2009 volume 2 cadernodoprofessor quimica ensinomedio 3aserie caderno do professor

PROFESSOR

caderno do

3a SRIE

ensino mdio

volume 2 - 2009

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QUMICA6/5/2009 19:03:45

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 - 3a 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 978-85-7849-301-1 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 Composio das guas naturais e usos da gua doce 10 Situao de Aprendizagem 2 Entendendo a escala de pH 14

Situao de Aprendizagem 3 Como saber as quantidades de produtos e de reagentes que coexistem em equilbrio qumico 24 Situao de Aprendizagem 4 Influncia das variaes de temperatura e presso em sistemas em equilbrio qumico 34 Situao de Aprendizagem 5 Como o ser humano usa a gua do mar para a sua sobrevivncia? 38 Questes para avaliao 58 60

Propostas de Situao de recuperao

recursos para ampliar a perspectiva do professor e do aluno para a compreenso do tema 61 consideraes finais 64

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So Paulo Faz eScola uma PRoPoStacuRRiculaR PaRa o eStadoPrezado(a) professor(a), 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 cadeRnohidrosfera como fonte de materiaisnome da disciplina: rea: etapa da educao bsica: Srie: Perodo letivo: temas e contedos: Qumica Cincias da Natureza e suas Tecnologias Ensino Mdio 3a 2o bimestre de 2009Hidrosfera como fonte de materiais teis ao ser humano Como o ser humano utiliza a gua doce Acidez e basicidade nas guas naturais: conceito de Arrhenius, definio operacional de pH e reaes de neutralizao Fora de cidos e bases: significado da constante de equilbrio qumico e sua relao com o pH Perturbaes do estado de equilbrio qumico: influncia da presso, da temperatura e das concentraes das espcies envolvidas Como o ser humano utiliza a gua salgada Indstria do sal: cloreto de sdio Indstria cloro-lcali Dessalinizao da gua do mar (osmose reversa e destilao)

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oRientao SobRe oS contedoS do bimeStReCaro(a) professor(a), Neste 2o bimestre da 3a srie sero propostas atividades que permitam aos alunos compreender melhor o mundo em que vivem usando conhecimentos qumicos. O tema da 3a srie Como o ser humano usa o meio ambiente hidrosfera, biosfera e atmosfera para extrair materiais teis sua sobrevivncia. No 1o bimestre, para que a atmosfera pudesse ser entendida como fonte de materiais, foram analisados mtodos industriais de separao dos gases atmosfricos, assim como a utilizao do nitrognio no processo industrial de sntese da amnia. Conceitos relacionados cintica e ao equilbrio qumico foram estudados para que processos industriais, como a produo de amnia, pudessem ser entendidos e avaliados segundo perspectivas histricas, sociais e econmicas. O foco de estudo neste bimestre recair sobre a hidrosfera como fonte de recursos para a sobrevivncia humana aprofundando os conhecimentos j trabalhados na 2a srie. Para tanto, sero estudadas algumas maneiras de utilizao da gua. Este material , portanto, um recurso que procura permitir que os alunos, ao refletirem sobre os usos das guas salgadas e doces como recursos naturais, aprendam Qumica e desenvolvam habilidades procedimentais e atitudinais que os instrumentem a avaliar situaes de vida e tomar decises que tambm considerem um bem comum maior. Nesta proposta, a avaliao da qualidade da gua doce ser feita levando-se em conta suas propriedades e os usos a que se destina: consumo humano, consumo animal, irrigao e usos industriais. Ser estudado como se pode estimar a acidez da gua por meio do pH, que uma maneira de determinar a concentrao hidrogeninica de uma soluo, sem precisar recorrer a nmeros fornecidos pelas constantes de equilbrio qumico. O termo pH, frequentemente mencionado na mdia, tem significado qumico limitado para os alunos, que normalmente valorizam apenas o pH neutro, desconhecendo, por exemplo, a importncia do controle da acidez no sistema produtivo. Por esse motivo, este parmetro ser usado como desencadeador do estudo quantitativo do equilbrio qumico, ou seja, como se pode saber a quantidade de produto formado em uma determinada reao reversvel, em dadas condies de presso e temperatura. Ser tambm estudado como a adio de solutos pode modificar o pH da gua, acidificando-a, alcalinizando-a ou neutralizando-a. No 1o bimestre foi apresentada a ideia de que as quantidades relativas de reagentes e de produtos que coexistem em equilbrio qumico mudam de acordo com as condies de presso e de temperatura. Essas ideias sero retomadas e ampliadas levando-se em conta agora aspectos quantitativos. Para entender como o ser humano extrai materiais teis da gua do mar, sero retomados

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processos industriais que exigem conhecimentos anteriormente estudados, como a solubilidade de sais (para o estudo de suas separaes) e a eletrlise (para a obteno do hidrxido de sdio, do sdio metlico e dos gases hidrognio e cloro). O entendimento da obteno do carbonato de sdio pelo processo Solvay depender da compreenso do conceito de solubilidade (j estudado na 2a srie) e da influncia da modificao da concentrao em um equilbrio qumico. No caso, ser estudada a perturbao no equilbrio estabelecido a partir da dissoluo do gs carbnico (CO2(aq)) em gua. Ao final deste bimestre, os alunos podero reconhecer o ambiente em especial a hidrosfera como fonte de materiais e de vida, alm de entender como os conhecimentos qumicos esto presentes no desenvolvimento dos processos de extrao e transformao de materiais da natureza. Pretende-se, com este estudo, oferecer subsdios para facilitar a formao de indivduos que saibam usar conhecimentos adquiridos na escola para entender o mundo onde vivem e que considerem a preservao do ambiente como fundamental para a manuteno da vida. Podero ser desenvolvidas competncias e habilidades tais como: f construir os conceitos de equilbrio qumico e de constante de equilbrio para estimar o rendimento de transformaes qumicas reversveis e para entender como perturbaes externas mudanas de presso, de temperatura e de concentraes podem modificar sistemas em equilbrio qumico;

f a partir de equaes qumicas, escrever a expresso da constante de equilbrio qumico, reconhecendo as espcies qumicas que coexistem no sistema em equilbrio; f selecionar, organizar, relacionar e interpretar dados e informaes representados em textos, tabelas, grficos, esquemas e figuras para entender os processos produtivos relacionados extrao de materiais da hidrosfera e os conhecimentos qumicos neles envolvidos; f relacionar informaes obtidas atravs de observaes diretas e de textos descritivos referentes s propriedades especficas da gua doce e salgada, para construir argumentaes consistentes sobre sua importncia; f refletir sobre os custos e benefcios envolvidos na obteno e no uso de recursos provenientes da hidrosfera para avaliar escolhas individuais e coletivas. Sugerimos a realizao de experimentos, leitura de textos, interpretao de esquemas, tabelas e fluxogramas, exerccios e aulas expositivo-dialogadas e recomendamos o uso do material Qumica e sobrevivncia (comentrio na pgina 61) como estratgias de ensino para este 2o bimestre. O processo de ensino-aprendizagem poder ser avaliado por meio da participao e do interesse demonstrado e das respostas aos exerccios e atividades propostos.

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SituaeS de aPRendizagemSITUAO DE APrENDIzAGEM 1 COMPOSIO DAS GUAS NATUrAIS E USOS DA GUA DOCEEsta Situao de Aprendizagem tem a funo de retomar os conhecimentos j discutidos no 1o bimestre da 2a srie sobre os usos que o ser humano faz da gua doce, enfocando as caractersticas necessrias da gua para cada fim. Este assunto ser retomado para discutir o pH, um dos critrios de potabilidade da gua.

tempo previsto: 1 aula. contedos e temas: distribuio de gua no planeta; caractersticas da gua doce para diferentes formas de consumo. competncias e habilidades: interpretar dados apresentados em tabelas relativos disponibilidade de gua no planeta e qualidade e usos de guas. estratgias: discusso desencadeada por perguntas e anlise de tabelas. Recursos: dados tabelados e questes. avaliao: respostas s questes e atividades propostas.

desenvolvimento da Situao de aprendizagem 1O estudo poder ser problematizado por meio de uma discusso desencadeada por perguntas sobre como o ser humano usa a gua doce e quais caractersticas ela deve apresentar para ser apropriada a diferentes finalidades. f Que tipo de gua voc bebe? Como utilizada a gua na sua casa? Pense nos alimentos que voc consome. Voc acha que foi

necessrio o uso de gua para que eles chegassem sua mesa? Pense nestes usos da gua: abastecimento domstico, irrigao, dessedentao (saciar a sede) de animais, recreao e lazer, abastecimento industrial e transporte. Ser que toda gua utilizada para essas funes deve apresentar as mesmas caractersticas? A discusso dessa ltima questo pode ser facilitada com perguntas como:

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Voc nadaria no trecho do Rio Tiet que corta a cidade de So Paulo1? Voc andaria de barco nesse mesmo trecho do Rio Tiet? Voc tomaria gua de uma fonte desconhecida que apresentasse turbidez? Voc tomaria gua de uma fonte desconhecida, mas que apresentas-

se gua transparente, inodora e sem detritos aparentes? Ento, pode ser proposta a atividade a seguir (tambm presente no CA, p. 3), a partir da apresentao do quadro abaixo.

Relao entre usos da gua e sua qualidadeuso geral Abastecimento domstico uso especfico Qualidade requerida Isenta de substncias qumicas prejudiciais sade. Isenta de organismos prejudiciais sade. Baixa agressividade e baixa dureza2. Esteticamente agradvel (baixa turbidez, ausncia de cor, sabor e odor; ausncia de microrganismos). A gua incorporada ao produto final (ex.: bebidas, remdios). Abastecimento industrial A gua entra em contato com o produto. A gua no entra em contato com o produto final (ex.: refrigerao, caldeiras). Hortalias e produtos ingeridos crus ou com casca. Demais plantaes. Dessedentao de animais Isenta de substncias qumicas prejudiciais sade. Isenta de organismos prejudiciais sade. Esteticamente agradvel (baixa turbidez, ausncia de cor, sabor e odor). Baixa agressividade e baixa dureza. Varivel de acordo com o produto final. Baixa dureza. Baixa agressividade. Isenta de substncias qumicas prejudiciais sade. Isenta de organismos prejudiciais sade. Salinidade no excessiva. Isenta de substncias qumicas prejudiciais ao solo e s plantaes. Salinidade no excessiva. Isenta de substncias qumicas prejudiciais sade dos animais. Isenta de organismos prejudiciais sade dos animais.

