2009 volume 3 cadernodoprofessor quimica ensinomedio 2aserie caderno do professor

PROFESSOR

caderno do

2 SRIEvolume 3 - 2009

ensino mdio

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QUMICA21.07.09 16:07:14

Coordenao do Desenvolvimento dos Contedos Programticos e dos Cadernos dos Professores Ghisleine Trigo Silveira AUTORES Cincias Humanas e suas Tecnologias Filosofia: Paulo Miceli, Luiza Christov, Adilton Lus Martins e Ren Jos Trentin Silveira Geografia: Angela Corra da Silva, Jaime Tadeu Oliva, Raul Borges Guimares, Regina Araujo, Regina Clia Bega dos Santos e Srgio Adas 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, Estevam Rouxinol, Guilherme Brockington, Iv Gurgel, Lus Paulo de Carvalho Piassi, Marcelo de Carvalho Bonetti, Maurcio Pietrocola Pinto de Oliveira, Maxwell Roger da Purificao Siqueira, Sonia Salem e Yassuko Hosoume Qumica: Maria Eunice Ribeiro Marcondes, Denilse Morais Zambom, Fabio Luiz de Souza, Hebe Ribeiro da Cruz Peixoto, Isis Valena de Sousa Santos, Luciane Hiromi Akahoshi, Maria Fernanda Penteado Lamas e Yvone Mussa Esperidio

Linguagens, Cdigos e suas Tecnologias Arte: Gisa Picosque, Mirian Celeste Martins, Geraldo de Oliveira Suzigan, Jssica Mami Makino e Sayonara Pereira Educao Fsica: Adalberto dos Santos Souza, Jocimar Daolio, Luciana Venncio, Luiz Sanches Neto, Mauro Betti 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, Beatriz Blay, Carla de Meira Leite, 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, Renata Elsa Stark, 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, Glauco Moura Design Grfico, Adesign e Occy Design (projeto grfico) APOIO FDE Fundao para o Desenvolvimento da Educao CTP, Impresso e Acabamento Esdeva Indstria Grfica

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

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 no 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.

S239c

Caderno do professor: qumica, ensino mdio - 2a srie, volume 3 / 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 978-85-7849-368-4 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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Caras professoras e caros professores,

Tenho a grata satisfao de entregar-lhes o volume 3 dos Cadernos do Professor. Vocs constataro que as excelentes crticas e sugestes recebidas dos pro ssionais da rede esto incorporadas ao novo texto do currculo. A partir dessas mesmas sugestes, tambm organizamos e produzimos os Cadernos do Aluno. Recebemos informaes constantes acerca do grande esforo que tem caracterizado as aes de professoras, professores e especialistas de nossa rede para promover mais aprendizagem aos alunos. A equipe da Secretaria segue muito motivada para apoi-los, mobilizando todos os recursos possveis para garantir-lhes melhores condies de trabalho. Contamos mais uma vez com a colaborao de vocs.

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 Caderno Situaes de Aprendizagem 10

Situao de Aprendizagem 1 Foras de interao entre partculas nos estados slido, lquido e gasoso 10 Situao de Aprendizagem 2 Foras de interao entre partculas e substncias macromoleculares 28 Situao de Aprendizagem 3 A presso atmosfrica e sua influncia na temperatura de ebulio das substncias 31 Situao de Aprendizagem 4 Sntese de ideias sobre a transformao qumica Propostas de questes para avaliao Propostas de Situaes de Recuperao 42 45 39

Recursos para ampliar a perspectiva do professor e do aluno para a compreenso do tema 46


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CurriCulAr PArA o EStAdo

So PAulo FAz ESColA umA ProPoStA

Prezado(a) professor(a), com muita satisfao que lhe entregamos mais um volume dos Cadernos do Professor, parte integrante da Proposta Curricular de 5 a 8 sries do Ensino Fundamental Ciclo II e - do Ensino Mdio do Estado de So Paulo. sempre oportuno relembrar que esta a nova verso, que traz tambm a sua autoria, uma vez que inclui as sugestes e crticas recebidas aps a implantao da Proposta. tambm necessrio relembrar que os Cadernos do Professor espelharam-se, de forma objetiva, na Base Curricular, referncia comum a todas as escolas da rede estadual, e deram origem produo dos Cadernos dos Alunos, justa reivindicao de professores, pais e famlias para que nossas crianas e jovens possussem registros acadmicos pessoais mais organizados e para que o tempo de trabalho em sala de aula pudesse ser melhor aproveitado. J temos as primeiras notcias sobre o sucesso do uso dos dois Cadernos em sala de aula. Este mrito , sem dvida, de todos os profissionais da nossa rede, especialmente seu, professor! O objetivo dos Cadernos sempre ser o de apoiar os professores em suas prticas de sala de aula. Podemos dizer que este objetivo est sendo alcanado, porque os professores da rede pblica do Estado de So Paulo fizeram dos Cadernos um instrumento pedaggico com bons resultados. Ao entregar a voc estes novos volumes, reiteramos nossa confiana no seu trabalho e contamos mais uma vez com seu entusiasmo e dedicao para que todas as crianas e jovens da nossa rede possam ter acesso a uma educao bsica de qualidade cada vez maior.

Maria Ins FiniCoordenadora Geral Projeto So Paulo Faz Escola

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FiChA do CAdErnoExplicando o comportamento dos materiaisnome da disciplina: rea: Etapa da educao bsica: Srie: Volume: temas e contedos: Qumica Cincias da Natureza e suas Tecnologias Ensino Mdio 2 3 Foras de interao entre partculas nos estados slido, lquido e gasoso Foras de interao entre partculas e substncias macromoleculares A pressoatmosfricaesuainflunciana temperatura de ebulio das substncias Sntese de ideias sobre a transformao qumica

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oriEntAo SobrE oS ContEdoS do CAdErnoA ideia de que as molculas tm forma geomtrica e que suas propriedades se relacionam com a disposio espacial de seus tomos foi percebida tempos atrs por Nicolas Lemery (1645-1715). Atualmente, continua-se acreditando que as molculas tm forma geomtrica e que essa forma determina o cheiro, o sabor ou a ao como medicamento, entre diversas caractersticas das substncias. Muitas drogas medicinais tornam-se efetivas devido sua semelhana estrutural com a partcula causadora do distrbio. Dessa forma, a droga ocupa o lugar da molcula ofensiva, impedindo sua ao. Muitas vezes, pequenas diferenas na disposio espacial dos tomos podem mudar completamente o efeito de um medicamento no organismo humano. Diante dessa realidade, aatenodacomunidadecientficasedirecionou para o estudo mais apurado da estrutura das molculas e de suas relaes com as propriedades dos materiais. Considerando que as propriedades fsicas das substncias puras so determinadas, por um lado, pela natureza das unidades estruturais (tomos, molculas e ons) que as constituem e, por outro, pela intensidade das foras de interao que as mantm unidas (interatmicas, intermoleculares e interinicas), neste Caderno foram desenvolvidos modelos que possibilitam explicar a relao das estruturas das substncias com a polaridade de molculas e as foras de interao, como as de disperso de London, eletrostticas e ligaes de hidrognio.

Conhecimentos priorizadosOs assuntos tratados neste Caderno pretendem formar alunos capazes de compreender os processos qumicos e de desenvolver modelos explicativos, em nvel microscpico, coerentes com as propriedades macroscpicas manifestadaspelassubstncias.Aofinaldoestudoespera-se que os estudantes sejam capazes de: f explicar as propriedades de slidos inicos, elaborando modelos a partir da ideia de interaes eletrostticas entre ons de cargas opostas; f explicar as propriedades de substncias moleculares, como a gua e outras, a partir do estudo dos diversos tipos de foras de interao: foras de disperso, dipolo-dipolo, ligaes de hidrognio e ligaes interatmicas; f relacionar propriedades como temperaturas de fuso e de ebulio, condutibilidade eltrica, solubilidade e estruturas para explicar microscopicamente os diferentes comportamentos das substncias; f compreender as ligaes de hidrognio e explicar as propriedades peculiares da espcie qumica gua, importantes para a vida neste planeta; f conhecer propriedades de substncias macromoleculares, que fazem parte do nosso dia a dia, a ponto de compreender por que so utilizadas para determinadas finalidades;

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Qumica - 2a srie - Volume 3

f relacionar temperatura de ebulio e presso de vapor com presso atmosfrica para compreender o comportamento dos lquidos em diferentes localidades e o aproveitamento dessa relao no sistema produtivo.

metodologia e estratgiaAssim como nos volumes anteriores, neste Caderno procurou-se utilizar metodologias e estratgias de ensino que propiciassem a participao ativa dos estudantes na construo do seu prprio conhecimento e no desenvolvimento de competncias relacionadas ao aprimoramento de sua cidadania. Com o intuito de levar em conta os conhecimentos prvios dos estudantes em relao aos assuntos tratados, as atividades so iniciadas a partir de situaes e questes que proporcionam a evocao deconhecimentosanteriores,maisespecificamente sobre as ligaes qumicas. Alm disso, aleituradetabelaseaconstruodegrficos so propostas de maneira que os alunos possam elaborar ideias e chegar a concluses sobre os fatos e fenmenos apresentados. Sugere-se umaatividadedepesquisabibliogrfica,solicitando informaes sobre materiais cujos usos so importantes para a sociedade e a elaborao de cartazes para comunicao dos resultados. As folhas de trabalho sugeridas visam ao desenvolvimento da autonomia dos alunos.

Competncias e habilidadesf Compreender e utilizar a linguagem prpria da Qumica, por meio de frmulas moleculares e estruturais, na representao de slidos inicos, substncias moleculares e metlicas; f propor modelos explicativos utilizando conhecimentos anteriormente adquiridos que possibilitem a compreenso dos diferentes tipos de foras de interao e sua relao com a estrutura e o comportamento das substncias; f selecionar, organizar, relacionar e interpretar dados, contidos em textos, grficos e tabelas, a respeito do comportamento dos materiais, para tomar decises quanto ao seu uso pela sociedade; f selecionar informaes sobre as propriedades dos materiais e suas estruturas para construir argumentao consistente; f recorrer aos conhecimentos desenvolvidos para elaborao de propostas de interveno solidria na realidade.

AvaliaoA avaliao deve ser feita ao longo do desenvolvimento das atividades, com o objetivo de verificaraaprendizagemdosconceitosdiscutidos, como tambm a capacidade de utilizar a linguagem qumica e de aplicao dos conhecimentos elaborados.

