáveis pela sua massa. Nota-se que, na maioria dos núcleos, essas partículas não estão presen-tes na mesma proporção. O gráfico mostra a quantidade de nêutrons (n) em função da quantidade de prótons (Z) para os núcleos estáveis conhecidos.

O antimônio é um elemento químico que possui 50 pró-tons e possui vários isótopos – átomos que só se dife-rem pelo número de nêutrons. De acordo com o gráfico, os isótopos estáveis do antimônio possuem:

a) entre 12 e 24 nêutrons a menos que o número de prótons.

b) exatamente o mesmo número de prótons e nêutrons.

c) entre 0 e 12 nêutrons a mais que o número de prótons.

d) entre 12 e 24 nêutrons a mais que o número de prótons.

e) entre 0 e 12 nêutrons a menos que o número de prótons.

Emissão de partículas alfa (α)Ernest Rutherford estudou exaustivamente a emissão de partículas

alfa pelo núcleo de átomos, concluindo que se tratava de uma partícula pesada. Mais tarde, constatou-se que a emissão dessa partícula estava associada a dois prótons e dois nêutrons, conforme ilustração ao lado:

Com isso, a partícula é representada por: 24 α

Quando, então, um átomo emite uma partícula alfa, ele perde dois prótons e dois nêutrons. Forma-se, então, um átomo com número atômico (Z), duas unidades menores, e número de massa (A), quatro unidades menores.

Exemplos: 88226

24

86222

84210

24

82206

Ra Rn

Po Pb

→ +

→ +

α

α Uma das principais características da partícula α é seu alto poder de ionização, retirando facilmente

elétrons do meio e formando átomos de hélio.

(ENEM) Os n

1921

Prêmio Nobel de Química concedido a Frederick Soddy pelos estudos com decaimento radioativo e a descoberta da natureza dos isótopos.

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1932

Descoberta do nêutron por James Chadwick.

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A. B

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No modelo que Rutherford pro pôs, a partícula α é semelhante ao núcleo do átomo de hélio

Radiação

alfa

@QUI926


QUÍMICA

53

Emissão de partículas beta (β)As partículas beta são carregadas negativamente e emitidas

pelo núcleo do átomo. Esse fato foi pouco compreendido na época, porém, atualmente, sabe-se que um átomo com muitos nêutrons sofre uma decomposição. Nesta, um nêutron excedente é transformado em um próton (que fica retido no núcleo, em uma subpartícula denominada neutrino), e em um elétron, que é, então, emitido na forma de radiação beta.

Como um elétron tem massa praticamente desprezível, essa partícula é representada por: −10β

O átomo que emite esse tipo de radiação tem seu número atômico aumentado em uma unidade, entretanto sua massa é conservada.

Exemplos: 614

10

714

82214

10

83214

C N

Pb Bi

→ +

→ +

−

−

β

βAo comparar as partículas alfa e beta, observa-se que as massas são realmente diferentes, como

previu o experimento de Rutherford.

Emissão de radiação gama (γ)A radiação gama é uma onda eletromagnética, ou seja, não possui massa nem carga elé-

trica. A velocidade de propagação dessa onda eletromagnética é igual à velocidade da luz, porém ela é muito prejudicial aos seres vivos, pois a energia a ela associada é muita alta. A representação dessa emissão é: 0

0 γ Essa radiação, quando emitida, não altera o núcleo do átomo; as alterações nucleares são provo-

cadas somente pelas emissões corpusculares. Geralmente, a radiação gama não é emitida sozinha, sendo acompanhada de outras formas de radiação, já que, no processo de decomposição, mais de uma partícula pode ser emitida.

As radiações possuem diferentes poderes de penetração no organis-mo; a gama, por se tratar de uma onda eletromagnética, penetra facil-mente, provocando vários danos; di-ferentemente, as partículas alfa são menos perigosas, pois seu poder de penetração é baixo.

Na imagem ao lado, pode-se no-tar a capacidade de penetração das radiações emitidas pelo átomo.

1934

Descoberta da radioatividade artificial pelo casal Frederich Joliot e Irene Joliot-Curie.

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1934

Proposta de Enrico Fermi sobre a possibilidade de isolar novos elementos por meio da radioatividade artificial.

