TEXTOS DE APOIO – CIÊNCIAS 8º ANO
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TEXTOS DE APOIO – CIÊNCIAS 8º ANO 1. A ESTRUTURA ATÔMICA Conceito Sabemos que tudo que nos rodeia e ocupa lugar no espaço é matéria. Mas de que é constituída a matéria? Filósofos gregos, no século V antes de Cristo, admitiam, intuitivamente, que a matéria seria constituída de partículas indivisíveis, a que chamaram de átomo. Somente por volta de 1808, apareceu uma teoria, com bases experimentais, comprovando a existência do átomo: a teoria atômica de John Dalton. Essa teoria foi baseada em diversos experimentos e apontou as seguintes conclusões: 1. Toda matéria é formada de partículas fundamentais, os átomos; 2. Os átomos não podem ser criados e nem destruídos, eles são permanentes e indivisíveis; 3. Um composto químico é formado pela combinação de átomos de dois ou mais elementos em uma razão fixa; 4. Os átomos de um mesmo elemento, são idênticos em todos os aspectos, já os de diferentes elementos; possuem propriedades diferentes. Os átomos caracterizam os elementos; 5. Quando os átomos se combinam para formar um composto, ou se separam, acontece um rearranjo. Isso são indícios de uma transformação química. Dalton acreditava em que o átomo era uma esfera maciça, homogênea, indestrutível, indivisível e de carga elétrica neutra. Se fizermos uma comparação; os átomos seriam semelhantes às bolinhas de gude: maciças e esféricas. Muitas dessas teorias são aceitas até hoje; outras já são ultrapassadas. Vejamos por que: Os elementos químicos são formados por pequenas partículas denominadas átomos - válido até hoje. Os átomos são partículas maciças e indivisíveis – incorreto. O átomo é descontínuo e divisível. Os átomos, de um mesmo elemento, têm massas iguais e os átomos de elementos diferentes têm massas diferentes – incorreto. Devido à existência de isótopos; todos os átomos de um elemento não têm a mesma massa. Os átomos dos elementos permanecem inalterados nas reações químicas - válido até hoje. Inclusive, essa definição explica bem por que a massa é conservada nas reações químicas. Os compostos são formados pela ligação dos átomos dos elementos em proporções fixas correto. Essa é a Lei da composição definida. Ela explica por que cada composto é caracterizado por proporções fixas. Cada átomo de um dado elemento presente em um composto tem a mesma massa, sendo assim; a composição deve ser sempre a mesma. Verificou-se, enfim, que o átomo é o componente de toda a matéria: a Terra, o Universo; todos os seres vivos são constituídos de átomos. Por volta de 1898, o físico inglês Joseph John Thomson realizou experimentos científicos com descargas elétricas de gases e com a radioatividade, sugerindo o modelo atômico de Thomson. E segundo ele, a tendência da matéria é ficar neutra; assim o número de cargas positivas será igual ao número de cargas negativas. 1 As experiências realizadas no século XIX, juntamente com o átomo de Thomson, possibilitaram a descoberta do próton e do elétron. Esse modelo atômico consiste em uma esfera carregada positivamente e de elétrons com carga negativa incrustados nelas. Esse modelo foi apelidado de “pudim de ameixas”. Mais tarde, com novos experimentos, postulou-se que os elétrons estavam situados em anéis e esses se movimentam em órbitas ao redor da esfera positiva. O cientista Ernest Rutherford propôs um modelo atômico de Rutherford baseando-se em experimentos com radioatividade. Através de seus estudos concluiu que elementos são radioativos e emitem radiação de alta energia em forma de partículas alfa, partículas beta e raios gama. Ele decifrou o que os resultados experimentais realmente significavam: Na eletrosfera dos átomos de ouro, existem espaços e algumas partículas atravessam a lâmina, passando por tais espaços. As partículas alfa se desviam, porque colidem com o núcleo dos átomos de ouro. O núcleo é positivo, por isso repele as partículas alfa de carga positiva. O núcleo é pequeno em relação ao átomo. Por meio dessas observações, Rutherford criou seu próprio modelo atômico, substituindo o modelo de Thompson. Seu conceito acredita nomeadamente em que um átomo é composto por um pequeno núcleo carregado positivamente e rodeado por uma grande eletrosfera, que é uma região envolta do núcleo que contém elétrons. No núcleo, está concentrada a carga positiva e a maior parte da massa do átomo. O átomo proposto por Rutherford é o que mais se aproxima do modelo atômico utilizado atualmente. Depois de Dalton, outras teorias ou modelos surgiram, aprofundando o conhecimento sobre o átomo. O modelo, atualmente, aceito e chamado “átomo nuclear”. Esse nuclear admite que o átomo e formado por uma região central extremamente pequena, o núcleo, em torno do qual giram diminutas partículas, constituindo outra região, a eletrosfera. Porém, o