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SituAES dE APrEndizAGEmSITUAO DE APRENDIZAGEM 1 FORAS DE INTERAO ENTRE PARTCULAS NOS ESTADOS SLIDO, LQUIDO E GASOSO

tempo previsto: 6 aulas. Contedos e temas: interaes entre ons, tomos e molculas: volatilidade, temperaturas de fuso e de ebulio e foras de interao. Competncias e habilidades: construir e interpretar o conceito de foras interpartculas, relacionando-as s propriedades das substncias inicas, moleculares e metlicas; aplicar os conhecimentos adquiridos em situaes do cotidiano envolvendo os diferentes tipos de interao e avaliando solues. Estratgias de ensino: trabalho em grupo; anlise de tabelas; interpretao de grficos; aulas expositivas dialogadas; pesquisas; experimento; elaborao de textos; seminrios. recursos: material para o experimento; atividades propostas. Avaliao: questes propostas; elaborao de texto; busca em fontes de informao; apresentao de seminrios; atividade-sntese.

roteiro para aplicao da Situao de Aprendizagem 1Nesta Situao de Aprendizagem, os estudantes so convidados a analisar como as propriedades fsicas estado fsico, temperaturas de fuso e de ebulio e condutibilidade eltrica esto relacionadas estrutura microscpica das substncias e intensidade das foras de interao (atraes e repulses interatmicas, intermoleculares e interinicas) que as mantm unidas. Espera-se que sejam capazes de propor ideias explicativas para o comportamento macroscpico diante

de tais propriedades, considerando que so decorrentes da natureza das unidades estruturais que constituem as substncias.

Atividade 1 descobrindo o conhecimento dos alunosCom a inteno de evocar os conhecimentos prvios dos estudantes sobre o assunto, voc pode iniciar o tema apresentando o texto e as questes seguintes para ser resolvidas por eles e, posteriormente, discutidas com toda a classe (no Caderno do Aluno CA, esta questo corresponde Atividade 1):

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Maria Eunice Ribeiro Marcondes e Yvone Mussa Esperidio

Em nosso planeta, a gua encontra-se nos estados slido, lquido e gasoso. A gua doce disponvel (no mximo 0,3% de toda a gua do planeta) j teria sido totalmente consumida se no fosse o ciclo hidrolgico, que envolve, sob a ao da energia solar, o movimento contnuo das guas, distribuindo-as em diferentes regies do planeta: estado slido nas geleiras e calotas polares; estado lquido nos oceanos, mares, rios, lenis freticos; estado gasoso (vapor de gua) na atmosfera. Esse movimento se d por meio de transformaes, algumas envolvendo mudanas de fase como a evaporao, a transpirao e a condensao que culminam com a precipitao da gua, na forma de chuva, e sua infiltrao nas camadas subterrneas do solo. Esses processos esto representados a seguir:

+ energiaH2O(s) H2O(1)

+ energiaH2O(g)

- energia

- energiaElaborado especialmente para o So Paulo faz escola.

1. Represente por meio de um desenho o chamado ciclo hidrolgico, ilustrando todas as transformaes citadas no texto. 2. Considerando que a gua quimicamente pura, esteja ela nos estados slido, lquido ou gasoso, constituda unicamente de partculas de H 2O, como explicar, em nvel microscpico, o que ocorre para que a gua possa existir nesses trs estados fsicos? Represente com desenhos.

Grade de avaliao da Atividade 1Ao propor essa atividade, no se deve esperar que os alunos deem respostas em termos de interao intermolecular; o que se pretende que percebam a existncia de interaes, no somente entre os tomos de hidrognio (H) e oxignio (O) na partcula H2O, como foi estudado, mas tambm entre as partculas H2O na massa lquida, slida ou gasosa. Com esse propsito, ao discutir a questo, deve-se reforar a ideia da existncia dessas foras, questionando-os sobre

o que deve ocorrer no nvel microscpico para que a gua, interagindo com a energia, seja slida, lquida ou gasosa. Talvez seja interessante levar os alunos a pensar que as partculas no estado lquido devem estar prximas, mas com certa liberdade de movimento. Quanto maior a energia recebida, mais intensa a sua movimentao. J no estado slido, as interaes entre as partculas devem ser mais fortes, fazendo-as ocupar posies fixas, apenas vibrando em torno dessas posies quanto maior a energia, mais intensa a vibrao; mantendo-se, porm, organizadas em certa estrutura. No estado gasoso, a liberdade de movimento tal que as partculas ficam muito distantes umas das outras, no havendo organizao. A representao do ciclo hidrolgico por meio de desenho uma forma dos alunos expressarem seu pensamento e de demonstrarem sua compreenso. A seguir est representado um esquema do ciclo hidrolgico. Para uma apreciao do que os alunos sabem a respeito, pode ser interessante dividi-los em

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gruposesolicitarqueanalisemafigurapara que depois elaborem um texto que contenha Claudio Ripinskas

a descrio das observaes e interpretaes feitas sobre os processos representados.

Precipitao e evaporao deslocam quase 500 km3 de gua ao ano

Precipitao: 111 km3

Vapor transportado para a terra firme: 40 km3 Precipitao: 385 km3 Evaporao: 71 km3 Transpirao Evaporao: 425 km3

Escorrimento superficial Percolao Lago

Terra Rio Retorno ao oceano: 40 km3 Fluxo subterrneo Oceanos

Ilustrao esquemtica do ciclo hidrolgico. Extrado de: SECRETARIA da Educao. gua hoje e sempre: consumo sustentvel. So Paulo: CENP, 2002, p. 170.

Atividade 2 Foras de interao entre ons: explicando propriedades de slidos inicosNesta atividade, em um primeiro momento, pode-se organizar os alunos em grupos e sugerir a eles que retomem as informaes sobre propriedades de algumas substncias estudadas no Caderno anterior NaCl, NaBr, MgCl2, BaCl2, Na2O, CaO, BaO, MgO, C4H10 (butano) e C8H18 (octano) , tais como estado fsico, temperaturas de fuso e de ebulio, condutibilidade eltrica, solubilidade em gua e outras. Voc pode sugerir aos alunos que organizem essas informaes em uma tabela e,

apartirdesuaanlise,identifiquemanatureza das ligaes nas substncias, usando para isso conhecimentos anteriormente adquiridos sobre as ligaes qumicas (CA, Atividade 2). Pode pedir, ainda, que apresentem por escrito as caractersticas comuns observadas. Em um segundo momento, os alunos, em discusso conjunta assessorada por voc, podem propor explicaes para as propriedades observadas nesse grupo de substncias, usando o modelo de atraes e repulses eltricas entre partculas carregadas. Mostramos a seguir um possvel modelo de tabela que pode ser apresentado pelos alunos.

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Substncia Cloreto de sdio (naCl) brometo de sdio (nabr) Cloreto de magnsio (mgCl2) Cloreto de brio (baCl2) xido de sdio (na2o) xido de clcio (Cao) xido de brio (bao) xido de magnsio (mgo) butano (C4h10) octano (C8h18)

Estado fsico a 25 CSlido Slido

temperatura de fuso (oC)801 747

temperatura de ebulio (oC) a 1 atm1 413 1 390

Condutibilidade eltrica SlidoIsolante Isolante

lquidoCondutor Condutor

Solubilidade em gua*Solvel Solvel

Carter predominante da ligaoInica Inica

Slido

714

1 412

Isolante

Condutor

Solvel

Inica

Slido Slido Slido Slido

962 1 275 2 614 1 918

1 560 Decompe-se 2850 2000

Isolante Isolante Isolante Isolante

Condutor Condutor Condutor Condutor

Solvel Solvel Solvel Solvel

Inica Inica Inica Inica

Slido

2 852

3 600

Isolante

Condutor

Solvel Pouco solvel Pouco solvel

Inica

Gasoso Lquido

135 57

0,48 126

Isolante Isolante

Isolante Isolante

Covalente Covalente

* Os xidos dos metais alcalinos e alcalinoterrosos reagem com gua, formando hidrxidos.

importante que os alunos concluam, analisando essas propriedades, que, com exceo do butano e do octano, essas substncias devem ser constitudas por ons de cargas opostas, ou seja, so compostos inicos. Para que percebam as interaes eletrostticas entre os ons de carga positiva e os de carga negativa, pode ser problematizada a formao de um composto inico, como, por exemplo, a formao do cristal de cloreto de sdio. 1. Como os ons Na+ e Cl- interagem para formar o slido NaCl? Como fazer os alunos perceberem as inte-

raes eletrostticas entre os ons Na+ e Cl- e que eles so mantidos em unio por foras atrativas entre partculas eletrizadas de cargas opostas? Como faz-los perceber a formao da rede tridimensional do cloreto de sdio, no qual cada on Cl- rodeado por seis ons Na+ e cada on de sdio, por sua vez, rodeado por seis ons de cloreto? O experimento a seguir (CA, Roteiro de Experimentao) poder ajud-los a adquirir essa compreenso. Antes de iniciar a atividade, devem ser lidas com ateno as observaes apresentadas nas pginas 15 e 16 deste Caderno. Os alunos podem ser divididos em grupos para realizar a tarefa.

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roteiro de experimentao: modelo para cristais de cloreto de sdioPor menor que seja um cristal de substncia inica, ele constitudo por trilhes de ctions e nions. Como esses ons se distribuem para formar os cristais? Para buscar a resposta para essa questo, voc e seus colegas de grupo construiro um modelo de cristal de cloreto de sdio (NaCl) tridimensional. materiais f fita adesiva (ou palitos de dente); f seis esferas de isopor (ou de massa de modelar), sendo trs de um determinado dimetro e as outras trs com o dobro do dimetro das primeiras (sugerimos 3 e 6 cm de dimetro, respectivamente); f cristais de NaCl preparados com antecedncia por recristalizao. Procedimento Para construir o modelo, baseiem-se na seguinte informao: o raio do on Cl- praticamente o dobro do raio do on Na+ (observe as representaes a seguir).

Na+

Cl-

Discuta com seus colegas do grupo uma forma de unir as seis esferas de isopor (ou de massa de modelar) de modo a obter um modelo que represente trs agregados NaCl unidos entre si. 1. O que levou vocs a decidir como deveria ser a distribuio das esferas no modelo? Renam-se aos colegas dos demais grupos e, juntos, montem um cristal de NaCl utilizando todos os conjuntos construdos. Observe no modelo que os ctions Na+ esto circundados por nions Cl- e estes, por sua vez, circundam-se por ctions Na+. As faces de um cristal de NaCl formam entre si ngulos de 90o. Isso resulta do arranjo dos ons que constituem o cristal. 2. Compare o modelo construdo aos cristais de cloreto de sdio apresentados por seu professor. Em ambos, as faces formam entre si ngulos de 90o? Roberto de Guglielmo/SPL-Latinstock Ilustraes: Claudio Ripinskas

Cristal de quartzo Extrado de: AMBROGI, Anglica; VERSOLATO, Elena F.; LISBA, Jlio Csar Foschini. Unidades modulares de Qumica. Cecisp (Centro de Ensino de Cincias de So Paulo). So Paulo: Hamburg, 1987, p. 26-7.

