ensino mdio

1a SRIE

caderno doPROFESSOR

QU

MIC

A

volume 2 - 2009

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GovernadorJos Serra

Vice-GovernadorAlberto Goldman

Secretrio da EducaoPaulo Renato Souza

Secretrio-AdjuntoGuilherme Bueno de Camargo

Chefe de GabineteFernando Padula

Coordenadora de Estudos e Normas PedaggicasValria de Souza

Coordenador de Ensino da Regio Metropolitana da Grande So PauloJos Benedito de Oliveira

Coordenador de Ensino do InteriorRubens Antonio Mandetta

Presidente da Fundao para o Desenvolvimento da Educao FDEFbio Bonini Simes de Lima

EXECUO

Coordenao Geral Maria Ins Fini

Concepo Guiomar Namo de MelloLino de MacedoLuis Carlos de MenezesMaria Ins FiniRuy 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

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, 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 Purificao 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

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 Grfico e Occy Design (projeto grfico)

APOIO

FDE Fundao para o Desenvolvimento da Educao

CTP, Impresso e Acabamento

Imprensa Oficial do Estado de So Paulo

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 protegi-dos* 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.

Caderno do professor: qumica, ensino mdio - 1 srie, volume 2 / Secretaria da Educao; coordenao geral, Maria Ins Fini; equipe, Denilse Morais Zambom, Fabio Luiz de Souza, Hebe Ribeiro da Cruz Peixoto, Isis Valena de Sousa Santos, Luciane Hiromi Akahoshi, Maria Eunice Ribeiro Marcondes, Maria Fernanda Penteado Lamas, Yvone Mussa Esperidio. So Paulo : SEE, 2009.

ISBN 978-85-7849-299-1

1. Qumica 2. Ensino Mdio 3. Estudo e ensino I. Fini, Maria Ins. II. Zambom, Denilse Morais. III. Souza, Fabio Luiz de. IV. Peixoto, Hebe Ribeiro da Cruz. V. Santos, Isis Valena de Sousa. VI. Akahoshi, Luciane Hiromi. VII. Marcondes, Maria Eunice Ribeiro. VIII. Lamas, Maria Fernanda Penteado. IX. Esperidio, Yvone Mussa. X. Ttulo.

CDU: 373.5:54

S239c

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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, nova-mente 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 to-das 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 pol-ticas 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 aprendiza-gem 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, es-to 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 exata-mente 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 orienta-es 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 5

Ficha do caderno 7

orientao sobre os contedos do bimestre 8

Situaes de Aprendizagem 10

Situao de Aprendizagem 1 Combustveis e combusto no dia-a-dia e no sistema produtivo 10

Situao de Aprendizagem 2 Relaes em massa nas transformaes qumicas: conservao e proporo em massa 22

Situao de Aprendizagem 3 Implicaes socioambientais da produo e do uso de combustveis 37

Situao de Aprendizagem 4 Modelo atmico de John Dalton: ideias sobre a constituio e a transformao da matria 51

Questes para avaliao 56

Propostas de Situao de Recuperao 60

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

consideraes finais 62

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5So PAulo FAz eScolA umA PRoPoStA cuRRiculAR PARA o eStAdo

Prezado(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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6Sempre 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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7FichA do cAdeRnocombustveis: transformaes, massas e energias envolvidas

nome da disciplina: Qumica

rea: Cincias da Natureza e suas Tecnologias

etapa da educao bsica: Ensino Mdio

Srie: 1a

Perodo letivo: 2o bimestre de 2009

temas e contedos: Combustveis e combusto no dia-a-dia e no sistema produtivo Relaes em massa nas transformaes qumicas: conservao e proporo em massa Implicaes socioambientais da produo e do uso de combustveis Modelo atmico de John Dalton: ideias sobre a constituio e a transformao da matria

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8oRientAo SobRe oS contedoS do bimeStReCaro(a) professor(a),

Esperamos que este material possa atender

aos seus anseios e auxili-lo no planejamento,

na execuo e na avaliao de suas aulas. Os

contedos que aqui sero abordados levam

em considerao as orientaes dos Parme-

tros Curriculares Nacionais para o Ensino

Mdio (PCNEM), a matriz de competncias

e habilidades do Exame Nacional do Ensino

Mdio (Enem) e os princpios educacionais de

contextualizao do conhecimento cientfico

e da interdisciplinaridade. Acreditamos que,

tratando de contedos socialmente relevantes,

de forma que os estudantes possam participar

ativamente na elaborao de seus prprios co-

nhecimentos, poderemos alcanar o objetivo

de fornecer nossa sociedade um servio edu-

cacional de qualidade.

Na 1a srie do Ensino Mdio sero es-

tudadas as transformaes qumicas que

ocorrem no dia-a-dia e no sistema produ-

tivo e como o conhecimento cientfico pos-

sibilita ao ser humano compreender, prever

e controlar esses processos. Isso permitir

a ampliao do conhecimento cientfico e a

compreenso das aplicaes da Qumica e

suas consequncias na sociedade, na econo-

mia e no meio ambiente.

Neste bimestre, sero estudados os com-

bustveis, focalizando cinco principais as-

suntos dentro deste tema: (a) os aspectos

conceituais e representacionais das reaes de

combusto; (b) a quantidade de energia libe-

rada na queima de diferentes combustveis; (c)

as relaes em massa envolvidas nas combus-

tes e outras transformaes qumicas; (d) os

impactos ambientais envolvidos na produo

e no consumo de combustveis; (e) as ideias de

John Dalton sobre a constituio e a transfor-

mao da matria.

Inicialmente, esses assuntos sero discu-

tidos no nvel macroscpico, levando-se em

conta somente as massas de reagentes e pro-

dutos e as quantidades de energia que a quei-

ma de diferentes combustveis pode fornecer.

O modelo atmico de Dalton ser ento in-

troduzido para que a conservao da massa

(Lei de Lavoisier) e as propores constan-

tes entre as massas de reagentes e produtos

participantes de uma transformao qumica

(Lei de Proust) possam ser entendidas no n-

vel submicroscpico (atmico-molecular).

Antes da introduo do modelo de Dalton,

ser proposta uma atividade, Cena de um cri-

me, que procura apresentar a ideia de modelo

e teoria como criaes humanas consistentes,

com evidncias, e que permitem explicaes e

previses, mas que no podem ser igualadas

verdade. Espera-se que os alunos compre-

endam que o modelo de Dalton, embora no

explique a natureza eltrica da matria, foi

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9Qumica - 1a srie - Volume 2

muito importante em sua poca e possibilitou

que o entendimento das transformaes qu-

micas pudesse ser ampliado. Almeja-se, enfim,

que se entenda que todos os modelos apresen-

tam limitaes e que podem ser abandonados,

ampliados ou modificados luz de novos co-

nhecimentos e descobertas, mas que isso no

diminui sua importncia no processo de cons-

truo do conhecimento humano.

Na realizao dessas atividades, esperamos

que sejam desenvolvidas as seguintes compe-

tncias e habilidades:

1. dominar a linguagem cientfica empregada na descrio de transformaes qumicas.

Empregar corretamente termos como con-

servao de massa, proporo em massa,

modelo atmico, tomos, elementos qumi-

cos e massa atmica;

2. construir e aplicar conceitos das vrias re-as do conhecimento para compreender as

transformaes qumicas que ocorrem no

dia-a-dia e no sistema produtivo, em espe-

cial as relaes em massa e o uso de mo-

delos explicativos para a interpretao ao

nvel microscpico;

3. selecionar, organizar, relacionar e interpre-tar dados e informaes representados em

textos, tabelas e grficos referentes s trans-

formaes qumicas e s massas envolvidas,

para tomar decises e enfrentar situaes-

problema. Interpretar as transformaes

qumicas a partir das ideias de John Dalton

sobre a constituio da matria;

4. relacionar informaes com dados de ob-servaes diretas, textos descritivos e dados

de propriedades especficas para construir

argumentaes consistentes sobre o uso e a

produo de combustveis;

5. recorrer aos conhecimentos sobre as transformaes qumicas envolvidas na

queima de combustveis para propor in-

tervenes na realidade da comunidade

escolar, visando melhoria da qualidade

de vida.

As Situaes de Aprendizagem propostas

neste Caderno foram concebidas tendo em

vista as condies limitadas s quais muitas

vezes voc, professor, est sujeito. Acredita-

mos no potencial dos professores de Qumi-

ca de So Paulo e esperamos que as devidas

adaptaes possam ser feitas sem que haja

perda de qualidade nas Situaes de Apren-

dizagem propostas. Sugerimos a realizao

de experimentos, leituras de textos, ativida-

des com papel e lpis, uso da lousa e de aulas

expositivas dialgicas como estratgias did-

ticas para o ensino dos temas propostos para

este 2o bimestre.

Os materiais elaborados pelos alunos e os

resultados apresentados ao longo do bimestre

na realizao das atividades propostas devem

ser avaliados em termos de expectativas de

aprendizagem dos conhecimentos essenciais

ao prosseguimento dos estudos nas etapas

subsequentes. Esses conhecimentos a ser prio-

rizados so discutidos em cada uma das Situ-

aes de Aprendizagem deste Caderno.