Irrigao

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No caso de escolas fora da cidade de So Paulo, o professor pode escolher um rio ou lago que seja bastante poludo. Dureza refere-se ao teor de ons clcio e magnsio dissolvidos; agressividade refere-se capacidade de corroer materiais.

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uso geral Preservao da flora e da fauna recreao e lazer

uso especfico

Qualidade requerida Varivel de acordo com os requisitos ambientais.

Isenta de substncias qumicas prejudiciais sade. Contato primrio (ex.: Isenta de organismos prejudiciais sade. natao, esqui, surfe). Baixos teores de slidos em suspenso, leos e graxas. Contato secundrio (ex.: velejar). Aparncia agradvel.

Gerao de energia Transporte Diluio de esgotos e outros efluentes

Usinas hidreltricas. Baixa agressividade. Usinas nucleares ou termeltricas (ex.: torres Baixa dureza e baixa agressividade. de resfriamento). Baixa presena de materiais flutuantes que possam pr em risco as embarcaes.

relao entre usos da gua e sua qualidade. Extrada de: Qumica e sobrevivncia: hidrosfera fonte de materiais. Livro do aluno. GEPEQ. So Paulo: Edusp, 2005, p. 127.

Analise as informaes apresentadas no quadro e responda s questes: 1. A gua usada para os diversos fins mencionados precisa ter a mesma qualidade? 2. Voc acha que usamos a gua racionalmente em nossas residncias? Por exemplo, deveramos usar a mesma gua para dar uma descarga e para cozinhar? 3. Voc acha que seria possvel reutilizar uma parte da gua que consumimos em nossas residncias? Como? Ao responder questo 1, os alunos devem perceber que os diferentes usos da gua demandam diferentes critrios de qualidade. Ao responder s questes 2 e 3, devem concluir

que a gua utilizada para cozinhar exige padres de qualidade mais especficos do que a utilizada para descargas e que, para este segundo fim, poderia ser utilizada a gua de reso (por exemplo, a gua anteriormente utilizada para lavar roupas). Desta maneira, pode ser levantada a ideia de que modificaes na rede de esgoto domstico, que permitam reso de gua, so importantes para seu uso racional. Aps a discusso e correo dessas questes, pode-se dar incio ao estudo de pH, que ser desenvolvido na prxima Situao de Aprendizagem, com a seguinte questo desencadeadora: f A recomendao do Ministrio da Sade de que o pH na gua distribuda deva estar na faixa de 6,0 a 9,5. O que pH? Voc j ouviu falar de pH? (CA, questo 4, p. 5.)

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atividade extra Sugesto para projeto interdisciplinar*Caso voc deseje, a tabela abaixo pode servir para desencadear o desenvolvimento de um projeto interdisciplinar com Geografia, Fsica, Matemtica, Histria e Biologia, que investigue a distribuio de gua entre os povos da Terra, o consumo de gua per capita nos diferentes pases do mundo e nas diferentes regies desses pases, as relaes entre PIB e quantidade de gua tratada por habitante, o tratamento de gua, o custo do tratamento e da distribuio de gua em So localizao da gua Gelo polar e geleiras gua subterrnea a profundidades at cerca de 800 m gua subterrnea a profundidades entre cerca de 800 m e 4 000 m Lagos, rios e umidade do solo Atmosfera Total em reservatrios no ocenicos reservatrio ocenico Total de gua no planeta Volume (km3) 29 x 106 4,2 x 106 5,3 x 106 156 x 103 13 x 10 39 x 103 6 6

Paulo, o custo do tratamento de esgotos domsticos, industriais e rurais, as alternativas para tratar a gua para consumo humano, o custo para obteno de gua a partir da gua do mar e o tempo de residncia da gua (ciclo). Uma outra discusso bastante polmica no momento a transposio do rio So Francisco. Quais so as obras previstas, os pareceres tcnicos (prs e contras) sobre os possveis impactos ambientais e sociais, os custos e benefcios ambientais, sociais e econmicos, outras opes existentes alm da transposio e a histria do projeto. % em relao gua no ocenica 75 11 13,6 0,39 0,035 % em relao gua total do planeta 2 0,3 0,4 0,01 0,00094 2,9 97,2

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1 389 x 106 utilizvel. Geleiras, por exemplo, podem oferecer gua doce utilizvel, mas esto muito distantes dos locais onde os seres humanos habitam, e guas subterrneas muito profundas nem sempre podem ser exploradas. Neste momento, o que se deseja a percepo de que, se forem somadas todas as guas utilizveis, excluindo-se as geleiras e as guas subterrneas, a quantidade de gua no chega a 0,012% da gua total do planeta.

Pense nas calotas polares. Elas esto prximas aos locais onde os seres humanos habitam? A tabela acima informa a distribuio da gua no planeta Terra. Quanto da gua disponvel pode ser usada para os diferentes fins acima discutidos? Com esta pergunta, pretende-se que os alunos analisem quais localidades podem oferecer gua* Consulte o CA, Lio de Casa, p. 5.

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grade de avaliao da Situao de aprendizagem 1Nesta Situao de Aprendizagem, os alunos devero refletir sobre os usos que o ser humano faz da gua, bem como a qualidade requerida para cada uso. Espera-se

que esta reflexo, assim como a observao do trabalho e dos custos envolvidos no processo de tratamento de gua para o abastecimento domstico, permita que a gua doce seja revalorizada e, eventualmente, que os alunos desenvolvam atitudes de consumo mais responsveis.

SITUAO DE APrENDIzAGEM 2 ENTENDENDO A ESCALA DE pHConsiderando a ideia de que a gua pura, a 25 oC, apresenta-se neutra e com pH igual a 7, ser discutido o significado do parmetro pH, assim como sua utilizao na identificao da acidez ou basicidade de solues, sendo tambm introduzida a definio de cidos e bases segundo Arrhenius. O conceito de neutralizao ser estudado para cidos e bases com graus de dissociao inica prximos de 100%.

tempo previsto: 4 aulas. contedos e temas: definio de pH e a importncia de seu controle condutibilidade eltrica e autoionizao da gua; produto inico da gua como explicar o pH = 7; conceito de equilbrio qumico; autoionizao da gua explicaes no nvel microscpico; acidificao e alcalinizao da gua; transformaes de neutralizao entre cidos e bases fortes formao de sais. competncias e habilidades: ler e interpretar textos referentes importncia do controle de pH no sistema produtivo; estabelecer relaes entre os conhecimentos qumicos de pH e as ideias de Arrhenius; entender o processo de autoionizao da gua em nvel microscpico; compreender, nos nveis macroscpico e microscpico, qualitativo e quantitativo, que a adio de solutos pode modificar o pH da gua. estratgias: discusses desencadeadas por perguntas, anlise de textos, tabelas, esquemas, e exerccios. Recursos: textos, tabelas, questes e esquemas. avaliao: respostas s questes, atividades e participao em sala de aula.

desenvolvimento da Situao de aprendizagem 2Para que se entenda a relevncia do estudo da acidez e da basicidade da gua, o estudo desencadeado por meio da leitura de peque-

nos textos que usam o parmetro pH como medida da acidez da gua. Em um segundo momento, apresentada aos alunos a ideia de que, a 25 oC, valores de pH abaixo de 7 indicam solues cidas; valo-

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res de pH iguais a 7 indicam solues neutras; e valores de pH acima de 7 indicam solues alcalinas (ou bsicas). A explicao, no nvel microscpico, do valor 7 como indicativo de neutralidade dada em funo do equilbrio dinmico da autoionizao da gua. Esta Situao de Aprendizagem finalizada com a apresentao dos conceitos de cido e base de Arrhenius como decorrncia do aumento da concentrao de ons H+ ou de OHpresentes na gua.

alunos j possuem sobre o assunto e que tambm tero a funo de ressaltar a importncia do controle do pH no meio ambiente. Procurou-se apresentar textos que permitam envolver a maioria dos alunos. Pode-se, entretanto, fazer uso de notcias locais ou mais atuais sobre a importncia de se conhecer e controlar o pH de uma soluo, para melhor problematizar o estudo. Em duplas, os alunos podero ler os trs textos (CA, pp. 8 e 9), responder s perguntas e depois discutir as respostas com voc. Tambm poder ser distribudo apenas um dos textos para cada dupla, de forma que os trs textos sejam lidos por diferentes alunos. Todos devem responder s questes propostas e deve haver uma discusso entre duplas que tenham lido diferentes textos. Para finalizar, pode-se fazer uma discusso geral com a classe e, ainda, recolher as respostas para avaliar as habilidades de leitura e compreenso de texto, bem como a competncia escritora.bao, a calagem ou correo da acidez do solo e o controle de plantas daninhas e de pragas, entre outros. Nos primeiros anos de cultivo, quando se recorre ao sistema de plantio direto, necessrio corrigir solos cidos e com baixos teores de fsforo (P) e de potssio (K). Para aumentar o pH, fundamental a aplicao e incorporao de calcrio, e, para aumentar os teores de fsforo e potssio, a soluo recorrer aos fertilizantes.Elaborado especialmente para o So Paulo faz escola.

atividade 1 importncia do controle da acidez de solues (ph)Muitos dos alunos j ouviram falar em pH, e alguns tm ideia de que esse parmetro est relacionado acidez dos materiais. Outros sabem ainda que valores de pH iguais a 7 so atribudos a materiais neutros, por essa informao ser bastante difundida. Nesta primeira parte, prope-se a leitura de trs textos que atuaro como organizadores das ideias que os texto 1 cultivo de cevadaHebe ribeiro da Cruz Peixoto e Maria Fernanda Penteado Lamas