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2. Por que slidos inicos como, por exemplo, o cloreto de sdio no conduzem corrente eltrica (no CA, questo 1 do Desafio!)? Pode-se lanar a questo e aguardar as respostas dadas pelos alunos, fazendo com que eles manifestem suas ideias. Depois, voc pode auxili-los, apresentando as seguintes ideias: Devido s fortes interaes entre os ons sdio e cloreto, no NaCl, os ons Na+ e Cl- mantm-se presos uns aos outros, restritosvibraoemtornodeposiesfixasno retculo cristalino, formando um edifcio de ons, como ilustrado na figura (pgina anterior), o que impede o livre movimento de cargas eltricas. Dessa forma, possvel explicar por que o cloreto de sdio slido no condutor de corrente eltrica. Para demolir esse edifcio de ons, provocando sua separao, necessrio fornecer energia at que a movimentao das partculas seja suficientementeintensa. Dando prosseguimento discusso, pode-se perguntar como os alunos explicariam as altas temperaturas de fuso e de ebulio que os slidos inicos apresentam por meio do modelo A temperatura de fuso (oC) Solubilidade em gua 306 Muito solvel

de interaes eletrostticas entre ons (CA, Desafio!,questo2).possvelsugeriraeles que representem por desenhos o arranjo de ons no estado slido e, a partir dessa representao, esquematizem o arranjo no estado lquido. A estrutura de esferas montada anteriormente tambm pode ser utilizada, com os alunosdesmontandooslidopararepresentar o lquido. Como sntese, voc pode mencionar que so necessrias temperaturas muito altas para que os ons adquiram energia cinticasuficienteparasuperarasforasatrativas entre eles e alcancem a liberdade de movimento, caracterstica da fase lquida. Paraverificaraaprendizagem,aseguinte questo pode ser proposta (no CA, Lio de Casa): f (Fuvest 1998 adaptada) Tm-se amostras de trs slidos brancos: A, B e C. Sabe-se que devem ser naftaleno (C10H8), nitrato de sdio (NaNO3) ou cido benzoico (C7H6O2), no necessariamente nessa ordem. Para identificarqualdosslidosonitratodesdio, determinaram-se algumas propriedades, as quais esto indicadas na tabela a seguir: b 80 Insolvel C 122 Pouco solvel

Qual dos compostos pode ser o nitrato de sdio?Justifique.

ons Na + com ons Cl -, considerando que so ons de cargas opostas e que tm dimetros diferentes.

Grade de avaliao da Atividade 2Na atividade experimental proposta, com bolinhas de isopor (ou de massa de modelar), o que se espera que os alunos construam os modelos de cristal de NaCl unindo

observaesf A recristalizao do cloreto de sdio deve ser realizada com antecedncia para economia de tempo, pois atividade semelhante foi proposta em estudo anterior. Voc

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deve, apenas, deixar disponveis alguns cristais para efeito de comparao. f Ao montar o modelo de NaCl, possvel que alguns alunos disponham as esferas em linha reta. Voc deve estar atento a isso e chamar a ateno para o fato de que se trata de um cristal, ou seja, um slido; portanto, seus modelos devem ser dispostos em camadas superpostas. Explique tambm que os ons se atraem e se mantm unidos porque as atraes so muito intensas. Ao unir todos os modelos construdos, os alunos podero notar que, na rede tridimensional do cristal, cada on de sdio rodeado por seis ons de cloreto e que cada on de cloreto circundado por seis ons de Na+. A questo proposta na segunda parte da atividade exige apenas que os alunos identifiquem o nitrato de sdio como um slido inico ao levarem em considerao a elevada temperatura de fuso e a alta solubilidadeemguaapresentadas.Ajustificativa para isso deve abordar a ideia de que existem interaes eletrostticas entre as partculas Na+ e NO-3 , e que estas so muito fortes. Lembre que a ligao inica j foi estudada no Caderno da 2 srie do 2 bimestre.Osalunospodemficarconfusoscomas frmulas do naftaleno e do cido benzoico. Vocpodesugerirqueverifiquemnatabela que construram as frmulas do octano e do Estado fsico a 25 oC butano (C4h10) Gasoso

butano, e que as comparem com as dos compostos citados.

Atividade 3 Foras de interao e as substncias moleculares: quais foras de interao mantm as molculas unidas?Nesta atividade pretende-se, a partir de fatos apresentados, oferecer aos alunos a oportunidade de propor ideias que expliquem como as propriedades das substncias so determinadas pela natureza das foras de interao que atuam entre suas molculas (foras intermoleculares) foras de atrao dipolo-dipolo, ligaes de hidrognio e a geometria das molculas. Embora mais fracas que as ligaes inicas ou covalentes, as foras de interao permitem explicar os estados de agregao da matria. Tais foras so de natureza eletrosttica, resultantes de atraes entre nuvens eletrnicas e os ncleos dos tomos. As foras de interaes intermoleculares so comumente chamadas de foras de van der Waals, em homenagem ao fsico alemo Johannes Diderik van der Waals (18371923), que considerou a existncia de atraes intermoleculares em gases como o nitrognio, o oxignio e o hidrognio, entre outros, e ganhou o Prmio Nobel em 1910. A atividade poder ser iniciada aps a retomada dos dados fornecidos sobre o butano no Caderno do 2 bimestre (veja tabela na p. 13 deste Caderno). temperatura de fuso (oC) -135

temperatura de ebulio a 1 atm (oC) 0,48

possvel perguntar aos alunos (as questes a seguir encontram-se no CA, exerccios 1 a 6), por exemplo, que tipo de ligao existe entre os tomos de C e os de H e lem-

brar que os valores de eletronegatividade de ambos (C: 2,5; H: 2,2) so bem parecidos, visto que os pares eletrnicos da ligao so compartilhados igualmente pelos dois to-

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mos, no havendo polaridade na molcula. A partir dessa introduo, voc pode pedir aos alunos que representem os estados gasoso e lquido do butano e imaginem o que mantm as molculas mais prximas no estado lquido. No se espera que eles apresentem uma ideia compatvel com o modelo de interaes intermoleculares. O que se pretende, neste momento, que eles percebam que deve haver alguma fora de interao entre essas molculas. Voc, ento, pode explicar que a molcula C4H10 apolar, ou seja, no tem polos. Entretanto, em um determinado instante, a nuvem eletrnica pode estar concentrada em uma regio da molcula, o que causa, nesse instante de tempo, uma carga parcial negativa nesta regio e uma carga parcial positiva na outra regio da molcula. Essas cargas instantneas estabelecem um dipolo temporrio na molcula, chamado de dipolo instantneo. O dipolo formado pode induzir outro dipolo em uma molcula adjacente. Esses dipolos temporrios orientados na mesma direo resultam em foras atrativas entre as molculas (chamadas foras de disperso de london). Voc pode perguntar se essas foras atrativas seriam de grande intensidade e se podem ser comparadas com as interaes entre os tomos na ligao covalente. O que se pretende com a questo fazer com que os alunos percebam que as interaes eletrostticas que do origem ligao covalente so mais fortes do que as interaes por dipolos instantneos. Voc tambm pode questionar o que acontece, no que diz respeito s interaes, quando se aquece butano lquido at a ebulio. Depois, possvel explicar que a energia que est sendo fornecida utilizada para vencer as interaes entre as molculas, e no para romper as ligaes covalentes entre os tomos. Como as interaes foras dedispersodeLondonsofracas,aquantidade de energia a ser fornecida deve ser baixa para super-las.

Pode-se pedir aos alunos que utilizem essas ideias para explicar o estado fsico do gs hidrognio temperatura ambiente (lembrando que sua temperatura de ebulio - 252,8 oC, bem prxima do zero absoluto, que - 273 oC) (CA, questo apresentada comoDesafio!).Elespodemfazeresquemas para representar os dipolos instantneos e as interaes entre eles. Por meio desta atividade, possvel perceber se eles compreenderam ou no o conceito de interao. Voc pode apresentar a temperatura de ebulio do HCl (- 85 oC a 1 atm) e questionar o tipo de ligao existente entre os tomos constituintes e como deve-se explicar a temperatura de ebulio desse composto (CA, questes 7 e 8). Pode iniciar com a retomada do tipo de ligao existente entre os tomos de H e Cl, lembrando que o modelo que explica tal ligao admite uma distribuio de eltrons de valncia assimtrica, levando formao de um dipolo permanente na molcula, como foi visto no Caderno do 2o bimestre. possvel retomar a representao j proposta e pedir aos alunos que faam uma previso a respeito das foras de interao entre as molculas de HCl. Essas interaes entre dipolos so chamadas de dipolo-dipolo. Claudio Ripinskas

+

-

+

-

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Voc pode questionar se as ligaes covalentes existentes entre H e Cl, no HCl, devem ser mais fortes do que as interaes dipolo-dipolo entre as molculas de HCl. Para que os alunos possam aplicar os conceitos apresentados, pode-se propor a anSubstncia Fluoreto de hidrognio (HF) Cloreto de hidrognio (HCl) Metano (CH4) Nenio (Ne) Argnio (Ar) Amnia (NH3)

lise da tabela a seguir, pedindo que discutam as possveis interaes intermoleculares e as ligaes entre os tomos de cada espcie (esta questo est no CA, seo Voc Aprendeu?). Outras informaes podem ser fornecidas, se julgar interessante, como polaridade da partcula e estado fsico temperatura ambiente. temperatura de ebulio (oC) a 1 atm 19 85 164 196 186 33

No se deve esperar nem exigir, neste momento, explicaes utilizando a ideia de ligao de hidrognio (no caso do HF e da NH3). Basta que o aluno perceba que as foras eletrostticas de interao so mais intensas. O conceito de interao por ligao de hidrognio ser introduzido mais adiante. A seguir apresentada uma atividade que permite ampliar os conceitos desenvolvidos e relaciona as foras intermoleculares de interao com o tamanho das molculas e suas massas molares (CA, seo Para Saber Mais, questes 1 e 2). Os alunos podem trabalhar em grupos, procurando responder s questes propostas para uma posterior discusso coletiva. Podem redigir um texto que sintetize as ideias elaboradas, o que contribui para o desenvolvimento de competn-

cias relativas comunicao e expresso. 1. Leia o texto* que segue e considere os dados da tabela. [...] A gasolina comum consiste principalmente de hidrocarbonetos, alcanos de cadeia linear com sete ou oito carbonos. De um modo geral, quanto maior for o nmero de tomos de carbono de um alcano, maior ser sua temperatura de ebulio e menor sua tendncia a vaporizar-se a uma dada temperatura. Assim, as gasolinas destinadas s condies quentes do vero so formuladas com menores quantidades de alcanos, cujas molculas so de menor tamanho e mais fceis de vaporizar, como, por exemplo, butanos e pentanos, do que aquelas que sopreparadasparaclimasfrios[...].