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10

SituAeS de APRendizAgem

vistos na Atividade 2 da Situao de Apren-

dizagem 3 do Caderno anterior. No devem

ser abordados, neste momento, os conceitos

de energia de ligao ou entalpia, visto que

ainda no foi discutido um modelo corpus-

cular da matria e, nessa introduo ao tema,

no necessrio tal aprofundamento. A dis-

cusso neste bimestre deve se dar apenas no

nvel fenomenolgico; o uso de modelos ex-

plicativos sobre a formao e o consumo de

energia nas reaes qumicas ser discutido

nos bimestres posteriores. As indicaes em

relao ao uso de smbolos, frmulas e equa-

es qumicas apresentadas no Caderno ante-

rior continuam vlidas, ou seja:

as frmulas devem ser tratadas como re- fpresentaes qumicas das substncias,

sem a preocupao, neste momento, com

a compreenso dos significados dos smbo-

los qumicos e seus ndices;

as equaes qumicas devem ser trata- fdas como representaes das interaes e

transformaes qumicas, sem a preocupa-

o com o balanceamento, o rearranjo de

tomos ou as ligaes qumicas.

SITUAO DE APRENDIzAGEM 1 COMBUSTVEIS E COMBUSTO NO DIA-A-DIA

E NO SISTEMA PRODUTIVO

Nesta Situao de Aprendizagem sero

conhecidos e analisados diferentes combust-

veis, alguns empregados na produo da cal

e do ferro e outros em veculos automotivos.

Este tema foi escolhido por proporcionar um

contexto de estudo por meio do qual as trans-

formaes qumicas podem ser compreendi-

das de maneira significativa. Para isso, sero

ressaltadas as relaes entre a massa de um

combustvel e a quantidade de energia que sua

combusto capaz de gerar, alm de alguns

aspectos cientficos e tecnolgicos do uso de

combustveis como carvo, lcool e gasolina.

Esta situao tem a funo de estabele-

cer uma ponte entre os assuntos tratados no

1o bimestre e os temas que sero abordados

neste 2o bimestre. Retoma-se a produo da

cal e do ferro, desta vez destacando o com-

bustvel usado nesses processos, e no os

produtos em si. No se espera que sejam es-

gotados os contedos relacionados ao tema

combustveis e combusto ou os conceitos

da termoqumica apenas nesta Situao de

Aprendizagem. Trata-se de uma ampliao

da compreenso dos aspectos energticos

envolvidos nas transformaes qumicas,

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11

Qumica - 1a srie - Volume 2

tempo previsto: 4 aulas.

contedos e temas: uso de diferentes combustveis; caloria; poder calorfi co; reao de combusto.

competncias e habilidades: analisar dados referentes s massas e energia envolvida na queima de com-bustveis, estabelecendo relaes de proporcionalidade entre essas duas grandezas.

estratgias: levantamento das ideias dos alunos; exposio dialogada.

Recursos: lousa e giz; questes presentes neste Caderno.

Avaliao: respostas s questes e participao nas aulas.

Atividade 1 combusto do carvo na produo da cal e do ferro

Sugere-se que esta atividade seja iniciada

com um levantamento das ideias que os alu-

nos tm sobre o uso de combustveis. Algumas

das questes que podem ser propostas so:

Vocs conhecem algum combustvel? O que so

combustveis? Para que so usados? As respos-

tas podem ser escritas num canto da lousa e

organizadas em uma lista com os nomes dos

combustveis e seus usos, porm no h neces-

sidade, neste momento, de entrar em detalhes

sobre as formas de produo e os usos desses

combustveis, nem especifi car suas caracters-

ticas. O importante que os alunos saibam

que h uma grande diversidade de materiais

usados como combustveis para a produo

de energia trmica e luz, e que esses podem ser

usados em diferentes situaes.

Pode-se retomar os processos de produo

da cal e do ferro, discutidos no bimestre an-

terior. Para isso, faa um esboo de um forno

de calcinao na lousa e indique onde os ma-

teriais so dispostos, quais matrias-primas

so empregadas e quais produtos so obtidos.

Os fornos de calcinao de calcrio podem

apresentar diversos formatos, portanto no

preciso dar ateno a detalhes quanto ao de-

senho. Uma sugesto de esboo apresentada

a seguir:

Esboo de um forno de calcinao de calcrio.

sada de gs

entrada de calcrio

paredes detijolos

sadada cal

entradade carvo e ar

Con

exo

Edi

tori

al

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12

A produo da cal e do ferro, como visto

anteriormente, apresenta diversos aspectos

cientficos e tecnolgicos que podem ser inter-

pretados luz dos conhecimentos qumicos.

Um desses aspectos a necessidade da queima

de combustveis para o fornecimento de ener-

gia nas reaes qumicas que ocorrem no for-

no de calcinao do calcrio e no alto-forno

siderrgico.

Lembre aos alunos que, conforme visto

anteriormente, em ambos os casos o combus-

tvel empregado o carvo. No caso da cal-

cinao do calcrio, utiliza-se o carvo mais

por convenincia do que por necessidade, isto

, o carvo usado, entre outros motivos, por

ser um combustvel de baixo custo e de fcil

obteno. Assim, ele poderia ser substitudo

por outras fontes de energia, como a lenha, o

gs natural ou o leo diesel, que fornecem a

energia necessria para que o calcrio alcance

temperaturas superiores a 900 C, sua tempe-

ratura de decomposio trmica em xido de

clcio (CaO) e gs carbnico (CO2). Entretan-

to, tais mudanas exigiriam modificaes nos

fornos de calcinao e provavelmente resulta-

riam em maiores custos com combustvel.

Por outro lado, o carvo siderrgico, ou

seja, aquele empregado na produo do ferro,

no pode ser substitudo por outro combust-

vel, pois apresenta uma dupla funo: alm de

fornecer a energia necessria para que ocor-

ram algumas transformaes qumicas no

alto-forno, ele um dos reagentes necessrios

produo do ferro. O carvo, ao interagir

com quantidades reduzidas de oxignio, for-

ma monxido de carbono (CO), que interage

com xidos de ferro produzindo ferro metli-

co. Esse processo ser visto com mais detalhes

no prximo bimestre.

O carvo usado em escala industrial

como fonte de energia trmica tanto na ob-

teno da cal como na obteno do ferro. A

tabela a seguir mostra os dados de consumo

de carvo na produo de 1 kg, ou seja, 1 000 g

de cal e de ferro.

massa de carvo consumida

na produo de 1 000 g (1 kg) de cal

na produo de 1 000 g (1 kg) de ferro

312 g 910 g

Na anlise da tabela, algumas questes

simples podem ser propostas para avaliar o

entendimento sobre as informaes apresen-

tadas. Pode-se perguntar, por exemplo: O que

consome mais carvo, a produo de 1 kg de cal

ou de 1 kg de ferro?

apresentada a seguir uma questo para

que os estudantes relacionem a massa de cal

produzida e a massa de carvo consumida nes-

te processo.

Questo

Segundo a Associao Brasileira de Produ- ftores de Cal (ABPC), a produo de cal no

Brasil em 2006 foi de 7 milhes de tonela-

das. A partir deste dado e das informaes

da tabela acima:

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13

Qumica - 1a srie - Volume 2

a) Expresse a massa, em gramas, de cal

produzida em 2006, levando em conta

que 1 t = 106 g = 1 000 000 g.

b) Calcule a quantidade de carvo, em to-

neladas, consumido no Brasil apenas na

produo de cal durante o ano de 2006.

grade de avaliao da Atividade 1

Nesta questo ser necessrio ler, interpre-

tar e utilizar os dados da tabela e do enunciado,

estabelecer uma relao de proporcionalidade

e calcular o valor solicitado. Por isso, d tem-

po para que os alunos reflitam e respondam

questo.

possvel a resoluo da seguinte forma:

a) 7,0 milhes de toneladas = 7,0 x 106 t

Como 1 t equivale a 106 g 7,0 x 106 t = 7,0 x 106 x 106 g =

7,0 x 1 012 g

b)

Assim, para a produo de 7,0 milhes de

toneladas de cal foram usados 2,2 milhes de

toneladas de carvo.

Uma provvel dificuldade que pode ser

apresentada na resoluo desta questo diz

respeito ao uso da notao cientfica. Talvez

seja este o momento em que se deva fazer uma

reviso sobre esse tpico ou, em ltimo caso,

solicitar que o professor da disciplina de Ma-

temtica a faa. Outra dvida que pode apare-

cer refere-se forma de expressar o resultado

final. Nesse caso, pode-se retomar o conceito

de algarismos significativos1 e mostrar que,

como o dado de partida (7,0 milhes de to-

neladas) apresenta apenas dois algarismos

significativos, o resultado final fica limitado a

apenas dois algarismos significativos (2,2 mi-

lhes de toneladas).