átomo não é maciço: a maior parte dele e composta por espaços vazios, ou seja, o átomo é descontínuo. O núcleo contém basicamente dois tipos de partículas: Os prótons e os nêutrons - os prótons têm massa aproximadamente igual à massa do nêutron cerca de 0,000 000 000 000 000 000 000 001 670 gramas. É uma grandeza tão pequena que se convencionou representá-la por 1. A eletrosfera contém apenas elétrons. Verificou-se, experimentalmente, que a massa dos elétrons é 1.836 vezes menor que a dos prótons; por isso é considerado partícula de massa desprezível, representada por 0. Então: PARTÍCULAS MASSA PRÓTON 1 NÊUTRON 1 ELÉTRON Desprezível ou 0 Fonte: Construído pelo autor deste material utilizando a ferramenta do Microsoft Office. Assim, o átomo não é indivisível como se supunha: compõe-se de várias partículas e pode ser quebrado, como nas explosões atômicas. Pegamos, por exemplo, um átomo de Hélio que possui 4 partículas no núcleo: 2 prótons (p+) e 2 nêutrons (n). Na eletrosfera, estão 2 elétrons (e-), que giram em torno do núcleo a tal velocidade que não se pode determinar exatamente suas posições. Em 1914, o físico Niels Bohr comparou o movimento dos elétrons com o dos planetas ao redor do Sol. Os elétrons estariam em órbitas fixas como os planetas. Desenvolvendo assim o modelo atômico de Bohr. Esse físico se utilizou das ideias iniciais de Rutherford, acrescentando novas hipóteses após diversos experimentos. Assim, ele concluiu que: 2 Os elétrons da eletrosfera giram ao redor do núcleo, descrevendo somente órbitas circulares, e se apresentam organizados em camadas. Cada camada possui certa energia e está a certa distância do núcleo. Ele nomeou essas camadas de níveis de energia. Cada nível de energia comporta apenas um número determinado de elétrons, os quais, à medida que as camadas são completadas; ocupam outras camadas com níveis de maior energia. A maior contribuição de Bohr para o modelo atômico foi descobrir que os elétrons giram em determinados níveis de energia; enquanto o modelo de Rutherford, os elétrons circulavam a qualquer distância do núcleo. Hoje, acredita-se em que os elétrons estão localizados em órbitas que são regiões, no átomo, em que a probabilidade de encontrar um elétron é máxima, formando uma espécie de nuvem eletrônica ao redor do núcleo. Todos os prótons são iguais, todos os elétrons são iguais e todos os nêutrons são iguais. O que torna um átomo diferente do outro é a quantidade dessas partículas em cada átomo. As partículas possuem cargas elétricas, em que os elétrons giram ao redor do núcleo, e isso significa que existe uma força que atrai os elétrons para o núcleo. Essa força vem das cargas elétricas que as partículas atômicas possuem: PRÓTON ELÉTRON NÊUTRON CARGA POSITIVA CARGA NEGATIVA CARGA NULA (+1) (-1) (0) O núcleo, sendo positivo, devido à presença dos prótons, atrai os elétrons (carga negativa) que estão na eletrosfera. No entanto, o átomo isolado e um sistema eletricamente neutro, porque o número de cargas positivas e igual ao número de cargas negativas. No átomo eletricamente neutro, o número de prótons e igual ao numero de elétrons. O número de nêutrons (partículas neutras) não influi nesse aspecto, o número de nêutrons no núcleo pode ser menor ou maior que o de prótons. As partículas atômicas são simbolizadas por sua letra inicial minúscula, antecedida de dois índices: o índice do alto indica a massa da partícula; o índice de baixo indica sua carga. Assim: PRÓTON 1 p NÊUTRON 1 n ELÉTRON 0 e + 0 - Fonte: Construído pelo autor deste material utilizando a ferramenta do Microsoft Office. Resumiremos as características das partículas na tabela seguinte, para você ter uma visão global do que dissemos ate agora: PÁRTICULAS LOCALIZAÇÃO CARGA MASSA Próton Núcleo +1 1 SÍMBOLO 1 p + 1 Nêutron Núcleo 0 1 Elétron Eletrosfera -1 Desprezível ou 0 n 0 0 e - Fonte: Construído pelo autor deste material utilizando a ferramenta do Microsoft Office. É difícil realmente compreender como os cientistas conseguem mensurar um átomo se suas dimensões são tão pequenas. Mesmo ao microscópio eletrônico, o átomo é invisível. Os cientistas dispõem de métodos capazes de permitir a construção de modelos, baseados em dados experimentais. 3 O diâmetro do átomo é de aproximadamente 0,000 000 03 cm; é tão pequeno que, se cada ser humano fosse do tamanho de um átomo, toda população mundial caberia na cabeça de um alfinete. Os núcleos atômicos, então, são bem menores: medem geralmente cerca de 0,000 000 000 000 1 cm. Para entendermos, tomaremos o estádio do Maracanã como modelo do átomo, conservando a escala, o núcleo seria do tamanho de uma pulga. 