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1935

O casal Frédérich Joliot e Irene Joliot-Curie ganhou o Prêmio Nobel de Química pela síntese de novos elementos radioativos.

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Radiação

beta

@QUI848

Emissão

radioativa

natural

@QUI881


Complete o quadro abaixo com todas as características apresentadas até o momento para as radiações:

Radiação Símbolo Constituição Carga Massa Velocidade Poder de penetração

Alfa

Beta

Gama

Aplicações da radioatividade

A descoberta da radioatividade natural de alguns elementos químicos, associada a outras descobertas científicas, levou a um grande desenvolvimento científico e tecnológico da humanida-de. Atualmente, são várias as pesquisas e aplicações na área da radioatividade empregadas nas sociedades.

Isótopo radioativo t½

H-3 12,33 anos

He-6 0,87 s

F-20 11,0 s

P-32 14,4 dias

Si-32 160 anos

C-14 5 715 anos

I-129 15,7 milhões de anos

Fr-215 1,2 μs

U-236 23,4 milhões de anos

U-237 6,75 dias

Datação radioativaO processo de datação radioativa depende do que se chama de meia-vida. Praticamente, todos

os elementos da tabela periódica possuem isótopos radioativos, ou seja, que sofrem decaimento. A diferença é que o tempo de decaimento pode variar muito – de menos de um segundo até milhões de anos. Por exemplo, o hidrogênio tem apenas um isótopo radioativo, o trítio (3H), que decai por emissão beta, e o urânio possui nove isótopos radioativos, cujo modelo de decaimento envolve partículas alfa.

Para datar uma amostra por meio da radioatividade, é necessário conhecer com exatidão a meia-vida dos elementos.

Pode-se definir tempo de meia-vida (t½) como o tem-po necessário para que metade da amostra radioativa sofra desintegração.

No quadro ao lado, há alguns exemplos de isótopos radioativos e seus respectivos tempos de decaimento.

1939

Carta de Albert Einstein ao Presidente dos EUA, sobre a necessidade da construção de uma bomba atômica.

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1943

George de Hevesy recebeu o Prêmio Nobel de Química por utilizar isótopos radioativos para estudar processos químicos.

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1944

Otto Hahn ganhou o Prêmio Nobel pela descoberta da fissão de núcleos pesados.

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Aplicações da

radioatividade

@QUI922


QUÍMICA

55

O gráfico do decaimento radioativo de um elemento é descrito por uma função matemática exponencial, conforme representado ao lado.

O processo de datação da idade de um fóssil de um ser vivo é muito utilizado em Arqueologia. Esse processo envolve principalmente os isótopos carbono-14 e potássio-40, dependendo da idade estimada do fóssil a ser estudado.

A técnica do 14C é a mais difundida e a mais conhecida. Baseia-se no fato de que todos os orga-nismos são formados por carbono. No ser humano, por exemplo, estima-se que essa quantidade é constante e aproximadamente igual a 10 ppb. Isso ocorre, pois uma pequena quantidade desse carbono radioativo é constantemente absorvida, na mesma proporção que emite CO2 (com C-14), ou seja, há um equilíbrio de absorção e emissão de C-14 no organismo.

Consequentemente, quando um organismo morre, para de absorver 14C e sua quantidade começa a decair. Como a meia-vida desse elemento é cerca de 5 700 anos, pode-se estimar a idade de um fóssil.

O termo ppb sig-nifica “partes por bilhão” e corres-

ponde a uma parte para cada bilhão. Por exemplo, 1 g

para cada 1 bilhão de gramas

(= 109 g = mil toneladas).

1945

Oppenheimer realizou os primeiros testes com a bomba atômica e o lançamento, nas cidades de Hiroshima e Nagasaki, durante a Segunda Guerra Mundial.

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1951

Edwin Mattison McMillan e Glenn Theodore Seaborg ganharam o Prêmio Nobel de Química pela descoberta dos elementos transurânicos.

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1. Sabendo-se que o decaimento do C-14 ocorre por emissão de uma partícula beta, escreva a equação radioa-tiva e indique o número atômico e o número de massa do novo elemento formado:

2. Explique por que não se pode determinar a idade de uma peça de ouro puro encontrada na pirâmide de Quéops, no Egito, pelo processo com carbono-14:

Considerando os conhecimentos apresentados sobre o carbono-14, responda às questões propostas:

Nas usinas nucleares, há a conver-são de energia atômica em elétrica que só foi possível graças às pesqui-sas com o núcleo atômico.