Atividade 2 o poder calorfico dos combustveis

A escolha de um combustvel deve considerar

outros fatores alm do custo e da disponibilida-

de. importante tambm que o combustvel a

ser escolhido apresente uma boa produtividade

de energia. Como as mesmas massas de distintos

combustveis liberam quantidades diferentes de

energia, desejvel que o combustvel escolhido

consuma a menor massa possvel na liberao

da energia requerida para um dado processo.

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

Massa de carvo

Massa de cal

X

7,0 x 1012 g

312 g

1 000 g=

X = 2,184 x 1012 g

X 2,2 x 106 t

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A tabela a seguir permite a melhor visuali-

zao da relao entre massa de combustvel

e energia trmica liberada na combusto, da-

dos que sero utilizados nas prximas aulas.

combustvel

energia trmica liberada na combusto de 1,0 kg de combustvel

em kJ/kg em kcal/kg

Gs de cozinha (GLP)2 49 030 11 730

Gasolina (sem lcool) 46 900 11 220

Gasolina (com 20% de lcool) 40 546 9 700

leo diesel 44 851 10 730

Carvo 28 424 6 800

Lenha 10 550 2 524

Etanol 29 636 7 090

lcool combustvel 27 200 6 507

Biogs 25 000 6 000

Gs natural 37 800 9 054

A quantidade de energia trmica liberada

na queima de 1 kg de combustvel chama-

da de poder calorfico e pode ser expressa em quilojoules por quilograma (kJ/kg) ou em

quilocalorias por quilograma (kcal/kg) de

combustvel. A comparao dos poderes ca-

lorficos de diferentes combustveis um dos

critrios para a sua escolha. Nesse aspecto,

quanto maior o poder calorfico, melhor o

combustvel.

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

importante destacar o fato de que a maio-

ria dos combustveis formada por misturas de

substncias e que as propores entre as subs-

tncias que compem cada combustvel podem

variar dependendo da forma como foi obtido,

de sua origem ou do mtodo usado para sua pu-

rificao. Em decorrncia dessas diferenas de

composio, o poder calorfico em geral repre-

senta a mdia de valores de certas variedades de

combustvel com composies bem especficas.

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

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Qumica - 1a srie - Volume 2

O biogs um exemplo disso. Este gs

combustvel formado por uma mistura de

diversos gases, sendo o metano (CH4) e o gs

carbnico seus maiores constituintes. Depen-

dendo da forma como ele produzido, pode

haver diferentes teores do gs metano (com-

bustvel). Em geral, o biogs apresenta entre

50% e 70% de metano e seu poder calorfico

pode variar entre 5 000 e 7 000 kcal/kg.

O mesmo pode ocorrer com o carvo mi-

neral, que, em sua formao geolgica, pas-

sa por diferentes estgios e tem seu teor de

carbono modificado progressivamente. Cada

estgio apresenta um nome especfico e uma

faixa de teor de carbono e de poder calorfico,

como mostrado na tabela abaixo.

tipos de carvo

turfa linhito hulha Antracito

teor de carbono

(%)50-60 60-75 75-90 90-95

Poder calorfico

(kJ/g)25 25-30 30-35 35-38

No necessrio, neste momento, que se

discutam de forma aprofundada essas ques-

tes em sala de aula. Basta que fique claro que

a composio dos muitos combustveis pode

variar um pouco pelo fato de serem formados

por misturas de vrias substncias; por isso, o

poder calorfico pode variar tambm.

So sugeridas a seguir algumas questes

que envolvem o clculo de massa de combus-

tvel e de energia liberada em sua combusto.

Para responder a essas questes, os alunos de-

vem ter em mos os dados de poderes calorfi-

cos apresentados anteriormente.

Questes

1. Analise a tabela de poder calorfico de di-versos combustiveis e responda:

a) Qual dos combustveis apresenta maior

poder calorfico?

b) Qual dos combustveis apresenta menor

poder calorfico?

2. Que quantidade de energia trmica pode ser liberada na combusto de 5,0 kg de lenha?

3. Que massa de carvo necessria queimar para liberar 17 000 kcal?

4. A queima de 1,0 kg de gs natural gera em torno de 9,1 x 103 kcal de energia. Responda:

a) Que quantidade de energia trmica

pode ser liberada na queima de 30 kg de

gs natural?

b) Qual massa de biogs deve ser queima-

da para gerar a mesma quantidade de

energia que 1,0 kg de gs natural?

5. Em qual das situaes h maior liberao de energia trmica: na combusto de 30 kg de

gasolina com 20% de lcool ou na combus-

to de 40 kg de lcool combustvel? Justifi-

que sua resposta, apresentando os clculos e

as concluses.

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6. Em mdia, um alto-forno produz 4,0 x 104 kg de ferro de uma vez, consumindo cerca de

0,91 kg de carvo para cada 1,0 kg de ferro

produzido. Nessas condies, que quan-

tidade de energia pode ser liberada no

alto-forno por meio da queima do carvo?

grade de avaliao da Atividade 2

Nesta atividade, fundamental que os alu-

nos compreendam duas ideias principais: a

relao de proporcionalidade entre a massa

de combustvel e a energia trmica liberada

na combusto, ou seja, quanto maior a massa

de um combustvel queimado, maior a quan-

tidade de energia trmica liberada; e que cada

combustvel tem um poder calorfico prprio.

As trs primeiras questes so mais simples

e a maioria dos estudantes no deve apresen-

tar muita dificuldade em respond-las. Ao res-

ponder questo 1, o aluno deve reconhecer

que, entre os combustveis da tabela, o gs de

cozinha (GLP) o que apresenta maior poder

calorfico e que a lenha apresenta o menor.

Na questo 2, a quantidade de energia

pode ser calculada em quilojoules, obtendo-se

como resultado 52 750 kJ (ou, mais correta-

mente, 5,3 x 104 kJ), ou em quilocalorias, tendo

como resultado 12 620 kcal (ou 1,3 x 104 kcal).

A questo 3 tem como resposta 2,5 kg de

carvo.

O grau de dificuldade eleva-se a partir da

questo 4, por exigir a compreenso dos con-

ceitos de notao cientfica e algarismos signifi-

cativos. No item a deve-se obter como resultado 2,7 x 105 kcal e no item b, 1,5 kg de biogs.

Na questo 5 (proposta no Caderno do

Aluno CA como Lio de Casa, questo 1,

p. 6), deve-se calcular a quantidade de energia

liberada na combusto da gasolina (1,2 x 106 kJ)

e do lcool (1,1 x 106 kJ) para justificar o fato

de que na combusto de 30 kg de gasolina

libera-se mais energia do que na combusto

de 40 kg de lcool.

Das questes sugeridas, a questo 6 , sem

dvida, a mais desafiadora. As eventuais di-

ficuldades apresentadas anteriormente em

relao ao uso de notao cientfica e aos al-

garismos significativos podem se repetir nesta

questo. Assim, deve-se estar atento aos dados

do enunciado e apresentao do resultado.

Esta questo pode ser resolvida da seguinte

forma:

c f lculo da massa de carvo consumido na produo de 4,0 x 104 kg de ferro:

clculo da quantidade de energia trmica fliberada na combusto de 3,64 x 104 kg de

carvo:

Massa de carvo

Massa de ferro

X

4,0 x 104 kg

0,91 kg

1,0 kg=

X = 3,64 x 104 kg

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Qumica - 1a srie - Volume 2

A produo de 4,0 x 104 kg de ferro envolve

a liberao de cerca de 2,5 x 108 kcal de ener-

gia obtida pela queima de carvo.

Sugesto de questes para pesquisa

1. Alm do preo, disponibilidade e poder ca-lorfico, que outros fatores podem ser consi-

derados na escolha de um combustvel?

2. Por que a gasolina comercializada no Brasil apresenta cerca de 20% de etanol, sendo

que ela isenta de lcool tem poder calorfi-

co maior?

Atividade 3 A combusto

Alm de conhecer os combustveis e suas pro-

priedades, importante que os alunos compreen-

dam como se d o seu processo de combusto.

Para ocorrer a combusto so necessrias,

alm do combustvel, a presena de gs oxig-

nio na quantidade ideal e uma pequena quanti-

dade de energia para iniciar o processo. Assim,

define-se combusto como sendo uma transfor-

mao qumica que envolve a interao de ma-

terial combustvel com um comburente (quase

sempre o oxignio), em que h liberao de

energia trmica (transformao exotrmica).

Mesmo que a combusto j tenha sido es-

tudada no Ensino Fundamental, este assunto

pode ser retomado a partir do tringulo da

combusto.

Tringulo da combusto.

Pode-se destacar, na discusso desse esque-

ma, o fato de que apenas a presena do com-

bustvel no suficiente para ocorrer a reao

de combusto. O combustvel deve estar em

contato com um comburente, ou seja, outro

reagente que participar da combusto ge-

ralmente o gs oxignio constituinte do ar , e

esses materiais devem receber uma quantida-

de inicial de energia para interagirem.

bom frisar que essa quantidade inicial de

energia trmica pode ter diferentes origens.