2. OS ELEMENTOS QUÍMICOS Atualmente, define-se como elemento químico o conjunto de átomos com o mesmo número de prótons em seu núcleo atômico. Dos 112 elementos químicos reconhecidos, somente 92 são encontrados na natureza; os demais são produzidos em laboratório e são considerados elementos artificiais. A padronização da representação química é fundamental para a ciência, pois os cientistas usam a mesma linguagem, mesmo em idiomas diferentes. Hoje, a organização que comanda toda a nomenclatura química é a IUPAC – International Union of Pure and Applied Chemistry. Os cientistas adotaram certas convenções para os símbolos químicos e para os vários elementos. O símbolo é uma forma curta ou o nome abreviado de um elemento, em que cada elemento, possui um símbolo químico que é único e exclusivo. Um átomo de um elemento é representado por esse símbolo. Por exemplo; o símbolo do Carbono é “C”. Muitos elementos têm seus símbolos derivados da primeira letra no caso do “H” para Hidrogênio ou das duas primeiras letras “He” para Hélio de seus nomes. Alguns poucos elementos têm símbolos derivados de seus nomes em Latim, conforme tabela abaixo. ELEMENTO QUÍMICO NOME EM LATIM SÍMBOLO Antimônio Chumbo Cobre Estanho Fósforo Mercúrio Ouro Potássio Prata Sódio Stibium Plumbum Cuprum Stannum Phosphorum Hydragyrum Aurium Kalium Argentium Natrium Sb Pb Cu Sn P Hg Au K Ag Na Fonte: Adaptado da IUPAC pelo autor deste material utilizando a ferramenta do Microsoft Office. 3. NÚMERO ATÔMICO E NÚMERO DE MASSA O símbolo atômico de um elemento químico pode vir acompanhado de informações, como: O número atômico (Z) que indica o número de prótons. O número de massa (A) de um elemento químico, que é a soma do número de nêutrons (n) e de prótons (p), onde A= n+p ou A=N+Z. A representação de um elemento qualquer (X) será da seguinte forma: A zX ou zXA Os íons são uma espécie química cujo número atômico (prótons) é diferente do número de elétrons e podem ser divididos em: 4 Cátions são formados por retiradas de um ou mais elétrons da eletrosfera de um átomo, ou seja, um íon carregado positivamente. 23 1+ 11Na = perdeu 1 elétron Os ânions são formados quando adicionamos um ou mais elétrons à eletrosfera de um átomo: íon carregado negativamente. 16 28O = ganhou 2 elétrons Os Isótopos são átomos com o mesmo número atômico (número de prótons) e diferentes números de massa. Pertencem ao mesmo elemento químico. Os isótopos possuem propriedades químicas iguais e propriedades físicas diferente Prótio 1 1H Z =1 p+ =1 A =1 n =0 Deutério 2 1H Z =1 p+ =1 A =2 n =1 Os isóbaros são átomos com o mesmo número de massa (A). Os isóbaros possuem propriedades químicas e físicas diferente POTÁSSIO 19 40 K Z =19 p+ =19 A =40 n =21 Já os isótonos são átomos com o mesmo número de nêutrons (N). Os isótonos possuem propriedades físicas e químicas diferentes. TRÍTIO 3 1H Z=1 p+ =1 A=3 n=2 Trítio 3 1H Z =1 p+ =1 A =3 n =2 CÁLCIO 20 40 Ca Z =20 p+ =20 A =40 n =20 HÉLIO 4 2He Z =2 p+ =2 A =4 n =2 Os isoeletrônicos são espécies químicas com o mesmo número de elétrons, esses possuem propriedades físicas e químicas diferentes. 15P- 3 e 20Ca+2 ambos com 18 elétrons. 4. CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA Curiosidade http://www.eventosufrpe.com.br/jepex2009/cd/resumos/R0249-3.pdf http://www.scielo.br/pdf/qn/v20n1/4922.pdf A tabela periódica permite que se realizem buscas para localizar elementos químicos pelas características sem, ao menos, se saber seu nome; pois, atualmente, está organizada da seguinte maneira: Os elementos químicos aparecem representados por seus símbolos dentro de pequenos quadrados, onde há o nome, o número atômico e a massa atômica do elemento. 5 Fonte: Construído pelo autor deste material utilizando a ferramenta do Microsoft Office. Elementos químicos com propriedades químicas semelhantes estão agrupados em uma mesma linha vertical ou coluna, chamada de família ou grupo. Os grupos numéricos de 1 a 18. Existem sete linhas chamadas de período ou série. Os elementos estão organizados em ordem crescente de número atômico, que para os períodos aumentam da esquerda para a direita, e para os grupos de cima para baixo. Os elementos da série dos lantanídeos e dos actinídeos fazem parte do grupo 3, mas são colocados separadamente na parte de baixo da tabela para que ela não fique muito larga. Os grupos ou famílias da tabela periódica diferenciam-se pelas suas propriedades químicas e físicas, outras praticamente não reagem, algumas conduzem eletricidade e outras são isolantes, alguns são muito reativos e outros possuem propriedades semelhantes devido à distribuição de seus elétrons. Sendo assim, podemos separá-los em: Metais Esses possuem brilho, conduzem bem o calor e a eletricidade, propriedade que lhes confere diversas aplicações cotidianas, são dúcteis, ou seja, são possíveis de esticá-los ou comprimi-los sem que se rompam ou quebrem, o que os torna moldáveis, permitindo que sejam transformados em fios. São maleáveis, ou seja, flexíveis, dobráveis e