2009 volume 2 cadernodoprofessor quimica ensinomedio 1aserie caderno do professor

PROFESSOR

caderno do

1a SRIE

ensino mdio

volume 2 - 2009

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QUMICA6/5/2009 16:00:06

Coordenao do Desenvolvimento dos Contedos Programticos e dos Cadernos dos Professores Ghisleine Trigo Silveira Autores Cincias Humanas e suas Tecnologias Filosoa: Paulo Miceli, Luiza Christov, Adilton Lus Martins e Ren Jos Trentin Silveira Geograa: Angela Corra da Silva, Jaime Tadeu Oliva, Raul Borges Guimares, Regina Araujo, Regina Clia Bega dos Santos e Srgio Adas

Linguagens, Cdigos e suas Tecnologias Arte: Geraldo de Oliveira Suzigan, Gisa Picosque, Jssica Mami Makino, Mirian Celeste Martins e Sayonara Pereira Educao Fsica: Adalberto dos Santos Souza, Carla de Meira Leite, Jocimar Daolio, Luciana Venncio, Luiz Sanches Neto, Mauro Betti, Renata Elsa Stark e Srgio Roberto Silveira LEM Ingls: Adriana Ranelli Weigel Borges, Alzira da Silva Shimoura, Lvia de Arajo Donnini Rodrigues, Priscila Mayumi Hayama e Sueli Salles Fidalgo Lngua Portuguesa: Alice Vieira, Dbora Mallet Pezarim de Angelo, Eliane Aparecida de Aguiar, Jos Lus Marques Lpez Landeira e Joo Henrique Nogueira Mateos Matemtica Matemtica: Nlson Jos Machado, Carlos Eduardo de Souza Campos Granja, Jos Luiz Pastore Mello, Roberto Perides Moiss, Rogrio Ferreira da Fonseca, Ruy Csar Pietropaolo e Walter Spinelli Caderno do Gestor Lino de Macedo, Maria Eliza Fini e Zuleika de Felice Murrie Equipe de Produo Coordenao Executiva: Beatriz Scavazza Assessores: Alex Barros, Antonio Carlos de Carvalho, Beatriz Blay, Eliane Yambanis, Heloisa Amaral Dias de Oliveira, Jos Carlos Augusto, Luiza Christov, Maria Eloisa Pires Tavares, Paulo Eduardo Mendes, Paulo Roberto da Cunha, Pepita Prata, Ruy Csar Pietropaolo, Solange Wagner Locatelli e Vanessa Dias Moretti Equipe Editorial Coordenao Executiva: Angela Sprenger Assessores: Denise Blanes e Luis Mrcio Barbosa Projeto Editorial: Zuleika de Felice Murrie Edio e Produo Editorial: Conexo Editorial, Edies Jogo de Amarelinha, Jairo Souza Design Grco e Occy Design (projeto grco) APOIO FDE Fundao para o Desenvolvimento da Educao CTP, Impresso e Acabamento Imprensa Ocial do Estado de So Paulo

Governador Jos Serra Vice-Governador Alberto Goldman Secretrio da Educao Paulo Renato Souza Secretrio-Adjunto Guilherme Bueno de Camargo Chefe de Gabinete Fernando Padula Coordenadora de Estudos e Normas Pedaggicas Valria de Souza Coordenador de Ensino da Regio Metropolitana da Grande So Paulo Jos Benedito de Oliveira Coordenador de Ensino do Interior Rubens Antonio Mandetta Presidente da Fundao para o Desenvolvimento da Educao FDE Fbio Bonini Simes de Lima

Histria: Paulo Miceli, Diego Lpez Silva, Glaydson Jos da Silva, Mnica Lungov Bugelli e Raquel dos Santos Funari Sociologia: Heloisa Helena Teixeira de Souza Martins, Marcelo Santos Masset Lacombe, Melissa de Mattos Pimenta e Stella Christina Schrijnemaekers Cincias da Natureza e suas Tecnologias Biologia: Ghisleine Trigo Silveira, Fabola Bovo Mendona, Felipe Bandoni de Oliveira, Lucilene Aparecida Esperante Limp, Maria Augusta Querubim Rodrigues Pereira, Olga Aguilar Santana, Paulo Roberto da Cunha, Rodrigo Venturoso Mendes da Silveira e Solange Soares de Camargo Cincias: Ghisleine Trigo Silveira, Cristina Leite, Joo Carlos Miguel Tomaz Micheletti Neto, Julio Czar Foschini Lisba, Lucilene Aparecida Esperante Limp, Mara Batistoni e Silva, Maria Augusta Querubim Rodrigues Pereira, Paulo Rogrio Miranda Correia, Renata Alves Ribeiro, Ricardo Rechi Aguiar, Rosana dos Santos Jordo, Simone Jaconetti Ydi e Yassuko Hosoume Fsica: Luis Carlos de Menezes, Sonia Salem, Estevam Rouxinol, Guilherme Brockington, Iv Gurgel, Lus Paulo de Carvalho Piassi, Marcelo de Carvalho Bonetti, Maurcio Pietrocola Pinto de Oliveira, Maxwell Roger da Puricao Siqueira e Yassuko Hosoume Qumica: Denilse Morais Zambom, Fabio Luiz de Souza, Hebe Ribeiro da Cruz Peixoto, Isis Valena de Sousa Santos, Luciane Hiromi Akahoshi, Maria Eunice Ribeiro Marcondes, Maria Fernanda Penteado Lamas e Yvone Mussa Esperidio

EXECUO Coordenao Geral Maria Ins Fini Concepo Guiomar Namo de Mello Lino de Macedo Luis Carlos de Menezes Maria Ins Fini Ruy Berger GESTO Fundao Carlos Alberto Vanzolini Presidente do Conselho Curador: Antonio Rafael Namur Muscat Presidente da Diretoria Executiva: Mauro Zilbovicius Diretor de Gesto de Tecnologias aplicadas Educao: Guilherme Ary Plonski Coordenadoras Executivas de Projetos: Beatriz Scavazza e Angela Sprenger COORDENAO TCNICA CENP Coordenadoria de Estudos e Normas Pedaggicas

A Secretaria da Educao do Estado de So Paulo autoriza a reproduo do contedo do material de sua titularidade pelas demais secretarias de educao do pas, desde que mantida a integridade da obra e dos crditos, ressaltando que direitos autorais protegidos* devero ser diretamente negociados com seus prprios titulares, sob pena de infrao aos artigos da Lei n 9.610/98. * Constituem direitos autorais protegidos todas e quaisquer obras de terceiros reproduzidas no material da SEE-SP que no estejam em domnio pblico nos termos do artigo 41 da Lei de Direitos Autorais. Catalogao na Fonte: Centro de Referncia em Educao Mario Covas

So Paulo (Estado) Secretaria da Educao.

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Caderno do professor: qumica, ensino mdio - 1 srie, volume 2 / Secretaria da Educao; coordenao geral, Maria Ins Fini; equipe, Denilse Morais Zambom, Fabio Luiz de Souza, Hebe Ribeiro da Cruz Peixoto, Isis Valena de Sousa Santos, Luciane Hiromi Akahoshi, Maria Eunice Ribeiro Marcondes, Maria Fernanda Penteado Lamas, Yvone Mussa Esperidio. So Paulo : SEE, 2009. ISBN 978-85-7849-299-1 1. Qumica 2. Ensino Mdio 3. Estudo e ensino I. Fini, Maria Ins. II. Zambom, Denilse Morais. III. Souza, Fabio Luiz de. IV. Peixoto, Hebe Ribeiro da Cruz. V. Santos, Isis Valena de Sousa. VI. Akahoshi, Luciane Hiromi. VII. Marcondes, Maria Eunice Ribeiro. VIII. Lamas, Maria Fernanda Penteado. IX. Esperidio, Yvone Mussa. X. Ttulo. CDU: 373.5:54

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Prezado(a) professor(a), Vinte e cinco anos depois de haver aceito o convite do nosso saudoso e querido Governador Franco Montoro para gerir a Educao no Estado de So Paulo, novamente assumo a nossa Secretaria da Educao, convocado agora pelo Governador Jos Serra. Apesar da notria mudana na cor dos cabelos, que os vinte e cinco anos no negam, o que permanece imutvel o meu entusiasmo para abraar novamente a causa da Educao no Estado de So Paulo. Entusiasmo alicerado na viso de que a Educao o nico caminho para construirmos um pas melhor e mais justo, com oportunidades para todos, e na convico de que possvel realizar grandes mudanas nesta rea a partir da ao do poder pblico. Nos anos 1980, o nosso maior desafio era criar oportunidades de educao para todas as crianas. No perodo, tivemos de construir uma escola nova por dia, uma sala de aula a cada trs horas para dar conta da demanda. Alis, at recentemente, todas as polticas recomendadas para melhorar a qualidade do ensino concentravam-se nas condies de ensino, com a expectativa de que viessem a produzir os efeitos desejados na aprendizagem dos alunos. No Brasil e em So Paulo, em particular, apesar de no termos atingido as condies ideais em relao aos meios para desenvolvermos um bom ensino, o fato que estamos melhor do que h dez ou doze anos em todos esses quesitos. Entretanto, os indicadores de desempenho dos alunos no tm evoludo na mesma proporo. O grande desafio que hoje enfrentamos justamente esse: melhorar a qualidade de nossa educao pblica medida pelos indicadores de proficincia dos alunos. No estamos ss neste particular. A maioria dos pases, inclusive os mais desenvolvidos, esto lidando com o mesmo tipo de situao. O Presidente Barack Obama, dos Estados Unidos, dedicou um dos seus primeiros discursos aps a posse para destacar exatamente esse mesmo desafio em relao educao pblica em seu pas. Melhorar esses indicadores, porm, no tarefa de presidentes, governadores ou secretrios. dos professores em sala de aula no trabalho dirio com os seus alunos. Este material que hoje lhe oferecemos busca ajud-lo nesta sua misso. Foi elaborado com a ajuda de especialistas e est organizado em bimestres. O Caderno do Professor oferece orientao completa para o desenvolvimento das Situaes de Aprendizagem propostas para cada disciplina. Espero que este material lhe seja til e que voc leve em considerao as orientaes didtico-pedaggicas aqui contidas. Estaremos atentos e prontos para esclarecer suas dvidas e acatar suas sugestes para melhorar a eficcia deste trabalho. Alcanarmos melhores indicadores de qualidade em nosso ensino uma questo de honra para todos ns. Juntos, haveremos de conduzir nossas crianas e jovens a um mundo de melhores oportunidades por meio da educao.

