Introdução à Química: Química e sua História.

1 - Introdução

Historicamente, o homem primitivo começa a perceber as transformações químicas com o domínio do fogo. Naturalmente observou que a madeira ao ser queimada se transformava em cinzas, que as rochas do solo chegavam a se fundir, tomando uma aparência mais resistente. Com o domínio de produzir o fogo o homem primitivo passou a tirar vantagens, afugentando as feras, não tendo medo da escuridão e também, nas regiões mais frias as noites passaram a ser mais quentes (devido ao calor liberado pela combustão). Nota-se, que esse conhecimento proporciona mais segurança e gera um crescimento da espécie humana devido a melhor condição de vida. A utilização do fogo trouxe vários benefícios sendo, um deles, o cozimento dos alimentos diminuindo a contaminação por bactérias que eram responsáveis por muitas doenças da época primitiva. Essas mudanças proporcionaram melhores condições de vida, além do crescimento populacional da época.

Os recipientes de barro (argila) tiveram transformação ao serem levados ao fogo, adquirindo uma resistência em sua superfície, beneficiando utensílios para o preparo dos alimentos.

Fonte: www.google.com

Todos esses avanços no cotidiano do homem primitivo só foram possíveis com o domínio do fogo podendo gerar as transformações na matéria devido ao calor. O homem continuou evoluindo passando pela idade da pedra, dos metais... e assim sucessivamente. Na realidade, o homem não sabia que estava realizando química.

Fonte: Alquimistas Químicos o passado, o presente e o futuro; pág.12; ed. Moderna.O domínio dos recursos naturais, como as ligas metálicas (bronze, latão, aço, etc.) geram o

conhecimento sobre a metalurgia e siderurgia, e assim outras áreas do conhecimento vão surgindo. O desenvolvimento da civilização foi surgindo à medida que suas habilidades nas transformações da matéria foram sendo aperfeiçoadas, como: o vidro, as joias, as moedas, as cerâmicas e inevitavelmente as armas mais resistentes e eficazes.

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Armas com ligas metálicas Lascas de Ferro Ligas metálicasA liga de aço acelerou um profundo impacto da química sobre a sociedade. Assim, a força

muscular foi sendo substituída por máquinas. Com meios de transporte melhores e maior produtividade das fábricas, o comércio e o mundo se transformam, simultaneamente. Nada disso teria acontecido se não houvesse instinto humano para sobreviver e a curiosidade, mesmo sem saber na íntegra como ocorriam essas transformações. Desde a concepção do Universo a evolução que ocorreu e que continua ocorrendo devido aos fatores abióticos que proporcionam vida neste planeta. A evolução científica, social, econômica e cultural contribuiu para a somatória de diversos conhecimentos, onde buscamos incansavelmente resposta para as questões como:

• Há vida em outros lugares, planeta ou universo?• Será que existem outras formas de vida além dessa que conhecemos?• Somos feitos só de matéria ou energia?• Todo esse questionamento e a busca por respostas científicas fazem o homem evoluir

constantemente.Na casa, trabalho, lazer ou em qualquer lugar está ocorrendo transformações da matéria,

como a situação de preparar um simples café, chá ou mesmo a dissolução de um suco em pó na água. O fato de nós suarmos, respirarmos, digerirmos, pensarmos, raciocinarmos, ou seja, sobrevivermos nos leva a muita transformação química.

Matéria e Energia: Noções fundamentais da Química.1 - Matéria e Energia

Desde a fecundação do óvulo pelo espermatozoide estamos em contato com vários tipos de matéria como o ar que respiramos e até o nosso próprio corpo. Em toda matéria existe energia, seja ela através do calor, frio, luz e eletricidade.

A matéria e a energia caminham juntas, pois se não existisse matéria não existiria energia e, não existindo energia não teríamos a matéria.

A matéria é formada por pequeníssimas partículas que chamamos de átomos; essas partículas podem se unir e formar o que chamamos de moléculas.

A maioria da matéria pode se transformar em outras matérias, e até mesmo em energia cinética (energia de movimento). Pense no seu corpo, em que a energia gerada através dos alimentos, é transformada em movimentos, que por sua vez recarrega a nossa “bateria”.

1.1 - MatériaMatéria é tudo aquilo que tem massa e ocupa lugar no espaço.

Espaço Caixa de Papelão Balão

Fonte: www.google.com

Você já sabe que a matéria é constituída de massa. Ela expressa a quantidade de matéria; pode ser medida entre outras formas, em quilograma, grama, miligrama e outros.

Observe a tabela abaixo:2

UNIDADE DE MEDIDA REPRESENTAÇÃO RELAÇÃO

Quilograma Kg 1000 g

Grama g 1g=1000 mg

Miligrama mg 1mg=0,001 g

Também temos o volume que expressa o espaço ocupado pela matéria. Pode ser medido entre outras formas: em litro, mililitro, centímetro cúbico e outros.