Em geral, quando se pergunta sobre o que

necessrio para ocorrer a combusto de um

material, os alunos respondem oxignio e

fogo. A ideia de que necessrio fogo para

ocorrer combusto muito recorrente. Esta

concepo pode ser confrontada levando-os

Energia

Massa de carvo

6 800 kcal

1,0 kg

Y

3,64 x 104 kg

=

ou Y 2,5 x 108 kcalY = 24 752 x 104 kcalCALOR

COMBURENTE COMBUSTVEL

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a refletir sobre fenmenos como acender um

palito de fsforo, queimar uma folha de pa-

pel usando uma lente para concentrar os raios

solares, ou usar o pirgrafo3 para escrever ou

desenhar na madeira. Sugere-se que esses fe-

nmenos sejam expostos um a um e que os

estudantes sejam solicitados a dizer se houve

ou no a combusto e, em caso positivo, expli-

car como ela ocorreu. O objetivo, neste caso,

que os alunos concluam que, para ocorrer

combusto, no necessrio haver fogo, e sim

energia trmica, que pode vir do atrito, da luz

concentrada ou de uma resistncia eltrica,

por exemplo.

Outro aspecto interessante a ser tratado

em sala de aula o fato das combustes po-

derem ou no apresentar chama e emitir luz,

dependendo do tipo de combustvel e da for-

ma como ocorrem. A queima do carvo numa

churrasqueira ou de um pedao de palha de

ao, por exemplo, acontece sem a presena de

chama, mas com emisso de energia trmica

e luz. J na combusto da glicose no interior

das clulas, ocorre apenas a liberao de ener-

gia trmica. Embora possam existir diferenas

entre as combustes, elas sempre sero trans-

formaes qumicas exotrmicas, ou seja, que

liberam energia trmica.

Outro fato pouco discutido nas aulas de

Qumica o de que combustveis lquidos no

pegam fogo. Nesse caso, o que entra em com-

busto so os gases formados pela evapora-

o dos lquidos combustveis. Tanto que,

quando resfriados abaixo de certas tempera-

turas, os combustveis lquidos no vaporizam

em quantidade suficiente para que ocorra a

combusto, mesmo prximos de uma chama.

Essa temperatura mnima para que o vapor

de um combustvel misturado com ar inflame

na presena de chama denominada tempe-ratura de fulgor. O etanol, por exemplo, no queima, mesmo na presena de chama, em

temperaturas inferiores a 13 C, ou seja, essa

sua temperatura de fulgor. A facilidade com

que um combustvel lquido pode queimar

est relacionada quantidade de vapor que

se forma em sua superfcie. Quanto menor a

temperatura de ebulio de um lquido, mais

facilmente ele evapora e, consequentemente,

mais facilmente entra em combusto.

As combustes, por serem transformaes

qumicas, podem tambm ser representadas

por meio de equaes qumicas. Os reagentes

de uma combusto so o combustvel e o com-

burente, que quase sempre o gs oxignio4.

Os produtos vo depender do tipo de combus-

tvel empregado e da quantidade de oxignio

disponvel para a combusto. Tomando como

exemplo o carvo, usado como combustvel

na produo da cal e do ferro, pode-se repre-

sentar sua combusto considerando apenas a

3 Equipamento eltrico que apresenta uma ponta metlica aquecida por uma resistncia eltrica, utilizado para fazer inscries em objetos de madeira.

4 Alm do oxignio, o gs cloro tambm atua como comburente quando, por exemplo, reage com hidrognio (H2(g) + Cl2(g) 2 HCl(g) + energia) ou com ferro (2 Fe(s) + 3Cl2(g) 2 FeCl3(s) + energia).

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Qumica - 1a srie - Volume 2

interao do carbono, maior constituinte do

carvo, com o oxignio do ar.

carvo (carbono) + gs oxignio gs carbnico + energia

C(s) + O2(g) CO2(g) + energia

Estas e outras equaes qumicas que se-

ro apresentadas neste bimestre no esto

balanceadas porque, neste momento, apenas

traduzem a linguagem discursiva para a lin-

guagem simblica da Qumica. No se espera

que sejam estabelecidas relaes de proporcio-

nalidade em termos de quantidade de part-

culas ou de matria (mol) entre os reagentes e

produtos. Assim, a introduo de coeficientes

estequiomtricos nas equaes qumicas seria

apenas um fator complicador e no acrescen-

taria nada aos alunos.

Alguns professores e autores preferem no

incluir o termo energia ou mesmo o valor

de energia na equao qumica, alegando que

apenas substncias devem fazer parte desta

equao. Entretanto, optamos por inclu-lo

para indicar que nas transformaes qumicas

a energia faz parte do processo, podendo ser

absorvida ou liberada. No caso especfico das

combustes, a energia sempre liberada e, por

isso, aparece ao lado dos produtos. necess-

rio esclarecer, ao interpretar a equao qumi-

ca, que energia no se trata de um material ou uma substncia.

Pode-se, ainda, apresentar outras transfor-

maes qumicas representadas por equaes

que mostrem a combusto de outros materiais,

como do lcool combustvel:

lcool combustvel (etanol) + gs oxignio gs carbnico + gua + energia

C2H5OH(g) + O2(g) CO2(g) + H2O(g) + energia

ou da gasolina (representada pelo octano):

gasolina (octano) + gs oxignio gs carbnico + gua + energia

C8H18(g) + O2(g) CO2(g) + H2O(g) + energia

Ao interpretar essas ou outras representaes

da combusto, procure destacar quais so os re-

agentes que participam da transformao qumi-

ca, quais so os produtos formados, que formas

de energia podem ser liberadas, que evidncias

de transformao qumica poderiam ser per-

cebidas etc. interessante tambm que a inter-

pretao da combusto seja escrita por extenso,

estabelecendo relaes entre a linguagem verbal

(discursiva) e a simblica. Pode-se fazer isso, por

exemplo, a partir da queima do metano:

CH4(g) + O2(g) CO2(g) + H2O(g)

O metano gasoso reage com o gs oxignio formando dixido de carbono gasoso (ou gs carbnico) e gua no estado gasoso.

So apresentadas a seguir sugestes de

questes que envolvem a compreenso concei-

tual das combustes e o domnio das lingua-

gens discursiva escrita e simblica.

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Questes

1. Considere as combustes a seguir e com-plete o quadro abaixo:

I. queima de carvo (C) para churrasco;

II. queima de lcool etlico ou etanol

(C2H5OH);

III. queima de palha de ao, constituda ba-sicamente de ferro (Fe), com formao

apenas de xido de ferro III (Fe2O3).

combusto Reagentes Produtosmanifestao de energia liberada

Apresenta chama?

I

II

III

2. Interprete por extenso as trs combus-tes apresentadas na questo anterior e

proponha equaes qumicas que as re-

presentem.

3. Um estudante definiu combusto da se-guinte forma: combusto uma rea-

o qumica que forma gs carbnico e

gua. Analise a definio do estudante e

diga o que est correto e o que est erra-

do nela. Proponha outra definio para o

termo combusto.

4. O enxofre (S) um slido amarelo que pode ser queimado facilmente, formando dixi-

do de enxofre gasoso (SO2). Proponha uma

equao qumica que represente essa com-

busto (CA, Lio de Casa, questo 1, p. 9).

5. A tabela a seguir mostra as temperaturas de ebulio e de fulgor de alguns combust-

veis (CA, Lio de Casa, questo 2, p. 10).

combustveltemperatura de

ebulio (c)temperatura de fulgor (c)

Etanol 78 13

Gasolina 40-200 -43

Querosene 175-320 45

Responda:

a) Explique por que a gasolina e o quero-

sene apresentam uma faixa varivel de

temperatura de ebulio enquanto o

etanol apresenta temperatura de ebuli-

o bem determinada.

b) Qual a temperatura mnima da ga-

solina para que ocorra sua combusto

quando dela se aproxima uma chama?

E do querosene?

c) A partir desses dados, proponha uma ex-

plicao para o fato dos carros a lcool

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Qumica - 1a srie - Volume 2

mais antigos terem problema para dar

partida em dias frios.

grade de avaliao da Atividade 3

Nesta atividade buscou-se abordar aspec-

tos qualitativos, tecnolgicos, conceituais e re-

presentacionais das combustes. As questes

propostas para a avaliao da aprendizagem

buscam abranger esses aspectos, fazendo com

que se tenha uma compreenso mais clara so-

bre o processo de combusto.

Na questo 1 importante que o aluno com-

preenda que a combusto uma transforma-

o qumica e que saiba identificar os reagentes

e produtos envolvidos, alm dos aspectos ener-

gticos e qualitativos das combustes.

combusto Reagentes Produtos energia liberada tem chama

I C + O2 CO2 trmica, luz talvez

II C2H5OH + O2 CO2 + H2O trmica, luz sim

III Fe + O2 Fe2O3 trmica, luz no

na combusto sempre ocorre liberao de fenergia.