* BAIRD, Colin. Qumica ambiental. 2. ed. Porto Alegre: Bookman, 2002, p. 276.

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Alcanos CH4 (metano) C2H6 (etano) C3H8 (propano) C4H10 (butano) C5H12 (pentano) C6H14 (hexano) C8H18 (octano) C16H34 (hexadecano) C20H42 (eicosano)

massa molar (g/mol) 16 30 44 58 72 86 114 226 282

temperatura de ebulio (oC) a 1 atm -164 -88 -42 0 36 69 126 288 345

a) Quais dessas substncias so gases temperatura ambiente na presso de 1 atm? b) Com os dados da tabela, construa um grfico relacionando temperaturas de ebulio e massas molares dos alcanos. c) nalisando a curva obtida no grfico, A pode-se concluir que existe uma relao de dependncia entre as grandezas consideradas? Como voc explicaria tal relao? d) Procure relacionar a informao contida no texto com as respectivas temperaturas de ebulio, massas molares

e estados fsicos dos alcanos da tabela. Levando em conta que os alcanos so apolares, quais foras esto envolvidas na vaporizao dessas substncias? 2. Os alcanos n-pentano, metilbutano e dimetilpropano apresentam a mesma frmula molecular, C5H12 , e, consequentemente, a mesma massa molar. So mostradas, em seguida, diferentes representaes desses alcanos e suas respectivas temperaturas de ebulio. A primeira dessas representaes, mais til no momento, permite uma viso de como os tomos se ligam nas molculas e tambm das interaes inter e intrapartculas.

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H H H H H H C C C H H C C H HH H

H H H H H C C H C C H H H C H H H

H H C H

H C C C H H C H H H H

H H

CH3 CH3 CH2 CH2 CH2 CH3 CH3 CH2 CH CH 3 n-pentano TE = 36 C metilbutano TE = 28 C CH 3 CH 3 C CH 3 dimetilpropano TE = 9,5 C CH 3

Considerando a disposio espacial dos tomos nessas molculas, proponha ideias sobre como os fatores estruturais podem influenciar a temperatura de ebulio e a volatilidade desses alcanos. Lembre-se de que a temperatura de ebulio funo das interaes intermoleculares.

Grade de avaliao da Atividade 3Com relao questo sobre o estado fsico do gs hidrognio, espera-se que os alunos expliquem o estado gasoso utilizando a ideia da distribuio momentaneamente desigual da nuvem eletrnica ou do par de eltrons da ligao entre os dois tomos de H que formam a molcula. Quanto s interaes entre as molculas de HCl, devem prever que as atraes intermoleculares devem acontecer entre dipolos, ou seja, entre molculas polares. Essas interaes so mais fracas do que as ligaes covalentes existentes entre H e Cl.

Assim, para a aplicao dos conhecimentos sobre as interaes intermoleculares, espera-se que os alunos concentrem os conhecimentos, indicandoqueofluoretodehidrognio(HF) uma molcula polar e as interaes entre as molculas de HF so as mais fortes, uma vez que apresenta a maior temperatura de ebulio. Na amnia (NH3), as foras de interao intermoleculares so mais fortes que nas demais substncias (sem considerar o HF), podendo-se prever que a molcula pode ser polar, havendo interaes interdipolos. Nos casos do nenio e do argnio, os alunos devem perceber que as interaes entre os tomos devem ser muito fracas, do tipo dipolo instantneo, como no metano. Com relao atividade proposta sobre os hidrocarbonetos, os alunos devem perceber, de acordo com dados da tabela, que o metano, o etano, o propano e o butano so gases temperatura ambiente. Eles podem construirumgrficorelacionandotemperaturade

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ebulio e massa molar como esquematizado a seguir, devendo perceber que a temperatura de ebulio aumenta conforme o aumento da massa molar e de acordo com o tamanho da molcula. Assim, os alunos podem concluir que molculas pequenas formam dipolos instantneos com menos facilidade do que

as molculas maiores, formadas pelos mesmos elementos, e que as foras de disperso de London so mais fracas no metano. Na vaporizao, as foras que mantm as molculas prximas, no estado lquido, devem ser superadas para que as molculas se separem, escapando da massa lquida.

temperatura de ebulio de alcanos em funo das massas molares

Temperatura de ebulio (oC)

400 300 200 100 0 -100 -200 0 100 200 250 300

Massa (g/mol)

Com relao aos ismeros do pentano, embora tenham a mesma massa molar, suas temperaturas de ebulio so diferentes. Como so molculas apolares, as nicas foras atrativas entre suas molculas so as foras de disperso de London. Os alunos podem argumentar que as diferenas nas temperaturas de ebulio se devem ao aumento dessas foras. Considerando que, em um lquido, as partculastendemaficarprximasumasdasoutras, e que esses lquidos apresentam a mesma massa molar, eles podem ser levados a pensar que as diferenas nas temperaturas de ebulio se devem s diferenas na distribuio espacial dos tomos nas molculas. Cadeias mais alongadas correspondem a uma rea superficial maior, com nmero maior de pontos de contato;asforasdedispersoficammaisfortes. Assim, tem-se um modelo capaz de explicar que a temperatura de ebulio do n-pentano

a mais alta e a do dimetilpropano, cuja molcula apresenta uma forma que se aproxima da forma esfrica, a mais baixa, e as foras de disperso, as mais fracas. Assim, conclui-se que a geometria da molcula um dos fatores que afetam as temperaturas de ebulio.

Atividade 4 ligaes de hidrognio e as propriedades peculiares da guaNesta atividade, pretende-se discutir como as ligaes de hidrognio presentes nas molculasdeguajustificamaspropriedadesobservveis e peculiares que a gua apresenta e que so responsveis pela existncia de vida no planeta. Para introduzir as ligaes de hidrognio, voc pode propor um trabalho para ser realizado em duplas, no qual os alunos analisam os dados sobre as temperaturas de ebulio

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de algumas substncias, entre elas a gua. Prope-se o trabalho em dupla para direcionar a ateno e a concentrao dos alunos na anlisedogrficoedasquestespropostas.

a) Localize esses grupos na tabela peridica. b) As ligaes entre os tomos que formam essas substncias so do mesmo tipo?Justifique. 2. Analisando o grfico, descreva cada uma das curvas em termos da variao da temperatura de ebulio em funo da variao da massa molar das substncias. a) Existe alguma regularidade?

Sugesto de trabalho para o aluno*1. O grfico a seguir relaciona as temperaturas de ebulio com as massas molares de dois conjuntos de substncias, formadas entre hidrognio e elementos de dois grupos da tabela peridica (o grupo do carbono e o do oxignio).

Temperatura de ebulio a 1 atm (oC)

100

H2O H2Te H2Se

0

SnH4

H2S SiH4-100

GeH4

CH40 50 100 150

Massa molar (g/mol)

b) A gua, em relao temperatura de ebulio, tem um comportamento semelhante ao das outras substncias do mesmo grupodooxignio?Justifique. c) As foras de atrao entre as molculas de H2O so de mesma intensidade que as foras de atrao entre as molculas de H2S, de H2Se e de H2Te?Justifique. d) Como voc imagina a atrao entre as molculas da gua? Faa um esquema que represente suas ideias (lem*

bre-se de que a gua polar, podendo ser representada pela frmula a seguir, em que + corresponde regio positiva da molcula H2O e - corresponde regio negativa).

O H H

CA, Atividade 4, Questes para a Sala de Aula.

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Para explicar a alta temperatura de ebulio da gua, o que faz com que ela seja encontrada no estado lquido temperatura ambiente em muitos lugares do planeta, deve-se considerar as interaes eletrostticas entre suas molculas. As regies mais positivas da molcula (os tomos de H) interagem com as mais negativas de outras (os tomos de O), formando ligaes conhecidas como ligaes de hidrognio. Tais ligaes esto presentes na gua lquida e tambm no gelo.

maes sobre as temperaturas de ebulio de compostos de hidrognio com elementos dos grupos 15 (do nitrognio) e 17 (dos halognios) da tabela peridica. Pergunte como explicariam temperaturas de ebulio to diferentes do HF e do NH3 e, tambm, se o modelo da ligao de hidrognio seria capaz de explicar tais dados.

100

H 20

H O H O H O H H

HTemperatura de ebulio a 1 atm (oC)

O H

HFH 2Te 0 HI

H O H H

NH 3

H2Se H2 S HCl HBr

SbH 3

PH 3 SiH 4 -100

GeH 4

AsH 3

SnH 4

Representao da gua no estado lquido.

HLigao de hidrognio

H H O O H O H O H O H H H

CH 42 3 4 5

H H O H

Perodo

Os alunos devem concluir que ligaes de hidrognio ocorrem entre molculas que tenham a ligao H-X, na qual X pode ser flor,oxignioounitrognio.

Representao da gua no estado slido.

Para ampliar a ideia da ligao de hidrognio, pode-se propor aos alunos que analisem o grfico a seguir (CA, Atividade 4, Lio de Casa, questo 1), que contm infor*

Como explicar, em nvel microscpico, a dissoluo de uma substncia inica em gua?*Os alunos devem ser motivados a pensar em como se d a interao entre as molculas de gua e a estrutura cristalina do

No CA, questo proposta na Atividade 4, seo Desafio!

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NaCl. Voc pode convid-los a representar com um desenho essa interao, lembrando-os de que a molcula da gua polar, que h interaes por ligaes de hidro-

gnio entre elas e que o sal formado por ons Na + e Cl-. Afiguraaseguirrepresentaesseprocesso.