Observe a tabela na página seguinte.

Unidade de Medida Representação Relação

Litro L ou l 1L=1000mL

Mililitro mL ou ml 1mL=0,001L

Centímetro cúbico cm3 1cm3=0,001L

Metro cúbico m3 1m3=1000L

Decímetro cúbico dm3 1dm3=1L

Existe uma relação entre a massa e o volume que determina a densidade absoluta ou massa específica (d) de uma substância, que é a massa contida na unidade de volume de uma substância.

Calcula-se a densidade através da expressão:

Ou

Onde:d é a densidade,m é a massa,V é o volume

Pode-se medir a massa em gramas e o volume em centímetro cúbico, mililitro ou litro. Voltando a falar um pouco mais sobre a matéria ela pode ser apresentada de duas formas diferentes e distintas: corpo e objeto.

1.2 – Corpo

Corpo é qualquer porção limitada da matéria.Veja alguns exemplos na página seguinte:

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Troncos de Madeira MármoreFonte: www.google.com

1.3 – Objeto

Objeto é uma porção limitada de matéria quer por sua forma especial ou por sua (utilidade).Veja alguns exemplos abaixo:

Mesa de Madeira Estátua de mármore

Fonte: www.google.com

1.4 – EnergiaEnergia é a capacidade de realizar trabalho.

Entende-se por trabalho o movimento da matéria contra uma força que se opõe ao seu movimento. Assim, tudo que tem capacidade de movimentar a matéria possui energia.

Algumas formas de energia são calor, luz, som, energia mecânica, elétrica e química. Todas as formas podem converter-se umas nas outras, no entanto, a energia total do sistema permanece sempre constante. Veja alguns exemplos desses fenômenos, onde ocorre transformação de energia: a queima de um combustível (transformação de energia química em energia térmica, luminosa e mecânica), funcionamento de uma pilha ou bateria (transformação de energia química em energia elétrica) e utilização de ferro elétrico (transformação de energia elétrica em energia térmica).

Veja alguns exemplos abaixo:

Transformação de energia elétrica em energia térmica.

Transformação de energia química em energia elétrica.Fonte: www.google.com

2 - Substâncias Químicas

Os materiais que nos cercam, como por exemplo, a terra, o mar, as rochas, e os que utilizamos diariamente, como o alumínio, o vidro, os medicamentos, as bebidas, etc., não são substâncias, mas misturas de substâncias. Surge agora, uma pergunta muito importante: havendo cerca de uma centena de elementos químicos diferentes na Natureza, porque encontramos uma variedade tão grande de materiais?

Porque temos diferentes tipos de átomos, os quais podem se reunir formando uma infinidade de agrupamentos diferentes.

Antes de mergulharmos mais a fundo no universo das substâncias, você terá que compreender melhor alguns conceitos usados mundialmente em Química.

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Elemento Químico é um tipo de átomo caracterizado por um determinado número atômico.O conceito exato de elemento químico será mais detalhado em outro momento.Veja a seguir alguns exemplos de elementos e dos símbolos para identificar estes elementos.

ELEMENTO QUÍMICO SÍMBOLO QUÍMICO

Oxigênio O

Hidrogênio H

Ferro Fe

Molécula é o conjunto de dois ou mais átomos, sendo a menor parte da substância que mantém as suas características. As moléculas são representadas por fórmulas (conjuntos de número e símbolos).

Veja a seguir alguns exemplos de molécula:

Molécula Fórmula Molecular Elemento Químico

Gás Oxigênio O2 O

Água H2O H e O

Gás Carbônico CO2 C e O

Sal de cozinha NaCl Na e Cl

Agora eu e você voltaremos ao assunto que deixamos um pouquinho de lado, que é falar a respeito de substância.

Você já ouviu falar ou sabe me dizer o que é uma substância? Caso não saiba vou explicar.Substância é uma quantidade qualquer de moléculas iguais ou diferentes.Veja o exemplo abaixo:

Substância Fórmula Elemento Químico

Ferro Fe Fe

Enxofre S2 S e S

Gás carbônico CO2 C e O

Flúor F2 F e F

3 - Substâncias simples e substâncias compostas

 

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A molécula de água é formada por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio. Já o gás nitrogênio, que existe na atmosfera, é formado pela união de dois átomos de nitrogênio. O mesmo vale para o gás oxigênio. Dizemos então que o oxigênio é uma substância simples, já que é formado pela união de átomos quimicamente iguais. A água é uma substância composta, pois é formada pela união de átomos diferentes.