permitem a formação de lâminas, são sólidos em temperatura ambiente, exceto o mercúrio, que é liquido, e se funde em altas temperaturas, tendem a perder elétrons, obtendo carga positiva e tornando-se cátions, além de representam quase 75% de todos os elementos. Os metais são divididos na tabela periódica em: 1. Metais alcalinos Os metais alcalinos recebem esse nome, pois vêm de alcalino “álcali” (cinza das plantas), nas quais podemos encontrar em destaque o sódio e o potássio. Constituem o grupo 1A da tabela periódica que são: hidrogênio, H (z = 1); lítio, Li (z = 3); sódio, Na (z = 11); potássio, K (z = 19); rubídio, Rb (z = 37); césio, Cs (z = 55); frâncio, Fr (z = 87). Apenas o hidrogênio não é metálico, entretanto não possui praticamente nenhuma outra característica físico-química semelhante aos outros elementos. Esses metais são muito semelhantes, porém não são encontrados juntos, por causa dos seus diversos compostos e do tamanho dos íons. Todos os metais alcalinos são extremamente reativos; por isso, não existem livres na natureza, quando expostos ao oxigênio ou à água; assim como a qualquer ânion. As soluções aquosas resultantes das reações dessas substâncias com a água, são alcalinas. 2. Metais alcalinoterrosos Os metais alcalinoterrosos são assim nomeados, devido aos seus óxidos serem, por muito tempo chamados de terra. Representam os elementos do grupo 2A da tabela periódica e seus elementos são: berílio, Be (z = 4); magnésio, Mg (z=12); cálcio, Ca (z = 20); estrôncio, Sr (z = 38); bário, Ba (z = 56); e rádio, Ra (z = 88). Reagem facilmente com halogênios formando sais iônicos e com a água formam hidróxidos fortemente básicos. 6 3. Metais de transição São encontrados entre os grupos 2A e 3A da tabela periódica. Os elementos de transição exibem propriedades físicas tipicamente metálicas com alta refletividade, brilho metálico prateado ou dourado, e elevada condutividade térmica e elétrica, embora a dureza e os pontos de fusão dos metais de transição variem amplamente, esses elementos geralmente possuem tendência a ser mais duros e a se fundirem a temperaturas mais altas do que a dos metais alcalino e alcalino-terrosos. Existe certa controvérsia sobre quais elementos deveriam ser classificados como metais de transição. Algumas vezes são excluídos Zn, Cd e Hg dessa classificação, assim como Cu, Ag e Au. 4. Semi metais Os semimetais são elementos com propriedades intermediárias entre os metais e os não-metais e também são chamados de ametais ou metalóides. Em geral, são sólidos, quebradiços e brilhantes, funcionam como isolante elétrico à temperatura ambiente, e tornam-se iguais aos metais como condutor elétrico. Se aquecidos, ou quando se inserem em certos elementos nos interstícios de sua estrutura cristalina. São considerados semimetais os elementos químicos boro, silício, germânio, arsênio, antimônio, telúrio e polônio. Às vezes, um elemento raro como o astato, também é classificado como semimetal. Modernamente, existe uma tendência a considerar como não metais o boro, silício, arsênio e telúrio; e como metais o germânio, antimônio, polônio e astato. São diversas as aplicações industriais dos semimetais; sobretudo na fabricação de chips, transistores, baterias solares e certos polímeros. Estão também, neste grupo, os Lantanídeos e os Actinídeos. LANTANÍDEOS Os lantanídeos são um grupo que formam parte do período 6 da tabela periódica, estão situados abaixo dos demais, junto aos actinídeos, formando uma tabela mais compacta. São também chamados terras raras, porque se encontram na forma de óxidos, constituem, junto aos actinídeos, os elementos de transição interna. A abundância desses elementos na crosta terrestre é relativamente alta, em minerais como, por exemplo, a monazita, em que são encontrados os diferentes lantanídeos e o ítrio. ACTINÍDEOS Os actinídeos possuem esse nome por ser em provenientes do elemento químico actínio, incluído neste grupo. São um grupo de elementos que formam parte do período 7 da tabela periódica. São chamados de metais de transição interna. Constituem um total de 15 elementos, desde o número atômico 89 (actínio) até o 103 (laurêncio). Esses elementos apresentam características semelhantes entre si. Os de maior número atômico não são encontrados na natureza e apresentam tempos de meiavida curtos; todos os seus isótopos são radioativos. Não metais As propriedades dos não metais são muito variadas, por isso é difícil generalizar, mas podemos dizer que são maus condutores de calor e de eletricidade, em temperatura ambiente, podem ser sólidos (enxofre), líquidos (bromo) e gasosos (flúor). A maioria dos sólidos são frágeis, como o iodo, geralmente ganham elétrons, adquirindo carga negativa e tornando-se ânions e por fim a temperatura de fusão para a maioria dos sólidos é baixa, assim como a temperatura