Paulo Renato SouzaSecretrio da Educao do Estado de So Paulo

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SumRioSo Paulo faz escola uma Proposta curricular para o estado Ficha do caderno 7 8 5 orientao sobre os contedos do bimestre Situaes de Aprendizagem 10

Situao de Aprendizagem 1 Combustveis e combusto no dia-a-dia e no sistema produtivo 10 Situao de Aprendizagem 2 Relaes em massa nas transformaes qumicas: conservao e proporo em massa 22 Situao de Aprendizagem 3 Implicaes socioambientais da produo e do uso de combustveis 37 Situao de Aprendizagem 4 Modelo atmico de John Dalton: ideias sobre a constituio e a transformao da matria 51 Questes para avaliao 56 60

Propostas de Situao de Recuperao

Recursos para ampliar a perspectiva do professor e do aluno para a compreenso do tema 60 consideraes finais 62

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cuRRiculAR PARA o eStAdoPrezado(a) professor(a),

So PAulo FAz eScolA umA PRoPoStA com muita satisfao que apresento a todos a verso revista dos Cadernos do Professor, parte integrante da Proposta Curricular de 5a a 8a sries do Ensino Fundamental Ciclo II e do Ensino Mdio do Estado de So Paulo. Esta nova verso tambm tem a sua autoria, uma vez que inclui suas sugestes e crticas, apresentadas durante a primeira fase de implantao da proposta. Os Cadernos foram lidos, analisados e aplicados, e a nova verso tem agora a medida das prticas de nossas salas de aula. Sabemos que o material causou excelente impacto na Rede Estadual de Ensino como um todo. No houve discriminao. Crticas e sugestes surgiram, mas em nenhum momento se considerou que os Cadernos no deveriam ser produzidos. Ao contrrio, as indicaes vieram no sentido de aperfeio-los. A Proposta Curricular no foi comunicada como dogma ou aceite sem restrio. Foi vivida nos Cadernos do Professor e compreendida como um texto repleto de significados, mas em construo. Isso provocou ajustes que incorporaram as prticas e consideraram os problemas da implantao, por meio de um intenso dilogo sobre o que estava sendo proposto. Os Cadernos dialogaram com seu pblico-alvo e geraram indicaes preciosas para o processo de ensino-aprendizagem nas escolas e para a Secretaria, que gerencia esse processo. Esta nova verso considera o tempo de discusso, fundamental implantao da Proposta Curricular. Esse tempo foi compreendido como um momento nico, gerador de novos significados e de mudanas de ideias e atitudes. Os ajustes nos Cadernos levaram em conta o apoio a movimentos inovadores, no contexto das escolas, apostando na possibilidade de desenvolvimento da autonomia escolar, com indicaes permanentes sobre a avaliao dos critrios de qualidade da aprendizagem e de seus resultados.

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Sempre oportuno relembrar que os Cadernos espelharam-se, de forma objetiva, na Proposta Curricular, referncia comum a todas as escolas da Rede Estadual, revelando uma maneira indita de relacionar teoria e prtica e integrando as disciplinas e as sries em um projeto interdisciplinar por meio de um enfoque filosfico de Educao que definiu contedos, competncias e habilidades, metodologias, avaliao e recursos didticos. Esta nova verso d continuidade ao projeto poltico-educacional do Governo de So Paulo, para cumprir as 10 metas do Plano Estadual de Educao, e faz parte das aes propostas para a construo de uma escola melhor. O uso dos Cadernos em sala de aula foi um sucesso! Esto de parabns todos os que acreditaram na possibilidade de mudar os rumos da escola pblica, transformando-a em um espao, por excelncia, de aprendizagem. O objetivo dos Cadernos sempre ser apoiar os professores em suas prticas de sala de aula. Posso dizer que esse objetivo foi alcanado, porque os docentes da Rede Pblica do Estado de So Paulo fizeram dos Cadernos um instrumento pedaggico com vida e resultados. Conto mais uma vez com o entusiasmo e a dedicao de todos os professores, para que possamos marcar a Histria da Educao do Estado de So Paulo como sendo este um perodo em que buscamos e conseguimos, com sucesso, reverter o estigma que pesou sobre a escola pblica nos ltimos anos e oferecer educao bsica de qualidade a todas as crianas e jovens de nossa Rede. Para ns, da Secretaria, j possvel antever esse sucesso, que tambm de vocs. Bom ano letivo de trabalho a todos!

maria ins FiniCoordenadora Geral Projeto So Paulo Faz Escola

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FichA do cAdeRnocombustveis: transformaes, massas e energias envolvidasnome da disciplina: rea: etapa da educao bsica: Srie: Perodo letivo: temas e contedos: Qumica Cincias da Natureza e suas Tecnologias Ensino Mdio 1a 2o bimestre de 2009Combustveis e combusto no dia-a-dia e no sistema produtivo Relaes em massa nas transformaes qumicas: conservao e proporo em massa Implicaes socioambientais da produo e do uso de combustveis Modelo atmico de John Dalton: ideias sobre a constituio e a transformao da matria

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oRientAo SobRe oS contedoS do bimeStReCaro(a) professor(a), Esperamos que este material possa atender aos seus anseios e auxili-lo no planejamento, na execuo e na avaliao de suas aulas. Os contedos que aqui sero abordados levam em considerao as orientaes dos Parmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Mdio (PCNEM), a matriz de competncias e habilidades do Exame Nacional do Ensino Mdio (Enem) e os princpios educacionais de contextualizao do conhecimento cientfico e da interdisciplinaridade. Acreditamos que, tratando de contedos socialmente relevantes, de forma que os estudantes possam participar ativamente na elaborao de seus prprios conhecimentos, poderemos alcanar o objetivo de fornecer nossa sociedade um servio educacional de qualidade. Na 1a srie do Ensino Mdio sero estudadas as transformaes qumicas que ocorrem no dia-a-dia e no sistema produtivo e como o conhecimento cientfico possibilita ao ser humano compreender, prever e controlar esses processos. Isso permitir a ampliao do conhecimento cientfico e a compreenso das aplicaes da Qumica e suas consequncias na sociedade, na economia e no meio ambiente. Neste bimestre, sero estudados os combustveis, focalizando cinco principais assuntos dentro deste tema: (a) os aspectos conceituais e representacionais das reaes de combusto; (b) a quantidade de energia liberada na queima de diferentes combustveis; (c) as relaes em massa envolvidas nas combustes e outras transformaes qumicas; (d) os impactos ambientais envolvidos na produo e no consumo de combustveis; (e) as ideias de John Dalton sobre a constituio e a transformao da matria. Inicialmente, esses assuntos sero discutidos no nvel macroscpico, levando-se em conta somente as massas de reagentes e produtos e as quantidades de energia que a queima de diferentes combustveis pode fornecer. O modelo atmico de Dalton ser ento introduzido para que a conservao da massa (Lei de Lavoisier) e as propores constantes entre as massas de reagentes e produtos participantes de uma transformao qumica (Lei de Proust) possam ser entendidas no nvel submicroscpico (atmico-molecular). Antes da introduo do modelo de Dalton, ser proposta uma atividade, Cena de um crime, que procura apresentar a ideia de modelo e teoria como criaes humanas consistentes, com evidncias, e que permitem explicaes e previses, mas que no podem ser igualadas verdade. Espera-se que os alunos compreendam que o modelo de Dalton, embora no explique a natureza eltrica da matria, foi

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muito importante em sua poca e possibilitou que o entendimento das transformaes qumicas pudesse ser ampliado. Almeja-se, enfim, que se entenda que todos os modelos apresentam limitaes e que podem ser abandonados, ampliados ou modificados luz de novos conhecimentos e descobertas, mas que isso no diminui sua importncia no processo de construo do conhecimento humano. Na realizao dessas atividades, esperamos que sejam desenvolvidas as seguintes competncias e habilidades: 1. dominar a linguagem cientfica empregada na descrio de transformaes qumicas. Empregar corretamente termos como conservao de massa, proporo em massa, modelo atmico, tomos, elementos qumicos e massa atmica; 2. construir e aplicar conceitos das vrias reas do conhecimento para compreender as transformaes qumicas que ocorrem no dia-a-dia e no sistema produtivo, em especial as relaes em massa e o uso de modelos explicativos para a interpretao ao nvel microscpico; 3. selecionar, organizar, relacionar e interpretar dados e informaes representados em textos, tabelas e grficos referentes s transformaes qumicas e s massas envolvidas, para tomar decises e enfrentar situaesproblema. Interpretar as transformaes qumicas a partir das ideias de John Dalton sobre a constituio da matria;

4. relacionar informaes com dados de observaes diretas, textos descritivos e dados de propriedades especficas para construir argumentaes consistentes sobre o uso e a produo de combustveis; 5. recorrer aos conhecimentos sobre as transformaes qumicas envolvidas na queima de combustveis para propor intervenes na realidade da comunidade escolar, visando melhoria da qualidade de vida. As Situaes de Aprendizagem propostas neste Caderno foram concebidas tendo em vista as condies limitadas s quais muitas vezes voc, professor, est sujeito. Acreditamos no potencial dos professores de Qumica de So Paulo e esperamos que as devidas adaptaes possam ser feitas sem que haja perda de qualidade nas Situaes de Aprendizagem propostas. Sugerimos a realizao de experimentos, leituras de textos, atividades com papel e lpis, uso da lousa e de aulas expositivas dialgicas como estratgias didticas para o ensino dos temas propostos para este 2o bimestre. Os materiais elaborados pelos alunos e os resultados apresentados ao longo do bimestre na realizao das atividades propostas devem ser avaliados em termos de expectativas de aprendizagem dos conhecimentos essenciais ao prosseguimento dos estudos nas etapas subsequentes. Esses conhecimentos a ser priorizados so discutidos em cada uma das Situaes de Aprendizagem deste Caderno.

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SituAeS de APRendizAgemSITUAO DE APRENDIzAGEM 1 COMBUSTVEIS E COMBUSTO NO DIA-A-DIA E NO SISTEMA PRODUTIVONesta Situao de Aprendizagem sero conhecidos e analisados diferentes combustveis, alguns empregados na produo da cal e do ferro e outros em veculos automotivos. Este tema foi escolhido por proporcionar um contexto de estudo por meio do qual as transformaes qumicas podem ser compreendidas de maneira significativa. Para isso, sero ressaltadas as relaes entre a massa de um combustvel e a quantidade de energia que sua combusto capaz de gerar, alm de alguns aspectos cientficos e tecnolgicos do uso de combustveis como carvo, lcool e gasolina. Esta situao tem a funo de estabelecer uma ponte entre os assuntos tratados no 1o bimestre e os temas que sero abordados neste 2o bimestre. Retoma-se a produo da cal e do ferro, desta vez destacando o combustvel usado nesses processos, e no os produtos em si. No se espera que sejam esgotados os contedos relacionados ao tema combustveis e combusto ou os conceitos da termoqumica apenas nesta Situao de Aprendizagem. Trata-se de uma ampliao da compreenso dos aspectos energticos envolvidos nas transformaes qumicas, vistos na Atividade 2 da Situao de Aprendizagem 3 do Caderno anterior. No devem ser abordados, neste momento, os conceitos de energia de ligao ou entalpia, visto que ainda no foi discutido um modelo corpuscular da matria e, nessa introduo ao tema, no necessrio tal aprofundamento. A discusso neste bimestre deve se dar apenas no nvel fenomenolgico; o uso de modelos explicativos sobre a formao e o consumo de energia nas reaes qumicas ser discutido nos bimestres posteriores. As indicaes em relao ao uso de smbolos, frmulas e equaes qumicas apresentadas no Caderno anterior continuam vlidas, ou seja: f as frmulas devem ser tratadas como representaes qumicas das substncias, sem a preocupao, neste momento, com a compreenso dos significados dos smbolos qumicos e seus ndices; f as equaes qumicas devem ser tratadas como representaes das interaes e transformaes qumicas, sem a preocupao com o balanceamento, o rearranjo de tomos ou as ligaes qumicas.