© Shutterstock/Kodda

Energia nuclearDesde a descoberta da radioatividade, muitos cientistas já buscavam aplicações

para essa nova fonte de energia. Esse processo iniciou-se, porém, apenas em 1938, com a descoberta da fissão nuclear e da energia por ela liberada.

A fissão nuclear consiste na quebra do núcleo de um átomo, provocada por um nêutron. Quando um nêutron atinge o núcleo do átomo, este fica instável e acaba se dividindo em dois núcleos menores e mais três nêutrons, como se pode observar na imagem abaixo:

Em cada fissão, há liberação de certa quantidade de energia. Como ocorrem muitas fissões ao mesmo tempo, a ener-gia total liberada é enorme, podendo ser convertida em energia elétrica ou utilizada para fins militares.

Os EUA e a França são os países que mais utilizam essa tecnologia para produção de energia elétrica e ocupam o 3 .o lugar em distribuição mundial de eletricidade obtida pela energia nuclear.

A conversão de energia atômica em elétrica se dá por aquecimento da água em uma caldeira e, em seguida, com a utilização dos vapores para movimen-tação das turbinas. Observe a imagem ao lado.

Cada um dos nêutrons liberados atinge outros núcleos, o que ocasiona novas fissões e liberações de mais nêutrons, ou seja, desencadeiam reações sucessivas, as quais são chamadas de reações em cadeia.

Esquema de produção de energia elétrica, utilizando a energia nuclear. O calor liberado na quebra do átomo aquece a água no circuito primário. Em seguida, a água vaporizada passa por um sistema secundário de geração de vapor, sendo, então, conduzida à turbi-na. Esse vapor é condensado e retorna ao processo. Após certo período, é descartado.

01

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56141

3692

01U Ba Kr + 3 n n+ → +

1951

Neste mesmo ano, John Douglas Cockcroft e Ernest Walton ganharam o Prêmio Nobel de Física pela descoberta da transmutação dos elementos e aceleradores de partículas.La

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1967

Hans Bethe recebeu o Prêmio Nobel de Física pela descoberta das reações nucleares que ocorrem nas estrelas.

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O processo da

fissão nuclear

@QUI1002


QUÍMICA

57

No Brasil, a tecnologia foi comprada inicialmente dos estadunidenses. Porém, devido a vários problemas de contrato, passou a ser adquirida dos alemães em 1958. Entretanto, a primeira usina só começou a funcionar em 1985, com o nome de Angra I. Essa usina funciona atualmente com a Angra II, em um processo de fissão nuclear do urânio.

Uma alternativa ainda cara, se comparada ao processo de fissão, é a fusão nuclear. A fusão consiste na colisão de dois átomos pequenos, produzindo um núcleo maior.

Uma das reações que ocorre no Sol se dá com os isótopos de hidrogênio – deutério (2H) e trítio (3H) – com formação do hélio.

12H + H He + n1

324

01→

Para que se inicie o processo de fusão, é necessária uma grande quantidade de energia; o que o torna inviável para o uso industrial. Além de quê, a energia liberada é muito maior do que na fissão. Uma vantagem, porém, é que os resíduos resultantes desse processo são bem menos perigosos.

Uso militarO uso mais controverso da energia nuclear certamente é o militar. As bombas atômicas são altamente

destrutivas, pois liberam grande quantidade de energia, provocando grandes devastações devido às ondas de choque, ao calor elevado e à radiação liberada.

As bombas atômicas lançadas durante a Segunda Guerra Mundial sobre as cidades de Hiroshima e Nagasaki, no Japão, entraram para a história, causando, além da enorme quantidade de mortes, comoção geral e grande número de protestos a favor do desarma-mento. Muitos afirmam que outra guerra nuclear provocaria o fim do mundo.

A história da construção das bombas atômicas iniciou-se com o Projeto Manhattan, em que trabalharam diversos físicos e químicos famosos. Entre eles, destacam-se: Niels Bohr, Albert Einstein e Oppenheimer.