Compreenda melhor analisando a imagem a seguir:

Algumas substâncias compostas são formadas por íons diferentes, como é o caso do cloreto de sódio, que tem íons de sódio e de cloro.

Portanto, uma substância pura pode ser simples, quando é formada por apenas um tipo de átomo, ou composta, quando em sua fórmula há mais de um tipo de átomo ou de íon.

Resumindo:

Substâncias Simples são aquelas formadas por um único tipo de elemento químico.

Exemplos: H2, O2, O3, Cl2, P4 .

 

Substâncias compostas são aquelas formadas por mais de um tipo de elemento químico.

Exemplos: NaCl, H2O, Ca2SO4, HCl, H3PO4.

 4 – MISTURAS

MISTURA E SUBSTÂNCIAMistura – é formada por duas ou mais substâncias puras. As misturas têm composição química variável, não expressa por uma fórmula.Algumas misturas são tão importantes que têm nome próprio. São exemplos:- gasolina – mistura de hidrocarbonetos, que são substâncias formadas por hidrogênio e carbono.- ar atmosférico – mistura de 78% de nitrogênio, 21% de oxigênio, 1% de argônio e mais outros gases, como o gás carbônico.- álcool hidratado – mistura de 96% de álcool etílico mais 4% de água.Substância – é cada uma das espécies de matéria que constitui o universo. Pode ser simples ou composta.SISTEMA E FASESSistema – é uma parte do universo que se deseja observar, analisar. Por exemplo: um tubo de ensaio com água, um pedaço de ferro, uma mistura de água e gasolina, etc.Fases – é o aspecto visual uniforme.As misturas podem conter uma ou mais fases.Mistura Homogênea – é formada por apenas uma fase. Não se consegue diferencias a substância.Exemplos: - água + sal- água + álcool etílico- água + acetona

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- água + açúcar- água + sais minerais

 Mistura Heterogênea – é formada por duas ou mais fases. As substâncias podem ser diferenciadas a olho nu ou pelo microscópio. Exemplos: - água + óleo - granito- água + enxofre- água + areia + óleo

Os sistemas monofásicos são as misturas homogêneas.Os sistemas polifásicos são as misturas heterogêneas. Os sistemas homogêneos, quando formados por duas ou mais substâncias miscíveis (que se misturam) umas nas outras chamamos de soluções.São exemplos de soluções: água salgada, vinagre, álcool hidratado.Os sistemas heterogêneos podem ser formados por uma única substância, porém em várias fases de agregação (estados físicos).Exemplo: água- líquida - sólida (gelo)- vapor

Fases de um sistema HeterogêneoSISTEMAS

Como ciência experimental, a Química precisa às vezes delimitar uma porção do universo para submetê-la a estudos e experiências.Essa porção limitada da matéria constitui o Sistema.Numa explicação mais clara, dizemos que: Sistema é uma porção do universo, limitada anteriormente a fim de se efetuar estudos.Assim, para se verificar as transformações sofridas pela água no estudo da natureza, separa-se uma porção dela do resto do universo.Essa porção de água será o sistema.FASES DO SISTEMA HETEROGENEO

A distinção entre os componentes das misturas heterogêneas pode ser vista a olho nu, mas em alguns casos são necessários aparelhos microscópicos. Por exemplo, o sangue quando observado a olho nu parece ser homogêneo, mas trata-se de uma mistura heterogênea. As suas diferentes porções constituintes podem ser observadas

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ao microscópio. 

Como já foi dito, cada uma das partes que compõem uma mistura chamamos de fase e dependendo do número de fases, as misturas heterogêneas podem ser: 

Bifásicas (duas fases): água e óleo. A água e o óleo não se misturam, sendo assim, é um sistema que apresenta duas fases e cada uma é composta por uma substância diferente.

Trifásicas (três fases): granito (pedra composta por três tipos de rocha). O granito é uma pedra cuja composição é feita por uma mistura heterogênea de quartzo, feldspato e mica, podemos ver pela diferença de cor de cada pedra.Polifásica (mais de três): óleo, areia, água e serragem, quando misturados podemos ver nitidamente a separação entre eles, pois não são miscíveis.

Uma mistura pode ser também composta por uma única substância em diferentes estados físicos, como exemplo temos água e gelo: mistura heterogênea bifásica constituída apenas por H20.

Cuidado para não confundir mistura com combinação de substâncias. Se você juntar, por exemplo, ácido clorídrico ao magnésio, o resultado será cloreto de magnésio e hidrogênio, que se desprende. O resultado não é uma mistura homogênea, mas uma substância que antes não existia. É possível diferenciar uma mistura de uma substância pura observando suas propriedades específicas, como ponto de fusão e o ponto de ebulição.