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tempo previsto: 4 aulas. contedos e temas: uso de diferentes combustveis; caloria; poder calorfico; reao de combusto. competncias e habilidades: analisar dados referentes s massas e energia envolvida na queima de combustveis, estabelecendo relaes de proporcionalidade entre essas duas grandezas. estratgias: levantamento das ideias dos alunos; exposio dialogada. Recursos: lousa e giz; questes presentes neste Caderno. Avaliao: respostas s questes e participao nas aulas.

Atividade 1 combusto do carvo na produo da cal e do ferroSugere-se que esta atividade seja iniciada com um levantamento das ideias que os alunos tm sobre o uso de combustveis. Algumas das questes que podem ser propostas so: Vocs conhecem algum combustvel? O que so combustveis? Para que so usados? As respostas podem ser escritas num canto da lousa e organizadas em uma lista com os nomes dos combustveis e seus usos, porm no h necessidade, neste momento, de entrar em detalhes sobre as formas de produo e os usos desses combustveis, nem especificar suas caractersticas. O importante que os alunos saibam que h uma grande diversidade de materiais usados como combustveis para a produo de energia trmica e luz, e que esses podem ser usados em diferentes situaes. Pode-se retomar os processos de produo da cal e do ferro, discutidos no bimestre anterior. Para isso, faa um esboo de um forno de calcinao na lousa e indique onde os ma-

teriais so dispostos, quais matrias-primas so empregadas e quais produtos so obtidos. Os fornos de calcinao de calcrio podem apresentar diversos formatos, portanto no preciso dar ateno a detalhes quanto ao desenho. Uma sugesto de esboo apresentada a seguir:Conexo Editorial

sada de gs

entrada de calcrio

paredes de tijolos

entrada de carvo e ar

sada da cal

Esboo de um forno de calcinao de calcrio.

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A produo da cal e do ferro, como visto anteriormente, apresenta diversos aspectos cientficos e tecnolgicos que podem ser interpretados luz dos conhecimentos qumicos. Um desses aspectos a necessidade da queima de combustveis para o fornecimento de energia nas reaes qumicas que ocorrem no forno de calcinao do calcrio e no alto-forno siderrgico. Lembre aos alunos que, conforme visto anteriormente, em ambos os casos o combustvel empregado o carvo. No caso da calcinao do calcrio, utiliza-se o carvo mais por convenincia do que por necessidade, isto , o carvo usado, entre outros motivos, por ser um combustvel de baixo custo e de fcil obteno. Assim, ele poderia ser substitudo por outras fontes de energia, como a lenha, o gs natural ou o leo diesel, que fornecem a energia necessria para que o calcrio alcance temperaturas superiores a 900 C, sua temperatura de decomposio trmica em xido de clcio (CaO) e gs carbnico (CO2). Entretanto, tais mudanas exigiriam modificaes nos fornos de calcinao e provavelmente resultariam em maiores custos com combustvel. Por outro lado, o carvo siderrgico, ou seja, aquele empregado na produo do ferro, no pode ser substitudo por outro combustvel, pois apresenta uma dupla funo: alm de fornecer a energia necessria para que ocorram algumas transformaes qumicas no alto-forno, ele um dos reagentes necessrios produo do ferro. O carvo, ao interagir com quantidades reduzidas de oxignio, for-

ma monxido de carbono (CO), que interage com xidos de ferro produzindo ferro metlico. Esse processo ser visto com mais detalhes no prximo bimestre. O carvo usado em escala industrial como fonte de energia trmica tanto na obteno da cal como na obteno do ferro. A tabela a seguir mostra os dados de consumo de carvo na produo de 1 kg, ou seja, 1 000 g de cal e de ferro.

massa de carvo consumidana produo de na produo de 1 000 g (1 kg) de cal 1 000 g (1 kg) de ferro 312 g 910 g

Na anlise da tabela, algumas questes simples podem ser propostas para avaliar o entendimento sobre as informaes apresentadas. Pode-se perguntar, por exemplo: O que consome mais carvo, a produo de 1 kg de cal ou de 1 kg de ferro? apresentada a seguir uma questo para que os estudantes relacionem a massa de cal produzida e a massa de carvo consumida neste processo.

Questof Segundo a Associao Brasileira de Produtores de Cal (ABPC), a produo de cal no Brasil em 2006 foi de 7 milhes de toneladas. A partir deste dado e das informaes da tabela acima:

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a) Expresse a massa, em gramas, de cal produzida em 2006, levando em conta que 1 t = 106 g = 1 000 000 g. b) Calcule a quantidade de carvo, em toneladas, consumido no Brasil apenas na produo de cal durante o ano de 2006.

Assim, para a produo de 7,0 milhes de toneladas de cal foram usados 2,2 milhes de toneladas de carvo. Uma provvel dificuldade que pode ser apresentada na resoluo desta questo diz respeito ao uso da notao cientfica. Talvez seja este o momento em que se deva fazer uma reviso sobre esse tpico ou, em ltimo caso, solicitar que o professor da disciplina de Matemtica a faa. Outra dvida que pode aparecer refere-se forma de expressar o resultado final. Nesse caso, pode-se retomar o conceito de algarismos significativos1 e mostrar que, como o dado de partida (7,0 milhes de toneladas) apresenta apenas dois algarismos significativos, o resultado final fica limitado a apenas dois algarismos significativos (2,2 milhes de toneladas).

grade de avaliao da Atividade 1Nesta questo ser necessrio ler, interpretar e utilizar os dados da tabela e do enunciado, estabelecer uma relao de proporcionalidade e calcular o valor solicitado. Por isso, d tempo para que os alunos reflitam e respondam questo. possvel a resoluo da seguinte forma: a) 7,0 milhes de toneladas = 7,0 x 106 t Como 1 t equivale a 10 g 7,0 x 106 t = 7,0 x 106 x 106 g = 7,0 x 1 012 g6

Atividade 2 o poder calorfico dos combustveisA escolha de um combustvel deve considerar outros fatores alm do custo e da disponibilidade. importante tambm que o combustvel a ser escolhido apresente uma boa produtividade de energia. Como as mesmas massas de distintos combustveis liberam quantidades diferentes de energia, desejvel que o combustvel escolhido consuma a menor massa possvel na liberao da energia requerida para um dado processo.

b) Massa de carvo Massa de cal X 7,0 x 1012 g X 2,2 x 106 t1

312 g 1 000 g

=

X = 2,184 x 1012 g

So os algarismos dos quais se tem certeza, mais o primeiro algarismo duvidoso de uma medida. Os zeros esquerda no so considerados algarismos significativos. O nmero 0,00342 apresenta apenas trs algarismos significativos, dois dos quais se tem certeza (3 e 4), e um algarismo duvidoso (2). As respostas finais no podem apresentar mais algarismos significativos do que o dado de origem com menor nmero de algarismos significativos: 1,223 + 2,3 = 3,523 = 3,5.

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A tabela a seguir permite a melhor visualizao da relao entre massa de combustvel

e energia trmica liberada na combusto, dados que sero utilizados nas prximas aulas.

combustvel

energia trmica liberada na combusto de 1,0 kg de combustvel em kJ/kg em kcal/kg 11 730 11 220 9 700 10 730 6 800 2 524 7 090 6 507 6 000 9 054

Gs de cozinha (GLP)2 Gasolina (sem lcool) Gasolina (com 20% de lcool) leo diesel Carvo Lenha Etanol lcool combustvel Biogs Gs natural

49 030 46 900 40 546 44 851 28 424 10 550 29 636 27 200 25 000 37 800

Tabela baseada em: GEPEQ. Interaes e transformaes I: elaborando conceitos sobre transformaes qumicas. Livro do Aluno / GEPEQ. So Paulo: Edusp, 2005, p. 218.

A quantidade de energia trmica liberada na queima de 1 kg de combustvel chamada de poder calorfico e pode ser expressa em quilojoules por quilograma (kJ/kg) ou em quilocalorias por quilograma (kcal/kg) de combustvel. A comparao dos poderes calorficos de diferentes combustveis um dos critrios para a sua escolha. Nesse aspecto, quanto maior o poder calorfico, melhor o combustvel.2

importante destacar o fato de que a maioria dos combustveis formada por misturas de substncias e que as propores entre as substncias que compem cada combustvel podem variar dependendo da forma como foi obtido, de sua origem ou do mtodo usado para sua purificao. Em decorrncia dessas diferenas de composio, o poder calorfico em geral representa a mdia de valores de certas variedades de combustvel com composies bem especficas.

Gs liquefeito de petrleo, uma mistura de propano (C3H8) e butano (C4H10).

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O biogs um exemplo disso. Este gs combustvel formado por uma mistura de diversos gases, sendo o metano (CH4) e o gs carbnico seus maiores constituintes. Dependendo da forma como ele produzido, pode haver diferentes teores do gs metano (combustvel). Em geral, o biogs apresenta entre 50% e 70% de metano e seu poder calorfico pode variar entre 5 000 e 7 000 kcal/kg. O mesmo pode ocorrer com o carvo mineral, que, em sua formao geolgica, passa por diferentes estgios e tem seu teor de carbono modificado progressivamente. Cada estgio apresenta um nome especfico e uma faixa de teor de carbono e de poder calorfico, como mostrado na tabela abaixo. tipos de turfa linhito hulha Antracito carvo teor de carbono 50-60 60-75 75-90 90-95 (%) Poder calorfico 25 25-30 30-35 35-38 (kJ/g) No necessrio, neste momento, que se discutam de forma aprofundada essas questes em sala de aula. Basta que fique claro que a composio dos muitos combustveis pode variar um pouco pelo fato de serem formados por misturas de vrias substncias; por isso, o poder calorfico pode variar tambm. So sugeridas a seguir algumas questes que envolvem o clculo de massa de combustvel e de energia liberada em sua combusto. Para responder a essas questes, os alunos de-

vem ter em mos os dados de poderes calorficos apresentados anteriormente.

Questes1. Analise a tabela de poder calorfico de diversos combustiveis e responda: a) Qual dos combustveis apresenta maior poder calorfico? b) Qual dos combustveis apresenta menor poder calorfico? 2. Que quantidade de energia trmica pode ser liberada na combusto de 5,0 kg de lenha? 3. Que massa de carvo necessria queimar para liberar 17 000 kcal? 4. A queima de 1,0 kg de gs natural gera em torno de 9,1 x 103 kcal de energia. Responda: a) Que quantidade de energia trmica pode ser liberada na queima de 30 kg de gs natural? b) Qual massa de biogs deve ser queimada para gerar a mesma quantidade de energia que 1,0 kg de gs natural? 5. Em qual das situaes h maior liberao de energia trmica: na combusto de 30 kg de gasolina com 20% de lcool ou na combusto de 40 kg de lcool combustvel? Justifique sua resposta, apresentando os clculos e as concluses.