A preocupação com uma catástrofe nuclear pelo uso de bombas atômicas agravou-se no perío-do pós-Segunda Guerra Mundial, conhecido como Guerra Fria, em que havia uma separação entre os países comunistas, liderados pela ex-União Soviética, e países capitalistas, principalmente

os Estados Unidos. Os dois países líderes possuíam a tecnologia para produção de bombas e um arsenal nuclear muito grande.

Esse período estendeu-se até o final da década de 1980, e se encerrou com a queda do Muro de Berlim, bem como com um acordo entre essas duas grandes potências para o “fim” das armas nucleares.

No interior da bomba atômica, ocorre uma reação de fissão nuclear que não é controlada, ao contrário do que ocorre no interior de um reator de produ-ção de energia elétrica

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1. Leia esta tira da Mafalda e responda às questões propostas:

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3.

QUINO. Toda Mafalda. São Paulo: Martins Fontes. 2003. p. 82.

1 Leia esta t


a) A que se refere a personagem Mafalda ao afirmar que a brincadeira de guerra nuclear é rápida?

b) As tiras da Mafalda foram produzidas no fi-nal da década de 1970 e início da década de 1980. Que referência histórica está represen-tada nessa tira?

2. (UESPI) O nuclídeo 131 do iodo (Z = 53), utilizado no diagnóstico de doenças da glândula tireóidea, pode ser obtido pelo bombardeio do nuclídeo 130 de telúrio (Z = 52), como representado a seguir:

52

13001

53131Te n I X+ → +

Nessa reação, X corresponde:

a) à partícula alfa (24α).

b) à partícula beta (−10β).

c) ao próton (11p ).

d) ao nêutron ( 01n ).

e) ao pósitron ( 10β ).

3. (UEMS) Os radioisótopos têm aplicações em vá-rios campos da atividade humana. Entre as apli-cações, pode-se citar o auxílio no combate ao câncer. Um dos elementos químicos utilizados nesse processo é o 27

59Co, que se torna radioisó-topo ao ser bombardeado por nêutrons (n), con-forme as equações químicas:

2759

01

2760

2760

2860

10

00

Co n Co

Co Ni

+ →

→ + +− β γ

De acordo com o exposto, marque a alternativa correta:

a) O 2760Co é isótopo do 28

60Ni .

b) De acordo com as reações apresentadas, veri-fica-se que o 28

60Ni é um elemento radioativo.

c) As partículas −10β são elétrons emitidos pelos

núcleos dos átomos de cobalto radioativo.

d) As partículas −10β são elétrons emitidos pela

eletrosfera dos átomos de cobalto radioativo.

e) A radiação 00γ são ondas eletromagnéticas

formadas por 2 nêutrons e carga total nula.

4. (UFMT) As bombas atômicas lançadas sobre o Japão foram: Little Boy na cidade de Hiroshima, no dia 06 de agosto de 1945, e Fat Man, três dias após, na cidade de Nagasaki. Elas eram feitas de urânio e de plutônio, respectivamente. A captura de um nêutron pelo 92

238U produz o

92239U , elemento que não se fragmenta, mas sofre transformações radioativas espontâneas, emitindo duas partículas betas (elétrons).

Então 92239U se transforma em:

a) 94237Pu b) 94

238Pu

c) 92239U d) 92

235U e)

94239Pu

5. (UEPA) O urânio-235 é o principal combustível usado nas usinas nucleares e em bombas atômi-cas, por ser um metal que, quando bombar dea-do por um nêutron, libera uma enorme quan-tidade de calor, conforme a equação de reação representada abaixo:

01

92235

3692

013n U Kr X n calor+ → + + +

O número de massa e o número atômico do ele-mento X são, respectivamente:

a) 137 e 56. b) 137 e 66.

c) 56 e 139. d) 141 e 55.

e) 141 e 56.

6. (UNIFESP) Entre outras aplicações, a radiação nucle-ar pode ser utilizada para preservação de alimentos, eliminação de insetos, bactérias e outros micro-or-ganismos eventualmente presentes em grãos e para evitar que certas raízes brotem durante o armazena-mento. Um dos métodos mais empregados utiliza a radiação gama, emitida pelo isótopo 60Co. Esse isó-topo é produzido artificialmente pela reação de um isótopo do elemento químico X com um nêutron, gerando somente 60Co como produto de reação. O 60Co, por sua vez, decai para um elemento Y, com a emissão de uma partícula beta de carga negativa e de radiação gama. Os elementos X e Y têm números atômicos, respectivamente, iguais a:

a) 26 e 28. b) 26 e 29.

c) 27 e 27. d) 27 e 28.

e) 29 e 27.