H O

H O HCI-

H

Na+

O

H H O H H H O H

H H H H O Na+ O H H O O

H O

O H H O H H

H CI-

H O H

H H H O H O H

O H

O H O H H O H H H

H CI-

H

O H

Na+ O H

H

O H

H

H O

H

O

H

H H O

Slido solvatado

ons envoltos por molculas de gua

Voc deve ajudar os alunos a perceber que, segundo o modelo de atrao eletrosttica, as interaes se do entre os ctions e a parte negativa das molculas de gua (tomos de oxignio) e entre os nions e a parte positiva dessas molculas (tomos de hidrognio). Depois, pode inform-los que o resultado dessas interaes o NaCl solvatado, no qual os ons esto envoltos por molculasdegua(vejaafiguraanterior). Dialogando com eles, voc poder lev-los a concluir que ocorrer a dissoluo do slido inico em gua se as foras de atrao

que as molculas de gua exercem sobre os ons constituintes do slido superarem as foras de atrao entre as molculas de gua entre si e entre os prprios ons. Voc pode lembr-los, ainda, de que alguns slidos formados por ons, como, por exemplo, o AgCl e o BaSO4, no se dissolvem em gua. Para tentar explicar esse fato, eles poderiam argumen2 tar que as atraes entre os ons Ba2+ e SO4 - no + sulfato de brio e Ag e Cl no cloreto de prata devem superar as atraes entre esses ons e as partculas de H2O.

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utilizando o modelo de ligao de hidrognio para explicar propriedades da gua1. A fotografia a seguir mostra um iceberg em que podem ser vistas a parte visvel e a submersa. A imagem sugere que o gelo se forma na superfcie, e no no fundo do mar, rio ou lago. Tal fato pode ser explicado pela menor densidade do gelo em relao gua em estado lquido. Quando a gua congela, forma-se um anel hexagonal de molculas, em que cada molcula de gua est ligada a outras quatro, formando uma rede cristalina caracterstica (veja a figura da pgina 23). Utilizando essas informaes, explique a menor densidade do gelo (CA, questo 8).ColinMonteath/OxfordScientific-Latinstock

trudos. A classe pode ser dividida em grupos, e a cada um dos grupos designada uma das molculas descritas na tabela. Os alunos devem discutir a respeito das foras de interao existentes entre elas. Pode-se solicitar que representem essas interaes com esquemase,aofinal,elaboremumpainelcomas representaes de todos os grupos. Como a gua j foi estudada, voc pode pedir a todos os grupos que representem as interaes entre as molculas de gua, ou simplesmente eles mesmos podem retomar os conhecimentos sobre essas interaes como um meio de desencadear a atividade.Substncia gua Amnia Metanol Etanol cido frmico Estrutura massa molar (g/mol) 18,0 17,0 32,0 46,0 46,0 tE (C) 100 33 65 78 101

Foras intermoleculares e solubilidade: como explicar em nvel microscpico que algumas substncias formadas por ligaes covalentes se dissolvem em gua, enquanto outras no?Os conhecimentos apresentados a respeito das interaes intermoleculares podem ser utilizados para explicar a solubilidade de algumas substncias em gua e em solventes no polares. Pode-se, por exemplo, apresentar alguns dados sobre a solubilidade de alcois e de hidrocarbonetos em gua e em hexano e problematizar as possveis interaes entre o soluto e o solvente. Alguns dados que podem ser utilizados esto apresentados na tabela a seguir (CA, Questes para a Sala de Aula 1 e 2).

2. Como j foi discutido, o ciclo hidrolgico de grande importncia para o planeta, pois um meio de transporte de gua e de energia. Explique, em nvel microscpico, as transformaes envolvidas nesse ciclo (CA, Lio de Casa, questo 2).

Atividade extra Foras de interaoAatividadesugeridaaseguirtemafinalidade de permitir que os alunos possam aplicar e ampliar os conhecimentos cons-

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Substncia Metanol (CH3OH) Etanol (C2H5OH) Butanol (C4H9OH) Pentano (C5H12) Gasolina (mistura de hidrocarbonetos)

Solubilidade em gua Solvel em qualquer proporo Solvel em qualquer proporo Pouco solvel Praticamente insolvel Praticamente insolvel

Solubilidade em hexano (C6h14) Pouco solvel Pouco solvel Solvel Solvel Solvel

Pode-se pedir que os alunos representem as estruturas dos trs alcois, comparem a parte polar com a apolar nos trs, inferindo qual deles seria o mais polar, e, ento, procurem explicar as interaes entre as molculas de cada um deles e as da gua. Pode-se pedir para que faam desenhos que representem as interaes entre as molculas do etanol ou do metanol no estado lquido, as interaes entre as molculas de gua e, ento, representem o processo de dissoluo de um desses alcois na gua, em termos dessas interaes moleculares. Com relao ao hexano, voc pode recordar a natureza das foras de interao que mantm unidas as molculas desse hidrocarboneto e sugerir que os alunos as comparem com as que preponderam entre as molculas de cada um dos alcois. Questione se o fato do metanol e do etanol apresentarem foras intermoleculares de natureza diferenteH1

das foras de disperso de London, existentes entre as molculas de hexano no estado lquido, poderia explicar a baixa solubilidade desses alcois no hexano (CA, Questo para a Sala de Aula 3). Pode ser questionado, ainda, se a solubilidade do butanol em hexano poderia ser explicada por meio desse tipo de comparao. Esse mesmo raciocnio, de comparao das foras intermoleculares, pode ser feito para explicar a solubilidade do pentano e da gasolina em hexano e em gua. Para avaliar a aprendizagem, voc pode pedir para que os alunos expliquem, em termos das interaes intermoleculares, a solubilidade em gua de substncias como a glicose, a glicerina, o cido frmico e o cido lurico (componente do leo de coco) (CA, Atividade 4, segunda Lio de Casa).

C C C C C C

O OH H OH OH OH H H H H C C C HGlicerina cido lurico

H HO H H H

2 3 4 5

OH OH OH CH3 (CH2)10 C

OO OH

6

HGlicose

H

C

OH

cido frmico

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Grade de avaliao da Atividade 4O que se espera dos alunos em relao anlise das curvas de temperatura de ebulio das substncias dos grupos 14 (C) e 16 (O) que percebam uma regularidade na famlia 14 e destaquem a temperatura de ebulio alta da gua em relao aos outros elementos desse grupo. Eles devem imaginar que a regio de carga positiva de uma molcula de gua deve atrair a de carga negativa de outra. Com relao aos valores altos de temperaturas de ebulio do HF e da NH3, o que se esperaqueosalunos,observandoogrfico, indiquem que as substncias HF e NH3 podem ter comportamento semelhante ao da gua e proponham a existncia de ligaes de hidrognio entre essas molculas. Com relao ao item 1 (do iceberg), que correlaciona propriedades da gua e as ligaes de hidrognio, a menor densidade da gua no estado slido pode ser explicada pelo aumentodevolumenasolidificaodecorrentedesua estrutura neste estado fsico. Noitem2(CA,Atividade4,Desafio!),espera-se que os alunos expliquem as mudanas de estado da gua no ciclo hidrolgico, considerando que energia precisa ser fornecida gua no estado lquido para que as foras de interao intermoleculares (ligaes de hidrognio) sejam superadas, mantendo, entretanto, as ligaes covalentes entre os tomos de H e O. Os alunos tambm podem explicar que, na condensao, as molculas gasosas perdem uma quantidadedeenergiasuficienteparamanter a gua no estado lquido, ocorrendo a formao de ligaes de hidrognio entre as molculas. Para formar o estado slido, mais energia perdida; as molculas se rearranjam e formam uma estrutura hexagonal, que se mantm por interaes do tipo ligao de hidrognio. As ligaes covalentes na molcula de gua se mantm em todo o ciclo.

A atividade extra, sugerida para que os alunos apliquem e ampliem os conhecimentos construdos sobre as interaes por ligaes de hidrognio, apresenta substncias cujas molculas se mantm unidas por meio desse tipo de interao. Como a gua j foi estudada, eles podem recordar seus conhecimentos sobre as interaes entre as molculas dessa substncia. Espera-se que faam uma aproximao entre a gua e o metanol, o etanol e o cido frmico, considerando a presena do grupo O-H nessas molculas. Assim, possvel propor que os grupos O-H dos alcois e do cido apresentem polarizao e as interaes entre as molculas se deem por interaes entre o tomo de O, parcialmente negativo, de uma molcula e o tomo de H, parcialmente positivo, de outra molcula. Os alunos podem apresentar representaes como as seguintes:

H H H H C H3C H H3C H C O O H H H C O CH 3

O H C OH

HO C O H

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Na atividade sobre foras intermoleculares e solubilidade, espera-se que os alunos indiquem que o butanol o menos polar dos trs alcois, pois apresenta maior cadeia carbnica (apolar). A seguir, uma representao da polaridade do etanol.

O H H C2H5 O H O HCom relao dissoluo da glicose, da glicerina e do cido frmico em gua, espera-se que os alunos indiquem que se dissolvem em gua, explicando que so possveis ligaes de hidrognio entre as molculas de cada uma dessas substncias e as da gua, enquanto o cido lurico (componente do leo de coco) no deve ser solvel em gua, pois, embora contenha um grupo OH-, apresenta uma cadeia carbnica longa, apolar, o que torna a molcula muito pouco polar e, consequentemente, pouco solvel em gua.

H

H3C CH2(Apolar)

OH(Polar)

Os alunos podem representar interaes de ligao de hidrognio entre as molculas de lcool e de gua, como mostrado a seguir, e, ainda, explicar que, para o etanol se dissolver em gua, preciso que ligaes de hidrognio existentes entre as molculas de etanol e entre as de gua se rompam para novas ligaes se formarem entre molculas de etanol e de gua. Isso possvel, pois so interaes de mesma magnitude e natureza.

SITUAO DE APRENDIZAGEM 2 FORAS DE INTERAO ENTRE PARTCULAS E SUBSTNCIAS MACROMOLECULARES

tempo previsto: 4 aulas. Contedos e temas: slidos covalentes, macromolculas: diamante, grafita, slica e silicatos (vidros, cermicas etc.). Competncias e habilidades: buscar informaes sobre alguns materiais utilizados pela sociedade e explicar suas propriedades, tendo como base os conhecimentos desenvolvidos; analisar informaes sobre impactos ambientais, econmicos e sociais da produo e dos usos desses materiais para emitir julgamentos prprios relativos a essas questes; desenvolver habilidades de escrita e de comunicao oral; desenvolver habilidades de trabalho em equipe. Estratgias: trabalho em grupo; pesquisas; elaborao de textos; cartazes; seminrios. recursos: biblioteca, internet e outros. Avaliao: elaborao de texto; seminrio; atividade-sntese.