5 - Estados Físicos da Matéria

Estados físicos da matéria ou fases são as diferentes formas de como uma substância

pode se apresentar no espaço. Os principais são:

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Os três estados da matéria. Ilustração: snapgalleria / Shutterstock.com [adaptado]

Sólido

É quando os átomos das moléculas constituintes da matéria estão em um estado de

agitação baixo, podendo ser concentrados mais átomos em um mesmo espaço físico.

A sua forma e volume são fixos. Por exemplo, uma barra de ouro. Pode ser colocada

em qualquer tipo de recipiente que ela não tomará a forma do recipiente, e o seu

volume não vai aumentar ou diminuir.

Ouro em estado sólido. Foto: Sashkin / Shutterstock.com

Líquido

Ocorre quando as moléculas já estão um pouco mais dispersas, em relação à mesma

matéria no estado sólido. Substâncias no estado líquido tem volume fixo, porém a sua

forma pode variar. Por exemplo, a água. Se estiver em um copo, toma a forma do

copo, se estiver na jarra, fica na forma da jarra.

Água pura. Foto: Edler von Rabenstein / Shutterstock.com

Gasoso

Acontece quando as partículas que formam a matéria estão bastante afastadas,

dispersas no espaço. Por isto elas podem ter a forma e o volume variável. Exemplo, ar

atmosférico. O ar de uma sala inteira pode ser comprimido dentro de um cilindro, e

tomando a forma do mesmo.

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Cilindros de gás. Foto: albund / Shutterstock.com

Todas as substâncias podem alterar o estado físico em que estão, alterando alguns

fatores que as influenciam, como a temperatura e a pressão.

Existem ainda um quarto estado, chamado de plasma, que somente ocorre em

condições altíssimas de temperatura, como no núcleo do Sol. Lá, os átomos de hélio

ficam a uma temperatura e pressão muito altas, fazendo com que os seus elétrons

sejam desprendidos de seus átomos.

Mudanças de Estado Físico

O que caracteriza e define um estado físico da matéria  são as forças atuantes em seu

interior; coesão, a qual tende a aproximar as partículas, e repulsão, a qual tende a

afastá-las. Quando a força de coesão supera a de repulsão, a substância se

apresentará na fase de agregação chamada de sólido, quando as forças apresentarem

a mesma intensidade, teremos um líquido, quando a de repulsão superar a de coesão,

teremos então um gás. Cada um desses estados físicos distingue-se dos outros, entre

outros fatores, por sua forma e volume. O estado sólido apresenta forma e volume

constante, o líquido forma variável e volume constante, e o gasoso, forma e volume

variáveis.

Na fase de agregação sólida, as partículas não apresentam liberdade de movimento,

cabendo-lhes apenas movimentos de ordem vibracional, e a matéria terá maior

densidade molecular. No estado líquido, as partículas podem literalmente “rolar” umas

sobre as outras. Já na fase gasosa, as partículas terão ampla liberdade de movimento,

e a matéria estará em sua fase de menor densidade molecular possível.

A matéria pode apresentar-se em qualquer estado físico, dependendo dos fatores

pressão e temperatura. Assim, de modo geral, o aumento de temperatura e a redução

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de pressão favorecem o estado gasoso, e pode-se dizer que o inverso favorece ao

estado sólido. As transformações de estado físico da matéria apresentam

denominações características, como se pode ver abaixo:

a) FUSÃO: representa a passagem do estado sólido para o estado líquido. A

temperatura na qual ocorre recebe o nome de Ponto de Fusão. Por exemplo, o

derretimento de um cubo de gelo.

b) VAPORIZAÇÃO: representa a passagem do estado líquido para o estado gasoso. A

temperatura na qual ocorre recebe o nome de Ponto de Ebulição. Uma vaporização

pode ocorrer de três modos distintos:

1. CALEFAÇÃO : passagem do estado líquido para o gasoso de modo muito

rápido, quase instantâneo. Por exemplo, gotas de água sendo derramadas em

uma chapa metálica aquecida.

2. EBULIÇÃO : passagem do estado líquido para o estado gasoso por meio de

aquecimento direto, envolvendo todo o líquido. Por exemplo, o aquecimento da

água em uma panela ao fogão.

3. EVAPORAÇÃO : passagem do estado líquido para o estado gasoso que

envolve apenas a superfície do líquido. Por exemplo, a secagem de roupas em

um varal.

c) LIQUEFAÇÃO ou CONDENSAÇÃO: representa a passagem do estado gasoso

para o estado líquido. Por exemplo, a umidade externa de um frasco metálico ao ser

exposto a uma temperatura relativamente elevada.

d) SOLIDIFICAÇÃO: representa a passagem do estado líquido para o estado sólido.