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6. Em mdia, um alto-forno produz 4,0 x 104 kg de ferro de uma vez, consumindo cerca de 0,91 kg de carvo para cada 1,0 kg de ferro produzido. Nessas condies, que quantidade de energia pode ser liberada no alto-forno por meio da queima do carvo?

ceitos de notao cientfica e algarismos significativos. No item a deve-se obter como resultado 2,7 x 105 kcal e no item b, 1,5 kg de biogs. Na questo 5 (proposta no Caderno do Aluno CA como Lio de Casa, questo 1, p. 6), deve-se calcular a quantidade de energia liberada na combusto da gasolina (1,2 x 106 kJ) e do lcool (1,1 x 106 kJ) para justificar o fato de que na combusto de 30 kg de gasolina libera-se mais energia do que na combusto de 40 kg de lcool. Das questes sugeridas, a questo 6 , sem dvida, a mais desafiadora. As eventuais dificuldades apresentadas anteriormente em relao ao uso de notao cientfica e aos algarismos significativos podem se repetir nesta questo. Assim, deve-se estar atento aos dados do enunciado e apresentao do resultado. Esta questo pode ser resolvida da seguinte forma: f clculo da massa de carvo consumido na produo de 4,0 x 104 kg de ferro: Massa de carvo Massa de ferro 0,91 kg 1,0 kg

grade de avaliao da Atividade 2Nesta atividade, fundamental que os alunos compreendam duas ideias principais: a relao de proporcionalidade entre a massa de combustvel e a energia trmica liberada na combusto, ou seja, quanto maior a massa de um combustvel queimado, maior a quantidade de energia trmica liberada; e que cada combustvel tem um poder calorfico prprio. As trs primeiras questes so mais simples e a maioria dos estudantes no deve apresentar muita dificuldade em respond-las. Ao responder questo 1, o aluno deve reconhecer que, entre os combustveis da tabela, o gs de cozinha (GLP) o que apresenta maior poder calorfico e que a lenha apresenta o menor. Na questo 2, a quantidade de energia pode ser calculada em quilojoules, obtendo-se como resultado 52 750 kJ (ou, mais corretamente, 5,3 x 104 kJ), ou em quilocalorias, tendo como resultado 12 620 kcal (ou 1,3 x 104 kcal). A questo 3 tem como resposta 2,5 kg de carvo. O grau de dificuldade eleva-se a partir da questo 4, por exigir a compreenso dos con-

=

X 4,0 x 104 kg

X = 3,64 x 104 kg

f clculo da quantidade de energia trmica liberada na combusto de 3,64 x 104 kg de carvo:

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Energia Massa de carvo Y 3,64 x 104 kg Y = 24 752 x 104 kcal ou

6 800 kcal 1,0 kg

=

Mesmo que a combusto j tenha sido estudada no Ensino Fundamental, este assunto pode ser retomado a partir do tringulo da combusto.CALOR

Y 2,5 x 108 kcal

A produo de 4,0 x 104 kg de ferro envolve a liberao de cerca de 2,5 x 108 kcal de energia obtida pela queima de carvo.

Sugesto de questes para pesquisa1. Alm do preo, disponibilidade e poder calorfico, que outros fatores podem ser considerados na escolha de um combustvel? 2. Por que a gasolina comercializada no Brasil apresenta cerca de 20% de etanol, sendo que ela isenta de lcool tem poder calorfico maior?

COMBURENTETringulo da combusto.

COMBUSTVEL

Atividade 3 A combustoAlm de conhecer os combustveis e suas propriedades, importante que os alunos compreendam como se d o seu processo de combusto. Para ocorrer a combusto so necessrias, alm do combustvel, a presena de gs oxignio na quantidade ideal e uma pequena quantidade de energia para iniciar o processo. Assim, define-se combusto como sendo uma transformao qumica que envolve a interao de material combustvel com um comburente (quase sempre o oxignio), em que h liberao de energia trmica (transformao exotrmica).

Pode-se destacar, na discusso desse esquema, o fato de que apenas a presena do combustvel no suficiente para ocorrer a reao de combusto. O combustvel deve estar em contato com um comburente, ou seja, outro reagente que participar da combusto geralmente o gs oxignio constituinte do ar , e esses materiais devem receber uma quantidade inicial de energia para interagirem. bom frisar que essa quantidade inicial de energia trmica pode ter diferentes origens. Em geral, quando se pergunta sobre o que necessrio para ocorrer a combusto de um material, os alunos respondem oxignio e fogo. A ideia de que necessrio fogo para ocorrer combusto muito recorrente. Esta concepo pode ser confrontada levando-os

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a refletir sobre fenmenos como acender um palito de fsforo, queimar uma folha de papel usando uma lente para concentrar os raios solares, ou usar o pirgrafo3 para escrever ou desenhar na madeira. Sugere-se que esses fenmenos sejam expostos um a um e que os estudantes sejam solicitados a dizer se houve ou no a combusto e, em caso positivo, explicar como ela ocorreu. O objetivo, neste caso, que os alunos concluam que, para ocorrer combusto, no necessrio haver fogo, e sim energia trmica, que pode vir do atrito, da luz concentrada ou de uma resistncia eltrica, por exemplo. Outro aspecto interessante a ser tratado em sala de aula o fato das combustes poderem ou no apresentar chama e emitir luz, dependendo do tipo de combustvel e da forma como ocorrem. A queima do carvo numa churrasqueira ou de um pedao de palha de ao, por exemplo, acontece sem a presena de chama, mas com emisso de energia trmica e luz. J na combusto da glicose no interior das clulas, ocorre apenas a liberao de energia trmica. Embora possam existir diferenas entre as combustes, elas sempre sero transformaes qumicas exotrmicas, ou seja, que liberam energia trmica. Outro fato pouco discutido nas aulas de Qumica o de que combustveis lquidos no

pegam fogo. Nesse caso, o que entra em combusto so os gases formados pela evaporao dos lquidos combustveis. Tanto que, quando resfriados abaixo de certas temperaturas, os combustveis lquidos no vaporizam em quantidade suficiente para que ocorra a combusto, mesmo prximos de uma chama. Essa temperatura mnima para que o vapor de um combustvel misturado com ar inflame na presena de chama denominada temperatura de fulgor. O etanol, por exemplo, no queima, mesmo na presena de chama, em temperaturas inferiores a 13 C, ou seja, essa sua temperatura de fulgor. A facilidade com que um combustvel lquido pode queimar est relacionada quantidade de vapor que se forma em sua superfcie. Quanto menor a temperatura de ebulio de um lquido, mais facilmente ele evapora e, consequentemente, mais facilmente entra em combusto. As combustes, por serem transformaes qumicas, podem tambm ser representadas por meio de equaes qumicas. Os reagentes de uma combusto so o combustvel e o comburente, que quase sempre o gs oxignio4. Os produtos vo depender do tipo de combustvel empregado e da quantidade de oxignio disponvel para a combusto. Tomando como exemplo o carvo, usado como combustvel na produo da cal e do ferro, pode-se representar sua combusto considerando apenas a

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Equipamento eltrico que apresenta uma ponta metlica aquecida por uma resistncia eltrica, utilizado para fazer inscries em objetos de madeira. Alm do oxignio, o gs cloro tambm atua como comburente quando, por exemplo, reage com hidrognio (H 2(g) + Cl2(g) 2 HCl(g) + energia) ou com ferro (2 Fe(s) + 3Cl 2(g) 2 FeCl 3(s) + energia).

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interao do carbono, maior constituinte do carvo, com o oxignio do ar. carvo (carbono) + gs oxignio gs carbnico + energia C(s) + O2(g) CO2(g) + energia Estas e outras equaes qumicas que sero apresentadas neste bimestre no esto balanceadas porque, neste momento, apenas traduzem a linguagem discursiva para a linguagem simblica da Qumica. No se espera que sejam estabelecidas relaes de proporcionalidade em termos de quantidade de partculas ou de matria (mol) entre os reagentes e produtos. Assim, a introduo de coeficientes estequiomtricos nas equaes qumicas seria apenas um fator complicador e no acrescentaria nada aos alunos. Alguns professores e autores preferem no incluir o termo energia ou mesmo o valor de energia na equao qumica, alegando que apenas substncias devem fazer parte desta equao. Entretanto, optamos por inclu-lo para indicar que nas transformaes qumicas a energia faz parte do processo, podendo ser absorvida ou liberada. No caso especfico das combustes, a energia sempre liberada e, por isso, aparece ao lado dos produtos. necessrio esclarecer, ao interpretar a equao qumica, que energia no se trata de um material ou uma substncia. Pode-se, ainda, apresentar outras transformaes qumicas representadas por equaes

que mostrem a combusto de outros materiais, como do lcool combustvel: lcool combustvel (etanol) + gs oxignio gs carbnico + gua + energia C2H5OH(g) + O2(g) + H2O(g) + energia CO2(g) ou da gasolina (representada pelo octano): gasolina (octano) + gs oxignio gs carbnico + gua + energia C8H18(g) + CO2(g) + O2(g) H2O(g) +

energia

Ao interpretar essas ou outras representaes da combusto, procure destacar quais so os reagentes que participam da transformao qumica, quais so os produtos formados, que formas de energia podem ser liberadas, que evidncias de transformao qumica poderiam ser percebidas etc. interessante tambm que a interpretao da combusto seja escrita por extenso, estabelecendo relaes entre a linguagem verbal (discursiva) e a simblica. Pode-se fazer isso, por exemplo, a partir da queima do metano: CH4(g) + O2(g) CO2(g) + H2O(g)O metano gasoso reage com o gs oxignio formando dixido de carbono gasoso (ou gs carbnico) e gua no estado gasoso.

So apresentadas a seguir sugestes de questes que envolvem a compreenso conceitual das combustes e o domnio das linguagens discursiva escrita e simblica.

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Questes1. Considere as combustes a seguir e complete o quadro abaixo: I. queima de carvo (C) para churrasco; Reagentes Produtos

II. queima de lcool etlico ou etanol (C2H5OH); III. queima de palha de ao, constituda basicamente de ferro (Fe), com formao apenas de xido de ferro III (Fe2O3). manifestao de energia liberada Apresenta chama?

combusto I II III

2. Interprete por extenso as trs combustes apresentadas na questo anterior e proponha equaes qumicas que as representem. 3. Um estudante definiu combusto da seguinte forma: combusto uma reao qumica que forma gs carbnico e gua. Analise a definio do estudante e diga o que est correto e o que est errado nela. Proponha outra definio para o termo combusto. 4. O enxofre (S) um slido amarelo que pode ser queimado facilmente, formando dixido de enxofre gasoso (SO2). Proponha uma equao qumica que represente essa combusto (CA, Lio de Casa, questo 1, p. 9). 5. A tabela a seguir mostra as temperaturas de ebulio e de fulgor de alguns combustveis (CA, Lio de Casa, questo 2, p. 10).

combustvel Etanol Gasolina Querosene Responda:

temperatura de temperatura ebulio (c) de fulgor (c) 78 40-200 175-320 13 -43 45

a) Explique por que a gasolina e o querosene apresentam uma faixa varivel de temperatura de ebulio enquanto o etanol apresenta temperatura de ebulio bem determinada. b) Qual a temperatura mnima da gasolina para que ocorra sua combusto quando dela se aproxima uma chama? E do querosene? c) A partir desses dados, proponha uma explicao para o fato dos carros a lcool

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mais antigos terem problema para dar partida em dias frios.