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roteiro para aplicao da Situao de Aprendizagem 2Para a ampliao do tema ligaes covalentes,prope-seoestudodealgumassubstnciasconhecidas,comoagrafita,odiamante, a slica e os silicatos, e, ainda, alguns produtos de importncia para a sociedade, como vidro, pedras preciosas, cermicas e outros, que sero analisados em termos de suas estruturas e caractersticas. Tambm pode ser realizado um estudo da estrutura das protenas, tendo como base as ligaes de hidrognio (no CA, h uma proposta de Pesquisa Individual sobre o tema: Conhecendo as propriedades e a estrutura de outrosmateriais). Uma sugesto a de iniciar a atividade com uma breve exposio do contedo; em seguida, com os alunos organizados em grupos, voc poder apresentar a cada um deles uma proposta de pesquisa sobre uma das macromolculas citadas. possvel escolher quantos temas julgar importantes, levando em considerao a disponibilidade da turma. Os estudantes podem ser orientados a procurar informaes sobre composio qumica, estrutura, propriedades fsicas, usos que a sociedade faz, fontes de obteno, aspectos econmicos e impactos ambientais relativos produo ou extrao e aos usos desses materiais. Eles podem, ainda, elaborar cartazes com

informaes que relacionem as propriedades estrutura e aos usos, impactos etc. Os cartazes podem ser expostos na classe ou em outro local da escola. Tambm vivel solicitar um texto-sntese da pesquisa realizada. Levando em conta a natureza dos temas a ser pesquisados, a atividade pode ser interdisciplinar, integrandoprincipalmenteasreasdeGeografia, Histria e Biologia. O trabalho de cada equipe, posteriormente, poder ser exposto aos demais grupos em forma de seminrio. Como forma de avaliao, pode-se solicitar aos grupos a construo de um quadro-sntese correlacionando os tipos de substncias, as partculas que os compem, o tipo de ligao, as foras de interao interpartculas que neles atuam, as propriedades gerais que apresentam, exemplos de substncias (no CA, veja a seo Voc Aprendeu?). Assim, os alunos podero correlacionar o observvel, macroscpico, com o microscpico, fruto da elaborao de ideias.

Grade de avaliao da Situao de Aprendizagem 2A elaborao do quadro-sntese tem por finalidade permitir ao aluno que tenha uma viso geral das propriedades da matria e dos modelosexplicativosqueprocuramjustificar a existncia das substncias. A seguir, apresenta-se um possvel exemplo de quadro-sntese.

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tipos de substncias de acordo com a natureza das foras de ligao interpartculas e propriedades relacionadas com a estruturatipos de substncias Partculas que compem a substncia tipo de ligao Foras interpartculas Propriedades relacionadas estruturaSlidos de elevada temperatura de fuso; maus condutores de corrente eltrica no estado slido, porm condutores quando fundidos. Baixas temperaturas de fuso e de ebulio; geralmente gasosos ou lquidos a 25 oC; no condutores; insolveis em gua, mas solveis em solventes orgnicos. Semelhantes aos no-polares, porm com temperaturas de fuso e de ebulio mais elevadas; podem apresentar solubilidade em gua; volteis. Slidos duros com elevadas temperaturas de fuso (geralmente acima de 1 000 oC); insolveis em solventes comuns.

Exemplos

inicas

Ctions e nions

Inica

Ligao inica (interaes eletrostticas entre ons)

NaCl; MgCl2

moleculares

Molculas no-polares

Covalente

Disperso de London

H 2; CCl4; butano

moleculares

Molculas polares

Covalente

Dipolo-dipolo e ligaes de hidrognio

H2O; HCl; NH3

Slidos de rede covalente

tomos ligados em arranjos tridimensionais (macromolculas)

Covalente

Ligaes covalentes em rede

SiO2 (quartzo); diamante; grafita; fulerenos

metlicas

Ctions em nuvens eletrnicas (eltrons com mobilidade; mar deeltrons)

Metlica

Ligao metlica

Temperaturas de fuso variveis; bons condutores de calor e de eletricidade; de modo geral, so maleveis e dcteis.

Todos os metais, como Zn, Cu, Sn, Pb, Ni, Ag etc.

Elaborado por Maria Eunice Ribeiro Marcondes e Yvone Mussa Esperidio especialmente para o So Paulo faz escola.

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SITUAO DE APRENDIZAGEM 3 A PRESSO ATMOSFRICA E SUA INFLUNCIA NA TEMPERATURA DE EBULIO DAS SUBSTNCIAStempo previsto: 4 aulas. Contedos e temas: interao interpartculas, presso de vapor, temperatura de ebulio e evaporao. Competncias e habilidades: construir e aplicar um modelo explicativo para a ebulio; reconhecer a influncia da presso na temperatura de ebulio de lquidos; estabelecer relaes entre altitude, presso atmosfrica e ebulio; prever temperaturas de ebulio em diversas cidades tendo como base a altitude e sua relao com a presso ambiente; obter informaes a partir da leitura de grficos; ampliar o entendimento do mundo fsico. Estratgias: aulas expositivas dialogadas; atividades. recursos: atividades propostas; questes; grficos. Avaliao: questes; trabalho de busca de informaes; construo de grficos.

roteiro para aplicao da Situao de Aprendizagem 3Os modelos explicativos de ligaes qumicas apresentados e discutidos buscaram auxiliar os alunos na compreenso de vrias propriedades fsicas das substncias, considerando tanto as interaes intramoleculares quanto as intermoleculares. A variao da temperatura de ebulio de uma substncia com a presso atmosfrica, ainda no problematizada neste Caderno,tambmpodeserobjetodereflexo sobre alguns desses modelos explicativos, e seu estudo amplia a compreenso do mundo fsico, possibilitando o entendimento de mais um fenmeno natural, bem como a aplicao desse conhecimento no sistema produtivo. Para introduzir esse assunto, os seguintes dados e informaes podem ser apresentados:

f na cidade de So Paulo, a gua entra em ebulio a 97 oC, enquanto em Santos ou na Praia Grande, a temperatura de ebulio da gua de 100 C; f no topo do Monte Everest, a gua ferve a 72 oC,* e na montanha mais alta da Europa, o Monte Branco (Mont Blanc), ferve a 85 oC. Cozinhar um ovo nessas zonas demoraria consideravelmente mais tempo em relao s reas citadas anteriormente, visto que o cozimento depende do calor; f na cidade de Campos do Jordo (SP), a gua ferve a 95 oC. Um ovo fervido durante 5 minutos em Campos do Jordo no mais duro do que se fosse fervido durante 4 minutos na cidade do Rio de Janeiro (RJ), que est no nvel do mar.

* Disponvel em: . Acesso em: 24 abr. 2009.

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Com base nessas informaes, voc pode pedir aos alunos que estabeleam uma relao entre a altitude da regio e as temperaturas de ebulio da gua (os dados de altitude, temperatura e presso esto apresentados no CA, Questes para a Sala de Aula, exerccio 1). A tabela a seguir resume os dados e informaes apresentados e de outras localidades.temperatura aproximada de ebulio da gua (o0)100 100 97 95 92 88 82 72

Colin Monteath/Hedgehog House/Minden Pictures-Latinstock

localidadeRio de Janeiro Santos So Paulo Campos do Jordo Cidade do Mxico La Paz Monte Quilimanjaro Monte Everest

Altitude em relao ao nvel do mar (m)0 0 750 1 628 2 240 3 636 5 895 8 848

Emiliano Chemello. Disponvel em: . Acesso em: 24 abr. 2009.

O Monte Everest a montanha mais alta do mundo, com 8848 metros de altitude. Est situado no continente asitico, na Cordilheira do Himalaia (fronteira do Nepal com o Tibete). Em funo da altitude, o cume desta montanha permanece coberto de gelo durante o ano todo.

Paraexemplificar,pode-serelacionaraltitude com presso atmosfrica. Os alunos sabem, por exemplo, que os jogadores de futebol brasileiros precisam de um tempo de adaptao quando vo jogar em cidades de elevadas altitudes, como La Paz ou Cidade do Mxico, e utilizamexpressescomodifcilrespirar, oarrarefeitooutempoucoarparaexplicar tal necessidade. Assim, pode-se questionar se a presso atmosfrica nessas regies a mesma ou varia. Os dados a seguir podem auxiliar a discusso.

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localidadeRio de Janeiro Santos So Paulo Campos do Jordo Cidade do Mxico La Paz Monte Quilimanjaro Monte Everest* Valores aproximados

Presso atmosfrica* (mmhg)760 760 700 610 570 510 400 230

Eles podem representar o processo por meio de desenhos. Nesse caso, devem indicar as ligaes entre os tomos H e O e as ligaes intermoleculares(ligaesdehidrognio).Afigura a seguir um exemplo de representao.

H O H H O H O H O H Hligaes de hidrognio na gua lquida

H

O H H evaporao

O H H O H H O H H

A relao maior altitude menor presso atmosfrica pode ser estabelecida e, se julgar necessrio, lembre aos alunos de que, quanto menor a presso atmosfrica, menor a quantidade de gases que exercem presso naquela rea (a composio porcentual do ar no muda, mas muda a presso parcial dos gases na mistura, isto , a presso que o gs exerceria se ocupasse sozinho o volume da mistura). Se dispuser de tempo, ou se quiser propor uma tarefa extra, voc pode solicitar aos alunos que construam grficos que mostrem a variao da presso atmosfrica com a altitude e a variao da temperatura de ebulio da gua com a presso atmosfrica (no CA, h duas reprodues de papel milimetrado para talfinalidade;hmaisorientaesnaGradede Avaliao deste Caderno). Para a construo de um modelo explicativo da variao da temperatura de ebulio com a presso, o conceito de presso de vapor deve ser introduzido (veja o CA, questo 3). Voc pode pedir aos alunos que procurem explicar a evaporao da gua a partir do modelo de interao intermolecular discutido anteriormente.

molculas afastadas no vapor dgua

Pode-se problematizar o que acontece com a gua no estado lquido em um sistema aberto (por exemplo, uma poa de gua) e em um sistema fechado (por exemplo, uma garrafa de gua tampada). possvel explicar que, em um sistema fechado, a gua no vai evaporar totalmente, mas evapora at que o vapor de gua atinja uma dada presso sobre a superfcie da gua na garrafa (presso mxima de vapor)*. Quanto maior for o valor da presso da fase gasosa alcanado em uma dada temperatura, mais vapor ter se formado e maior a tendncia do lquido evaporar, ou seja, maior a sua volatilidade. Como os alunos sabem que, nas condies ambientes, o lcool evapora mais facilmente do que a gua, seria conveniente fornecer os valores de presso de vapor (tabela a seguir) a uma dada temperatura para esses dois lquidos (CA, Lio de Casa, questo 1). Eles podem fazer desenhos para representar a evaporao do lcool e da gua em sistemas fechados.