Segundo estudos da Embrapa (Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuria), no Brasil, apenas a produo de cevada para malte cervejeiro economicamente competitiva em relao dos demais cereais. O rgo alerta, entretanto, que esta produo exige um planejamento cuidadoso de plantio, que atente para a escolha da regio, o manejo e a conservao do solo, a adu-

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texto 2 anlise da gua da comunidade de miriti novo, em alenquerEm julho de 2007, foi realizada a anlise da gua de todas as propriedades que pretendem trabalhar com piscicultura na Comunidade de Miriti Novo (PA). As guas frias de igarap que banham a regio indicaram na sua anlise um grau de acidez com pH mdio de 5,5 a 6. Isto ocorre em funo da grande quantidade de matria orgnica proveniente da vegetao que constantemente cai em suas guas e margens e que decomposta na gua, liberando cidos que contribuem para abaixar o pH. Para possibilitar a piscicultura em um ambiente com essas caractersticas, as medidas iniciais so: limpeza da gua com a remoo de galhos e folhas e toda matria em decomposio que se encontre depositada na gua decorrente da vegetao ciliar, ou seja, da margem do igarap; escolha de espcies de peixes que so naturalmente adaptadas para gua fria e condies de acidez da gua em pH em torno de 6, como, por exemplo, o matrinx;

reflorestamento das margens dos igaraps para dar maior proteo ao viveiro contra a incidncia dos raios solares, evitando o aumento da temperatura da gua, que pode prejudicar as boas condies do ambiente do viveiro.Disponvel em: Centro de Apoio a Projetos de Ao Comunitria (CEAPC) . Acesso em: 29 jan. 2009. (Adaptado.)

texto 3 a importncia do controle do ph do sangueHebe ribeiro da Cruz Peixoto e Maria Fernanda Penteado Lamas

O grau de acidez do sangue habitualmente avaliado pela escala de pH. Nesta escala, a 25 oC, valores iguais a 7 indicam substncias neutras; valores menores que 7 indicam substncias cidas; e maiores que 7 indicam substncias bsicas. Normalmente o pH do sangue ligeiramente alcalino e apresenta valores entre 7,35 e 7,45. O controle da acidez no sangue muito importante, pois pequenas alteraes fora da faixa de pH considerado normal, pode afetar gravemente muitos rgos.Elaborado especialmente para o So Paulo faz escola.

Com base nesses textos, proponha aos alunos que respondam s seguintes questes: 1. importante que se conhea a acidez de diferentes sistemas? Cite exemplos que ilustrem sua resposta. 2. Cite um exemplo de material que pode ser adicionado ao solo para diminuir sua acidez. 3. Cite exemplos de materiais que, ao ser misturados gua, formam uma soluo cida.

A questo 1 visa levar os alunos a perceberem a importncia do controle de pH em diferentes situaes (cultivos agrcolas, piscicultura e sobrevivncia do ser humano). Ao responder questo 2, devem perceber que a adio de calcrio ao solo aumentar seu pH. Na 3, devem perceber que a matria orgnica se decompe na gua, liberando substncias que diminuem seu pH. Mesmo aps as leituras, no se espera que os alunos saibam que pH uma maneira de

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expressar a concentrao de H+ em uma soluo, o que, em outras palavras, uma maneira de expressar a sua acidez. Muitos alunos sabero dizer que a gua neutra apresenta pH = 7. A maioria tambm sabe informar que pH um parmetro que indica a acidez de um material, dado que tal informao bastante presente em diferentes mdias. Talvez alguns deles arrisquem responder que a adio de cidos torna as solues cidas. Antes de buscar explicaes para o significado dos valores de pH, seria bom que ficasse claro para eles que, a 25 oC, valores de pH abaixo de 7 indicam solues cidas, acima de 7 indicam solues bsicas e igual a 7 indicam solues neutras. Essa ideia pode ser rapidamente construda por meio da anlise de uma tabela como a apresentada a seguir. Sistemas gua pura (sem sais e gases nela dissolvidos) Soluo aquosa de cido sulfrico (H2SO4) Soluo aquosa de cido clordrico (HCl) gua e dixido de carbono (CO2) gua e dixido de enxofre (SO2) Soluo aquosa de cloreto de sdio (NaCl) Soluo aquosa de hidrxido de sdio (NaOH) gua e amnia (NH3) Soluo aquosa de xido de clcio (CaO) ph a 25 c 7,0 < 7,0 < 7,0 < 7,0 < 7,0 = 7,0 >7,0 > 7,0 >7,0

As questes abaixo podem ser propostas para colaborar com essa anlise. 4. Algumas das substncias apresentadas, ao serem dissolvidas em gua, formam solues com pH maior que 7. Quais so elas? Voc diria que essas solues so cidas, bsicas ou neutras? 5. Qual das substncias apresentadas, ao serem dissolvidas em gua, praticamente no alterou o valor do pH da gua pura? Voc diria que essa soluo cida, bsica ou neutra? 6. Algumas das substncias apresentadas, ao serem dissolvidas em gua, formam uma soluo de pH menor que 7. Quais so elas? Voc diria que essas solues so cidas, bsicas ou neutras? 7. Considerando uma escala de pH que varia de 0 a 14, qual valor indica que uma soluo neutra? Solues cidas estariam entre que valores de pH? E solues bsicas (tambm chamadas de alcalinas)? Na questo 4, os alunos devem perceber que so alcalinas as solues preparadas utilizando-se hidrxido de sdio, gs amnia e xido de clcio; na 5, que a soluo preparada utilizando-se cloreto de sdio ser neutra; na 6, que as solues de cido sulfrico, cido clordrico, gua e dixido de carbono e gua e dixido de enxofre so cidas; a questo 7 leva retomada da ideia de que, a 25 oC, solues neutras apresentam

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valores de pH iguais a 7, solues alcalinas apresentam valores de pH maiores que 7 e solues cidas apresentam valores de pH menores que 7.

Caso haja a possibilidade, pode ser demonstrada a atividade experimental proposta no 1o bimestre da 2a srie. A compreenso do experimento ou da simulao pode ser facilitada com questes do tipo: Como explicar as diferenas no brilho da lmpada quando o sistema foi conectado a diferentes solues? O que deve existir nas solues para que haja passagem de corrente eltrica? Primeiro, os alunos devero lembrar que possvel a passagem de corrente eltrica em uma soluo (condutibilidade eltrica), se esta contiver ons e se estes ons puderem se movimentar. Neste momento se coloca a seguinte questo: De onde podem ter vindo esses ons se a gua pura? (CA, Atividade 2, p. 11). No se espera que os alunos saibam a resposta. Eles talvez arrisquem dizer que a gua se contaminou com alguma coisa, mesmo sendo informados de que pura ou, pelo menos, bastante pura. Voc pode ento sugerir que uma maneira de obter ons em soluo seria se a prpria gua se ionizasse. O modelo atualmente aceito explica que as molculas de gua lquida, em constante movimentao, chocam-se umas com as outras e, se esses choques forem efetivos3, algumas ligaes entre o oxignio e o hidrognio de algumas das molculas poderiam se romper, formando os ons H+ e OH-. Tais ons tambm tm chance de se chocar, formando novamente uma molcula de gua.

Grade de avaliao da Atividade 1Nesta atividade foi ressaltada a importncia do controle de pH em diferentes situaes. A atividade deve permitir que as ideias que os alunos j tinham sobre pH sejam reorganizadas e que agora relacionem valores de pH menores que 7 a substncias cidas, valores de pH maiores que 7 a substncias bsicas e valores de pH iguais a 7 a substncias neutras (a 25 C).

atividade 2 entendimento do valor 7 da escala de ph como neutro usando as ideias de arrheniusNeste momento, busca-se entender porque o valor de pH = 7 da gua pura, a 25 C, considerado neutro. Para tanto, por meio de uma aula expositivo-dialogada, voc poder retomar a ideia de que a gua pura conduz corrente eltrica. No 1o bimestre da 2a srie, foi sugerida uma experincia para testar a condutibilidade eltrica da gua. Caso no seja possvel a reproduo do experimento em sala de aula, os resultados descritos indicam que a gua pura conduz corrente eltrica, embora muito pouco, posto que somente a lmpada de nenio se acendeu.

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Choques efetivos foram estudados no 1o bimestre da 3a srie.

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Dessa forma, as espcies presentes na gua pura so H+, OH- e molculas de H2O no ionizadas. Essas partculas coexistem em equilbrio dinmico, pois a rapidez com que os ons se formam igual rapidez de formao de molculas de gua. Se forem analisadas as concentraes de H+, de OH- e de H2O, estas se mostraro constantes ao longo do tempo. Externamente, a impresso que se tem de que a ionizao parou de acontecer, pois no se obter mais H+ e nem OH-, mas, microscopicamente, as espcies esto se interconvertendo incessantemente e com a mesma rapidez. Uma representao possvel para isso : h2o(l) 1 molcula 1 mol de molculas 10 mols de molculas

H2O(l)

v1 v2

H+(aq) + OH- (aq)

(equao simplificada) O que deve ficar claro que existe uma relao proporcional entre as quantidades de molculas que se ionizaram e as quantidades de ons formados. O quadro abaixo pode ajudar os alunos a perceberem essa relao. Deve tambm ser frisado que, apesar de haver uma proporo constante entre essas espcies, elas coexistem em um equilbrio dinmico, ou seja, a rapidez com que elas se interconvertem igual e constante. h+(aq) + oh- (aq) 1 nion 1 mol de nions 10 mols de nions

1 ction 1 mol de ctions 10 mols de ctions

Deve ser discutido que esses ons esto em equilbrio qumico dinmico com molculas de H 2O no-ionizadas. Alguns alunos podero pensar, ao analisarem o quadro, que todas as molculas de gua, em um volume qualquer de gua, autoionizam-se: vale a pena frisar que somente uma pequena quantidade de molculas se autoioniza. Para sermos mais exatos, a 25 oC, a concentrao de cada espcie de ons constante e igual a 10 -7 mol.L -1, ou seja, existem 0,0000001 mol de H + e 0,0000001 mol de OH - em um litro de gua. So quantidades muito pequenas de ons em soluo, o que explica a baixa condutibilidade eltrica da gua (s permite que a lmpada de nenio se acenda). (CA, Atividade 2, questo 4, p. 11.)