de ebulição para os líquidos. Calcogênios Os calcogênios vêm do grego "khalkos", que significa cobre, e "genos", uma família de origem nobre, assim "calcogênio" significa “originário do cobre”. Todos os elementos deste grupo são “não metais” e o polônio é o único deles que é radioativo. Possuem caráter metálico menos intenso que os elementos que se encontram no grupo 6ª. São formados pelos elementos Oxigênio, Enxofre, Selênio, Telúrio e Polônio. Os elementos dessa família possuem número de oxidação – 2. Nessa família, encontra-se o elemento de maior presença na crosta terrestre; o Oxigênio, que é o elemento mais 7 eletronegativo dessa família; por isso apresenta ligações com caráter mais iônico que os demais. Sendo o oxigênio e o enxofre os que possuem maior caráter não metálico desse grupo de elementos. Halogênios O grupo dos halogênios do grego formador de sais, corresponde ao 7A da tabela periódica, é constituído pelos elementos Flúor, Cloro, Bromo, Iodo e Astato. Geralmente, são bastante reativos e tóxicos aos organismos. Sendo utilizados no tratamento de ferimentos (Iodo), na purificação da água (Cloro) ou na limpeza dentária (Flúor) por essas características. O único não tóxico é o Iodo, pois é essencial ao bom funcionamento do sistema hormonal humano, porém, se em contato com a pele; pode ocasionar lesões, sendo seu vapor irritante aos olhos e mucosas. Gases nobres O termo “gás nobre” vem daquele que geralmente evita as pessoas comuns. Do mesmo modo, a característica desses gases é de não combinarem com os demais elementos e possuírem uma baixa reatividade. De modo geral, os gases nobres têm uma relativa dificuldade de combinação com outros átomos, porque são pouco reativos. Os gases nobres formam os elementos químicos do grupo 0 ou 8A. Especificamente, são os elementos hélio, neônio, argônio, criptônio, xenônio e radônio. Embora existam em quantidades consideráveis na atmosfera terrestre, não foram descobertos devido à baixa reatividade que possuem. A primeira evidência da existência dos gases nobres foi através da descoberta da existência do hélio no sol. Os gases nobres ocorrem na natureza como constituintes menos abundantes da atmosfera. TABELA DOS NOMES COLETIVOS (GRUPOS) E SEUS ELEMENTOS PERTENCENTES. Fonte: Chagas, A. P; Romeu C. Rocha-Filho, R. C. 1999. Nomes dos Elementos Químicos. Química Nova na Escola. N° 10, Nov. 11-13pp. Nem todos elementos químicos estão presentes na natureza, sendo que nem todos estão distribuídos na mesma maneira, ou seja, alguns são muito abundantes e outros sequer se encontram e só podem ser obtidos em laboratórios. A proporção em massa dos elementos químicos mais abundantes nos seres vivos, na crosta terrestre e no universo são bem distintos. Observem a tabela abaixo: O C H N Ca P S K Cl Outros Seres vivos (%) 65 18,5 9,5 3,3 1,5 1 0,3 0,2 0,1 0,6 O Si Al Fe Ca Na K Mg H Outros Crostrra terrestre (%) 49,5 25,7 7,5 4,7 3,4 2,6 2,4 1,9 0,9 1,4 H He O C Fe Ne N Mg Si Outros Universo (%) 73,9 23,9 1,07 0,46 0,19 0,18 0,11 0,06 0,06 0,07 Fonte: BROCKELMANN, R. H. 2011. Observatório de Ciências 9 Ano. Contudo, ainda existem os elementos majoritários e os elementos traços que compõem os seres vivos. Os primeiros representam cerca de 99% de sua massa total (já representados na tabela acima) e o segundo representam aproximadamente 0,1% , e são fundamentais para o metabolismo. São eles o Mn, Fe, Co, Cu, Zn e o I. 8 Sugestões de atividades 1. QUAL A ORIGEM DO ÁTOMO? Atualmente, são conhecidos aproximadamente 110 tipos de átomos que podem se agrupar, formando inúmeras substâncias existentes em nosso planeta. Dentre esses, apenas 80% são de origem natural enquanto os demais foram produzidos de forma artificial. Transferência de Fótons na computação quântica. (Fonte: Brasil Escola) ... [Com o átomo artificial, a central dos transistores pode gerar novos materiais eletrônicos artificiais que se adaptam melhor ao envio e recebimento de informações em altíssimas velocidades. São supercondutores mais eficazes e estáveis do que os que podem ser encontrados na natureza. (http://www.tecmundo.com.br/computacao-quantica/9667-atomo-artificial-garante-altas-velocidades-natransmissao-de-dados.htm. Acessado em 24/02/2013.) Criado na década de 50, cujo intuito é substituir as grandes válvulas de transmissão, o transistor tem como função; chavear e amplificar os sinais elétricos e em conjunto com alguns poucos elétrons, simula uma estrutura atômica artificial. Essa tecnologia, contribui para aumentar a velocidade de transmissão das informações nos computadores e, futuramente, auxiliará na transmissão de dados dos computadores quânticos. DESAFIANDO O CONHECIMENTO a) Diferencie um átomo natural de um átomo artificial. b) Explique por que o desenvolvimento de átomos em laboratório é importante para a química. c) Pesquise outra aplicação tecnológica para átomos artificiais e explique como ela funciona. d) Desenvolva uma pesquisa sobre a Computação Quântica e por que ela revolucionará a informática? 