7. (UNEMAT– MT) Sabendo-se que, quando um nú-cleo emite uma partícula α, seu número atômico diminui duas unidades e seu número de massa diminui quatro unidades e quando emite uma partícula β, seu número atômico aumenta uma unidade e seu número de massa não se altera. As alternativas abaixo mostram o balanço dos nú-meros de massa e de cargas elétricas nucleares da transformação de 92

238U em 82206Pb .


QUÍMICA

59

Assinale a alternativa correta:

Considere: ZAElemento

a) O balanço dos números de massa mostra que houve a emissão de 6 partículas β.

b) O balanço das cargas elétricas nucleares mos-tra que houve a emissão de 8 partículas α.

c) O balanço dos números de massa mostra que houve a emissão de 8 partículas α.

d) O balanço dos números de massa mostra que houve a emissão de 10 partículas β.

e) O balanço das cargas elétricas nucleares mos-tra que houve a emissão de 6 partículas α.

8. (UFPE) Em 1934, Enrico Fermi propôs uma teo-ria que explicava as formas de decaimento beta através da:

β–): 01

11

10n p e→ + −

β–): 11

10

01p e n+ →−

β+): 11

01

10p n e→ + +

Potássio-40 ( 1940K ) é um nuclídeo incomum pelo

fato de simultaneamente decair segundo essas três formas, decorrendo daí aumento ou dimi-nuição do número de carga (carga nuclear) do nuclídeo. A respeito desse comportamento do

1940K, podemos afirmar que:

(0-0) a emissão de elétron conduz à formação de um nuclídeo com o menor número de carga.

(1-1) a emissão de pósitron resulta na formação de nuclídeo com maior número de carga.

(2-2) o mesmo tipo de nuclídeo é formado tanto por emissão quanto por captura de elétron.

(3-3) espécies nuclídicas diferentes são forma-das por emissão de elétron ou de pósitron.

(4-4) emissão de pósitron ou captura de elétron conduzem à formação de nuclídeos iguais.

9. (CEFET – GO) O tempo de meia-vida de uma amostra radioativa é o tempo necessário para que a metade dos átomos dessa amostra sofra desintegração radioativa e se transforme em ou-tro elemento.

O césio-137 apresenta um tempo de meia-vida de 30 anos. Em relação a esse tempo de meia- -vida e ao fenômeno da radioatividade, assinale a alternativa correta:

a) O tempo de meia-vida do césio-137 é o mes-mo tanto no césio elementar como em todos os compostos de césio.

b) Uma amostra de césio-137 desintegra 75% de seus átomos após 90 anos.

c) O tempo de meia-vida do césio-137 aumenta-rá se a amostra for aquecida.

d) O tempo de meia-vida do césio diminuirá com um aumento de pressão atmosférica.

e) O césio-137 perde sua radioatividade ao ser queimado ou dissolvido em água.

10. (UFMS) Pacientes que sofrem de câncer de próstata terão, em breve, acesso facilitado a uma terapia que proporciona um índice de cura de até 88%. O tra-tamento utiliza cápsulas ou sementes radioativas de iodo-125 implantadas por meio de agulhas es-peciais na próstata do paciente. O domínio da tec-nologia de produção dessas sementes foi obtido por uma equipe de pesquisadores do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN).

Fonte: Pesquisa FAPESP, edição impressa 79, set. 2002.