Por exemplo, o congelamento da água em uma forma de gelo levada ao refrigerador.

e) SUBLIMAÇÃO: representa a passagem do estado sólido para o estado gasoso ou

o processo inverso, sem passagem pelo estado líquido. Por exemplo, a sublimação

do gás carbônico sólido, conhecido por gelo seco, em exposição à temperatura

ambiente.

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Gráficos de Mudança de Estado Físico

 A curva de aquecimento da água possui dois patamares em que a temperatura

permanece constante

Veremos neste texto como é construído um gráfico de mudança de estado físico para

qualquer substância pura, como interpretar esse tipo de diagrama e como é

representado o gráfico no caso de misturas.

Para tal vamos considerar o exemplo da água. Digamos que pegamos um copo com

gelo em uma temperatura de – 10 ºC e iniciamos um processo de aquecimento, sob

pressão de 1 atm. Você notará que à medida que a temperatura for aumentando, indo

de -10 ºC para -9 ºC, para – 8ºC e assim sucessivamente, o gelo permanecerá no

estado sólido até atingir a temperatura de 0 ºC.

Nesse ponto ele começa a passar para o estado líquido, ou seja, começa a ocorrer a

fusão e, portanto, essa temperatura é denominada de ponto de fusão da água. A

temperatura não continuará aumentando como antes, mas permanecerá constante em

0ºC até que todo o gelo tenha derretido:

Depois que todo o sólido fundiu, passando para o estado líquido, a temperatura do

sistema continuará a aumentar, até atingir a temperatura de 100ºC. Nessa

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temperatura, a água que estava no estado líquido começará a passar para o estado de

vapor, ou seja, ela entrará em ebulição e, por isso, 100ºC é o ponto de ebulição.

Assim, como aconteceu no ponto de fusão, no ponto de ebulição a temperatura

também permanecerá constante até que todo o líquido vire vapor. Depois disso, se

continuarmos aquecendo o sistema, a temperatura continuará a subir:

Pronto! Esse é o gráfico ou diagrama que representa a mudança de estado físico da

água ou a sua curva de aquecimento. Se fosse o processo inverso, teríamos a

seguinte curva de resfriamento da água:

Um aspecto muito importante nesses gráficos é que são formados dois patamares, ou

seja, dois pontos em que a temperatura permanece constante por um tempo. Isso

ocorre sempre que a mudança de estado estiver ocorrendo com uma substância pura.

A única diferença são os valores dos pontos de fusão e de ebulição. Por exemplo, ao

contrário da água, o oxigênio não é líquido, mas sim gasoso à temperatura ambiente

(cerca de 20ºC). Isso acontece porque seu ponto de fusão ao nível do mar é igual a -

223,0 ºC e seu ponto de ebulição é de -183,0 ºC. Veja o seu gráfico de mudança de

estado físico abaixo:

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No entanto, se estivermos aquecendo ou resfriando uma mistura em vez de uma

substância pura, então o ponto de fusão e o ponto de ebulição não terão valores

determinados e constantes, ou seja, não se formarão os dois patamares observados

nos gráficos acima. As mudanças de estados físicos ocorrerão em faixas de

temperatura e não em um valor fixo. O ponto de fusão, por exemplo, começará em

uma dada temperatura e terminará em outra, e o mesmo ocorrerá com o ponto de

ebulição, como mostrado no gráfico abaixo:

Duas exceções são as misturas eutética e azeotrópicas. Veja o que acontece com

elas:

Mistura eutética: é toda mistura que se comporta como se fosse uma

substância pura durante a fusão, ou seja, nesse ponto a temperatura se

mantém constante do início ao fim da mudança de estado de agregação.

Mistura azeotrópica: comporta-se como uma substância pura durante a

ebulição, ou seja, nesse ponto a temperatura se mantém constante do início ao

fim da mudança de estado de agregação.

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1 - O gráfico abaixo representa a variação de temperatura observada no aquecimento

de uma determinada substância:

Relacione as colunas com informações a respeito do gráfico em questão:

Coluna 1:

I. Faixa de temperatura em que a substância permanece sólida;

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II. Faixa de temperatura em que a substância permanece totalmente líquida;

III. Temperatura de ebulição;

IV. Temperatura de fusão;

V. Tempo que a fusão demora;

VI. Tempo em que a substância permanece líquida.

Coluna 2:

( ) 10 minutos.

( ) 20 ºC.

( ) Entre 10 a 20 ºC.

( ) 20 minutos.

( ) Entre 20 a 40 ºC.

( ) 40ºC.

2 - O gráfico a seguir representa a curva de resfriamento da água pura à pressão

constante de 1 atm.