Antes de dar prosseguimento ao estudo, seria interessante que se fizesse uma sntese, junto com os alunos, para que ficasse explcito que a gua sofre autoionizao, que entra em equilbrio qumico, que esse equilbrio dinmico, e que, a 25 C, as concentraes de ctions H+ e nions OH- so iguais e correspondem a 1,0.10-7mol/L. H2Ov1 v2

H+(aq) + OH- (aq)

O estudo prossegue com a introduo da equao que permite o clculo do pH, usando as ideias que o cientista sueco Svante Arrhenius apresentou em sua tese de doutoramento, em 1889. Sua teoria foi desenvolvida sobre as diferentes condutividades eltricas de solues aquosas. Ele observou

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que diferentes substncias sofriam dissociao inica em maior ou menor grau. A caracterizao de Arrhenius para cidos e bases deriva desse estudo. Substncias que sofrem ionizao em gua produzindo ctions H+ e o nion correspondente so conhecidas como cidos de arrhenius. Bases, por sua vez, so substncias que sofrem dissociao inica em gua, produzindo nions OH- e o ction correspondente. Por meio de uma discusso orientada por perguntas, pode-se ajudar os alunos a concluir que, segundo Arrhenius, a gua deve ser neutra, pois sofre autoionizao, entra em equilbrio qumico e, como nesse estado as concentraes de ctions H+ e nions OH- so iguais, ela no apresenta carter nem cido nem bsico, sendo portanto neutra. Sugerimos que a primeira pergunta seja mais abrangente e aponte o problema. Depois, perguntas mais especficas podem direcionar melhor a concluso. Veja a seguir. 1. De acordo com a teoria de Arrhenius, a gua pura seria um cido ou uma base? O que voc lembra sobre o que discutimos na aula passada a respeito da autoionizao da gua? Os alunos podem ser, ento, solicitados a registrar em seus cadernos uma sntese das ideias principais discutidas at agora, sntese esta que, alm de ajud-los a organizar melhor as ideias discutidas, permitir o desenvolvimento da competncia escritora. Podero ser solicitados a responder, desta vez por escrito, s perguntas a seguir.

2. Como Arrhenius caracterizou as substncias cidas? 3. Por que a teoria de Arrhenius classifica a gua pura como neutra? 4. O que valores de pH indicam? 5. O que valores de pH abaixo de 7 indicam? 6. E valores acima de 7? As respostas a essas questes serviro como ponto de partida para que seja estudado como, a partir de um valor de pH, pode-se obter a concentrao de ctions H+ em uma soluo. Apresente a seguinte tabela para a classe: Soluo A B C D [h+(aq)] (mol.l-1) 0,1 0,01 0,001 (ou 1.10-1) (ou 1.10-2) (ou 1.10-3) ph 1 2 3 4

0,0001 (ou 1.10-4)

A anlise dos dados da tabela pode ser desencadeada por questes como: O que ocorre com o pH de uma soluo quando aumenta sua concentrao de H+? E quando esta diminui? (CA, p. 12.) A anlise da tabela dever permitir que os alunos concluam que o aumento da concentrao de H+ se reflete na diminuio dos valores de pH.

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Informe-os ainda de que a notao pH foi o resultado da tentativa de Sorensen, um bioqumico dinamarqus, de encontrar uma maneira mais conveniente para expressar a acidez de uma soluo e pode ser descrita por: pH = log [H+] f Voc concorda com a afirmao de que quanto menor o pH, mais cida a soluo? Explique. Os alunos devem concordar com a afirmao e podem explic-la dizendo que quanto maior a concentrao de ons H+, mais cida a soluo e que, como os valores de pH so calculados sobre o negativo do logaritmo decimal das concentraes dos ons H+, quanto maior a concentrao de H+, menor ser o valor do pH calculado. Poder ser apontado tambm que a vantagem do uso dessa notao se mostra em situaes nas quais se tem que trabalhar com concentraes de H+ representadas por valores pequenos e nem sempre fceis de serem utilizados em clculos. Por exemplo, trabalhar com um valor de acidez como o expresso pela Solues cidas ph (a 25 c) poh (a 25 c) 0 1 2 3 4 5 9 6 8 14 13 12 11 10

concentrao de H+ = 2,7 x 10-4 mol.L-1 mais difcil do que trabalhar com o valor 3,6, que o valor negativo do seu logaritmo. Deve ser ressaltado que a escala de pH logartmica (na base 10), o que significa que o valor de pH 2 representa uma concentrao de ons H+ dez vezes maior que aquela representada pelo pH 3. O uso desta notao permite tambm a linearizao de grficos, o que facilita a leitura e a interpolao de dados. Neste momento, podem tambm ser retomadas as ideias de Arrhenius a respeito das solues bsicas, resultantes da dissociao de materiais inicos que possuem o nion OH-. Essa notao logartmica tambm pode ser utilizada para expressar as concentraes de ons OH-, tendo-se ento: pOH = log [OH-] relacionando pH e pOH a 25 C, temos: pH + pOH = 14 Ou seja: Solues neutras 7 7 8 6 9 5 Solues bsicas 10 11 12 13 14 4 3 2 1 0

Pode ser proposta uma tarefa envolvendo a identificao de cidos e bases a partir de equaes qumicas de dissoluo de diferentes compostos em gua.

Grade de avaliao da Atividade 2Nesta atividade, espera-se que os alunos tenham entendido que o pH e o pOH so manei-

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ras mais simplificadas de se expressar a acidez e a basicidade de solues aquosas por meio da comparao da [H+(aq)] da soluo com a [H+(aq)] da gua pura, neutra, a 25 C. nessas condies, o ph = 7 da gua pura considerado neutro; valores acima de 7 indicam solues bsicas e abaixo de 7 indicam solues cidas (a 25 oC). Os alunos tambm devem ter compreendido o fenmeno de autoionizao da gua, relacionando este fenmeno com medidas de condutibilidade eltrica e interpretando-o microscopicamente.

1. Considere a reao entre 10 mL de uma soluo 0,1 mol.L-1 de HCl e 10 mL de uma soluo de NaOH 0,1mol.L-1, representada pela equao qumica a seguir. HCl(aq) + NaOH(aq) NaCl(aq) + H2O(aq)Caso ache conveniente, voc pode discutir que se est trabalhando com um cido e uma base fortes em solues aquosas diludas. Por esse motivo, as espcies se encontram quase que 100% na forma inica. Uma melhor representao seria: H+(aq) + Cl-(aq) + Na+(aq) + OH-(aq) Na+(aq) + Cl-(aq) + H2O(aq). Como o cloreto de sdio um sal bastante solvel temperatura ambiente (cerca de 36 g/100 g de gua)4, para se obter o sal slido, a gua deve ser evaporada.

atividade 3 transformaes entre cidos e bases: reaes de neutralizao e formao de saisO conceito de sal, um dos produtos resultantes da reao entre cidos e bases, tambm pode ser introduzido. Pode ser discutido que possvel obter solues neutras (pH = 7) a partir da interao entre solues cidas e bsicas. Quando um cido e uma base interagem, essa reao chamada de reao de neutralizao. Esta discusso pode envolver aspectos quantitativos, da mesma forma que foi feito na abordagem dada para o tratamento da gua no 1o bimestre da 2a srie. As questes a seguir podem ser utilizadas para esse propsito. (CA, Atividade 3, p. 14):4

a) Utilizando os volumes citados de cada uma das solues e as suas respectivas concentraes em quantidade de matria (mol.L-1), calcule as quantidades de matria (mol) de cada um dos reagentes envolvidos na reao. b) Tomando como base os clculos feitos no item a, haver excesso de algum dos reagentes? Qual ser o pH da soluo resultante? 2. Considere a mistura entre 20 mL de uma soluo 0,2 mol.L-1 de HCl e 10 mL de uma soluo de NaOH 0,1 mol.L-1.

J estudado no 1o bimestre da 1a srie.

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a) Calcule as quantidades de matria (mol) de cada um dos reagentes envolvidos na reao. b) Tomando como base os clculos feitos no item anterior, haver excesso de algum dos reagentes? A soluo ser cida, bsica ou neutra? c) Calcule o pH da soluo resultante. 3. Considere a mistura entre 10 mL de uma soluo 0,1 mol.L-1 de HCl e 10 mL de uma soluo de NaOH 0,3 mol.L-1. a) Calcule as quantidades de matria (mol) de cada um dos reagentes. b) A soluo resultante ser cida, bsica ou neutra? c) Calcule o pOH e o pH da soluo resultante. Ao responderem aos itens a e b da questo 1, os alunos devero concluir que ao serem utilizados 10 mL de solues 0,1 mol.L-1 preparou-se uma soluo contendo 0,001 mol de cada um dos reagentes. Como se tratam de solues diludas de cido e base fortes, pode-se considerar que estes se encontram 100% dissociados ionicamente. Consequentemente, a quantidade de ons OH- ser igual a de H+, no havendo excesso dessas espcies. Logo, a soluo formada dever ser neutra, com pH =7.

Com relao questo 2, devero concluir que em 20 mL de soluo de HCl 0,2 mol.L-1 h 0,004 mol de H+ e em 10mL de soluo 0,1 mol.L-1 de NaOH h 0,001mol de OH-. Logo, haver excesso de 0,003 mol de HCl, ou seja, 0,003 mol de ons H+ em 30 mL da soluo final, o que torna a soluo cida, com pH=1. Na questo 3, os alunos devero concluir que, em 20 mL da soluo preparada, haver 0,001 mol de ons H+ e 0,003 mol de ons OH-, o que confere soluo um carter bsico (dado o excesso de 0,002 mol de ons OH-). Como teremos 0,002 mol de OH- em 20 mL de soluo, o pOH ser igual a 1 e o pH 13.