buscam abranger esses aspectos, fazendo com que se tenha uma compreenso mais clara sobre o processo de combusto. Na questo 1 importante que o aluno compreenda que a combusto uma transformao qumica e que saiba identificar os reagentes e produtos envolvidos, alm dos aspectos energticos e qualitativos das combustes. energia liberada trmica, luz trmica, luz trmica, luz tem chama talvez sim no

grade de avaliao da Atividade 3Nesta atividade buscou-se abordar aspectos qualitativos, tecnolgicos, conceituais e representacionais das combustes. As questes propostas para a avaliao da aprendizagem combusto I II III Reagentes C + O2 C2H5OH + O2 Fe + O2

Produtos CO2 CO2 + H2O Fe2O3

As questes 2 e 4 buscam desenvolver a habilidade de transitar entre a linguagem simblica das equaes qumicas e a linguagem discursiva escrita. A questo 3 conceitual e busca desenvolver a metacognio por motivar o estudante a refletir sobre sua prpria concepo do conceito de combusto. importante que as respostas dadas contemplem os seguintes pontos: f a combusto uma transformao qumica; f a combusto envolve a interao de um combustvel com um comburente, quase sempre o oxignio do ar; f os produtos da combusto dependem dos reagentes empregados na combusto, ou seja, no se formam necessariamente gs carbnico e gua numa combusto;

f na combusto sempre ocorre liberao de energia. Na questo 5 retomado o conceito de temperatura de ebulio, discutido no bimestre anterior. No item a, deve-se compreender que muitos combustveis no apresentam temperaturas de ebulio bem determinadas, pois so misturas de substncias, como no caso da gasolina e do querosene. No item b, espera-se que sejam capazes de aplicar o conceito de temperatura de fulgor para comparar a facilidade de se inflamar os combustveis. Os alunos devem reconhecer que a temperatura mnima para que a gasolina queime na presena de chama de -43 C e que, no caso do querosene, de 45 C. No item c, espera-se que eles compreendam que o fato da gasolina ter componentes bastante volteis (com temperaturas de ebulio a partir de 40 C) e temperatura de fulgor baixa (-43 C), quando comparada ao

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lcool, faz com que seja mais fcil dar partida em carros a gasolina do que em carros a lcool. Como o lcool menos voltil que a gasolina (tem temperatura de ebulio superior de alguns componentes da gasolina), a quantidade de vapores de etanol formados nos motores a carburao pequena em dias frios e, por isso, a combusto dificultada. Entretanto, bom frisar que os automveis mais modernos (construdos a partir de meados da dcada de 1990) no apresentam mais esse problema. Como se pde perceber, esta Situao de Aprendizagem possibilita inmeras abordagens alm da possibilidade de estabelecimento de relaes interdisciplinares com a Geografia, por exemplo. As questes envolvidas com a minerao de carvo, explorao

de poos de petrleo ou uso da monocultura da cana-de-acar para a produo de lcool combustvel podem suscitar interessantes discusses sobre aspectos sociais, ambientais, tecnolgicos, polticos, econmicos e cientficos. Entretanto, deve-se ter em mente que o que foi proposto aqui apenas um pequeno recorte de tudo aquilo que pode ser abordado. Acreditamos, contudo, que a forma como est proposto o contedo pode auxiliar os estudantes a alcanar alguns dos objetivos principais deste 2o bimestre da 1a srie do Ensino Mdio, que so: compreender as relaes de proporcionalidade entre a massa de um combustvel queimado e a energia liberada em sua combusto; compreender os aspectos qualitativos e conceituais principais das combustes; e conhecer alguns importantes combustveis e suas caractersticas gerais.

SITUAO DE APRENDIzAGEM 2 RELAES EM MASSA NAS TRANSFORMAES QUMICAS: CONSERVAO E PROPORO EM MASSANesta Situao de Aprendizagem sero desenvolvidas as ideias de conservao de massa e relaes proporcionais entre reagentes e produtos envolvidos em uma transformao qumica. A construo dessas ideias se dar ao longo de trs momentos pedaggicos distintos. Inicia-se o estudo com uma problematizao das observaes sobre mudanas de massa na combusto do papel e da palha de ao. A seguir, os conceitos de conservao de massa e de proporo em massa nas transformaes qumicas so desenvolvidos, usando-se para isso dados tabelados das quantidades de reagentes e produtos da combusto do carvo e tambm dados obtidos de um segundo experimento demonstrativo a ser realizado em sala de aula. Num terceiro momento, as explicaes fornecidas pelos alunos sobre o que acontece com as massas do papel e da palha de ao aps a combusto so retomadas e reconstrudas.

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tempo previsto: 5 aulas. contedos e temas: conservao de massa nas transformaes qumicas e relaes proporcionais entre as massas envolvidas em uma transformao qumica. competncias e habilidades: perceber a conservao da massa nas transformaes qumicas; analisar dados de massas de reagentes e de produtos estabelecendo relaes de proporcionalidade entre eles; aplicar os conceitos de conservao e proporo em massa na previso de quantidades envolvidas nas transformaes qumicas. estratgias: exposio dialogada; experimentos demonstrativos; exerccios. Recursos: lousa e giz; questes presentes neste Caderno; materiais e reagentes indicados nos roteiros dos experimentos. Avaliao: respostas s questes e participao na discusso dos experimentos.

Atividade 1 Problematizao inicial: o experimento da queima da palha de aoAlguns problemas conceituais surgem corriqueiramente no ensino do tema combusto. Em primeiro lugar, comum que os alunos desconsiderem a participao dos gases na combusto e comparem apenas as massas dos materiais slidos (carvo e cinzas, por exemplo). Em segundo lugar, mesmo aqueles que consideram os gases envolvidos na combusto (oxignio e dixido de carbono, por exemplo), podem pensar que gases no possuem massa. Pode-se tambm apresentar a concepo alternativa de que tudo o que queima diminui de massa, some ou vira energia. Essas ideias so fortemente sustentadas pela experincia de vida dos estudantes. Muito provavelmente, eles j viram a madeira e o papel ficarem mais leves quando queimados e o mesmo ocorrer com a vela, os tecidos, os plsticos e outros materiais.

Essas ideias podem constituir obstculos para a compreenso da lei de conservao de massa e do processo de combusto. A superao dessas concepes e a construo dos conceitos de conservao e proporo em massa so os objetivos desta atividade. Sugere-se que, aps um levantamento das ideias iniciais dos estudantes e a retomada dos tpicos mais importantes da Situao de Aprendizagem anterior, seja realizada a atividade experimental demonstrativa apresentada a seguir. Nesta atividade, sero propostas explicaes para a diferena de massas observadas nas combustes do papel e da palha de ao. Esse experimento tem carter qualitativo e pode ser feito com materiais de fcil obteno. A partir de sua discusso, ser possvel conhecer melhor como os alunos compreendem a conservao de massa nas transformaes qumicas e a participao de substncias gasosas nesses processos.

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importante ter em mente que a funo principal desse experimento problematizar a questo da conservao ou no da massa nas transformaes qumicas. Portanto, necessrio e suficiente que os estudantes se sintam instigados a discutir e a compreender o problema proposto a partir do experimento. Esta atividade possibilita que eles apresentem suas ideias sobre o que ocorre com as massas em transformaes de combusto e, ao ser confrontados com um fato que no condiz com suas previses e que no conseguem explicar, sintam-se estimulados a buscar explicaes.

80 centmetros

Balana feita de arame e pratos de papel-alumnio.

2. Segure a balana pelo ponto central de sua haste. Pode-se utilizar um clipe metlico para segurar a balana. Isso diminui o atrito entre a mo e a balana, aumentando sua sensibilidade. 3. Coloque uma folha de papel em cada prato da balana de maneira que ambos fiquem no mesmo nvel. f Questo: O que vocs acham que acontecer com o nvel dos pratos se o papel que est sobre um deles for queimado? Pea que expliquem a previso feita em termos das massas de papel. Anote as previses em um canto da lousa. 4. Queime uma das folhas de papel de um dos pratos da balana e observe. f Questo: Suas previses foram confirmadas? 5. Limpe a balana e coloque um pedao de palha de ao em cada prato, de maneira que os dois lados fiquem no mesmo nvel.

experimento 1 Queima da palha de ao5materiais e reagentes f balana de pratos feita de arame e pratos de papel-alumnio (tipo marmitex); f 2 folhas de papel sulfite; f 2 palhas de ao; f fsforos ou isqueiro. Procedimento 1. Construa uma balana de pratos usando arame e pratos de papel-alumnio tipo marmitex, como mostrado na figura a seguir.5

Experimento adaptado de: BELTRAN, N. O. Combusto: duas interpretaes diferentes. In: Revista de Ensino de Cincias. FUNBEC. n. 19, out. 1987.

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f Questo: Quais so suas previses sobre o que acontecer com o nvel dos pratos da balana se a palha de ao que est sobre um deles for queimada? 6. Queime a palha de ao de um dos pratos da balana e observe. f Pea que relacionem suas observaes sobre as mudanas de massa ocorridas aps a queima do papel e da palha de ao. f Solicite que expliquem por que a massa da palha de ao aumentou e a massa de papel diminuiu. Como os alunos ainda no estudaram a lei da conservao da massa nas transformaes qumicas, no se espera que eles consigam responder s questes feitas. Essas ideias devem ser retomadas na Atividade 3 desta Situao de Aprendizagem, aplicando-se os conhecimentos sobre conservao da massa que sero desenvolvidos a seguir. Caso a opo seja por no retomar as ideias iniciais dos alunos, melhor no fazer o experimento problematizador, pois, nesse caso, as ideias alternativas apresentadas no incio no sero confrontadas com as novas ideias e no podero ser abandonadas nem reconstrudas. Assim, preciso ter em mente a seguinte questo: Como explicar que na combusto da palha de ao observa-se que a massa aumenta

enquanto em outras a massa diminui? Esse o problema que deve permear os pensamentos do estudante ao longo das aulas dedicadas a esta atividade. Diversas hipteses podem ser consideradas na tentativa de explicar esses fenmenos. Alguns podem pensar que na combusto a massa diminui porque parte do combustvel vira energia e a outra parte vira cinzas. Essa hiptese serve para explicar as observaes feitas na queima do papel, mas no servem para justificar o aumento da massa observado na queima da palha de ao. Outra hiptese que pode surgir, provavelmente por fora das observaes sobre a queima da palha de ao, a de que alguns materiais podem ser introduzidos no sistema ou retirados durante a queima, o que poderia causar as mudanas de massa observadas nos dois casos. Ambas as hipteses podem vir dos prprios alunos ou ser propostas para que eles as avaliem. Tenha em mente que a Atividade 3 far uma releitura do problema. Alm disso, no CA, Lio de Casa, p. 14, os alunos so convidados a verificar a coerncia de explicaes sobre o que ocorre com as massas do papel e da palha de ao quando submetidas ao processo de combusto. Para investigar se a segunda hiptese correta, voc pode propor o estudo de uma combusto cujo sistema seja fechado, ou seja, em que no ocorram trocas de materiais entre o sistema e o meio.