Julgue se são verdadeiras ou falsas as afirmações a seguir:

a. O fenômeno que ocorre na região B da curva é a solidificação e há duas fases

em equilíbrio.

b. Na região C da curva, há somente a fase sólida.

c. Nas regiões B e D da curva, a temperatura permanece constante.

d. Na região D da curva, coexistem as fases sólida e líquida.

3 - (UCDB-MS) Uma substância sólida é aquecida continuamente. O gráfico a seguir

mostra a variação da temperatura (ordenada) com o tempo (abscissa):

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O ponto de fusão, o ponto de ebulição e o tempo durante o qual a substância

permanece no estado líquido são, respectivamente:

a) 150, 65 e 5

b) 65, 150 e 25

c) 150, 65 e 25

d) 65, 150 e 5

e) 65, 150 e 10

6 - Processo de Separação de Misturas

Você sabia que separar os componentes de uma mistura é um dos problemas que geralmente um químico encontra. A escolha do processo de separação é feita de acordo com a mistura a ser separada (homogênea ou heterogênea) e do estado físico de seus componentes.

Leia atentamente o texto abaixo:Estação de tratamento de água (ETA)A qualidade da água consumida é importante para a manutenção da saúde. A cada dia, mais

e mais esgoto, lixo e resíduos industriais são jogados nos rios, de onde provém a água que milhões de pessoas consumirão. Com isso, aumentam os riscos de transmissão de inúmeras doenças (como cólera e disenteria ) e de contaminação por substâncias poluentes.

Para atender a necessidade da água com boa qualidade, o poder público deve montar instalações de grande porte especializadas na purificação da água para o consumo humano.

São as estações de tratamento de água (ETA), onde a água é submetida a vários processos de separação de misturas que iremos estudar.

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Fonte: www.google.com

Inicialmente a água é misturada com sulfato de alumínio e levada para o tanque de floculação, onde, depois de ser oxigenada por agitação, formam-se os flóculos que se aglutinam em partículas maiores de sujeira. Essa sujeira passa para o tanque de decantação, onde fica por algum tempo em repouso, até que se deposite no fundo.

Ao sair dos tanques de decantação, a água passa por um filtro de areia com várias camadas: cascalho grosso, cascalho fino, areia grossa e areia fina. Essa filtração retira todas as partículas sólidas, deixando a água quase limpa.

Nesse ponto, resta ainda eliminar os micróbios perigosos à saúde. Isso é conseguido com a cloração. Depois, a água já se encontra em condições de ser distribuída pelos reservatórios. Em algumas cidades costuma-se acrescentar flúor à água já tratada, para proteger os dentes da cárie.

Texto tirado do livro Ciências / Ayrton e Sariego / Química e Física.

No texto “Estação de tratamento de água” você se deparou com algumas palavras: floculação, decantação, filtração, isto é, alguns processos de separação de misturas.

Floculação

Floculação é o processo onde a água recebe uma substância química chamada de sulfato de alumínio. Este produto faz com que

as impurezas se aglutinem formando flocos para serem facilmente removidos.

Decantação

Na decantação, como os flocos de sujeira são mais pesados do que a água, caem e se depositam no fundo do decantador.

Filtração

Nesta fase, a água passa por várias camadas filtrantes onde ocorre a retenção dos flocos menores que não ficaram na decantação. A água então fica livre das impurezas.

Cloração consiste na adição de cloro. Este produto é usado para destruição de microorganismos presentes na água.

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Fluoretação é uma etapa adicional. O produto aplicado tem a função de colaborar para redução da incidência da cárie dentária.

Cada estação de tratamento de água (ETA) possui um laboratório que processa análises e exames físico-químicos e bacteriológicos destinados à avaliação da qualidade da água desde o manancial até o sistema de distribuição. Além disso, existe um laboratório central que faz a aferição de todos os sistemas e também realiza exames especiais como: identificação de resíduos de pesticidas, metais pesados e plâncton. Esses exames são feitos na água bruta, durante o tratamento e em pontos da rede de distribuição, de acordo com o que estabelece a legislação em vigor.

Bombeamento

Concluindo o tratamento, a água é armazenada em reservatórios quando então, através de canalizações, segue até as residências.

A seguir acompanhe comigo outros tipos de separação de misturas:Filtração é o processo utilizado em misturas heterogêneas, esse processo é muito utilizado

para separar sólido e líquido ou sólido e gás. Esse processo consiste em fazer a mistura passar através de um material poroso (papel filtro, pano, algodão), onde a parte líquida atravessa o material poroso, enquanto que a parte sólida fica retida. Este processo é muito utilizado no nosso dia-a-dia na preparação do café ou chá.

A filtração também é usada nos aspiradores de pó, nos quais o ar (gás) passa e a poeira (sólido) fica retida no filtro que se encontra no interior do aparelho.