Retomando ideiasQuando se adicionam cidos em gua, costuma-se dizer que ocorreu ionizao pois as ligaes que os constituem so covalentes, como visto no 2o bimestre da 2a srie. Os ons surgem das quebras nas ligaes covalentes ao interagirem com a gua. Em substncias inicas, os ons j existem nos slidos; a interao com a gua causa a separao desses ons, deixando-os livres na soluo. Por esse motivo, diz-se que substncias inicas se dissociam ionicamente em gua. Contudo, h quem defenda que ambos os processos podem ser chamados de dissociao inica, pois na soluo final o que se obtm so ons em soluo.

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Grade de avaliao da Atividade 3A discusso a respeito das reaes de neutralizao foi feita envolvendo apenas cidos e bases considerados fortes. Essa simplificao visa permitir que os alunos compreendam a possibilidade de obteno de uma soluo neutra quando h igualdade nas quantidades de matria de OH-(aq) e

H+(aq). Os clculos envolvendo estequiometria e concentrao de solues devero ser corretamente aplicados. No caso das neutralizaes envolvendo cidos e bases fracas, haver a necessidade de se levar em conta os equilbrios existentes, o que exige um raciocnio mais complexo e que foge ao escopo deste estudo.

SITUAO DE APrENDIzAGEM 3 COMO SABEr AS QUANTIDADES DE PrODUTOS E DE rEAGENTES QUE COExISTEM EM EQUILBrIO QUMICOEsta atividade visa essencialmente trabalhar o conceito de equilbrio qumico em uma perspectiva macroscpica e quantitativa. Para inici-la, sero problematizadas as diferenas observadas nos valores de pH de solues preparadas a partir da mesma concentrao de cidos fortes ou fracos. Essa anlise deve levar a uma discusso sobre variaes na extenso dos processos de dissociao inica e sobre as formas utilizadas para quantific-las (grau de ionizao/dissociao e constantes de equilbrio).tempo previsto: 3 aulas. contedos e temas: dissoluo de cidos e bases em gua; retomada do conceito de Arrhenius; construo emprica da expresso da constante de equilbrio qumico; relao entre o valor da constante de equilbrio e a extenso de uma transformao qumica; extenso da dissociao inica fora de cidos e de bases. competncias e habilidades: interpretar e analisar textos e tabelas que utilizam dados referentes acidez de solues; relacionar valores de pH com a extenso do processo de dissociao inica; compreender o significado da constante de equilbrio e saber aplic-la na previso da extenso das transformaes.

Por meio da anlise das concentraes das espcies presentes em uma dada situao de equilbrio, podem-se definir constantes matemticas (Kc) que, por sua vez, definem uma expresso que permite avaliar a extenso das reaes qumicas. Por fim, os estudos sobre as variaes na extenso dos processos de dissociao inica sero retomados e reinterpretados utilizando-se as constantes de equilbrio qumico.

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estratgias: discusso desencadeada por perguntas e anlise de textos, fluxogramas, tabelas e esquemas. Recursos: textos, tabelas, questes e esquemas. avaliao: respostas s questes e atividades propostas.

desenvolvimento da Situao de aprendizagem 3como a presena de alguns solutos modifica o ph da gua?Nesta fase do trabalho, importante retomar os processos de ionizao dos cidos em gua para que sejam discutidas as diferenas nas suas extenses. Podem, inicialmente, ser revistas as ideias de Arrhenius, para que, em seguida, sejam estudadas as foras de cidos em funo da extenso de suas dissociaes. Posteriormente, esse conceito tambm ser ampliado para as bases.1L de gua

Esse estudo pode ser conduzido utilizandose o texto abaixo e as questes a seguir. (CA, Atividade 1, p. 17). f Segundo Arrhenius, quando os cidos reagem com a gua, formam-se os ctions H+, juntamente com outros nions. A anlise dos exemplos a seguir permitir que os alunos relacionem a fora dos cidos com a extenso de sua ionizao em gua. Considere dois sistemas: em um foi dissolvido 0,1 mol de HCl(g) em 1 litro de gua e no outro, 0,1 mol de HF(g) em 1 litro de gua, a 25 C.

HCl(g)

H+(aq)

+

Cl-(aq)

0,1 mol 0,1 mol/L 0,1 mol/L (Quantidades esperadas de produto considerando apenas a estequiometria da equao.)1L de gua

HF(g) 0,1 mol

H+(aq) 0,1 mol/L

+

F-(aq) 0,1 mol/L

(Quantidades esperadas de produto considerando apenas a estequiometria da equao.) Analisando as informaes acima, responda s questes a seguir. f Se considerarmos que os cidos se ionizaram totalmente, qual ser o pH esperado para essas solues? Ser o mesmo? Aps o levantamento das hipteses pelos alunos, voc pode calcular o pH esperado caso ambos se ionizassem totalmente (o pH seria 1) e apresentar os valores reais de pH quando se dissolve 0,1 mol de HCl e de HF em 1 litro de gua a 25 oC.

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Solues de concentrao 0,1 mol/l ph a 25 oc HCl(aq) 1,0 HF(aq) 2,1 Continue a aula questionando: 1. Os valores de pH encontrados foram os que voc esperava? Como voc explica esses valores? 2. relacione os valores de pH acima calculados com as concentraes de ons H+ dissolvidos. Qual dos cidos se ionizou mais? 3. Considerando que o fluoreto de hidrognio no se ionizou totalmente, quais espcies devem estar presentes na soluo de cido fluordrico? Voc diria que esse sistema est em equilbrio qumico? Espera-se que os alunos percebam que o HF no se ionizou totalmente, pois a soluo aquosa resultante apresentou um pH = 2,1, o que significa que h, em soluo, uma menor concentrao de ons H+ do que a prevista pela estequiometria da reao. Este resultado indica que este sistema deve se encontrar em equilbrio qumico e que, em soluo, devem coexistir os ons H+(aq), F-(aq) e molculas de HF(aq). Com relao ionizao do HCl, a rigor, um equilbrio qumico tambm atingido, mas, como a ionizao quase de 100%, este equilbrio pode ser desprezado quando se trabalha com solues diludas. Essa anlise deve levar concluso de que nem todos os cidos alteram o ph da gua da

mesma forma, apesar de serem utilizadas inicialmente as mesmas quantidades de solues com concentraes iguais. Dessa forma, deve-se compreender que h processos de ionizao que ocorrem em maior ou em menor extenso do que outros e que, no caso dos processos em que no h extenso total, h a coexistncia dos ons e da espcie no ionizada, estabelecendo-se um equilbrio qumico. Aps a concluso, os alunos devem ser lembrados novamente de que, em sistemas em equilbrio qumico, as concentraes dos produtos obtidos so sempre menores que as previstas pela estequiometria da reao (CA, Desafio!, p. 18).

construo emprica da constante de equilbrio qumicoA atividade a seguir (CA, p. 19) permitir a compreenso de como se construiu a expresso da constante de equilbrio qumico a partir de dados experimentais. Considerando que a ionizao do fluoreto de hidrognio no ocorre em extenso total e que na soluo preparada coexistem as espcies HF(aq), H+(aq) e F-(aq) em soluo aquosa, pode-se considerar que estabelecido um equilbrio qumico no sistema, conforme descrito pela equao qumica abaixo: HF(aq) H+(aq) + F-(aq)

A tabela a seguir apresenta as concentraes das espcies em equilbrio em solues aquosas preparadas a partir de diferentes concentraes iniciais de cido fluordrico, a 25 oC.

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experincia 1 2 3

concentrao inicial de cido fluordrico (mol.l-1) [hF(aq)] 0,1000 0,0100 0,2000

concentraes no equilbrio (mol.l-1) [h+(aq)].[F-(aq)] [hF(aq)] [h+(aq)] [F-(aq)] [hF(aq)] 0,0920 0,0079 0,0079 6,8 . 10-4 0,0077 0,1890 0,0023 0,0113 0,0023 0,0113 6,8 . 10-4 6,8 . 10-4

Analisando os valores das concentraes das espcies HF(aq), H+(aq) e F-(aq), depois que o equilbrio qumico estabelecido, no se percebe imediatamente uma relao constante entre elas. Mas, considerando que todas as solues foram feitas a partir de um mesmo soluto e que, no equilbrio, as concentraes de todas as espcies permanecem constantes, possvel pensar que deve haver uma relao constante entre as concentraes das espcies presentes no equilbrio e que esta no deve variar a uma determinada temperatura. A partir dos dados apresentados, vrias relaes podem ser estabelecidas. H, porm, apenas duas relaes possveis que resultam em nmeros constantes. A primeira concentrao inicial de cido actico (mol.l-1) [h3ccooh(aq)] 0,1000 0,01000 0,200

[H+].[F-] / [HF] e a segunda [HF] / [H+].[F-]. Nota-se que o valor resultante da relao entre as concentraes se mantm constante. Os alunos podem ser solicitados, agora, a observar um outro exemplo e verificar se as relaes entre as concentraes tambm apresentam valores constantes a uma mesma temperatura. O cido actico no se ioniza totalmente e entra em equilbrio qumico. Na tabela a seguir so apresentadas as concentraes das espcies em equilbrio em solues aquosas preparadas a partir de diferentes concentraes iniciais de cido actico a 25 oC. H3CCOOH(aq) H+(aq) + H3CCOO-(aq)

Soluo 1 2 3

concentraes no equilbrio (mol.l-1) [h3ccooh(aq)] 0,0987 0,00958 0,198 [h+(aq)] 0,00133 0,000415 0,00188 [h3ccoo-(aq)] 0,00133 0,000415 0,00188

1. Calcule o valor da relao [H+(aq)]. [H3CCOO (aq)] / [H 3CCOOH(aq)] para cada soluo e complete a tabela a seguir.

Observe que esta expresso permite avaliar a proporo entre as espcies em equilbrio.