Considerando-se que o isótopo iodo-125 possui meia-vida de aproximadamente 60 dias, e que as sementes radioativas implantadas contêm 5 mg desse isótopo, passado meio ano da data de início do tratamento terapêutico com essas sementes, que massa, em mg, de iodo-125 ainda está presente no organismo do paciente?

a) 5,000 b) 2,500 c) 1,250

d) 1,125 e) 0,625

11. (UFMT) A humanidade convive diariamente com a radioatividade através de fontes naturais ou artifi-ciais. Um determinado elemento radioativo natural tem tempo de meia-vida igual a 10 minutos. Após uma hora, 64 mg desse elemento terá massa de:

a) 0,64 g b) 10 mg c) 1 mg

d) 0,1 g e) 6,4 mg

DesafioDesafio

12. (CEFET – PI) O acidente do reator nuclear de Chernobyl, em 1986, lançou para a atmosfera grande quantidade de Sr-90 radioativo, cuja meia-vida é de 28 anos. Outros materiais radioativos de meia-vida mais longa também foram espalhados juntamente com o Sr-90. Se não houvesse estes outros materiais, seria preciso esperar apenas que a quantidade de Sr-90 se reduzisse, por meio de decaimentos radioativos, a 6,25% da quantidade inicial. Esses níveis Sr-90 serão (ou foram) atingidos no ano de:


a) 2000 b) 2014

c) 2042 d) 2070

e) 2098

13. (EMESCAN – ES) A radioatividade tem aplicações em diversas áreas, como na construção de sen-sores para a indústria, conservação de alimentos e no tratamento de doenças. No estudo da On-cologia, a compreensão das emissões naturais, denominadas por alfa, beta e gama, será um pré-requisito fundamental para o estudante de Medicina. Com relação a essas emissões, pode-mos afirmar corretamente que:

a) as emissões “alfa” correspondem à radiação eletromagnética de alta frequência.

b) as emissões “beta” são as mais penetrantes.

c) as emissões gama correspondem a partículas iguais ao núcleo de 4He.

d) quando o isótopo 14 do carbono emite partí-culas “beta”, transforma-se em 14N.

e) todos os radioisótopos têm a mesma meia-vida.

DesafioDesafio

14. (ENEM) O lixo radioativo ou nuclear é resultado da manipulação de materiais radioativos, utilizados hoje na agricultura, na indústria, na Medicina, em pesquisas científicas, na produção de energia, etc. Embora a radioatividade se reduza com o tempo, o processo de decaimento radioativo de alguns materiais pode levar milhões de anos. Por isso, existe a necessidade de fazer um descarte ade-quado e controlado dos resíduos dessa natureza. A taxa de decaimento radioativo é medida em termos de um período característico, chamado de meia-vida, que é o tempo necessário para que uma amostra perca metade de sua radioativida-de original. O gráfico seguinte representa a taxa de decaimento radioativo do rádio-226, elemento químico pertencente à família dos metais alca-linos terrosos e que foi utilizado durante muito tempo na Medicina.

As informações fornecidas mostram que:

a) quanto maior é a meia-vida de uma substân-cia mais rápida ela se desintegra.

b) apenas 1/8 de uma amostra de rádio-226 terá decaído ao final de 4 860 anos.

c) metade da quantidade original de rádio-226, ao final de 3 240 anos, ainda estará por decair.

d) restará menos de 1% de rádio-226 em qual-quer amostra dessa substância após decorri-das três meias-vidas.

e) a amostra de rádio-226 diminui a sua quan-tidade pela metade a cada intervalo de 1 620 anos devido à sua desintegração radioativa.

15. (UFSCAR – SP) O uso de isótopos radioativos, em Medicina, tem aumentado muito nos últimos anos, sendo o tecnécio-99 o mais usado em clíni-cas e hospitais brasileiros. O principal fornecedor desse isótopo é o Canadá, e problemas técnicos recentes em seus reatores resultaram em falta desse material no Brasil. Uma proposta alternativa para solucionar o problema no país foi substituir o tecnécio-99 pelo tálio-201. O tálio-201 pode ser produzido a partir do tálio-203, bombardeado por próton (1

1p) acelerado em acelerador de partículas. O tálio-203 incorpora o próton acelerado e rapi-damente se desintegra, formando chumbo-201 e emitindo nêutrons no processo. Posteriormente, o chumbo-201 sofre nova desintegração, formando 201Tℓ, um isótopo com meia-vida de 73 horas.Pede-se:

a) Escreva a equação balanceada, que representa a reação nuclear para a produção de 201Pb, a partir do bombardeamento do 203Tℓ com pró-tons, segundo o processo descrito no enuncia-do dessa questão.

b) Considerando que, na amostra inicial de ra-diofármaco contendo 201Tℓ, tem uma ativi-dade radioativa inicial igual a A0, e que pode ser utilizada em exames médicos até que sua atividade se reduza a A0/4, calcule o período de tempo, expresso em horas, durante o qual essa amostra pode ser utilizada para a realiza-ção de exames médicos.