Peneiração é o processo utilizado em misturas heterogêneas, que consiste em separar dois sólidos com tamanhos diferentes. O processo consiste em utilizar peneiras de diferentes granulometria (tamanhos) para separar substâncias de diferentes tamanhos.

Este processo é usado na peneiração da areia, que é utilizada em construção que tem como objetivo deixar a areia mais “fininha”.

Catação é o processo de separação utilizado em misturas heterogêneas, que consiste em separar manualmente os componentes da mistura. É muito usado na hora de “escolher” o feijão antes de ser preparado, separar o dinheiro em forma de moedas, a partir do seu tamanho e valor.

Ventilação é o processo de separação utilizado em misturas heterogêneas, que consiste em passar pela mistura uma corrente de ar e esta arrasta o mais leve. Podemos citar um exemplo caseiro, quando torramos amendoim em casa e queremos eliminar as casquinhas

(película vermelha), primeiro esfregamos e depois assopramos. Essa técnica também é usada no arroz para separar o grão da casca de proteção.

Separação magnética é o processo de separação utilizado em misturas heterogêneas, que consiste em passar pela mistura um ímã. Se um dos componentes possuir propriedades magnéticas, será atraído pelo ímã.

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Evaporação é o processo de separação utilizado em misturas heterogêneas, que consiste em separar um líquido de um sólido, através do aquecimento do líquido, onde o mesmo muda para o estado gasoso, assim ficando apenas o sólido. Esse processo ocorre na preparação do arroz e é também usado para retirar o sal da água do mar, que é colocada em tanques expostos ao sol. A água evapora deixando o sal sólido ao final. Veja ao lado o Ciclo da água, que é um processo de separação natural.

Destilação simples é o processo utilizado em misturas homogêneas que contém soluções sólido-líquido (onde o sólido é dissolvido no líquido). Esse tipo de destilação é usado com a finalidade de obter um líquido puro.

Na destilação, a solução (mistura homogênea) é colocada em um balão e é aquecido até o líquido entrar em ebulição (ferver).O sólido que estava no balão dissolvido permanece no balão, enquanto que o líquido evapora passando por um condensador (geralmente com água fria que resfria o vapor), fazendo o vapor voltar para o estado líquido. Este líquido resultante, agora puro, pode ser recolhido em outro frasco. Esse tipo de destilação é usado para separar substâncias com ponto de ebulição bem diferente.A natureza faz a destilação da água ao longo do ciclo hidrológico. Mas a chuva não é água pura

porque, ao cair, incorpora impurezas da atmosfera. Tanto que se costuma dizer que a chuva “lava” o ar, livrando-se dos poluentes atmosféricos.

Destilação Fracionada: é usada na separação de misturas homogêneas quando os componentes da mistura são líquidos.

A destilação fracionada é baseada nos diferentes pontos de ebulição dos componentes da mistura. A técnica e

a aparelhagem utilizada na destilação fracionada é a mesma utilizada na destilação simples, apenas deve ser colocado um termômetro no balão de destilação, para que se possa saber o término da destilação do líquido de menor ponto de ebulição. O término

da destilação do líquido de menor ponto de ebulição ocorrerá quando a

temperatura voltar a se elevar rapidamente.A destilação fracionada é utilizada na separação dos componentes do petróleo. O petróleo é uma substância

oleosa, menos densa que a água, formado por uma mistura de substâncias.O petróleo bruto é extraído do subsolo da crosta terrestre e pode estar misturado com água

salgada, areia e argila. Por decantação separa-se a água salgada, por filtração a areia e a argila. Após este tratamento, o petróleo, é submetido a um fracionamento para separação de seus componentes, por destilação fracionada. As principais frações obtidas na destilação do petróleo são:

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fração gasosa, na qual se encontra o gás de cozinha; fração da gasolina e da benzina; fração do óleo diesel e óleos lubrificantes, e resíduos como a vaselina, asfalto e piche.

A destilação fracionada também é utilizada na separação dos componentes de uma mistura gasosa. Primeiro, a mistura gasosa deve ser liquefeita (tornar líquido) através da diminuição da temperatura e aumento da pressão. Após a liquefação, submete-se a mistura a uma destilação fracionada: o gás de menor ponto de ebulição volta para o estado gasoso.

Esse processo é utilizado para separação do oxigênio do ar atmosférico, que é constituído de aproximadamente 79% de nitrogênio, 20% de oxigênio e 1% de outros gases. No caso desta mistura o gás de menor ponto de ebulição é o nitrogênio.

Exercícios:

1) Considere as informações anteriores e complete corretamente o texto abaixo com relação a água:A água que usamos para o nosso consumo diário é uma ____________________ (o líquido apresenta apenas uma fase) que se dá pela combinação entre sais minerais e uma _____________________________ formada pela união de dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio (H2O).