* A evaporao no para de acontecer; um estado de equilbrio estabelecido entre a evaporao e a condensao, ou seja, a rapidez com que a gua evapora igual rapidez com que se condensa, de maneira que a presso se mantm constante.

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Presso de vapor (mmHg)

Presso mxima de vapor a 20 oClcool etlico (etanol) gua 44,0 mmHg 18,0 mmHg

lcool etlico 760

gua

O grfico adiante mostra a variao da presso de vapor com a temperatura para dois lquidos: gua e lcool etlico. Pelo grfico, percebe-se que, a uma mesma temperatura, o mais voltil e o que apresenta maior presso de vapor o lcool e o menos voltil, ou seja, o que apresenta menor presso de vapor a gua (CA, Lio de Casa, questo 2).

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78

100

Temperatura (oC)

A presso de vapor varia com a temperatura em que o lquido se encontra. Com o aumento da temperatura, as molculas tero mais energia para vencer as foras atrativas que as mantm no estado lquido. A evaporao ser maior e, assim, a presso mxima de vapor aumentar. O esquema a seguir ilustra essas situaes.

Variao de presso de acordo com a temperaturaMolcula de gua vapor 25 mmHg vapor 150 mmHg vapor 760 mmHg

25 oC

lquido

60 oC

lquido

100 oC

lquido

Molcula de gua

Em vez de usar bolinhas, os alunos podem fazer desenhos semelhantes, considerando a representao da molcula de gua e das interaes intermoleculares. Para relacionar esse modelo explicativo com a ebulio, eles podem ser questionados sobre como explicariam o fato de um lquido entrar em ebulio quando aquecido a uma dada temperatura. No esperado que os alunos deem respostas corretas, mas que utilizem algumas das ideias sobre os modelos microscpicos j discutidos. Voc pode explicar que, para entrar

em ebulio, a presso de vapor deve ser igual presso ambiente; se a presso de vapor for menor, o lquido pode evaporar, mas no entrar em ebulio. Entretanto, quando a presso de vapor se iguala presso do local, o lquido ferve e as bolhas de vapor formadas no lquido sobem superfcie e escapam para o ambiente. Como na evaporao, supe-se que a energia fornecidasmolculassuficienteparavencer as interaes eletrostticas intermoleculares. Os alunos, a partir dessas ideias, podem explicar, em termos microscpicos, os dife-

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rentes valores de temperatura de ebulio da gua em locais que apresentam presses atmosfricas diferentes (CA, Questes para a Sala de Aula, exerccio 4).

Ampliando os conhecimentosPode-se problematizar, questionando se os alunos consideram que outros lquidos apresentam comportamento semelhante ao da gua, isto , se suas temperaturas de ebulio dependem da presso atmosfrica. possvel questioCH3 H3C C CH3Dimetilpropano

nar, tambm, se o modelo explicativo construdo para explicar o comportamento da gua poderia ser utilizado para explicar o de outros lquidos. E, ainda, se o modelo pode ser aplicado a lquidos que no apresentem interaes intermoleculares do tipo ligao de hidrognio. Voc pode discutir a ebulio do etanol e de um hidrocarboneto, por exemplo. Alguns dados do etanol e do dimetilpropano so apresentados a seguir (no CA, constam na questo da seo Para Saber Mais).

CH3

Temperatura de ebulio (760 mmHg): 9,5 oC. As atraes entre as molculas so fracas (a molcula apolar).

H H H C C OH H HEtanol

Temperatura de ebulio (760 mmHg): 78,5 oC. As atraes entre as molculas se do por ligaes de hidrognio (presena do grupo OH).

Paraincentivarareflexo,pode-seperguntar quais tipos de foras existem entre as molculas do dimetilpropano e entre as do etanol e se essas foras explicam a ordem de grandeza das temperaturas de ebulio. possvel questionar, ainda,

qual das duas substncias a mais voltil. As temperaturas de ebulio do lcool etlico e do dimetilpropano a vrias presses esto apresentadas a seguir.

temperatura de ebulio do lcool etlico a vrias pressesPresso (mmhg) temperatura de ebulio (oC) 1 31,3 10 2,3 40 19,0 100 34,9 400 63,5 760 78,4 1520 97,5

temperatura de ebulio do dimetilpropano a vrias pressesPresso (mmhg) temperatura de ebulio (oC) 150 30 320 10 530 0,0 760 10 1220 20 1600 30 2100 40

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Pode-se pedir aos alunos que representemgraficamenteosdadosapresentadoseque faam previses com relao: f temperatura de ebulio dos lquidos a 900 mmHg; f ao estado fsico das substncias em Campos do Jordo. Um exemplo do uso no sistema produtivo da propriedade da variao da temperatura de ebulio com a presso a destilao do

glicerol, tambm conhecido por glicerina, substncia obtida na produo do biodiesel e que tem aplicaes comerciais (no CA, o assuntoestapresentadonoDesafio!,contendo as informaes, o texto e as questes que seguem). Como a temperatura de ebulio da glicerina relativamente alta a 760 mmHg, reduzindo-se a presso externa, ela entrar em ebulio a uma temperatura mais baixa e, assim, a energia trmica requerida no processo ser menor. A menor temperatura de ebulio tambm previne que a glicerina se decomponha.

O glicerol normalmente utilizado na preparao de diversos produtos, como remdios, produtos de higiene pesH Estado lquido temperatura soal, comida, bebida, tabaco, resinas alqudicas, poliol, polide 25 oC a 1 atm (PF: 18,1 oC) H OH C ster, celofane e explosivos. Todavia, seu uso condicionado ao seu grau de pureza, que deve estar usualmente acima de H OH Temperatura de ebulio a: C 95%. Alm disso, a glicerina bruta cotada a R$ 1,40/kg, a 760 mmHg 290 oC C H OH 100 mmHg 222,4 oC bidestilada a R$ 3,65/kg, enquanto a glicerina farmacutica 10 mmHg 166,1 oC H (99,5%)vendidaavaloresacimadeR$564,00/kg. 4 mmHg 14,9 oC glicerina A glicerina bruta vegetal apresenta cerca de 30% de impureza, o que evidencia a necessidade de purific-la a As interaes moleculares se do por ligaes de fim de viabilizar seu emprego no setor industrial. As prinhidrognio. cipais impurezas presentes na glicerina oriunda do biodiesel so: catalisador, lcool e cidos graxos. Essas impurezas dependem da natureza da oleaginosa e do tipo de catlise empregada na preparao do biodiesel. A purificao da glicerina bruta feita por destilao sob presso reduzida (60 mmHg), resultando em um produto lmpido e transparente, denominado comercialmente de glicerina destilada ou bidestilada.* 1. Qual a vantagem para a indstria em reduzir a presso do sistema para fazer a destilao da glicerina? 2. Faa uma estimativa da temperatura de ebulio da glicerina presso em que destilada (60 mmHg). 3. usqueinformaessobreadestilaoapressoreduzida. BFrmula estrutural Frmula molecular: C3H8O3

* Texto adaptado de: VILA FILHO, Salvador; MACHADO, Alexandre dos Santos; SANTOS, Eduardo Pena. Disponvel em: . Acesso em: 22 abr. 2009.

Outro exemplo que pode ser explorado diz respeito obteno de alguns dos derivados do petrleo por destilao a presso reduzida.

A seguir, so sugeridas algumas questes para auxiliar a compreenso dos alunos e proporcionar a aplicao dos conceitos (no CA, essas questes compem a Lio de Casa).

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1. A figura seguinte apresenta a variao da presso de vapor com a temperatura para o lcool etlico e para o ter dimetlico, lquidos temperatura ambiente. Ambos tm a mesma composio, C2H6O, porm apresentam arranjos moleculares diferentes. Considere as interaes que podem ocorrer entre as molculas de cada uma dessas substncias e decida qual curva representa o ter dimetlico. Explique. H H H H H H H C C OH H HEtanol1 760 2

H C O C H

4. A presso de vapor da acetona, substncia utilizada na indstria como solvente de esmaltes, vernizes e tintas, de 185 mmHg a 20 oC. Comparando com a presso de vapor da gua nessa temperatura (18 mmHg), qual dos dois lquidos mais voltil (maior facilidade de evaporar)? Qual dos dois voc espera que apresente maior temperatura de ebulio mesma presso? Voc considera que as foras com que as molculas de acetona se atraem devam ser mais fortes ou mais fracas do que as foras de atrao entre as molculas da gua? Explique suas respostas.

ter dimetlicoPresso de vapor (mmHg)

Grade de avaliao da Situao de Aprendizagem 3Com relao primeira situao proposta aos alunos (relao entre altitude e temperatura de ebulio da gua), espera-se que percebam que quanto maior a altitude de uma localidade, menor a temperatura de ebulio da gua, sendo que o valor mximo se d ao nvel do mar (altitude zero). Espera-se tambm que estabeleam a relao entre presso atmosfrica e altitude, relacionando as informaes fornecidas para vrias localidades.Elespodemconstruirosseguintesgrficos solicitados anteriormente (CA, Questes para a Sala de Aula).

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78o

Temperatura ( C)

2. Em qual das cidades relacionadas na tabela a seguir a gua vai ferver em temperatura mais baixa? Explique. CidadeSo Carlos Piracicaba Cananeia Ouro Verde

Altitude (m)*854 526 8 350Altitude (m)10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0 200 400 600 800

* A altitude medida em relao ao nvel do mar (altitude zero).

3. Verifique a altitude de sua cidade e preveja a temperatura em que a gua entrar em ebulio.

Presso atmosfrica (mmHg)

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temperatura de ebulio da gua a diferentes presses atmosfricasPresso atmosfrica (mmHg)800 600 400 20 0 0 60 70 80 90 100

Para responder questo em relao a Campos do Jordo, os alunos devem buscar as informaes sobre altitude (1 628 m) ou presso (610 mmHg) nessa cidade, fornecidas anteriormente, e fazer uma interpolao dos dados nas curvas apresentadas, concluindo que, em Campos do Jordo, se for considerada uma temperatura ambiente de 25 oC, o dimetilpropano estar no estado gasoso, e o etanol, no estado lquido. Quanto s questes sugeridas para auxiliar na compreenso e aplicao dos conhecimentos (segunda Lio de Casa), na primeira os alunos devem perceber que as molculas do ter no interagem entre si por ligao de hidrognio, e sim por interaes do tipo foras fracas (dipolos instantneos), apresentando, portanto, temperaturas de ebulio mais baixas que o etanol em diferentes presses. A curva que representa o ter a de nmero 1. Na segunda questo, eles devem apontar a cidade de So Carlos, que tem maior altitude, como aquela em que a gua entrar em ebulio em menor temperatura. Podem explicar, inclusive, que a presso atmosfrica nessa cidade menor do que nas outras. Quanto ltima questo, os alunos devem reconhecer que a acetona mais voltil do que a gua, pois apresenta maior presso de vapor, isto , maior facilidade em evaporar, e sua temperatura de ebulio deve ser menor do que a da gua. Quanto s foras de interao intermoleculares, espera-se que os alunos prevejam que so mais fracas na acetona do que na gua.