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Atividade 2 conservao da massa e proporo em massa entre as espcies participantes da transformao qumicaEsta segunda parte da Situao de Aprendizagem pode ser iniciada retomando-se a combusto do carvo. O carvo constitudo basicamente de carbono (C), cerca de 90% de sua massa; o restante formado por materiais massas iniciais dos reagentes (valores em gramas) carvo (c(s)) 150 60 23 gs oxignio (o2(g)) 320 128 48

orgnicos no decompostos na carbonizao da madeira e por sais minerais. Na combusto do carvo, o carbono interage com o oxignio do ar formando principalmente gs carbnico, deixando um resduo slido composto principalmente por xidos metlicos, a cinza. A tabela seguinte mostra as massas dos materiais envolvidos na combusto do carvo. massas finais dos produtos (valores em gramas) dixido de carbono (co2(g)) 442 172 66 cinzas 31 12 5

Amostra

energia liberada (kcal) 1 020 410 156

I II III

Esses dados foram obtidos a partir de experimentos de combusto de carvo em recipientes fechados e as massas de gs oxignio consumido e de gs carbnico (dixido de carbono) produzido puderam ser medidas porque sistemas fechados no permitem a troca de material com o meio externo, ou seja, no entra nenhum material, inclusive outros gases, no recipiente onde ocorreu a combusto, assim como no sai dele nenhum material. Pode-se fazer um desenho simples na lousa para ilustrar o experimento relatado. importante frisar que esses valores de massa so experimentais e no calculados; portanto, esto sujeitos a variaes de at uma

unidade nos ltimos algarismos medidos, inerentes prpria medio. Faz parte do trabalho experimental saber analisar dados e saber estimar as incertezas das medidas. importante salientar que os dados no esto errados, ou seja, que no houve erros experimentais. Na prtica, deve-se considerar uma margem de incerteza nos valores medidos em qualquer aparelho, por mais simples que seja. No caso das balanas, pode-se considerar uma incerteza de mais ou menos uma unidade no ltimo algarismo registrado. Um valor de 53 g medido em balana mais corretamente expresso como 53 ( 1) g, e um valor de 7,38 g como 7,38 ( 0,01) g.

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No se prope que voc, professor, adote esse rigor na representao dos valores experimentais, mas apenas que essa possibilidade de pequenas variaes de at uma unidade no ltimo algarismo medido seja considerada na anlise dos dados experimentais. Dessa forma, os alunos devem ser capazes de considerar que a soma das massas dos reagentes da amostra I de carvo (150 + 320 = 470), por exemplo, igual soma das massas de seus respectivos produtos (442 + 31 = 473), se considerarmos que cada uma das quatro medidas pode ter variao de at uma unidade no ltimo algarismo registrado e que essas incertezas se somam quando se comparam valores de vrias medidas. importante que essa discusso seja feita com eles, pois a compreenso dessas ideias lhes possibilitar interpretar de forma mais acertada os resultados experimentais. Isso ser essencial na anlise e interpretao dos dados quantitativos da atividade experimental que ser proposta a seguir. Para analisar os dados de massa da tabela de combusto do carvo propem-se as seguintes questes:

f Some as massas dos reagentes da amostra I. Some as massas dos produtos da amostra I. Comparando esses dois resultados, possvel dizer que a massa do sistema permaneceu a mesma depois da combusto do carvo? Se no, a que pode ser atribuda essa diferena? f Compare a soma das massas dos reagentes com a soma das massas dos produtos na amostra II. Compare tambm as massas reagentes e de produtos na amostra III. possvel dizer que a massa se conservou aps a combusto das amostras II e III? Justifique sua resposta. No preciso apresentar a lei de conservao de massa neste momento. Basta que os estudantes compreendam que na combusto do carvo a massa se conserva. A generalizao para outras transformaes qumicas ser feita a seguir com a anlise de um experimento demonstrativo em duas partes. Antes de iniciar essa etapa, porm, sugere-se que a tabela apresentada a seguir seja preenchida pelos alunos medida que se realiza a experincia (consulte o CA, item 8 do procedimento experimental, p. 17).

Sistema no estado inicialdescrio (aspecto visual) massa

Sistema no estado finaldescrio (aspecto visual) massa Fechado Aberto

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experimento 2 transformaes qumicas e conservao de massamateriais e reagentes f garrafa plstica incolor de 600 mL com tampa (seca); f cerca de 50 mL de soluo de cido clordrico 1 mol/L (quantidade equivalente ao volume de um copo descartvel de caf); f 1 tubo de ensaio de 15 mm x 100 mm; f 2 g de hidrogenocarbonato de sdio (bicarbonato de sdio) ou carbonato de clcio; f estante para tubos de ensaio; f balana; f 2 tubos de ensaio de 15 mm x 150 mm; f esptula ou palito de sorvete;

filme de PVC entre o frasco e a tampa. fundamental que voc teste antes o experimento, independentemente da montagem escolhida. observao 2: pode-se preparar as solues durante a realizao do experimento dissolvendo-se separadamente nos tubos de ensaio maiores uma ponta de esptula de sulfato de cobre II em cerca de 5 mL de gua e uma quantidade equivalente de hidrxido de sdio na mesma quantidade de gua. Dois alunos podem ser convidados a preparar essas solues durante a realizao do experimento. Nesse caso, deve-se chamar a ateno para os perigos do manuseio desses reagentes, orientando-os a evitar que haja contato com pele e olhos. Oriente-os tambm sobre a forma correta de agitar um tubo de ensaio, pois eles tendem a tampar o tubo com o dedo polegar para agit-lo e isso pode ser muito perigoso, dependendo do seu contedo. As quantidades de reagentes no precisam ser estequiomtricas, pois o experimento qualitativo. Procedimento

f cerca de 5 mL de soluo de sulfato de cobre II 0,5mol/L; f cerca de 5 mL de soluo de hidrxido de sdio 1mol/L. observao 1: a garrafa plstica e o tubo de ensaio podem ser substitudos por um frasco de maionese com tampa e um vidrinho de remdio ou similares. Basta que o sistema no permita o escape do gs formado na experincia. Para melhorar a vedao, pode-se colocar um pedao de

interao entre cido clordrico e hidrogenocarbonato de sdio (bicarbonato de sdio) 1. Coloque com cuidado 50 mL da soluo de cido clordrico na garrafa. A garrafa no pode estar molhada por fora para que no haja perda de massa por evaporao. 2. Usando a esptula, adicione cerca de 2 g de bicarbonato de sdio ao tubo de ensaio pequeno.

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3. Transfira com cuidado o tubo de ensaio para dentro da garrafa conforme a Figura 4. No deixe que a soluo de cido entre em contato com o bicarbonato de sdio neste momento.Claudio Ripinskas

8. Destampe a garrafa e mea a massa do conjunto sem se esquecer de medir tambm a massa da tampa da garrafa. Anote o valor. interao entre o sulfato de cobre ii e o hidrxido de sdio 1. Prepare as solues de sulfato de cobre II e de hidrxido de sdio, dissolvendo separadamente, nos tubos de ensaio maiores, uma esptula de cada um deles em 5 mL de gua. 2. Coloque esses tubos de ensaio maiores com as solues preparadas na estante para tubos de ensaio. Pese todo esse sistema (tubos com as solues e estante). Anote o valor da massa. 3. Transfira a soluo de sulfato de cobre II para o tubo de ensaio com a soluo de hidrxido de sdio. Neste momento, pode-se questionar os alunos sobre o que eles acham que acontece com a massa do sistema. 4. Pese todo o sistema novamente, incluindo o tubo de ensaio que continha a soluo de sulfato de cobre II. Anote o valor da massa. Neste momento, pode-se perguntar a eles se o valor de massa encontrado corresponde s suas previses.

Montagem do experimento usando garrafa plstica ou frasco de boca larga.

4. Pese todo o conjunto na balana: garrafa com a soluo de cido e tubo de ensaio contendo o bicarbonato e a tampa da garrafa (no se esquea de pesar a tampa). Anote o valor de todo o sistema. 5. Assegure-se de que a garrafa esteja bem fechada. 6. Vire a garrafa de modo que o cido entre em contato com o bicarbonato. Deixe ocorrer a reao at cessar a efervescncia. 7. Com a garrafa ainda tampada, mea a massa do conjunto novamente. Anote o valor.

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Questes para anlise do Experimento 21. Voc considera que os dois fenmenos observados neste experimento so transformaes qumicas? Por qu? 2. Em relao ao sistema cido clordrico e hidrogenocarbonato de sdio, calcule a diferena de massa entre: a) a massa inicial e a massa final com a garrafa fechada. Houve diferena entre as massas? Como voc explica esse resultado? b) a massa inicial e a massa final com a garrafa aberta. Houve diferena entre as massas? Como voc explica esse resultado? 3. Caso tenha sido usado bicarbonato de sdio nesta experincia, o fenmeno observado pode ser representado pela equao qumica: cido clordrico + bicarbonato de sdio gua + gs carbnico + cloreto de sdio HCl(aq) + NaHCO3(s) H2O(l) + CO2(g) + NaCl(aq) O termo (aq) indica que o material est dissolvido em gua, formando o que se chama de uma soluo aquosa. Os termos (s), (l) e (g) representam os estados fsicos slido, lquido e gasoso, respectivamente. Relacione os estados fsicos dos materiais envolvidos nesse fenmeno e as diferenas de massa calculadas na questo 2.

4. possvel dizer que as massas inicial e final na interao entre o cido clordrico e o bicarbonato de sdio foram iguais? Justifique sua resposta com base nos dados experimentais. 5. Compare as massas inicial e final na interao entre a soluo de sulfato de cobre II e a soluo de hidrxido de sdio. Houve conservao da massa nessa interao? Explique. Aps a discusso e correo das questes, pode ser proposta a generalizao das relaes em massa que foram estabelecidas, ou seja, a massa no estado inicial sempre igual massa no estado final em qualquer transformao qumica. Se todos os reagentes se transformam em produtos, as massas de reagentes sero iguais s massas dos produtos. Esse fato pode ser observado quando a transformao qumica se processa em sistema fechado, mas pode parecer incorreto quando se observam as transformaes em sistemas abertos. Isso porque em sistemas abertos pode ocorrer ganho ou perda de materiais gasosos, modificando a massa final do sistema. Pode-se mencionar que essas observaes sobre a conservao da massa nas transformaes qumicas so conhecidas desde o sculo XVIII e foram inicialmente propostas pelo qumico francs Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794). Essa proposta ficou conhecida como Lei da Conservao da Massa ou Lei de Lavoisier.