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Soluo 1 2 3

[h+(aq)].[h3ccoo (aq)] [h3ccooh(aq)]

2 NO(g) + O2(g) Kc =

2 NO2(g)

[NO2(g)]2 [NO(g)]2 [O2(g)] H2(g) + I2(g) [H2(g)] [I2(g)] [HI(g)]2

2 HI(g)

2. Essa relao constante? O clculo da relao para todas as solues resultar em 1,8 x 10-5. Ento, os alunos devem concluir que existe uma relao numrica constante entre as concentraes das espcies que coexistem em um equilbrio qumico. Dever ficar bem claro que as temperaturas e presses devem ser iguais para que esta constante seja a mesma. Essa relao chamada de constante de equilbrio e representada por Kc. H3CCOOH(aq) H+(aq) + H3CCOO-(aq) Kc =

Deve ser ressaltado tambm que, em alguns casos, as concentraes dos reagentes ou produtos no sero includas na expresso de Kc, pois a variao dessas concentraes no afetar o estado de equilbrio. Esses casos so: a) quando alguma espcie estiver no estado slido; b) quando se tratar da gua e esta atuar como solvente (ou quando se estiver considerando a sua autoionizao). Como exemplos, podem ser observados os seguintes equilbrios: H2O(l) BaSO4(s) H+ (aq) + OH- (aq) Ba2+ (aq) + SO42-(aq)

Kc =

[H+(aq)] . [H3CCOO-(aq)] [H3CCOOH(aq)]

Os alunos tambm devero ter claro que a expresso dessa constante pode ser representada pela razo entre o produto das concentraes em mol.L-1 dos produtos elevadas aos seus coeficientes estequiomtricos e o produto das concentraes dos reagentes elevadas aos seus coeficientes estequiomtricos. Mais exemplos so apresentados a seguir. H2(g)+ CO2(g) H2O(g) + CO(g)

Kw = [H+ (aq)].[OH- (aq)] Kc = [Ba2+ (aq)].[SO42-(aq)] Pode ser dito tambm que, no caso dos equilbrios qumicos envolvendo a produo de solues a partir da ionizao de cidos, a constante de equilbrio que utiliza a concentrao em mol.L-1 das espcies presentes no sistema chamada Ka e, no caso da produo

Kc =

[H2O(g)] [CO(g)] [H2(g)] [CO2(g)]

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de solues a partir da dissociao de bases, essa constante de equilbrio chamada Kb. Para se discutir que Kw nada mais do que a expresso de Kc na qual no aparece o termo [H2O], pode-se mostrar que em 1 litro de gua, a 25 oC e 1 atm, as quantidades de ons H+ e OH- que coexistem em equilbrio com a espcie H2O so muito pequenas. Por esse motivo, podemos considerar que essa concentrao no se altera e pode ser incorporada

expresso da constante de equilbrio Kc, que receber neste caso o nome de Kw. Os clculos que demonstram tal fato esto apresentados no quadro a seguir. As notaes das concentraes foram expressas tanto em potncias de 10 como em nmeros decimais, para que os alunos leiam e faam as correspondncias entre os nmeros. Muitos alunos normalmente apresentam dificuldades no entendimento de grandezas expressas em potncias.

clculo da quantidade de matria de gua em 1 l de gua a 25 ocSabendo-se que a densidade da gua a 25 oC de 1 g/mL, pode-se calcular a massa da gua contida em 1 litro: 1g ? 1 mL 1 000 mL

Logo, 1 litro de gua corresponder a uma massa de 1 000 g. Como a massa molar da gua de 18 g/ moL, 18 g 1 000 g 1 mol ?

Logo, em 1 litro haver ~ 55,6 mol de molculas de gua. Mesmo cursando a 3a srie, por vezes, os alunos apresentam dificuldades na compreenso de algumas notaes qumicas. importante que sempre se faa a traduo dos smbolos prprios da Qumica. Por exemplo: ao escrever [H+(aq)], deve-se ler concentrao de ons H+ em soluo aquosa. Deve-se apontar cada detalhe das notaes, ao se perceber que os alunos no esto conseguindo compreend-las. Por exemplo, dizer que o uso de colchetes [ ] indica concentrao, que o sinal positivo (+) colocado acima e direita da letra H indica que se trata de um ction de hidrognio, ou seja, um tomo de hidrognio que perdeu seu eltron. Os alunos podem tambm no saber se h diferena entre as palavras ons, ctions e nions. Toda vez que dvidas surgirem, devem ser esclarecidas. A anlise da tabela a seguir pode auxiliar os alunos a compreenderem quantitativamente o equilbrio inico da gua a 25 C e o porqu de se desprezar a [H2O] ao se escrever a expresso da constante deste equilbrio.

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h2o (l) Quantidade de matria de gua em 1 litro, caso nenhuma molcula seja ionizada (mol) Quantidade de matria das espcies ionizadas em 1 L de gua (concentrao das espcies ionizadas em mol.L1) Quantidade de matria das espcies em equilbrio (mol.L-1) 55,5555556 0,0000001 = 55,5555555 55,5555556

h+(aq) 0,0000001 0,0000001 (1,0.10-7)

+

oh- (aq) 0,0000001 0,0000001 (1,0.10-7)

Pelos clculos acima, verifica-se que a quantidade de gua no ionizada muito grande quando comparada com a quantidade de gua que se ioniza. Por esse motivo, a sua variao proporcionalmente muito pequena. Por essa razo, sua concentrao5 pode ser incorporada constante de equilbrio. Kc = constante ento Kc.constante = [H+ (aq)][OH (aq)] = Kw [H+ (aq)] . [OH (aq)] [H2O (aq)] constante

Como: [H+ (aq)] = [OH-(aq)] = 1,0.10-7 mol.L1 (a 25 oC)6 O produto inico da gua (Kw) pode ser expresso por: Kw = [H+(aq)] . [OH (aq)] = (1,0.107 mol.L1) . (1,0.107 mol.L1) = 1,0.1014 mol2 . L2 (a 25 C)

Relao entre o valor da constante de equilbrio e a extenso de uma transformao importante que se associe os valores de Kc extenso das transformaes. Isso pode ser feito em uma aula expositivo-dialogada, orientada por discusses baseadas em exemplos e em exerccios. Os alunos podem responder s questes em duplas medida que a aula vai sendo desenvolvida.

Por esse motivo, o produto entre as concentraes em mol/L dos ons H+(aq) e OH-(aq), chamado de produto inico da gua (Kw), pode ser usado como representativo do equilbrio de autoionizao da gua.

5 6

Concentrao de gua na soluo em equilbrio em que coexistem H2O(1), ons H+ (aq) e OH-(aq). mol.L-1 = mol/L

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1. Considere o equilbrio qumico representado abaixo: A+B C+D Kc = [C] [D] [A] [B]

i.

H2SO3(aq) Ka = 1,7.102

H+(aq) + HSO-(aq) 3

ii. HF(aq) H+(aq) + F-(aq) Ka = 6,7.10-4 iii. C6H5COOH(aq) H+(aq) + C6H5COO-(aq) Ka = 6,6.10-5 iV. HClO(aq) Ka = 3,7.108 H+(aq) + ClO-(aq)

condio 1: T = 25 oC e P = 1 atm, Kc = 2 condio 2 : T = 50 oC e P = 1 atm, Kc = 0,5 Qual das condies apresentadas para o equilbrio envolvendo as espcies A, B, C e D favorece a formao de uma maior quantidade de produtos? Por qu? Neste momento, espera-se que os alunos percebam que na condio 1 haver maiores concentraes de produtos, pois Kc calculada pela razo entre as concentraes dos produtos e dos reagentes. Pode tambm ser apontado que, como constante de equilbrio, Kc uma razo entre as concentraes de produtos e reagentes: quanto mais altos os valores de constante de equilbrio, maiores sero as concentraes dos produtos no sistema. O conceito de constante de equilbrio pode agora ser aplicado na compreenso das diferenas nas extenses dos processos de dissociao inica de cidos e bases. Para isso, sugerem-se as questes: 2. Analise os equilbrios qumicos envolvendo a formao de solues cidas que so apresentados a seguir e responda s questes propostas (CA, questo 1, p. 20):

a) Escreva a expresso que representa a constante de equilbrio qumico em funo das concentraes para cada um dos sistemas apresentados. b) Considerando as expresses escritas no item a e os valores para cada uma das constantes apresentados nas equaes acima, qual das solues apresentar maior extenso no processo de formao de produtos? c) Sabendo que, quanto mais forte for um cido, maior ser a extenso de sua ionizao, qual dos cidos o mais forte? Qual o mais fraco? Os alunos devero escrever as seguintes expresses que representam as constantes de equilbrio:

I Ka= [H+(aq)] . [HSO- (aq)] 3 = 1,7.10-2 [H2SO3 (aq)]

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II [H (aq)] . [F- (aq)] Ka= = 6,7.10-4 [HF(aq)]+

ii. NaOH(s) Kb = 4

gua

Na+(aq) + OH(aq)

III Ka= IV Ka= [H+(aq)] . [C6H5COO- (aq)] = 6,6.10-5 [C6H5 COOH(aq)]

[H+(aq)] . [ClO- (aq)] = 3,7.10-8 [HClO(aq)]

a) Escreva a expresso que representa a constante de equilbrio qumico em funo das concentraes em mol.L-1 para cada um dos sistemas apresentados. Obs.: no esquea que h materiais no estado slido. b) Considerando as expresses escritas no item a e os valores apresentados para cada uma das constantes nas equaes mencionadas, qual das solues apresentar maior extenso no processo de formao de produtos? Os alunos novamente devero escrever as expresses das constantes de equilbrio, desta vez para as dissociaes inicas das bases. Espera-se que se lembrem de usar Kb para expressar a constante de equilbrio. Kb = [Li+ (aq)] . [OH-(aq)] = 6,6.101 Kb = [Na+(aq)] . [OH-(aq)] = 4 Devero tambm reconhecer que a dissociao inica do NaOH a que ocorre em maior extenso, pois apresenta o maior valor da constante de equilbrio. Ao responder s questes, os alunos podero ter dificuldades em compreender nmeros descritos utilizando potncias de dez. Voc pode ento, traduzir esses nmeros, utilizando a notao decimal para facilitar a resoluo do exerccio.