Na questo 5 retomado o conceito de

temperatura de ebulio, discutido no bimes-

tre anterior. No item a, deve-se compreender que muitos combustveis no apresentam tem-

peraturas de ebulio bem determinadas, pois

so misturas de substncias, como no caso da

gasolina e do querosene. No item b, espera-se que sejam capazes de aplicar o conceito de

temperatura de fulgor para comparar a facili-

dade de se inflamar os combustveis. Os alunos

devem reconhecer que a temperatura mnima

para que a gasolina queime na presena de

chama de -43 C e que, no caso do quero-

sene, de 45 C. No item c, espera-se que eles compreendam que o fato da gasolina ter com-

ponentes bastante volteis (com temperaturas

de ebulio a partir de 40 C) e temperatura de

fulgor baixa (-43 C), quando comparada ao

As questes 2 e 4 buscam desenvolver a

habilidade de transitar entre a linguagem sim-

blica das equaes qumicas e a linguagem

discursiva escrita.

A questo 3 conceitual e busca desenvol-

ver a metacognio por motivar o estudante a

refletir sobre sua prpria concepo do concei-

to de combusto. importante que as respos-

tas dadas contemplem os seguintes pontos:

a combusto uma transformao qumica; f

a combusto envolve a interao de um fcombustvel com um comburente, quase

sempre o oxignio do ar;

os produtos da combusto dependem dos freagentes empregados na combusto, ou

seja, no se formam necessariamente gs

carbnico e gua numa combusto;

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lcool, faz com que seja mais fcil dar parti-

da em carros a gasolina do que em carros a

lcool. Como o lcool menos voltil que a

gasolina (tem temperatura de ebulio supe-

rior de alguns componentes da gasolina),

a quantidade de vapores de etanol formados

nos motores a carburao pequena em dias

frios e, por isso, a combusto dificultada.

Entretanto, bom frisar que os automveis

mais modernos (construdos a partir de mea-

dos da dcada de 1990) no apresentam mais

esse problema.

Como se pde perceber, esta Situao de

Aprendizagem possibilita inmeras abor-

dagens alm da possibilidade de estabeleci-

mento de relaes interdisciplinares com a

Geografia, por exemplo. As questes envolvi-

das com a minerao de carvo, explorao

de poos de petrleo ou uso da monocultura

da cana-de-acar para a produo de lcool

combustvel podem suscitar interessantes dis-

cusses sobre aspectos sociais, ambientais,

tecnolgicos, polticos, econmicos e cientfi-

cos. Entretanto, deve-se ter em mente que o

que foi proposto aqui apenas um pequeno

recorte de tudo aquilo que pode ser aborda-

do. Acreditamos, contudo, que a forma como

est proposto o contedo pode auxiliar os es-

tudantes a alcanar alguns dos objetivos prin-

cipais deste 2o bimestre da 1a srie do Ensino

Mdio, que so: compreender as relaes de

proporcionalidade entre a massa de um com-

bustvel queimado e a energia liberada em sua

combusto; compreender os aspectos qualita-

tivos e conceituais principais das combustes;

e conhecer alguns importantes combustveis e

suas caractersticas gerais.

SITUAO DE APRENDIzAGEM 2 RELAES EM MASSA NAS TRANSFORMAES

QUMICAS: CONSERVAO E PROPORO EM MASSA

Nesta Situao de Aprendizagem sero de-

senvolvidas as ideias de conservao de mas-

sa e relaes proporcionais entre reagentes e

produtos envolvidos em uma transformao

qumica. A construo dessas ideias se dar

ao longo de trs momentos pedaggicos dis-

tintos. Inicia-se o estudo com uma problema-

tizao das observaes sobre mudanas de

massa na combusto do papel e da palha de

ao. A seguir, os conceitos de conservao de

massa e de proporo em massa nas transfor-

maes qumicas so desenvolvidos, usando-se

para isso dados tabelados das quantidades de

reagentes e produtos da combusto do carvo

e tambm dados obtidos de um segundo expe-

rimento demonstrativo a ser realizado em sala

de aula. Num terceiro momento, as explicaes

fornecidas pelos alunos sobre o que acontece

com as massas do papel e da palha de ao aps

a combusto so retomadas e reconstrudas.

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23

Qumica - 1a srie - Volume 2

Essas ideias podem constituir obstculos

para a compreenso da lei de conservao de

massa e do processo de combusto. A supera-

o dessas concepes e a construo dos con-

ceitos de conservao e proporo em massa

so os objetivos desta atividade.

Sugere-se que, aps um levantamento das

ideias iniciais dos estudantes e a retomada dos

tpicos mais importantes da Situao de Apren-

dizagem anterior, seja realizada a atividade ex-

perimental demonstrativa apresentada a seguir.

Nesta atividade, sero propostas explica-

es para a diferena de massas observadas

nas combustes do papel e da palha de ao.

Esse experimento tem carter qualitativo e

pode ser feito com materiais de fcil obten-

o. A partir de sua discusso, ser possvel

conhecer melhor como os alunos compreen-

dem a conservao de massa nas transforma-

es qumicas e a participao de substncias

gasosas nesses processos.

tempo previsto: 5 aulas.

contedos e temas: conservao de massa nas transformaes qumicas e relaes proporcionais entre as massas envolvidas em uma transformao qumica.

competncias e habilidades: perceber a conservao da massa nas transformaes qumicas; analisar dados de massas de reagentes e de produtos estabelecendo relaes de proporcionalidade entre eles; aplicar os conceitos de conservao e proporo em massa na previso de quantidades envolvidas nas transformaes qumicas.

estratgias: exposio dialogada; experimentos demonstrativos; exerccios.

Recursos: lousa e giz; questes presentes neste Caderno; materiais e reagentes indicados nos roteiros dos experimentos.

Avaliao: respostas s questes e participao na discusso dos experimentos.

Atividade 1 Problematizao inicial: o experimento da queima da palha de ao

Alguns problemas conceituais surgem cor-

riqueiramente no ensino do tema combusto.

Em primeiro lugar, comum que os alunos

desconsiderem a participao dos gases na

combusto e comparem apenas as massas dos

materiais slidos (carvo e cinzas, por exem-

plo). Em segundo lugar, mesmo aqueles que

consideram os gases envolvidos na combusto

(oxignio e dixido de carbono, por exemplo),

podem pensar que gases no possuem massa.

Pode-se tambm apresentar a concepo

alternativa de que tudo o que queima diminui

de massa, some ou vira energia. Essas ideias

so fortemente sustentadas pela experincia de

vida dos estudantes. Muito provavelmente, eles

j viram a madeira e o papel ficarem mais leves

quando queimados e o mesmo ocorrer com a

vela, os tecidos, os plsticos e outros materiais.

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24

importante ter em mente que a funo

principal desse experimento problematizar a questo da conservao ou no da massa nas

transformaes qumicas. Portanto, neces-srio e sufi ciente que os estudantes se sintam

instigados a discutir e a compreender o pro-

blema proposto a partir do experimento.

Esta atividade possibilita que eles apre-

sentem suas ideias sobre o que ocorre com

as massas em transformaes de combusto

e, ao ser confrontados com um fato que no

condiz com suas previses e que no conse-

guem explicar, sintam-se estimulados a buscar

explicaes.

experimento 1 Queima da palha de ao5

materiais e reagentes

balana de pratos feita de arame e pratos fde papel-alumnio (tipo marmitex);

2 folhas de papel sulfi te; f

2 palhas de ao; f

fsforos ou isqueiro. f

Procedimento

1. Construa uma balana de pratos usando arame e pratos de papel-alumnio tipo mar-

mitex, como mostrado na fi gura a seguir.

Balana feita de arame e pratos de papel-alumnio.

2. Segure a balana pelo ponto central de sua haste. Pode-se utilizar um clipe metlico

para segurar a balana. Isso diminui o atri-

to entre a mo e a balana, aumentando

sua sensibilidade.

3. Coloque uma folha de papel em cada prato da balana de maneira que ambos fi quem

no mesmo nvel.

Questo: f O que vocs acham que acon-tecer com o nvel dos pratos se o papel

que est sobre um deles for queimado?

Pea que expliquem a previso feita em

termos das massas de papel. Anote as

previses em um canto da lousa.

4. Queime uma das folhas de papel de um dos pratos da balana e observe.

Questo: f Suas previses foram confi r-madas?

5. Limpe a balana e coloque um pedao de palha de ao em cada prato, de maneira

que os dois lados fi quem no mesmo nvel.

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

80 centmetros

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25

Qumica - 1a srie - Volume 2

Questo: f Quais so suas previses sobre o que acontecer com o nvel dos pratos

da balana se a palha de ao que est so-

bre um deles for queimada?

6. Queime a palha de ao de um dos pratos da balana e observe.

Pea que relacionem suas observaes so- fbre as mudanas de massa ocorridas aps

a queima do papel e da palha de ao.

Solicite que expliquem por que a massa fda palha de ao aumentou e a massa de

papel diminuiu.