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Como escolher as quantidades de reagentes para que no haja desperdcio?Evitar desperdcio de materiais uma das preocupaes que surgem quando se quer realizar uma transformao qumica. Esse cuidado especialmente importante nos processos industriais, nos quais a margem de lucro, a qualidade do produto e os impactos ambientais, por exemplo, podem estar diretamente ligados questo do desperdcio de materiais. Na produo do ferro-gusa usa-se minrio de ferro, calcrio e carvo em quantidades da ordem de toneladas. Se for usado menos minrio de ferro, sero desperdiados carvo e calcrio, alm de ser gerado um produto final de m qualidade. Se for usado menos carvo ou calcrio, sobrar minrio de ferro sem reagir. Os prejuzos, em ambos os casos, sero grandes. Para que Amostra I 150 = 4,8 31

no haja desperdcio preciso que os reagentes sejam adicionados em uma proporo ideal. O estudo sobre as propores entre reagentes e produtos numa transformao qumica pode ser iniciado com a retomada da tabela que mostra as massas de reagentes e produtos envolvidos na combusto do carvo, apresentada no incio desta atividade da Situao de Aprendizagem 2 (p. 26). Alm das relaes em massa, pode-se abordar tambm as relaes entre energia e massas de reagentes e de produtos. A primeira relao que pode ser observada a razo entre a massa de carvo queimado e a massa de cinzas formada. Pea que calculem a razo entre esses valores dividindo a massa de carvo pela massa de cinzas para cada uma das trs amostras. Esse valor representa quantas vezes a massa de carvo maior que a massa de cinzas em cada amostra. Amostra II 60 = 5,0 12 Amostra III 23 5 = 4,6 ou 5

Massa de carvo Massa de cinzas

importante que na anlise desses resultados sejam considerados os algarismos significativos dos dados (dois para as amostras I e II e apenas um para a amostra III). Deve-se tambm relembrar o fato de que esses dados so experimentais e, portanto, esto sujeitos a incertezas.* Dessa forma, pode-se considerar que a razo ou a proporo entre as massas de carvo e cinzas constante:*

Massa de carvo Massa de cinzas

=

5 1

Para cada cinco partes de carvo queimadas, uma parte de cinzas se formar. Se queimarmos 10 g de carvo devem-se formar 2 g de cinzas. Proponha outras questes, como: Se queimarmos 100 g de carvo, que massa de cinzas dever se formar? E se queimarmos 27 g?

No CA, pp. 19 e 20, so propostos exerccios sobre as questes tratadas nesta pgina e na prxima.

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Agora, outra relao pode ser explorada: existe uma proporo constante entre a massa de carvo e a massa de oxignio. Amostra I 150 = 0,469 320 Amostra II 60 = 0,47 128 Amostra III 23 = 0,48 28

Massa de carvo Massa de oxignio

A relao entre as massas de carvo e de oxignio de 0,47. Massa de carvo Massa de oxignio = 0,47 1

amostras. Analisar os dados qualitativamente importante para a compreenso das relaes de proporcionalidade e, desta forma, no aceitar qualquer resultado dado por uma calculadora. Assim, os estudantes devem perceber que: f a massa de oxignio um pouco maior que o dobro da massa de carvo; f a massa de carvo cerca de cinco vezes maior que a massa de cinzas; f a massa de oxignio cerca de dez vezes maior que a massa de cinzas etc. O desenvolvimento dessa forma de pensar to importante quanto a capacidade de realizar clculos de razo entre as massas, pois ambos os raciocnios, qualitativo e quantitativo, se complementam. A seguir, mostre a relao de proporcionalidade entre as massas de reagentes e produtos de cada uma das trs amostras: as massas da amostra I so cerca de 2,5 vezes maiores que as massas da amostra II. dixido de carbono 442 172 = 2,57 cinzas 31 12 = 2,6

Em outras palavras, pode-se dizer que para cada 0,47 parte de carvo necessria uma parte de oxignio. Questo para discusso: Quantos gramas de gs oxignio so necessrios para queimar 47 g de carvo? E para queimar 94 g de carvo? Essa relao de proporcionalidade pode ser estabelecida entre quaisquer reagentes ou produtos. importante dizer tambm que geralmente essa relao no um nmero inteiro. Pode-se estabelecer, por exemplo, a relao entre as massas de carvo e gs carbnico, entre gs carbnico e gs oxignio etc. Os alunos devem ser motivados a realizar anlises qualitativas dos dados, ou seja, perceber as propores de forma aproximada (CA, Exerccios em sala de aula, p. 19). Mostre que, nesse caso, a massa de carvo praticamente a metade da massa de oxignio nas trs carvo Amostra I Amostra II 150 = 60 2,5 oxignio 320 128

= 2,50

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Pode-se mencionar que essas observaes sobre a proporo entre as massas nas transformaes qumicas tambm so conhecidas desde o sculo XVIII. Elas ficaram conhecidas como Lei das Propores Fixas ou Lei de Proust em homenagem ao francs Joseph Louis Proust (1754-1826), que estudou as relaes entre massas nas transformaes qumicas. Em seus estudos, ele demonstrou que a composio do carbonato de cobre era a mesma, independentemente da amostra escolhida: 5,1 partes de cobre para 3,9 partes de oxignio para 1 parte de carbono. Assim, para formar qualquer quantidade de carbonato de cobre seria necessria sempre a mesma proporo entre os reagentes. Essas mesmas observaes foram feitas em relao composio e formao de outras substncias e, no incio do sculo XIX, era praticamente consensual a aceitao da Lei das Propores definidas pela comunidade cientfica. A relao entre a massa de um combustvel queimado e a quantidade de energia liberada nessa combusto foi abordada na Situao de Aprendizagem 1 (consulte o CA, p. 14) e pode ser retomada na anlise desses dados sobre a combusto do carvo. possvel fazer uma anlise qualitativa dos dados mostrando que, quanto maior a massa de carvo queimado, maior tambm ser a quantidade de energia liberada na transformao. Essa relao de 1 g de carvo para 6,8 kcal de energia. A relao entre massa e energia pode tambm ser estabelecida em termos de quantidade de oxignio consumido ou de um dos produtos formados (CA, Exerccios em sala de aula, p. 19).

Neste momento, eles podem ser questionados sobre a seguinte situao: Sabemos que as substncias interagem em propores determinadas. Mas o que aconteceria se os reagentes no estivessem na proporo correta? Todos os reagentes seriam consumidos mesmo assim? Pode-se dar como exemplo a amostra I da combusto de carvo. O que aconteceria se, em vez de 320 g de oxignio, houvesse 4 000 g de oxignio no recipiente onde ocorreu a combusto do carvo? Espera-se que deem como resposta que as quantidades de produtos no mudariam, apenas sobrariam 3 680 g de oxignio no final do processo, pois para consumir 150 g de carvo necessita-se de apenas 320 g de oxignio. Outras questes mais elaboradas tambm podem ser propostas: Que massa de oxignio restaria se 30 g de carvo fossem queimados na presena de 500 g de oxignio? Nesse caso, deve-se primeiro calcular que massa de oxignio necessria para interagir com 30 g de carvo. Como a massa de carvo queimada 1/5 da massa de carvo da amostra I, espera-se que a massa de oxignio consumido tambm seja 1/5, ou seja, para queimar 30 g de carvo seriam necessrios apenas 64 g de oxignio e restariam 436 g desse gs sem reagir. A seguir so propostas questes e problemas nos quais se pode aplicar os conceitos de conservao e proporo em massa.

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Questes*1. Sabendo-se que a combusto de 60 g de carvo requer 128 g de gs oxignio e produz 12 g de cinzas, que massa de cinzas formada quando se queimam 90 g de carvo? Que massa de oxignio ser consumida na combusto dessa massa de carvo? 2. O responsvel tcnico de um forno de calcinao de calcrio elaborou um relatrio sobre as trs ltimas tiragens da produo de cal. O relatrio apresenta a seguinte tabela: massa de massa data calcrio (t) de cal (t) (cao) (caco3) 12/7 15/7 18/7 12,0 10,0 5,6 11,2 6,7 massa de dixido de carbono (t) (co2) 4,4

Como se pode perceber, faltaram dados de massa de calcrio usado no dia 15/7 e massa de dixido de carbono formado nos dias 15/7 e 18/7. a) Identifique o que reagente e o que produto nesse processo. b) Sabendo que a calcinao do calcrio envolve o consumo de energia, proponha uma equao qumica que represente a calcinao do calcrio e inclua o termo energia na equao. c) Determine os valores que faltam na tabela e complete-a. Mostre todos os clculos realizados. 3. A combusto do etanol foi estudada em laboratrio e as massas de reagentes e produtos da combusto de duas amostras de etanol foram registradas em uma tabela.

massas no estado inicial (g)etanol adicionado 50 23 oxignio adicionado 96 50 gs carbnico produzido 88

massas no estado final (g)gua produzida 54 etanol em excesso 4 oxignio em excesso

a) Analise a tabela e mostre que a massa se conservou na combusto da primeira amostra de etanol. Apresente os clculos e as concluses.*

b) H excesso de oxignio na combusto da segunda amostra de etanol? Mostre os clculos e as concluses.

No CA, as questes 1 a 4 compem a Lio de Casa das pp. 21 e 22.

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c) Calcule a massa de gs carbnico (CO2) e de gua formada na combusto da segunda amostra de etanol. 4. Sabe-se que 0,50 g de magnsio metlico (Mg) e 0,33 g de oxignio (O2) reagem completamente, formando exclusivamente xido de magnsio (MgO). a) Que massa de MgO espera-se nesta experincia? b) Que massa de O2 necessria para reagir totalmente com 1,0 g de Mg? c) O que se espera que acontea se 2,0 g de Mg reagirem com 2,0 g de O2?

valor deve ser de 5,3 t. As massas de calcrio e dixido de carbono do dia 15/7 podem ser obtidas considerando-se a proporo entre as massas de calcrio e de cal e entre as massas de cal e dixido de carbono dos dias 12/7 e 15/7. Dessa maneira, obtm-se como resultados um consumo de 20 t de calcrio e uma produo de 8,8 t de dixido de carbono no dia 15/7. Na questo 3, item a, comparando-se as massas de reagentes e produtos, nota-se que a massa se conservou nessa transformao qumica. Isso pode ser feito considerando a massa inicial como a soma da massa de etanol que reage (etanol adicionado etanol em excesso) e a massa de oxignio, e a massa final como a soma das massas dos produtos (mi = 142; mf = 142). No item b, deve-se identificar que apenas 46 g de etanol reagem na primeira amostra (excesso de 4 g) e que essa massa est relacionada a um consumo de 96 g de oxignio. Assim, a combusto de 23 g de etanol (metade de 46 g) consome apenas 48 g de oxignio (metade de 96 g), sobrando 2 g de oxignio. No item c, os alunos devem, ainda, calcular as massas de gua e dixido de carbono na combusto da segunda amostra de etanol. Espera-se que cheguem aos valores de 44 g de dixido de carbono e 27 g de gua. Na questo 4, obtm-se um valor de 0,83 g de MgO no item a; 0,66 g de O2 no item b; e se espera que 2,0 g de Mg consumam apenas 1,32 g de oxignio, restando um excesso de 0,68 g desse gs no item c.

grade de avaliao da Atividade 2Na questo 1, relaes de proporcionalidade devero ser estabelecidas entre as massas de carvo e cinzas e entre carvo e oxignio. Espera-se que os alunos concluam que so formados 18 g de cinzas a partir da combusto de 90 g de carvo, sendo consumidos para isso 192 g de gs oxignio. Na questo 2, os alunos devero analisar a tabela de produo de cal e identificar o calcrio como o nico reagente e o dixido de carbono e a cal como seus produtos. A massa de dixido de carbono formada no dia 18/7 pode ser obtida considerando-se a conservao das massas nessa transformao qumica e seu

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Atividade 3 Releitura do problema inicialNeste momento, pode-se retomar o problema inicialmente levantado na experincia da queima da palha de ao. A questo que os alunos devem ser capazes de responder agora : Como explicar que em algumas combustes observamos que a massa aumenta enquanto em outras a massa diminui? Espera-se que, neste momento, os alunos possam: f considerar a importncia da participao dos gases nas reaes qumicas, inclusive em combustes; f compreender que gases possuem massa; f saber que em todas as transformaes qumicas, incluindo as combustes, as massas no estado inicial e final so iguais. O experimento da queima da palha de ao pode ser retomado fazendo um desenho esquemtico na lousa ou mostrando a balana de pratos usada em sua execuo. Recorde o fato da balana ter pendido para o lado do papel sem queimar na primeira parte do experimento, o que indicaria que a massa teria diminudo na combusto do papel. Retome tambm a observao feita na combusto da palha de ao que mostra que a massa teria aumentado durante sua combusto.