provvel que escrevam Kc em vez de Ka. Lembre-os de que, por se tratar de equilbrios de ionizao de cidos, as constantes de equilbrio so chamadas de Ka. Neste caso, os alunos devero responder que, como o H2SO3 apresenta o maior valor da constante de equilbrio, a extenso de sua ionizao maior e, consequentemente, apresenta a maior concentrao de ons no equilbrio. Por esses motivos, o cido mais forte. O HClO ser o cido mais fraco, pois apresenta o menor valor da constante de equilbrio, estando menos ionizado e apresentando menor concentrao de ons H+ em soluo. Caso voc, professor, considere adequado, o estudo pode ser aprofundado e podem ser discutidos os casos de cidos poliprticos, assim como suas vrias constantes de ionizao. 3. Analise agora os equilbrios qumicos envolvendo a formao de solues bsicas que so apresentados a seguir e responda s questes propostas (CA, questo 2, p. 21): i. LiOH(s) Li+(aq) + OH(aq) Kb = 6,6.10-1gua

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Algumas observaesOs alunos costumam apresentar algumas ideias indesejveis aps o estudo do equilbrio qumico. Acreditam, por exemplo, que, em um sistema em equilbrio qumico, as concentraes dos reagentes so iguais s concentraes dos produtos, independentemente dos valores apresentados pelas constantes de equilbrio. Exemplo: dada a equao NO2(g) + CO(g) NO(g) + CO2(g),

se o valor de Kc for igual a 1, os alunos acreditam que a [N2O4(g)] = [NO2(g)], e no que a [NO2(g)]2 = [N2O4(g)]. Muitos alunos tambm extraem a raiz quadrada e dividem o resultado por 2, por causa dos ndices da equao balanceada. Outros confundem rapidez com extenso, ou seja, acreditam que, quanto maior a rapidez com que uma transformao atinge o equilbrio qumico, maior ser a concentrao dos produtos obtidos. Essa ideia indesejvel pode ajudar a formao de outras, como as apresentadas a seguir. f Acreditar que a adio de catalisador aumenta a quantidade de produtos, o que eleva o valor da constante de equilbrio. f Acreditar que o aumento da temperatura, obrigatoriamente aumentar o valor da constante de equilbrio. Conforme ser visto na Situao de Aprendizagem 4, isso s ocorre nas transformaes endotrmicas. f Acreditar que a constante de equilbrio no varia com a temperatura. Essa ideia indesejvel atribuda prpria palavra constante. f No levar em conta que, para que um sistema atinja o equilbrio qumico, no podem ocorrer trocas de energia ou massa com o meio; portanto, o sistema deve ser fechado e isolado.

mesmo sendo informados que o valor de Kc a uma dada temperatura de 5,4, h alunos que admitem que as concentraes de todas as espcies envolvidas so iguais, ou seja, que a [NO2(g)] = [CO(g)] = [NO(g)] = [CO2(g)]. Pesquisadores atribuem esses equvocos a analogias entre a ideia de equilbrio qumico e o equilbrio entre os pratos de uma balana, no qual deve haver igualdade entre massas. Muitos alunos no conseguem usar as relaes expressas na constante de equilbrio para calcular as concentraes das espcies qumicas presentes. Por exemplo: dada a equao N2O4(g) 2 NO2(g),

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grade de avaliao da Situao de aprendizagem 3Nesta Situao de Aprendizagem, espera-se que os alunos tenham compreendido que podem ocorrer diferenas na extenso dos processos de dissociao inica e que essas diferenas podem ser avaliadas quantitativamente utilizando-se a

constante de equilbrio qumico. Devem saber relacionar essas ideias com a fora de cidos e de bases. Espera-se tambm que saibam construir a expresso de constantes de equilbrio a partir de equaes qumicas balanceadas, que saibam avaliar o significado qumico de valores numricos assumidos por essas constantes, assim como saibam em que condies elas so definidas.

SITUAO DE APrENDIzAGEM 4 INFLUNCIA DAS VArIAES DE TEMPErATUrA E PrESSO EM SISTEMAS EM EQUILBrIO QUMICOA importncia de se entender como se pode modificar um equilbrio qumico fica clara quando se necessita modificar a quantidade de produtos formados. Como foi visto na atividade anterior, muitas solues aquosas cidas constituem-se em sistemas em equilbrio qumico. Dado que a acidez de solues est diretamente ligada manuteno da vida, como, por exemplo, sobrevivncia de espcies animais em ambientes aquticos e manuteno do pH sanguneo, o controle desta acidez sua manuteno ou modificao muito importante. Nesta Situao de Aprendizagem sero discutidas perturbaes em equilbrios qumicos causadas por mudanas de temperatura ou de presso.

tempo previsto: 2 aulas. contedos e temas: perturbaes no estado de equilbrio qumico provocadas por mudanas de temperatura ou de presso. competncias e habilidades: fazer uso de linguagens prprias da Qumica e da Matemtica para obter informaes sobre as concentraes presentes em equilbrios qumicos; avaliar dados referentes s perturbaes em sistemas que j atingiram o equilbrio qumico causadas por mudanas de presso ou de temperatura; prever mudanas em equilbrios qumicos aplicando o princpio de Le Chatelier. estratgias: anlise de tabelas, questes, interpretao de textos e aulas expositivo-dialogadas. Recursos: questes. avaliao: execuo de atividades e respostas s questes propostas.

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desenvolvimento da Situao de aprendizagem 4influncia da temperaturaO estudo da influncia da temperatura em equilbrios qumicos (CA, p. 23) ser realizado no equilbrio de autoionizao da gua. A atividade pode ser problematizada por uma provocao. f Uma amostra de gua pura, a 0 C, neutra? Qual ser o seu pH? Se aquecermos essa gua a 50 C, ela continuar neutra? Qual ser o seu pH? provvel que os alunos respondam que, se a gua pura, ela neutra, e que seu pH igual a 7 a qualquer temperatura. Neste momento, solicita-se que seja escrita a equao que representa o equilbrio de autoionizao da gua, assim como a expresso de sua constante de equilbrio: H2O(l) H+(aq) + OH(aq) Kw = [H+(aq)].[OH(aq)] Para desestabilizar a ideia de que o pH da gua neutra sempre igual a 7, os alunos podero calcular o pH da gua a diferentes temperaturas e completar a tabela seguinte. Para facilitar a conferncia dos resultados, seus valores foram colocados em itlico.

Valores de Kw de uma amostra de gua a vrias temperaturastemperatura (oc) 0 10 20 25 50 100 Kw (mol2.dm-6) 0,11 . 10-14 0,30 . 10-14 0,68 . 10-14 1,00 . 10-14 5,47 . 10-14 51,3 . 10-14 ph 7,5 7,3 7,1 7 6,6 6,1

f O pH da gua pode mudar? O que foi alterado para que isso acontecesse? A gua continua neutra? Explique. Os alunos devero concluir que, pela equao da autoionizao da gua, a [H+(aq)] igual de [OH-(aq)]; portanto, a gua dever continuar neutra, a qualquer temperatura, mas como o pH definido em funo da [H+(aq)], este no ser mais 1,0 x 10-7; logo, o seu pH no ser mais 7. Voc, professor, pode, ento, reforar a ideia de que o valor da constante de equilbrio se modifica com mudanas de temperatura. A previso de como mudanas de temperatura podem alterar sistemas em equilbrio qumico pode ser feita observando-se a entalpia das transformaes envolvidas no equilbrio de autoionizao da gua. H2O(l) H+(aq) + OH-(aq) H = +58 kJ (transformao endotrmica)

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H+(aq) + OH(aq) H2O(l) H = 58 kJ (transformao exotrmica) Deve ser lembrado que as transformaes so reversveis; logo, a energia absorvida na ionizao de um mol de molculas de gua deve ser a mesma liberada na formao de 1 mol de molculas de gua a partir de seus ons. A outra condio de equilbrio a ser lembrada a de que a rapidez das transformaes direta e inversa deve ser igual. Solicite ainda aos alunos que observem os valores de Kw apresentados na tabela e que relacionem o aumento da temperatura com o favorecimento da transformao de ionizao da gua ou de formao da gua. Deve-se ento pedir que observem que, como a reao de ionizao endotrmica, ocorre com absoro de calor devendo, pois, ser favorecida com aumentos de temperaturas. Proponha a anlise de outro exemplo. A transformao CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) admite os seguintes valores para a constante de equilbrio Kc: T (C) Kc 225 0,007 625 0,455 995 1,76

peratura esto relacionados aos aumentos dos valores da constante do equilbrio em questo. Isto significa que aumentos na temperatura se relacionam aos aumentos das concentraes de CO2(g) e de H2(g), ou seja, que aumentos da temperatura favorecem a reao endotrmica do equilbrio. Podero ento concluir que o aumento da temperatura favorece a transformao endotrmica de um equilbrio, e que a diminuio da temperatura favorece a transformao exotrmica do equilbrio.

influncia da pressoInfluncias de mudanas da presso em sistemas aquosos so mais difceis de serem estudadas. Pode-se perceber essa influncia ao se estudar o equilbrio de solubilidade de gases. A anlise da tabela da solubilidade do gs oxignio em gua pode mostrar que o aumento da presso total provoca um aumento na concentrao do oxignio dissolvido em gua (CA, p. 25). O2(g)gua

O2(aq)

f Sabendo-se que a transformao CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) endotrmica, relacione a variao da temperatura, os valores da constante de equilbrio e a entalpia das transformaes envolvidas. Ao analisarem os valores da tabela, os alunos podero perceber que aumentos da tem-

Solubilidade do oxignio em gua a 25 c em funo da pressoPresso (atm) concentrao mol/l do o2(aq)