2. A MATÉRIA PODE SER RECICLADA? Fonte: blog_apontamentos.com.br. Acessado em 24/02/2013 Ao observar o gráfico acima, podemos perceber que os seres vivos são formados por várias substâncias químicas e essas, consequentemente, pela junção de átomos. Compostos orgânicos como 9 as proteínas e até o nosso DNA, por exemplo, são formados, basicamente, pelos átomos de carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, fósforo e enxofre (CHONPS). Se para formar a vida são necessárias todas essas moléculas; é passível de nos questionarmos para onde elas irão quando nós morrermos? Sabe-se que na natureza existem seres que são denominados decompositores e que são eles os responsáveis pela reciclagem da matéria orgânica. Analisando os ciclos biogeoquímicos, percebe-se, claramente, esta circulação de átomos entre o ambiente e os seres vivos. Podendo assim afirmar que os átomos hoje existentes em um ser vivo, amanhã farão parte da composição química de outro. Ampliando o conhecimento a) É possível dizer que os átomos que fazem parte do corpo de um ser vivo; amanhã poderão compor outro? Explique. b) Quais são os átomos que, basicamente, compõem um ser vivo? c) Que seres fazem o processo de decomposição da matéria orgânica? d) Outro processo de circulação de átomos entre o ambiente e seres vivos é a respiração. Você concorda com essa afirmação? Justifique. 3. ORGANIZAÇÃO PERIÓDICA DOS ELEMENTOS 3.1. Selênio é um mineral essencial no corpo humano. Esse nutriente é uma parte importante do antioxidante da enzima que protege células contra os efeitos dos radicais livres que são produzidos durante o metabolismo normal do oxigênio. Selênio também é essencial para o funcionamento normal do sistema imunológico e da glândula tireoidea. Escreva o símbolo desse elemento, incluindo os números atômicos e de massa. Sabendo que ele possui 34 prótons e 46 nêutrons. 3.2. Na tabela periódica abaixo estão colocados alguns elementos. Identifique o grupo e o período em que estão localizados: H F Al K Ca P Se Grupo a) b) c) d) e) f) g) h) Kr Período H K Ca Al P Se F Kr 3.3. O ferro (do latim ferrum) é um elemento químico, símbolo Fe, de número atômico 26 e massa atômica 56 u. À temperatura ambiente, o ferro encontra-se no estado sólido. É extraído da natureza sob 10 a forma de minério de ferro que, depois de passado para o estágio de ferro-gusa, por meio de processos de transformação, é usado na forma de lingotes. Adicionando-se carbono a esse elemento dá-se origem a várias formas de aço. É o quarto elemento mais abundante da crosta terrestre (cerca de 5%) e um dos elementos mais abundantes do Universo; o núcleo da Terra é formado principalmente por ferro e níquel. O ferro, hoje, é utilizado extensivamente na produção de aço para a produção de ferramentas, máquinas, veículos de transporte (automóveis, navios, etc.), como elemento estrutural de pontes, edifícios e uma infinidade de outras aplicações. a) Quantos prótons, nêutrons e elétrons existem em um átomo de Fe-56? b) Quantos nêutrons, prótons e elétrons existem no íon Fe3+ formado a partir desse isótopo? 3.4. Assinale V para verdadeiro e F para falso, depois justifique as alternativas falsas. a) ( ) Os átomos adquirem estabilidade quando possuem 5 elétrons na última camada da eletrosfera: é o que afirma a regra do quinteto. b) ( ) A união entre átomos na qual ocorre ganho, perda ou compartilhamento de elétrons é chamada ligação química. c) ( ) Os átomos dos gases nobres têm grande tendência de estabelecer ligações químicas com outros átomos. d) ( ) Na ligação iônica, os átomos se unem por transferência de elétrons. e) ( ) Na ligação covalente os átomos envolvidos compartilham elétrons. f) ( ) Os metais alcalinos terrosos estão localizados no grupo 3A. g) ( ) Os halogênios estão localizados no grupo 7A. 3.5. “... A fase de crescimento é a que a pessoa mais precisa de cálcio. Na infância, o ideal é ingerir entre 800mg e 1200mg por dia. Na adolescência, entre 1200mg e 1500mg. Os adultos precisam de 1000mg. Já as mulheres, depois dos 50 anos, voltam a ter a necessidade de 1500mg por dia. A principal fonte de cálcio é o leite. Para consumir a quantidade de cálcio recomendável para um adulto, seria necessário tomar um litro ou quatro copos por dia...” (http://g1.globo.com/jornal-hoje/noticia/2011/09/consumo-de-calcio-e-atividades-fisicas-previnem-osteoporose.html Acessado em 03/03/2013). O átomo de cálcio possui vinte prótons em seu núcleo. Podemos concluir que a sua configuração eletrônica no estado fundamental é dada por: a) 1s2 2s2 2p6 3s1 3p6 4s2 3d1 b) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 c) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 