(Dados: 81203T = tálio-203

82204Pb = chumbo-204

82201Pb = chumbo-201

01n = nêutron

11p = próton)


QUÍMICA

61

16. (EMESCAM – ES) A idade de um vinho pode ser determinada pela medida da quantidade-traço de trítio ( 1

3H – hidrogênio radioativo) na amos-tra. O trítio, que se forma a partir do bombar-deamento da água na alta atmosfera com radia-ção cósmica, está presente em qualquer amostra de água. A partir do engarrafamento do vinho, a quantidade de trítio não pode ser renovada, pois esta não mais descreve seu ciclo natural. En-tão, a quantidade de trítio presente na amostra diminui gradualmente pelo decaimento. O pro-cesso de decaimento do trítio é um processo de primeira ordem e tem meia-vida de 12,5 anos. Se uma garrafa de vinho foi encontrada em uma

adega escondida em um antigo castelo francês,

contendo 1

256 do teor de trítio de uma amostra

recentemente engarrafada, qual a idade do vi-nho?

a) 12,5 anos. b) 6,25 anos.

c) 64 anos. d) 256 anos.

e) 100 anos.

17. (UEPA) Uma das maiores catástrofes da história foi a invenção e o lançamento da bomba atômi-ca nas cidades japonesas de Hiroshima e Naga-saki. O modelo abaixo representado foi a base para a construção da bomba atômica:

Em relação ao modelo, assinale a alternativa correta:

a) Representa fissão e fusão atômica, seguida de liberação de energia.

b) É uma representação de fusão nuclear.

c) Representa fusão e fissão atômica, seguida de absorção de energia.

d) É uma representação de fissão nuclear.

e) É uma representação de fusão atômica.

18. (ENEM) Na música "Bye, bye, Brasil", de Chico Buarque de Holanda e Roberto Menescal, os versos

"puseram uma usina no martalvez fique ruim pra pescar"

poderiam estar se referindo à usina nuclear de Angra dos Reis, no litoral do estado do Rio de Janeiro.

No caso de tratar-se dessa usina, em funciona-mento normal, dificuldades para a pesca nas proximidades poderiam ser causadas:

a) pelo aquecimento das águas, utilizadas para refrigeração da usina, que alteraria a fauna marinha.

b) pela oxidação de equipamentos pesados e por detonações que espantariam os peixes.

c) pelos rejeitos radioativos lançados continuamen-te no mar, que provocariam a morte dos peixes.

d) pela contaminação por metais pesados dos processos de enriquecimento do urânio.

e) pelo vazamento de lixo atômico colocado em to-néis e lançado ao mar nas vizinhanças da usina.

19. (UFPE) O programa nuclear do Irã tem chamado a atenção internacional em função das possíveis aplicações militares decorrentes do enriqueci-mento de urânio. Na natureza, o urânio ocorre em duas formas isotópicas, o U-235 e o U-238, cujas abundâncias são, respectivamente, 0,7% e 99,3%. O U-238 é radioativo, com tempo de meia-vida de 4,5 . 109 anos, independentemente do tipo de aplicação desejada. Sobre o uso do urânio, considere a equação abaixo e analise as afirmativas a seguir:

92235

01

56140

013U n Ba Kr nx

y+ → + +

(1) O U-238 possui três prótons a mais que o U-235.

(2) Os três nêutrons liberados podem iniciar um processo de reação em cadeia.

(3) O criptônio formado tem número atômico igual a 36 e número de massa igual a 96.

(4) A equação acima representa a fissão nuclear do urânio.

(5) Devido ao tempo de meia-vida extremamen-te longo, o U-238 não pode, de forma algu-ma, ser descartado no meio ambiente.

Estão corretas apenas:

a) 1, 2 e 5.

b) 2, 3, 4 e 5.

c) 1, 3 e 4.

d) 2, 4 e 5.

e) 3, 4 e 5.



Anotações

QUÍMICA

64

Anotações

Propriedades gerais e estrutura da matéria;...

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