Pode-se construir na lousa um quadro comparativo das combustes do papel e da palha de ao. Faa essa construo dialogando com a turma, procurando verificar se eles se lembram da participao do oxignio nas combustes e se sabem quais produtos se formam em cada combusto. combusto Papel Reagentes Produtos

Papel (celulose) Gs carbnico (CO2) (C6H12O6)n Gs oxignio Vapor de gua do ar (O2) (H2O) Cinzas Ao (ferro) (Fe) Gs oxignio do ar (O2) xido de ferro (III) (Fe2O3)

Palha de ao

Destacando quais so os materiais slidos envolvidos nas combustes, pea que comparem apenas as massas de reagentes e de produtos slidos nessas combustes e as relacionem com as observaes feitas na realizao do experimento. Os alunos podem ser questionados se consideram que os gases consumidos ou produzidos na combusto do papel e da palha de ao tm massa e, se tiverem, se suas massas podem ser medidas na balana de pratos usada no experimento. Pea aos alunos que proponham agora uma explicao para as observaes feitas no experimento. Pode-se perguntar a eles se consideram que a massa se conservou nas duas combustes. Espera-se que digam que a massa sempre se conserva nas transformaes qumicas, inclusive na queima do papel e da palha

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de ao. Observou-se a diminuio de massa na queima do papel porque a balana compara apenas as massas de slidos (papel e cinzas), mas se compararmos as massas de todos os reagentes e a massa de todos os produtos percebemos que a massa no se altera. Observou-se o aumento de massa na queima da palha de ao porque no foi considerada a massa de oxignio, que foi incorporada na formao do produto.

A Situao de Aprendizagem pode ser concluda sintetizando-se as ideias discutidas nesta Situao e enfatizando o fato de que a massa sempre se conserva nas transformaes qumicas, mesmo naquelas em que isso no seja evidente, como no caso das combustes realizadas em sistema aberto.

SITUAO DE APRENDIzAGEM 3 IMPLICAES SOCIOAMBIENTAIS DA PRODUO E DO USO DE COMBUSTVEISNesta Situao de Aprendizagem sero discutidos problemas sociais e ambientais ligados produo e ao uso de combustveis, especificamente aqueles relacionados produo de carvo vegetal, extrao de carvo mineral e emisso de gases provenientes da combusto (como CO2 e SO2). Esses gases so responsveis por problemas ambientais, como o agravamento do efeito estufa e a chuva cida.

tempo previsto: 4 aulas. contedos e temas: problemas sociais e ambientais ligados produo e ao uso de combustveis; conceito operacional de cido e base. competncias e habilidades: selecionar, organizar, relacionar e interpretar dados e informaes apresentados em textos, tabelas e grficos referentes aos problemas socioambientais provenientes da produo e do uso de combustveis (chuva cida e efeito estufa) para tomar decises e enfrentar situaes-problema; relacionar informaes obtidas por meio de observaes diretas e de textos descritivos para construir argumentaes consistentes num debate sobre desenvolvimento tecnolgico e impactos socioambientais. estratgias: levantamento das ideias dos alunos; leitura de textos; experimentos; debate; exposio dialogada. Recursos: lousa e giz; roteiros experimentais; questes presentes neste Caderno; texto e folhas de atividades; materiais e reagentes indicados nos roteiros dos experimentos. Avaliao: respostas s questes e participao na aula; material escrito sobre o tema do debate.

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A Situao de Aprendizagem pode ser iniciada procurando-se conhecer as ideias dos alunos a respeito dos problemas que a produo e o uso de combustveis podem trazer para o ambiente e a vida no planeta. Sugere-se a seguinte questo para esse levantamento: f A produo e o uso de combustveis esto relacionados a problemas ambientais? E a problemas de sade? D exemplos.

f Quais so os problemas ambientais causados pela queima do carvo? f Quais so as vantagens em utilizar cada tipo de carvo? E quais so as desvantagens? preciso estar atento discusso desse texto para no perder o foco na tentativa de explicar todos os termos tcnicos e cientficos que aparecem. Exemplo disso so os termos chuva cida e efeito estufa, apenas citados no texto, mas que sero abordados com mais detalhes na prxima atividade desta Situao de Aprendizagem. Sugere-se que, para avaliar o entendimento sobre o que foi tratado, os alunos completem a tabela a seguir, que compara informaes obtidas no texto ou em outras fontes (livros, internet) sobre o carvo vegetal e o carvo mineral. tipos de carvo Forma de obteno Problemas ambientais relacionados produo/extrao Problemas sociais relacionados produo/extrao Vantagens Desvantagens Onde utilizado Problemas relacionados ao uso carvo carvo vegetal mineral

Atividade 1 Produo e uso de carvo vegetal e carvo mineral e seus impactos ambientaisAps o levantamento das ideias prvias, sugere-se que voc oriente a leitura do Texto 1, dividindo os alunos em grupos e pedindo a cada grupo que procure responder, utilizando o texto, a duas ou trs das questes apresentadas abaixo. Se possvel, disponibilize outras fontes de informaes, como livros e sites. f Como produzido o carvo vegetal? f Quais so os problemas ambientais e sociais que podem ser causados pela produo do carvo? f Como extrado o carvo mineral? f Quais so os problemas ambientais e sociais que podem ser causados por essa extrao? f Quais so os tipos de indstrias que utilizam o carvo como combustvel?

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texto 1 carvo vegetal e carvo mineralAdaptado por Fabio Luiz de Souza e Luciane Hiromi Akahoshi

plantio da madeira pode-se obt-lo facilmente. O inconveniente que muitas carvoarias no so fiscalizadas e acabam utilizando madeira de regies de mata nativa, degradando o meio ambiente. A carbonizao da madeira ocorre por meio de seu aquecimento a elevadas temperaturas na presena de pouco oxignio, resultando na produo de carvo e de compostos volteis, que podem ser separados por destilao. As quantidades mdias desses materiais obtidos a partir da destilao seca de uma tonelada de madeira so as seguintes: gases: 210 kg; gua: 350 kg; cido actico: 60 kg; metanol: 120 kg; alcatro: 90 kg: e carvo: 270 kg. A soma das massas dos produtos obtidos a partir da combusto incompleta da madeira 1100 kg, pois nestes produtos foram incorporados tomos de oxignio provenientes do ar, que introduzido no sistema de forma controlada para que haja uma combusto incompleta da madeira. Assim, a soma da massa de madeira e de oxignio do ar equivale soma das massas dos produtos obtidos neste processo. No Brasil, o uso industrial do carvo vege-

Existem basicamente dois tipos de carvo, o vegetal e o mineral. Embora ambos sejam formados a partir da madeira, o carvo mineral s se forma por processo de fossilizao da madeira ao longo de milhares de anos. O carvo vegetal, usado como combustvel na calcinao do calcrio e na produo de ferro no Brasil, alm de muitas outras aplicaes, pode ser obtido por meio da carbonizao da madeira. Nesse processo, a madeira queimada parcialmente, de forma controlada e na presena de pouco oxignio, ocorrendo um processo de decomposio trmica de substncias presentes na madeira (celulose, lignina ,1

sais minerais, gua e outras). Como resultado, obtm-se carvo vegetal e uma mistura de gases e vapores. Parte desses vapores pode ser condensada obtendo-se metanol (CH3OH), cido actico (CH3CO2H) e alcatro . A fra2

o gasosa restante formada por monxido de carbono (CO), dixido de carbono (CO2), hidrognio (H2) e hidrocarbonetos , principal3

mente metano (CH4). O carvo vegetal, por ser obtido a partir da carbonizao da madeira, pode ser considerado um recurso renovvel, pois por meio do re1

tal continua sendo largamente praticado, o que torna o pas o maior produtor mundial desse insumo energtico. No setor industrial, que

Polmero tridimensional de estrutura complexa e semelhante celulose. Ela confere maior resistncia madeira, onde est misturada celulose. Lquido escuro, espesso e oleoso formado por dezenas de substncias orgnicas (compostos de carbono), obtido na destilao de vrios materiais, como hulha (tipo de carvo) e madeira. Substncias formadas por carbono (C) e hidrognio (H).

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utiliza cerca de 85% do carvo, o ferro e o ao so os principais consumidores, uma vez que o carvo participa como reagente e como fonte de energia. O setor residencial consome cerca de 9%, a gerao de energia em termoeltricas, 4,5%, e o setor comercial (pizzarias, padarias e churrascarias), 1,5%. A carbonizao de lenha praticada de forma tradicional em fornos de alvenaria com ciclos de aquecimento e resfriamento que duram at vrios dias. Os fornos retangulares equipados com sistemas de condensao de vapores e recuperadores de alcatro so os mais avanados em uso atualmente no pas. Os fornos cilndricos com pequena capacidade de produo, sem mecanizao e sem sistemas de recuperao de alcatro, continuam sendo os mais usados nas carvoarias. A temperatura mxima mdia de carbonizao de 500 C. No raras vezes, a atividade de produo do carvo vegetal tem sido associada a condies de trabalho de baixa remunerao, falta de segurana (risco de contaminao por gases txicos, queimaduras e exploses), falta de preparo tcnico e de equipamentos apropriados. Geralmente, os trabalhadores no tm registro em carteira e comum o emprego de crianas e adolescentes. Alm do carvo proveniente da queima da madeira h tambm o carvo mineral, proveniente da fossilizao de troncos, razes, galhos e folhas de rvores gigantes que cresceram h 250 milhes de anos em pntanos rasos. Essas

partes vegetais, aps morrerem, depositaram-se no fundo lodoso e ficaram encobertas. O tempo e a presso da terra sobre esse material transformaram-no em uma massa negra as jazidas de carvo. Dependendo do teor de carbono, resultado do tempo de fossilizao, tm-se diversos tipos de carvo: turfa, linhito, hulha e antracito. No Brasil, a hulha ocorre nos Estados do Paran, Santa Catarina e Rio Grande do Sul, e sua extrao de cerca de 10 milhes de toneladas por ano (a produo no maior em virtude do alto teor de cinzas e de enxofre que possui). Ela usada como combustvel em usinas termoeltricas nas prprias regies de onde extrada e nos altos-fornos siderrgicos, aps aquecimento prvio para eliminar material orgnico (gases e alcatro). A explorao das jazidas de minrio de carvo gera impactos ambientais causados pela degradao de fauna, flora, solo e cursos dgua da regio. Alm disso, so muitos os riscos sade dos operrios das minas de carvo. Incndios, desmoronamentos, inundaes e exposio a age

2009 volume 2 cadernodoprofessor quimica ensinomedio 1aserie caderno do professor

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