4s2 3d1 d) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 e) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d1 4s1 4. BINGO QUÍMICO Objetivo: 11 Esta atividade objetiva familiarizar os alunos com a tabela periódica e os símbolos dos elementos químicos, levando o aluno a desenvolver uma relação entre nomes e símbolos dos elementos da tabela periódica. Esse jogo é para ser jogado individualmente. (SANTANA, 2006) . Orientações e Encaminhamento • Fazer a seleção de 60 elementos da tabela periódica para serem utilizados no bingo, possuindo em cada cartela 30 elementos escolhidos de forma aleatória. • Cada cartela deve possuir apenas os símbolos dos elementos, como é mostrado na figura 1. • Os materiais utilizados na construção das cartelas: cartolina, guache colorida (para servir de base para as cartelas do bingo), papel ofício ou cartão para imprimir as cartelas, fita dupla face (para fixar as cartelas em sua respectiva base), plástico transparente (papel contact) para plastificar as cartelas, tesoura, computador e impressora. Figura 1: Cartela do bingo do químico • É importante a confecção de 60 peças dos elementos químicos para serem sorteadas no bingo. Nessas 60 peças, que serão utilizadas no sorteio, devem existir os nomes e símbolos dos elementos, como mostrado na figura 2. • Materiais utilizados para a confecção dessas peças: emborrachado EVA, na forma arredondada, tesoura para cortar o emborrachado, papel cartão ou ofício para imprimir as 60 peças, fita dupla face para melhor fixação do papel no emborrachado, um saco ou uma caixa para guardar as peças. Figura 2: 60 peças do bingo do químico O jogo 12 • Deve ser distribuída uma cartela para cada aluno, o qual deve possuir em mãos algum material para marcar os elementos, como grãos de feijão, milho, bolinhas de massa ou de papel; • À medida que forem sorteados os elementos pelo professor, os alunos marcam em suas cartelas, e o professor registra no quadro os elementos sorteados, a fim de que se tenha um maior controle do jogo e da turma. • O jogo só acaba quando um aluno completa toda a cartela com os 30 elementos, sendo devidamente conferido juntamente com o professor e os outros alunos. Texto adaptado de: SANTANA, Eliana Moraes. Bingo Químico: Uma atividade Lúdica envolvendo símbolos e nomes dos elementos. Fonte: http://www.educadores.diaadia.pr.gov.br Acessado em 24/02/2013 5. RADIOTIVIDADE Leia o trecho da notícia abaixo: Os Efeitos da Radioatividade no Corpo Humano ... Em pequenas doses, a exposição à radiação não oferece riscos à saúde: o corpo tem tempo suficiente para substituir as células que, eventualmente, tenham sido alteradas ou destruídas. Em doses extremas, é fatal: o desastre nuclear de Chernobyl, na Ucrânia, em 1986, o mais grave da história, matou 30 pessoas em apenas um mês e foi associado a 1.800 notificações de câncer de tireoide.] ... Fonte: http://veja.abril.com.br/noticia/saude/os-efeitos-da-radioatividade-no-corpo-humano (Acessado em 24/02/2013). Construindo o conhecimento a) O que é radioatividade? b) Por que átomos radioativos são instáveis? c) O que é radiação ionizante? d) Explique o decaimento radioativo. e) É correto afirmar que átomos radioativos podem ser usados também como fonte de energia? Explique. 6. Leia o texto abaixo e faça o que se pede: 13 COMO OCORRE A FERRUGEM? Fonte: www.novaescola.com.br Acessado em 05/03/2013 COMO O AR E A ÁGUA PODEM DESTRUIR O FERRO A combinação dos três elementos forma a ferrugem, mas evitá-la é fácil. Ilustração: Sattu AR: Oxigênio penetra no ferro e começa a comprometer a resistência do metal. O processo químico é batizado de oxidação. ÁGUA: O oxigênio também está presente na água, que acelera esse processo de oxidação. A combinação com o ar vai desgastando a estrutura do ferro, desde a borda até o centro do metal. FERRUGEM: O ferro oxidado assume uma coloração alaranjada e começa a se esfarelar: é a ferrugem. Nas áreas afetadas, o metal vai perdendo a densidade e, se o processo não for contido, pode chegar à degradação total. PREVENÇÃO: Para impedir que os agentes oxidantes (água e ar) ajam, a solução é impossibilitar o contato direto deles com o metal. Para fazer isso, basta revestir o ferro com uma camada de tinta ou óleo. Fonte: http://revistaescola.abril.com.br/ciencias/pratica-pedagogica/como-forma-ferrugem-natureza-quimica-agua-ferro-ciencias-546448.shtml Acessado em 05/03/2013. Procure no caça-palavras abaixo as palavras sublinhadas no texto: A W R T Y U J K L P D A E R T G B V D S A Q S F E R R U G E M A A D D D E O F O U O A O G A C E T A B E A L P O S R A I A R O O D I G X G A L E M X F E R B F I E D E E P X F O J G W D I E T R O E S M A S T A A A A A G U Z H J D I C L T X F O I J A P L I A A A L T W E R S J O P O I A I O X I G E N I O Q D I O P Q A D E N S I D A F K S E E C R R F A N A N W D R C V R C A O I O U I M M E E R A G R F Q U I M I C O U Y F S S H B H H I D R O G A E O N E R P R E V E N C A O I R D I DESAFIO Pesquise outra forma de oxidação que ocorre na natureza e explique como ela acontece. 