1,05 4,60 5,91 8,55 9,86

0,00123 0,00529 0,00674 0,00951 0,01082

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Os alunos podem ser solicitados a interpretar a tabela e a levantar hipteses sobre a influncia que a presso e, consequentemente, a quantidade de gases dissolvidos na gua pode ter na vida aqutica. Para tanto, podem ser informados que, a cada 10 metros abaixo da superfcie do mar, a presso aumenta em cerca de 1 atm. Talvez levantem hipteses de que, a profundidades maiores, possam sobreviver espcies que necessitem de mais oxignio, que resistam a altas presses, mas que no necessitem de muita luz para sobreviver, por exemplo. O importante neste momento permitir que reflitam sobre os dados apresentados na tabela e que relacionem o aumento da presso com o aumento da solubilidade dos gases em lquidos. Mergulhadores que descem a grandes profundidades usam diferentes misturas de gases em seus cilindros. A escolha da mistura vai depender da profundidade do mergulho e do seu tempo de durao. Independentemente da mistura de gs escolhida, mergulhos a grandes profundidades devem levar em conta o tempo de descompresso. Por qu? Para se discutir esta pergunta, pode-se analisar o planejamento de um mergulho a 73 metros de profundidade, que deve durar 25 minutos no fundo. Segundo um especialista em mergulho, para retornar superfcie, o mergulhador teria que fazer dez paradas de descompresso a 30, 27, 24, 21, 18, 15, 12, 9, 6 e 3 metros de profundidade, com tempos de parada de 1, 1, 2, 3, 4, 6, 8, 13, 16 e 27 minutos, respectivamente.

Observe que, para este mergulhador explorar o fundo durante 25 minutos, deve levar quase 1 hora e meia para fazer a descompresso. Solicite aos alunos que usem o que aprenderam a respeito da influncia da presso sobre a solubilidade de gases para explicar porque mergulhos profundos necessitam de paradas a vrias profundidades para que se faa a descompresso. Esta questo pode ser dada como tarefa. A resposta deve levar em conta que, a grandes profundidades, as presses a que o mergulhador est exposto so muito grandes, dado que a cada 10 metros abaixo da superfcie do mar a presso aumenta cerca de 1 atm. Logo, a solubilidade dos gases no sangue do mergulhador aumenta muito. Se o mergulhador subir de uma s vez, a quantidade de gases que se encontram dissolvidos diminuir abruptamente e podero se formar bolhas no sangue, que podem causar a morte do mergulhador. Uma subida lenta permite que a presso diminua aos poucos. Isso dar tempo para que o mergulhador v expirando o gs em excesso. Muitas vezes, subir aos poucos no basta: necessrio que o mergulhador faa vrias paradas de descompresso para garantir que o excesso de gases no dissolvidos seja expelido (CA, Lio de Casa, p. 26). Voc pode, professor, se desejar, apresentar uma generalizao proposta por Le Chatelier, que permite boas chances de prever como o equilbrio ser alterado quando so modificadas as condies de presso e de temperatura. O princpio diz que quando uma perturbao

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imposta a um sistema em equilbrio qumico dinmico, este tende a se ajustar para minimizar o efeito desta perturbao. Assim, se for aumentada a presso em um sistema, este tender a se ajustar para minimizar o efeito desse aumento. O ajuste implica a diminuio do nmero de partculas em equilbrio. Tal efeito deve ser especialmente considerado quando se trabalha com gases. Por exemplo, no equilbrio de dissoluo do gs oxignio, se a presso externa aumentada, o equilbrio sofre modificaes e tende a diminuir a presso do gs em equilbrio com o gs dissolvido, e com isto a [O2(aq)] aumentar. O2(g)gua

se ajustar para consumir o calor fornecido e a transformao endotrmica ser favorecida.

grade de avaliao da Situao de aprendizagem 4Nesta Situao de Aprendizagem, os alunos devero ser capazes de entender que equilbrios qumicos podem ser modificados por alteraes nas condies de presso e de temperatura7. Devero tambm saber prever como modificaes nas temperaturas afetam os equilbrios qumicos, levando em conta as entalpias das transformaes direta e inversa. E tambm entender que aumentos de presso favorecem situaes de equilbrio nas quais haja menores quantidades de partculas gasosas, pois a presso proporcional ao nmero de partculas quando V e T so constantes.

O2(aq)

Da mesma maneira, se a temperatura do sistema for aumentada, o equilbrio tender a

SITUAO DE APrENDIzAGEM 5 COMO O SEr HUMANO USA A GUA DO MAr PArA A SUA SOBrEVIVNCIA?Muitas matrias-primas usadas no sistema produtivo provm da gua do mar. O conhecimento dos processos de extrao dessas substncias pode evidenciar a importncia do meio ambiente no desenvolvimento sustentvel. Nesta Situao de Aprendizagem, ser apresentado o processo de extrao do cloreto de sdio a partir da gua do mar, bem como sua utilizao industrial para a obteno de matrias-primas intermedirias como o gs cloro, o hidrxido de sdio (soda custica), o gs hidrognio e o carbonato de sdio (nomes usuais:

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Modificaes causadas por alteraes nas concentraes das espcies presentes sero discutidas na Parte 3 da Situao de Aprendizagem 5.

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barrilha ou soda). Para tanto, sero retomadas ideias sobre eletrlise e sobre solubilidade. Tambm sero estudadas modificaes ocasionadas no equilbrio CO2/HCO- e 3 seus reflexos no sistema produtivo e na sade pela alterao das concentraes detempo previsto: 6 aulas.

espcies presentes: no caso do sangue, pela retirada do CO2 do sistema e, no caso do processo Solvay, pela retirada do ction H+. A obteno de outros produtos a partir da gua do mar poder ser estudada por meio de pesquisas extraclasse.

contedos e temas: processos que permitem a obteno de produtos a partir da gua do mar: separao do sal por evaporao, eletrlise gnea do cloreto de sdio, eletrlise da salmoura e processo Solvay para obteno do carbonato de sdio; conceitos retomados: solubilidade de sais, constante de solubilidade, eletrlise e equilbrio qumico; conceito novo: perturbao de equilbrios qumicos por mudanas nas concentraes de espcies participantes dos mesmos. competncias e habilidades: fazer uso da linguagem qumica para representar e expressar sistemas qumicos em equilbrio qumico e transformaes de oxirreduo; interpretar dados apresentados em tabelas relativos composio, produo e ao consumo do cloreto de sdio e aplicar as informaes obtidas para entender a importncia da gua do mar como fonte de matrias-primas; interpretar esquemas que representam processos industriais e relacion-los com os conhecimentos que j possuem ou recm-aprendidos; reconhecer como fatores que afetam o equilbrio qumico so importantes na obteno de produtos processo Solvay; entender a importncia da ingesto de iodo para a sade; entender a importncia de rgos de fiscalizao; refletir sobre como saberes escolares podem fundamentar escolhas e atitudes na vida cotidiana. estratgias: levantamento de ideias prvias, leitura de textos, discusses, resoluo de problemas, pesquisa, trabalho em grupo, apresentao oral e aulas expositivo-dialogadas. Recursos: textos, questes abertas e tabelas. avaliao: respostas s questes, participao na discusso de textos e realizao de trabalhos em grupo.

desenvolvimento da Situao de aprendizagem 5atividade 1 obteno do cloreto de sdio (sal de cozinha) a partir da gua do mar e sua utilizao como matria-prima em processos produtivosO estudo poder ser desencadeado por perguntas que procuraro investigar quais materiais os alunos acham que podem ser extrados

da gua do mar e se so capazes de relacionar o processo de evaporao com a obteno do sal marinho. (O CA traz tabelas e questes a partir da p. 28.) f Voc sabe dizer como retiramos o sal de cozinha cloreto de sdio da gua do mar? f Voc sabe quais so os principais produtores brasileiros do sal de cozinha (sal com grande teor de cloreto de sdio)?

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f Voc conhece outros usos para o cloreto de sdio alm da alimentao? f Voc acha que o cloreto de sdio pode ser obtido apenas a partir da gua do mar? tipo de salPiau Marinho Cear rio de Janeiro rio Grande do Norte Total de sal marinho Gema Total geral de sal Alagoas e Bahia

Voc pode prosseguir apresentando a seguinte tabela e solicitando que a segunda pergunta seja novamente respondida.

estado

Produo anual/103 t10 74 120 4 918 5 122 1 623 6 745

contribuio na produo (%)0,15 1,1 1,8 73,0 75,9 24,1 100,0

Tabela construda a partir de dados sobre o consumo brasileiro de sal marinho em 2006, apresentados no documento Sal marinho, de Jorge Luiz da Costa, do Departamento Nacional de Produo Mineral DNPM/rN. Disponvel em: . Acesso em: 28 jan. 2009.

Prosseguindo, pergunte o que entendem por sal-gema, e ento explique que o sal obtido por minerao de jazidas terrestres, provavelmente formadas pela evaporao de mares pr-histricos ou a partir de leitos secos de lagos salgados. Este sal constitudo basicamente por cloreto de sdio, mas tambm contm cloreto de potssio e cloreto de magnsio. Tambm deve ser explicado que o sal marinho obtido pela evaporao da gua do mar em salinas. Os dados da tabela permitem que os alunos conheam os Estados brasileiros que mais produzem sal. Para iniciar o estudo da obteno do sal marinho, informe os alunos de que a gua dos oceanos contm, em mdia, cerca de 35 gra8

mas de sal em cada quilograma de gua. Isso significa que, para cada litro de gua do mar, h cerca de 35 gramas de sais dissolvidos. A tabela a seguir informa alguns dos principais ons dissolvidos na gua do mar. Solicite aos alunos que faam previses de quais sais podem ser formados aps a evaporao de toda a gua. Dessa maneira, permite-se a reflexo sobre quais espcies podem se ligar ionicamente para formar um sal8. As respostas esperadas seriam todas as combinaes entre ctions e nions: NaCl(s), Na2SO4(s), N

2009 volume 2 cadernodoprofessor quimica ensinomedio 3aserie caderno do professor

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