Como os alunos ainda no estudaram a

lei da conservao da massa nas transfor-

maes qumicas, no se espera que eles

consigam responder s questes feitas. Es-

sas ideias devem ser retomadas na Atividade

3 desta Situao de Aprendizagem, aplican-

do-se os conhecimentos sobre conservao

da massa que sero desenvolvidos a seguir.

Caso a opo seja por no retomar as ideias

iniciais dos alunos, melhor no fazer o

experimento problematizador, pois, nesse

caso, as ideias alternativas apresentadas no

incio no sero confrontadas com as novas

ideias e no podero ser abandonadas nem

reconstrudas.

Assim, preciso ter em mente a seguinte

questo: Como explicar que na combusto da

palha de ao observa-se que a massa aumenta

enquanto em outras a massa diminui? Esse o

problema que deve permear os pensamentos

do estudante ao longo das aulas dedicadas a

esta atividade.

Diversas hipteses podem ser considera-

das na tentativa de explicar esses fenmenos.

Alguns podem pensar que na combusto a

massa diminui porque parte do combust-

vel vira energia e a outra parte vira cinzas.

Essa hiptese serve para explicar as obser-

vaes feitas na queima do papel, mas no

servem para justificar o aumento da massa

observado na queima da palha de ao. Ou-

tra hiptese que pode surgir, provavelmente

por fora das observaes sobre a queima

da palha de ao, a de que alguns materiais

podem ser introduzidos no sistema ou reti-

rados durante a queima, o que poderia cau-

sar as mudanas de massa observadas nos

dois casos. Ambas as hipteses podem vir

dos prprios alunos ou ser propostas para

que eles as avaliem. Tenha em mente que a

Atividade 3 far uma releitura do problema.

Alm disso, no CA, Lio de Casa, p. 14, os

alunos so convidados a verificar a coern-

cia de explicaes sobre o que ocorre com as

massas do papel e da palha de ao quando

submetidas ao processo de combusto.

Para investigar se a segunda hiptese cor-

reta, voc pode propor o estudo de uma com-

busto cujo sistema seja fechado, ou seja, em

que no ocorram trocas de materiais entre o

sistema e o meio.

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Atividade 2 conservao da massa e proporo em massa entre as espcies participantes da transformao qumica

Esta segunda parte da Situao de Apren-

dizagem pode ser iniciada retomando-se a

combusto do carvo. O carvo constitudo

basicamente de carbono (C), cerca de 90% de

sua massa; o restante formado por materiais

orgnicos no decompostos na carbonizao

da madeira e por sais minerais.

Na combusto do carvo, o carbono

interage com o oxignio do ar formando

principalmente gs carbnico, deixando um

resduo slido composto principalmente por

xidos metlicos, a cinza. A tabela seguinte

mostra as massas dos materiais envolvidos

na combusto do carvo.

Amostra

massas iniciais dos reagentes (valores em gramas)

massas finais dos produtos (valores em gramas) energia

liberada(kcal)carvo

(c(s))gs oxignio

(o2(g))dixido de carbono

(co2(g))cinzas

I 150 320 442 31 1 020

II 60 128 172 12 410

III 23 48 66 5 156

Esses dados foram obtidos a partir de ex-

perimentos de combusto de carvo em reci-

pientes fechados e as massas de gs oxignio

consumido e de gs carbnico (dixido de car-

bono) produzido puderam ser medidas por-

que sistemas fechados no permitem a troca

de material com o meio externo, ou seja, no

entra nenhum material, inclusive outros gases,

no recipiente onde ocorreu a combusto, as-

sim como no sai dele nenhum material. Po-

de-se fazer um desenho simples na lousa para

ilustrar o experimento relatado.

importante frisar que esses valores de

massa so experimentais e no calculados;

portanto, esto sujeitos a variaes de at uma

unidade nos ltimos algarismos medidos, ine-

rentes prpria medio. Faz parte do traba-

lho experimental saber analisar dados e saber

estimar as incertezas das medidas. importan-

te salientar que os dados no esto errados, ou

seja, que no houve erros experimentais.

Na prtica, deve-se considerar uma mar-

gem de incerteza nos valores medidos em

qualquer aparelho, por mais simples que seja.

No caso das balanas, pode-se considerar

uma incerteza de mais ou menos uma unidade

no ltimo algarismo registrado. Um valor de

53 g medido em balana mais corretamente

expresso como 53 ( 1) g, e um valor de 7,38 g

como 7,38 ( 0,01) g.

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Qumica - 1a srie - Volume 2

No se prope que voc, professor, adote

esse rigor na representao dos valores expe-

rimentais, mas apenas que essa possibilidade

de pequenas variaes de at uma unidade

no ltimo algarismo medido seja considera-

da na anlise dos dados experimentais. Dessa

forma, os alunos devem ser capazes de con-

siderar que a soma das massas dos reagentes

da amostra I de carvo (150 + 320 = 470),

por exemplo, igual soma das massas de

seus respectivos produtos (442 + 31 = 473),

se considerarmos que cada uma das quatro

medidas pode ter variao de at uma unida-

de no ltimo algarismo registrado e que essas

incertezas se somam quando se comparam

valores de vrias medidas.

importante que essa discusso seja fei-

ta com eles, pois a compreenso dessas ideias

lhes possibilitar interpretar de forma mais

acertada os resultados experimentais. Isso

ser essencial na anlise e interpretao dos

dados quantitativos da atividade experimental

que ser proposta a seguir.

Para analisar os dados de massa da tabela

de combusto do carvo propem-se as se-

guintes questes:

Some as massas dos reagentes da amostra I. fSome as massas dos produtos da amostra I.

Comparando esses dois resultados, possvel

dizer que a massa do sistema permaneceu a

mesma depois da combusto do carvo? Se

no, a que pode ser atribuda essa diferena?

Compare a soma das massas dos reagen- ftes com a soma das massas dos produtos

na amostra II. Compare tambm as mas-

sas reagentes e de produtos na amostra III.

possvel dizer que a massa se conservou

aps a combusto das amostras II e III?

Justifique sua resposta.

No preciso apresentar a lei de conserva-

o de massa neste momento. Basta que os es-

tudantes compreendam que na combusto do

carvo a massa se conserva. A generalizao

para outras transformaes qumicas ser fei-

ta a seguir com a anlise de um experimento

demonstrativo em duas partes.

Antes de iniciar essa etapa, porm, sugere-se

que a tabela apresentada a seguir seja preen-

chida pelos alunos medida que se realiza a

experincia (consulte o CA, item 8 do proce-

dimento experimental, p. 17).

Sistema no estado inicial Sistema no estado final

descrio(aspecto visual)

massadescrio

(aspecto visual)massa

Fechado Aberto

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28

experimento 2 transformaes qumicas e conservao de massa

materiais e reagentes

garrafa plstica incolor de 600 mL com ftampa (seca);

cerca de 50 mL de soluo de cido clor- fdrico 1 mol/L (quantidade equivalente ao

volume de um copo descartvel de caf);

1 tubo de ensaio de 15 mm x 100 mm; f

2 g de hidrogenocarbonato de sdio (bicar- fbonato de sdio) ou carbonato de clcio;

estante para tubos de ensaio; f

balana; f

2 tubos de ensaio de 15 mm x 150 mm; f

esptula ou palito de sorvete; f

cerca de 5 mL de soluo de sulfato de co- fbre II 0,5mol/L;

cerca de 5 mL de soluo de hidrxido de fsdio 1mol/L.

observao 1: a garrafa plstica e o tubo de ensaio podem ser substitudos por um frasco de

maionese com tampa e um vidrinho de remdio

ou similares. Basta que o sistema no permita o

escape do gs formado na experincia. Para me-

lhorar a vedao, pode-se colocar um pedao de

filme de PVC entre o frasco e a tampa. funda-

mental que voc teste antes o experimento, inde-

pendentemente da montagem escolhida.

observao 2: pode-se preparar as solu-es durante a realizao do experimento

dissolvendo-se separadamente nos tubos de

ensaio maiores uma ponta de esptula de sul-

fato de cobre II em cerca de 5 mL de gua e

uma quantidade equivalente de hidrxido de

sdio na mesma quantidade de gua. Dois

alunos podem ser convidados a preparar essas

solues durante a realizao do experimento.

Nesse caso, deve-se chamar a ateno para os

perigos do manuseio desses reagentes, orien-

tando-os a evitar que haja contato com pele

e olhos. Oriente-os tambm sobre a forma

correta de agitar um tubo de ensaio, pois eles

tendem a tampar o tubo com o dedo polegar

para agit-lo e isso pode ser muito perigoso,

dependendo do seu contedo. As quantidades

de reagentes no precisam ser estequiomtri-

cas, pois o experimento qualitativo.

Procedimento

interao entre cido clordrico e hidrogeno-carbonato de sdio (bicarbonato de sdio)

1. Coloque com cuidado 50 mL da soluo de cido clordrico na garrafa. A garrafa

no pode estar molhada por fora para que

no haja perda de massa por evaporao.

2. Usando a esptula, adicione cerca de 2 g de bicarbonato de sdio ao tubo de ensaio

pequeno.