Temperatura de ebulio (oC)

Na atividade seguinte (Ampliando os Conhecimentos), espera-se que os alunos consigam relacionar a maior facilidade de evaporao com maior presso de vapor, podendo generalizar que, quanto maior a presso de vapor que um lquido apresenta, mais facilmente evaporar. Comparando o etanol com o dimetilpropano, eles devem concluir que o etanol possui maior temperatura de ebulio, o que pode ser explicado pelas foras de interaes intermoleculares, do tipo ligao de hidrognio, serem mais intensas do que as presentes no dimetilpropano. Os alunos podem construir um grficocomoomostradoaseguirpararesponder s questes formuladas, esperando-se que indiquem que, a 900 mmHg, o etanol deve entrar em ebulio em temperatura prxima de 90 oC, e o dimetilpropano, de 20 oC. temperatura de ebulio a diferentes pressesetanol dimetilpropano

Presso (mmHg)

2000 1500 1000 500 0 -10 0 10 20 30 40 50o

60

70

80

90

100

Temperatura ( C)

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SITUAO DE APRENDIZAGEM 4 SNTESE DE IDEIAS SOBRE A TRANSFORMAO QUMICA

tempo previsto: 2 aulas. Contedos e temas: sntese dos conceitos tratados sobre as transformaes qumicas e as propriedades das substncias. Competncias e habilidades: relacionar os nveis macroscpico, microscpico e representacional envolvidos na construo do conceito de transformao qumica, considerando os conhecimentos adquiridos para a compreenso da existncia das substncias. Estratgias: construo de um diagrama (quadro, mapa conceitual) mostrando relaes entre os conceitos envolvidos. recursos: lista de conceitos. Avaliao: diagrama construdo.

roteiro para aplicao da Situao de Aprendizagem 4O objetivo desta Situao de Aprendizagem proporcionar aos alunos a organizao de suas prprias ideias, de maneira que percebam relaes entre os conceitos de transformao qumica ou de ligaes qumicas tratados anteriormente, integrando os aspectos macroscpicos e microsPartculas Slido Estrutura lquido temperatura de ebulio

cpicos da formao das substncias. Voc pode apresentar uma lista de conceitos e ideias, pedindo a eles que os organizem, estabelecendo relaes entre eles. A seguir, so apresentados alguns conceitos tratados neste Caderno e um texto que mostra como eles podem ser relacionados (no CA, Questo para a Sala de Aula).Estados fsicos Presso de vapor

interaes interpartculas Gasoso

temperatura de fuso

A matria constituda por partculas que se organizam em certa estrutura, formando as diferentes substncias. Essas estruturas determinam as foras de interao entre elas e, consequentemente, o estado fsico em que se apresentam slido, lquido ou gasoso. Entre as partculas no estado slido, as interaes so mais fortes do que no lquido e, neste, mais do que no gasoso. A presso de vapor do lquido aumenta quando ele recebe energia e, ao se igualar presso atmosfrica, o lquido entra em ebulio, passando para o estado gasoso. O slido, ao receber energia, pode alcanar sua temperatura de fuso e passar ao estado lquido.

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Esses conceitos podem ser organizados na forma de um diagrama, como o seguinte.

Gasoso

temperatura de ebulio

Partculas energia se organizam determina determinam que podem ser energia P v= Patm

Estrutura

interaes interpartculas

Estados fsicos

lquido

apresenta

Presso de vapor

energia

Slido

energia

temperatura de fuso

Vale ressaltar que no existe uma forma nica de organizar essas relaes entre os conceitos e que o diagrama apenas uma das vrias possibilidades. O uso de alguns termos que explicitam as relaes existentes entre os conceitos facilita a leitura desse tipo de esquema e, por isso, esses termos merecem ateno. Os conceitos selecionados podem ser listados na lousa, e pode-se solicitar aos alunos que identifiquemasrelaesexistentesentreelese que proponham como poderiam ser organiza-

dos por meio de um diagrama. Voc, professor, pode realizar essa construo com contribuies dos alunos. Como uma atividade-sntese dos conceitos relacionados s transformaes qumicas que foram discutidos nos Cadernos dos trs bimestres, pode-se solicitar aos alunos que construam, em casa, como tarefa individual ou coletiva, um diagrama que relacione os seguintes conceitos (pedido, no CA, como Lio de Casa):

transformaes qumicas Conservao de massa Evidncias

reagentes novas substncias (produtos) Equaes qumicas

rearranjos de tomosProporo entre as massas Quebra e formao de ligaes

Frmulas qumicas

Propriedades caractersticas

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Caso voc considere que os alunos tenham muita dificuldade na realizao da tarefa, pode-se apresentar o mapa sugeridonaGradedeavaliaoaseguirsemas relaes entre os conceitos (ressaltadas em vermelho) e solicitar a eles que as estabeleam e as expliquem. Essa atividade dever ser discutida em sala, pois representa uma sntese do estudo das transformaes qumicas realizado at o momento.

Grade de avaliao da Situao de Aprendizagem 4Espera-se que os alunos coloquem relaes entre os conceitos e que integrem as vises macroscpica e microscpica. A lista apresentada antes apenas sugestiva, de maneira que voc deve adapt-la sua realidade. Os alunos tambm podem apresentar diferentes maneiras de organizar e relacionar os conceitos, cabendo a voc considerar se as relaes estabelecidas so adequadas. Uma possibilidade de esquema para esses conceitos a seguinte:

representadas por

transformaes qumicas

reconhecidas por envolvem

reagentes

rearranjos de tomos

Conservao de massa

Proporo entre as massas

Quebra e formao de ligaes

representadas por

na formao de

Evidnciascom

Frmulas qumicas Equaes qumicas

representadas por

novas substncias (produtos)

Propriedades caractersticas

como

como tF, tE, densidade, solubilidade mudana de cor, efervescncia, liberao de calor, precipitao

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PROPOSTAS DE QUESTES PARA AVALIAO*1. (Enem 1999) A panela de presso permite que os alimentos sejam cozidos em gua muito mais rapidamente do que em panelas convencionais. Sua tampa possui uma borracha de vedao que no deixa o vapor escapar, a no ser atravs de um orifcio central sobre o qual assenta um peso que controla a presso. Quando em Claudio Ripinskas

uso, desenvolve-se uma presso elevada no seu interior. Para a sua operao segura, necessrio observar a limpeza do orifcio central e a existncia de uma vlvula de segurana, normalmente situada na tampa. O esquema da panela de presso e um diagrama de fase da gua so apresentados a seguir. diagrama de fase de gua5

vlvula de segurana vapor4

Presso (atm)

3

2

lquido vapor

lquido aquecimento

1

0

0

20

40

60

80o

100

120

140

160

Temperatura ( C)

A vantagem do uso de panela de presso a rapidez para o cozimento de alimentos, e isto se deve: a) presso no seu interior, que igual presso externa; b) temperatura de seu interior, que est acima da temperatura de ebulio da gua no local;

c) quantidade de calor adicional que transferida panela; d) quantidade de vapor que est sendo liberada pela vlvula; e) espessura da sua parede, que maior que a das panelas comuns.

* CA, seo Voc Aprendeu?.

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2. (Fuvest 2002) Alguns alimentos so enriquecidos pela adio de vitaminas, que podem ser solveis em gordura ou em gua. As vitaminas solveis em gordura possuem uma estrutura molecular com poucos tomos de oxignio, semelhante de um hidrocarboneto de longa cadeia, predominando o carter apolar. J as vitaminas solveis em gua tm estrutura com alta proporo de tomos eletronegativos, como o oxignio e o nitrognio, que promovem forte interao com a gua. Abaixo esto representadas quatro vitaminas:OH O HO O OH

Dentre elas, adequado adicionar, respectivamente, a sucos de frutas puros e a margarinas, as seguintes: a) I e IV; b) II e III; c) III e IV; d) III e I; e) IV e II. 3. (Fuvest 2001) Entre as figuras, a que melhor representa a distribuio das partculas de soluto e de solvente, em uma soluo aquosa diluda de cloreto de sdio, :

OH I

a)H3C CH3 CH3 CH3 II CH3 OH

b)+ -

+

-

c)O CH3 CH3 III CH3 O CH3 N CH3 CH3 CH3 CH3

+

-

d)

+ - + - + -

O

e)

+

-

HO

COOHLegenda

OH H IV

-

Cl-

+

Na+

H2O

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4. (Enem 1998 adaptada) A tabela a seguir registra a presso atmosfrica em diferentes altitudes, e o grfico relaciona a presso de vapor da gua em funo da temperatura.Altitude (km)0 1 2 4 6 8 10Presso de vapor da gua (mmHg)800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 20 40 60 80 100 120

Natal do que em Campos do Jordo. Algum dos estudantes est correto?localidadeNatal (RN) Campos do Jordo (SP) Pico da Neblina (RR)

AltitudeNvel do mar Altitude: 1 628 m Altitude: 3 014 m

Presso atmosfrica (mmhg)760 600 480 300 170 120 100

Est correto o estudante que considerou que a temperatura de ebulio da gua maior em Natal do que em Campos do Jordo. 5. (Adaptada de Vestibular da Unesp 2005) S1, S2 e S3 so trs substncias distintas. Inicialmente, no estado slido, foram aquecidas independentemente at a fuso completa enquanto se determinava suas condutibilidades eltricas. Os resultados esto mostrados a seguir.

Comportamento quanto condutibilidade eltricaSubstnciaTemperatura (oC)

Estado slidocondutor isolante isolante

Estado lquidocondutor isolante condutor

S1 S2 S3

Um lquido, em um frasco aberto, entra em ebulio a partir do momento em que a sua presso de vapor se iguala presso atmosfrica. Um estudante considerou que a gua entra em ebulio a uma temperatura maior no Pico da Neblina do que em Campos do Jordo, enquanto outro considerou que a gua entra em ebulio a uma temperatura maior em

Que tipo de slido inico, metlico ou covalente cada uma dessas substncias pode ser? Justifique. S1: slido metlico; S2: slido cov

2009 volume 3 cadernodoprofessor quimica ensinomedio 2aserie caderno do professor

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