14 7. ”Na natureza, nada se perde, nada se cria, tudo se transforma” (Lei de Lavoisier) Fonte: http://webeduc.mec.gov.br/portaldoprofessor/quimica/cd2/conteudo/aulas/23_aula/aula.html Acessado em 05/03/2013. ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ 8. Em uma equação química, a estrutura dos átomos, enquanto elementos químicos, ficam inalterados. Os átomos de um elemento não se transformam em átomos de outro elemento. Também não há perda ou criação de novos átomos. (Lei de Lavoisier) Assim, faz-se necessário observar e balancear algumas equações químicas a fim de que essas expressem o que está contido nessa lei. Exemplo: Fonte: http://quimik.webnode.com.br/primeiroano/balanceamento-por-tentativa/ Acessado em 10/03/2013 Agora, propomos o seguinte desafio: Apresentam-se abaixo algumas equações químicas que devem ser balanceadas. Com base em seus conhecimentos, realize esses balanceamentos. a) C2H6O + O2 CO2 + H2O b) Na2CO3 + HCl NaCl + H2O + CO2 c) C6H12O6 C2H6O + CO2 d) C4H10 + O2 CO2 + H2O e) FeCl3 + Na2CO3 Fe2(CO3)3 + NaCl f) NH4Cl + Ba(OH)2 BaCl2 + NH3 + H2O g) Ca(OH)2 + H3PO4 Ca3(PO4)2 + H2O 9. “Cientistas das universidades de Leuven, Ghent (ambas da Bélgica) e Harvard (EUA) conseguiram reconstruir o DNA e as proteínas de células de leveduras pré-históricas. Os pesquisadores tiveram ter 15 uma visão das forças evolucionárias que atuaram ao longo dos últimos 100 milhões de anos nas leveduras, criando as enzimas modernas – catalisadores biológicos que permitem aos organismos manipular as moléculas. O estudo foi divulgado na revista especializada Plos Biology.” Fonte: http://www.biomedicos.com.br/index.php/2012/12/14/cientistas-recriam-enzimas-para-entender-evolucao-de-leveduras/ Acessado em 10/03/2013. Ampliando o conhecimento a) Qual a melhor definição para catalisadores biológicos? b) O que são leveduras? Em qual processo elas são utilizadas pelo homem? c) Por que um catalisador biológico encaixa-se, perfeitamente, em um modelo denominado chavefechadura? d) Quais fatores podem alterar o funcionamento de um catalisador biológico? 10. QUÍMICA: DA SALA DE AULA AO TRÂNSITO. Fonte: http://ciencia.hsw.uol.com.br/ciclo-nitrogenio.htm e http://imagensdahora.com.br Acessado em 10/03/2013 Seria possível elementos químicos auxiliarem na segurança do trânsito? Os “airbags” são complementos de segurança obrigatórios em todos os carros a partir de 2014. Eles reduzem os riscos de ferimento na cabeça e no tórax amortecem o impacto do passageiro contra o volante. Existem vários modelos de “airbags” sendo o frontal o mais comum. E o que a química tem haver com essa tecnologia? “Airbags” são bolsas que se inflam rapidamente em caso de acidentes, a presença de um sensor elétrico que identifica uma variação de 20km/h em curto espaço de tempo ativa por meio de um sinal elétrico o desenvolvimento de uma reação química entre nitrato de potássio e nitreto de sódio. Essa reação de oxidação produz nitrogênio na forma gasosa, o mesmo tende rapidamente a se expandir rapidamente (em torno de 300km/h) inflando a bolsa e impedindo assim; o impacto do passageiro contra o volante. Ampliando o conhecimento - Pesquise imagens e represente, por meio de uma ilustração, o processo de reação química ocorrido nos “airbags”. 11. Leia a notícia abaixo: Antioxidantes são moléculas que funcionam como defesa do organismo e neutralizam os radicais livres; substâncias produzidas em excesso por causa do estresse, da radiação solar, da poluição, do hábito de fumar e da alimentação ruim. Essa produção excessiva de radicais livres destrói as células, causando danos à saúde, como diabetes, infertilidade, e danos estéticos, como acne, celulite, estrias e rugas. 16 Para evitar que isso aconteça, assim como combater esses radicais livres; o corpo produz naturalmente moléculas antioxidantes. Esses benefícios podem ser adquiridos através da alimentação. Fonte: http://g1.globo.com/bemestar/noticia/2012/09/antioxidantes-sao-bons-para-beleza-e-podem-retardar-o-envelhecimento.html Acessado em 10/03/2013. Ampliando seus conhecimentos a) O que são radicais livres? Por que são produzidos? b) Qual a ação dos antioxidantes no processo fisiológico da célula? c) Cite alguns alimentos considerados antioxidantes. 17 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS: ATKINS, P. e JONES, L. Princípios de Química – questionando a vida moderna e o meio ambiente, Porto Alegre: Bookman, 2001. BAIRD, C. Química Ambiental, Porto Alegre: Bookman, 2002, 621p. Chagas, A. P; Romeu C. Rocha-Filho, R. C. 1999. 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