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Qumica - 1a srie - Volume 2

3. Transfira com cuidado o tubo de ensaio para dentro da garrafa conforme a Figura 4. No

deixe que a soluo de cido entre em contato

com o bicarbonato de sdio neste momento.

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

4. Pese todo o conjunto na balana: garrafa com a soluo de cido e tubo de ensaio

contendo o bicarbonato e a tampa da gar-

rafa (no se esquea de pesar a tampa).

Anote o valor de todo o sistema.

5. Assegure-se de que a garrafa esteja bem fe-chada.

6. Vire a garrafa de modo que o cido en-tre em contato com o bicarbonato. Deixe

ocorrer a reao at cessar a efervescncia.

7. Com a garrafa ainda tampada, mea a mas-sa do conjunto novamente. Anote o valor.

8. Destampe a garrafa e mea a massa do conjunto sem se esquecer de medir tam-

bm a massa da tampa da garrafa. Anote

o valor.

interao entre o sulfato de cobre ii e o hidrxido de sdio

1. Prepare as solues de sulfato de cobre II e de hidrxido de sdio, dissolvendo sepa-

radamente, nos tubos de ensaio maiores,

uma esptula de cada um deles em 5 mL

de gua.

2. Coloque esses tubos de ensaio maiores com as solues preparadas na estante para tu-

bos de ensaio. Pese todo esse sistema (tu-

bos com as solues e estante). Anote o

valor da massa.

3. Transfira a soluo de sulfato de cobre II para o tubo de ensaio com a soluo de hi-

drxido de sdio.

Neste momento, pode-se questionar os

alunos sobre o que eles acham que aconte-

ce com a massa do sistema.

4. Pese todo o sistema novamente, incluin-do o tubo de ensaio que continha a solu-

o de sulfato de cobre II. Anote o valor

da massa.

Neste momento, pode-se perguntar a eles

se o valor de massa encontrado correspon-

de s suas previses.

Cla

udio

Rip

insk

as

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30

Questes para anlise do Experimento 2

1. Voc considera que os dois fenmenos ob-servados neste experimento so transfor-

maes qumicas? Por qu?

2. Em relao ao sistema cido clordrico e hidrogenocarbonato de sdio, calcule a di-

ferena de massa entre:

a) a massa inicial e a massa final com a

garrafa fechada. Houve diferena entre

as massas? Como voc explica esse re-

sultado?

b) a massa inicial e a massa final com a

garrafa aberta. Houve diferena entre

as massas? Como voc explica esse re-

sultado?

3. Caso tenha sido usado bicarbonato de s-dio nesta experincia, o fenmeno obser-

vado pode ser representado pela equao

qumica:

cido clordrico + bicarbonato de sdio gua + gs carbnico + cloreto de sdio

HCl(aq) + NaHCO3(s) H2O(l) + CO2(g) + NaCl(aq)

O termo (aq) indica que o material est dis-

solvido em gua, formando o que se chama de

uma soluo aquosa. Os termos (s), (l) e (g) repre-sentam os estados fsicos slido, lquido e gaso-

so, respectivamente. Relacione os estados fsicos

dos materiais envolvidos nesse fenmeno e as

diferenas de massa calculadas na questo 2.

4. possvel dizer que as massas inicial e fi-nal na interao entre o cido clordrico e

o bicarbonato de sdio foram iguais? Jus-

tifique sua resposta com base nos dados

experimentais.

5. Compare as massas inicial e final na inte-rao entre a soluo de sulfato de cobre II

e a soluo de hidrxido de sdio. Houve

conservao da massa nessa interao? Ex-

plique.

Aps a discusso e correo das ques-

tes, pode ser proposta a generalizao das

relaes em massa que foram estabelecidas,

ou seja, a massa no estado inicial sempre

igual massa no estado final em qualquer

transformao qumica. Se todos os reagen-

tes se transformam em produtos, as massas

de reagentes sero iguais s massas dos pro-

dutos. Esse fato pode ser observado quan-

do a transformao qumica se processa em

sistema fechado, mas pode parecer incorre-

to quando se observam as transformaes

em sistemas abertos. Isso porque em siste-

mas abertos pode ocorrer ganho ou perda

de materiais gasosos, modificando a massa

final do sistema.

Pode-se mencionar que essas observaes

sobre a conservao da massa nas transfor-

maes qumicas so conhecidas desde o scu-

lo XVIII e foram inicialmente propostas pelo

qumico francs Antoine Laurent Lavoisier

(1743-1794). Essa proposta ficou conhecida

como Lei da Conservao da Massa ou Lei

de Lavoisier.

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31

Qumica - 1a srie - Volume 2

Como escolher as quantidades de reagentes para que no haja desperdcio?

Evitar desperdcio de materiais uma das

preocupaes que surgem quando se quer rea-

lizar uma transformao qumica. Esse cuida-

do especialmente importante nos processos

industriais, nos quais a margem de lucro, a

qualidade do produto e os impactos ambien-

tais, por exemplo, podem estar diretamente

ligados questo do desperdcio de materiais.

Na produo do ferro-gusa usa-se minrio

de ferro, calcrio e carvo em quantidades da

ordem de toneladas. Se for usado menos minrio

de ferro, sero desperdiados carvo e calcrio,

alm de ser gerado um produto final de m qua-

lidade. Se for usado menos carvo ou calcrio,

sobrar minrio de ferro sem reagir. Os preju-

zos, em ambos os casos, sero grandes. Para que

no haja desperdcio preciso que os reagentes

sejam adicionados em uma proporo ideal.

O estudo sobre as propores entre reagentes

e produtos numa transformao qumica pode

ser iniciado com a retomada da tabela que

mostra as massas de reagentes e produtos en-

volvidos na combusto do carvo, apresentada

no incio desta atividade da Situao de Apren-

dizagem 2 (p. 26). Alm das relaes em massa,

pode-se abordar tambm as relaes entre ener-

gia e massas de reagentes e de produtos.

A primeira relao que pode ser observada

a razo entre a massa de carvo queimado e

a massa de cinzas formada. Pea que calculem

a razo entre esses valores dividindo a mas-

sa de carvo pela massa de cinzas para cada

uma das trs amostras. Esse valor representa

quantas vezes a massa de carvo maior que

a massa de cinzas em cada amostra.

Para cada cinco partes de carvo queimadas,

uma parte de cinzas se formar. Se queimarmos

10 g de carvo devem-se formar 2 g de cinzas.

Proponha outras questes, como: Se quei-

marmos 100 g de carvo, que massa de cinzas

dever se formar? E se queimarmos 27 g?

importante que na anlise desses resultados

sejam considerados os algarismos significativos

dos dados (dois para as amostras I e II e apenas

um para a amostra III). Deve-se tambm relem-

brar o fato de que esses dados so experimentais

e, portanto, esto sujeitos a incertezas.*

Dessa forma, pode-se considerar que a ra-

zo ou a proporo entre as massas de carvo

e cinzas constante:

Massa de carvo

Massa de cinzas

5

1=

Massa de carvo

Massa de cinzas

150

31

60

12

23

5= 4,8 = 5,0 = 4,6 ou 5

Amostra I Amostra II Amostra III

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

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32

Agora, outra relao pode ser explorada: existe uma proporo constante entre a massa de

carvo e a massa de oxignio.

A relao entre as massas de carvo e de

oxignio de 0,47.

Em outras palavras, pode-se dizer que para

cada 0,47 parte de carvo necessria uma

parte de oxignio. Questo para discusso:

Quantos gramas de gs oxignio so necess-

rios para queimar 47 g de carvo? E para quei-

mar 94 g de carvo?

Essa relao de proporcionalidade pode

ser estabelecida entre quaisquer reagentes ou

produtos. importante dizer tambm que ge-

ralmente essa relao no um nmero intei-

ro. Pode-se estabelecer, por exemplo, a relao

entre as massas de carvo e gs carbnico, en-

tre gs carbnico e gs oxignio etc.

Os alunos devem ser motivados a realizar

anlises qualitativas dos dados, ou seja, perce-

ber as propores de forma aproximada (CA,

Exerccios em sala de aula, p. 19). Mostre

que, nesse caso, a massa de carvo pratica-

mente a metade da massa de oxignio nas trs

amostras. Analisar os dados qualitativamente

importante para a compreenso das relaes de

proporcionalidade e, desta forma, no aceitar

qualquer resultado dado por uma calculadora.

Assim, os estudantes devem perceber que:

a massa de oxignio um pouco maior que fo dobro da massa de carvo;

a massa de carvo cerca de cinco vezes fmaior que a massa de cinzas;

a massa de oxignio cerca de dez vezes fmaior que a massa de cinzas etc.

O desenvolvimento dessa forma de pensar

to importante quanto a capacidade de re-

alizar clculos de razo entre as massas, pois

ambos os raciocnios, qualitativo e quantitati-

vo, se complementam.

A seguir, mostre a relao de proporciona-

lidade entre as massas de reagentes e produtos

de cada uma das trs amostras: as massas da

amostra I so cerca de 2,5 vezes maiores que

as massas da amostra II.

Massa de carvo

Massa de oxignio

150

320

60

128

23

28= 0,469 = 0,47 = 0,48

Amostra I Amostra II Amostra III

Massa de carvo

Massa de oxignio

0,47

1=

Amostra I

Amostra II

150

60

320

128

442

172

31

12= 2,5 = 2,50 = 2,57 = 2,6

carvo oxignio dixido de carbono cinzas

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33

Qumica - 1a srie - Volume 2

Pode-se mencionar que essas observaes

sobre a proporo entre as massas nas trans-

formaes qumicas tambm so conhecidas

desde o sculo XVIII. Elas ficaram conheci-

das como Lei das Propores Fixas ou Lei

de Proust em homenagem ao francs Joseph

Louis Proust (1754-1826), que estudou as re-

laes entre massas nas transformaes qu-

micas. Em seus estudos, ele demonstrou que a

composio do carbonato de cobre era a mes-

ma, independentemente da amostra escolhida:

5,1 partes de cobre para 3,9 partes de oxignio

para 1 parte de carbono. Assim, para formar

qualquer quantidade de carbonato de cobre

seria necessria sempre a mesma proporo

entre os reagentes. Essas mesmas observa-

es foram feitas em relao composio e

formao de outras substncias e, no incio

do sculo XIX, era praticamente consensual

a aceitao da Lei das Propores definidas

pela comunidade cientfica.

A relao entre a massa de um combustvel

queimado e a quantidade de energia liberada

nessa combusto foi abordada na Situao de

Aprendizagem 1 (consulte o CA, p. 14) e pode

ser retomada na anlise desses dados sobre a

combusto do carvo. possvel fazer uma

anlise qualitativa dos dados mostrando que,

quanto maior a massa de carvo queimado,

maior tambm ser a quantidade de energia

liberada na transformao. Essa relao de 1 g

de carvo para 6,8 kcal de energia. A relao

entre massa e energia pode tambm ser esta-

belecida em termos de quantidade de oxignio

consumido ou de um dos produtos formados

(CA, Exerccios em sala de aula, p. 19).

Neste momento, eles podem ser questiona-

dos sobre a seguinte situao: Sabemos que as

substncias interagem em propores determi-

nadas. Mas o que aconteceria se os reagentes

no estivessem na proporo correta? Todos os

reagentes seriam consumidos mesmo assim?

Pode-se dar como exemplo a amostra I da

combusto de carvo. O que aconteceria se,

em vez de 320 g de oxignio, houvesse 4 000 g

de oxignio no recipiente onde ocorreu a com-

busto do carvo?

Espera-se que deem como resposta que as

quantidades de produtos no mudariam, ape-

nas sobrariam 3 680 g de oxignio no final do

processo, pois para consumir 150 g de carvo

necessita-se de apenas 320 g de oxignio.

Outras questes mais elaboradas tambm

podem ser propostas: Que massa de oxignio

restaria se 30 g de carvo fossem queimados na

presena de 500 g de oxignio?

Nesse caso, deve-se primeiro calcular que

massa de oxignio necessria para interagir

com 30 g de carvo. Como a massa de car-

vo queimada 1/5 da massa de carvo da amostra I, espera-se que a massa de oxig-

nio consumido tambm seja 1/5, ou seja, para queimar 30 g de carvo seriam necessrios

apenas 64 g de oxignio e restariam 436 g

desse gs sem reagir.

A seguir so propostas questes e proble-

mas nos quais se pode aplicar os conceitos de

conservao e proporo em massa.

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34

Questes*

1. Sabendo-se que a combusto de 60 g de carvo requer 128 g de gs oxignio e pro-

duz 12 g de cinzas, que massa de cinzas

formada quando se queimam 90 g de car-

vo? Que massa de oxignio ser consumi-

da na combusto dessa massa de carvo?

2. O responsvel tcnico de um forno de calcinao de calcrio elaborou um re-

latrio sobre as trs ltimas tiragens da

produo de cal. O relatrio apresenta a

seguinte tabela:

datamassa de

calcrio (t)(caco3)

massa de cal (t)(cao)

massa de dixido de carbono (t)

(co2)

12/7 10,0 5,6 4,4

15/7 11,2

18/7 12,0 6,7

Como se pode perceber, faltaram dados de

massa de calcrio usado no dia 15/7 e massa

de dixido de carbono formado nos dias 15/7

e 18/7.

a) Identifique o que reagente e o que

produto nesse processo.

b) Sabendo que a calcinao do calcrio

envolve o consumo de energia, propo-

nha uma equao qumica que repre-

sente a calcinao do calcrio e inclua o

termo energia na equao.

c) Determine os valores que faltam na ta-

bela e complete-a. Mostre todos os cl-

culos realizados.

3. A combusto do etanol foi estudada em laboratrio e as massas de reagentes e pro-

dutos da combusto de duas amostras de

etanol foram registradas em uma tabela.

massas no estado inicial (g) massas no estado final (g)

etanol adicionado

oxignio adicionado

gs carbnico produzido

gua produzida

etanol em excesso

oxignio em excesso

50 96 88 54 4

23 50

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

a) Analise a tabela e mostre que a massa

se conservou na combusto da primei-

ra amostra de etanol. Apresente os cl-

culos e as concluses.

b) H excesso de oxignio na combusto

da segunda amostra de etanol? Mostre

os clculos e as concluses.

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35

Qumica - 1a srie - Volume 2

c) Calcule a massa de gs carbnico (CO2)

e de gua formada na combusto da se-

gunda amostra de etanol.

4. Sabe-se que 0,50 g de magnsio metli-co (Mg) e 0,33 g de oxignio (O2) reagem

completamente, formando exclusivamente

xido de magnsio (MgO).

a) Que massa de MgO espera-se nesta ex-

perincia?

b) Que massa de O2 necessria para rea-

gir totalmente com 1,0 g de Mg?

c) O que se espera que acontea se 2,0 g de

Mg reagirem com 2,0 g de O2?

grade de avaliao da Atividade 2

Na questo 1, relaes de proporcionalida-

de devero ser estabelecidas entre as massas

de carvo e cinzas e entre carvo e oxignio.

Espera-se que os alunos concluam que so for-

mados 18 g de cinzas a partir da combusto de

90 g de carvo, sendo consumidos para isso

192 g de gs oxignio.

Na questo 2, os alunos devero analisar a

tabela de produo de cal e identificar o calc-

rio como o nico reagente e o dixido de car-

bono e a cal como seus produtos. A massa de

dixido de carbono formada no dia 18/7 pode

ser obtida considerando-se a conservao das

massas nessa transformao qumica e seu

valor deve ser de 5,3 t. As massas de calcrio

e dixido de carbono do dia 15/7 podem ser

obtidas considerando-se a proporo entre as

massas de calcrio e de cal e entre as massas de

cal e dixido de carbono dos dias 12/7 e 15/7.

Dessa maneira, obtm-se como resultados um

consumo de 20 t de calcrio e uma produo de

8,8 t de dixido de carbono no dia 15/7.

Na questo 3, item a, comparando-se as massas de reagentes e produtos, nota-se que

a massa se conservou nessa transformao

qumica. Isso pode ser feito considerando

a massa inicial como a soma da massa de

etanol que reage (etanol adicionado etanol

em excesso) e a massa de oxignio, e a massa

final como a soma das massas dos produ-

tos (mi = 142; mf = 142). No item b, deve-se identificar que apenas 46 g de etanol reagem

na primeira amostra (excesso de 4 g) e que

essa massa est relacionada a um consumo

de 96 g de oxignio. Assim, a combusto de 23 g

de etanol (metade de 46 g) consome apenas 48 g

de oxignio (metade de 96 g), sobrando 2 g de

oxignio. No item c, os alunos devem, ainda, calcular as massas de gua e dixido de car-

bono na combusto da segunda amostra de

etanol. Espera-se que cheguem aos valores de

44 g de dixido de carbono e 27 g de gua.

Na questo 4, obtm-se um valor de 0,83 g

de MgO no item a; 0,66 g de O2 no item b; e se espera que 2,0 g de Mg consumam apenas

1,32 g de oxignio, restando um excesso de

0,68 g desse gs no item c.

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Atividade 3 Releitura do problema inicial

Neste momento, pode-se retomar o pro-

blema inicialmente levantado na experincia

da queima da palha de ao. A questo que os

alunos devem ser capazes de responder agora

: Como explicar que em algumas combustes

observamos que a massa aumenta enquanto em

outras a massa diminui?

Espera-se que, neste momento, os alunos

possam:

considerar a importncia da participao fdos gases nas reaes qumicas, inclusive

em combustes;

compreender que gases possuem massa; f

saber que em todas as transformaes qu- fmicas, incluindo as combustes, as massas

no estado inicial e final so iguais.

O experimento da queima da palha de ao

pode ser retomado fazendo um desenho es-

quemtico na lousa ou mostrando a balana

de pratos usada em sua execuo.

Recorde o fato da