2) Leia o texto sobre uma experiência que só pode ser realizada em laboratório por cientistas: Esquente grãos de areia (SiO2, H2O, CO2 e impurezas) a mais de mil graus centígrados para obter SiO2 puro, e eles virão um líquido que, ao esfriar se solidifica como vidro. Dependendo da forma em que você colocar essa sopa de areia ela se transforma em coisas tão diferentes como um vaso, um óculos ou uma janela. Essa receita básica se sofisticou com o tempo e passou a incluir outros elementos, dando origem a milhares de tipos de vidro. Para aumentar a resistência, mudar de cor ou facilitar a produção, passou-se a acrescentar substâncias como soda cáustica (NaOH), urânio (U), cal (CaO), alumínio (Al) ou chumbo (Pb).

De acordo com o texto, relacione as colunas para classificar as substâncias e misturas mencionadas.

(A) Mistura homogênea ( ) Areia(B) Mistura heterogênea ( ) H20 (C) Substância pura simples ( ) Pb(D) Substância pura composta ( ) Lente de óculos

( ) Vidro de janela

( ) CO2

( ) CaO

( ) Água + Areia

3) Sistema que apresenta as mesmas propriedades em todos os pontos é: a) heterogêneo. b) homogêneo. c) trifásico. d) uniforme. 4) Por que o ar é um sistema homogêneo? a) Porque é formado de um só tipo de gás. b) Porque é incolor. c) Porque apresenta as mesmas propriedades em todos os pontos. d) NDA. 5) Sistema que apresenta propriedades diferentes de ponto para ponto é:

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a) indiferente. b) homogêneo. c) complicado. d) heterogêneo. 6) O sistema formado por água, óleo e areia é: a) heterogêneo. b) homogêneo. c) misturado. d) unifásico. 7) O que se entende por fase? a) Um verbo da língua portuguesa. b) Uma ordem. c) Partes heterogêneas de um sistema homogêneo. d) Partes homogêneas de um sistema heterogêneo.

8) Classifique os sistemas abaixo em: 1 – homogêneo 2 – heterogêneo a) água com pouco sal ................................................. ( ) b) ar atmosférico ......................................................... ( ) c) água do mar ............................................................ ( ) d) água pura (destilada) .............................................. ( ) e) água com excesso de açúcar ................................... ( ) f) um recipiente contendo diversos gases ................... ( ) g) álcool com éter ....................................................... ( ) h) quartzo ..................................................................... ( ) i) diversos gases misturados ....................................... ( ) 9) Quanto ao número de fases, classifique os sistemas abaixo em: 1 – monofásico 2 – bifásico 3 – trifásico 4 – tetrafásico a) água + ar .................................................................. ( ) b) vidro + água + óleo ................................................. ( ) c) leite .......................................................................... ( ) d) pólvora .................................................................... ( ) e) vinho ....................................................................... ( ) f) gasolina + querosene ............................................... ( ) g) quartzo .................................................................... ( ) h) água + éter + álcool ................................................ ( ) i) água com excesso de sal .......................................... ( ) j) uma mistura homogênea .......................................... ( )

10) Classifique os sistemas abaixo em: a) substância pura simples b) substância pura composta c) mistura homogênea d) mistura heterogênea ( ) água pura H2O ( ) álcool – C2H5OH ( ) sal + H2O (excesso) ( ) leite ( ) café ( ) gás carbônico – CO2 ( ) gás nitrogênio – N2 ( ) ar atmosférico ( ) água de torneira ( ) vidro ( ) granito ( ) sangue ( ) gelatina ( ) vapor d’água ( ) açúcar (excesso) + água ( ) gasolina ( ) ar + água ( ) liga metálica ( ) caipirinha

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( ) água + gelo 11) Quantas fases o sistema água + gelo apresenta?

12) Explique como você faria para separar uma mistura de sal e areia:

13) Como você faria para separar uma mistura de serragem e areia:

14) Você tem um copo com uma mistura de água e óleo na cozinha. Tem também uma lata vazia, um prego, um martelo e dois copos limpos. Como você faria para separar a mistura de água e óleo usando esses matérias?

15) Justifique porque não se pode separar por decantação a água presente no álcool combustível comum (álcool hidratado) ainda que água e álcool tenham densidade diferentes.

16) Qual seria o método adequado para remover a água do tanque de gasolina de um avião? Justifique:

17) A filtração seria adequada para remover a areia presente em uma mostra de água do mar? Justifique sua resposta:

18) Cite uma semelhança e uma diferença entre os processos de levigação e floculação:

19) Cite as semelhanças entre os processos de decantação e centrifugação:

7 – PROPRIEDADES DA MATÉRIAPropriedades gerais da Matéria

A matéria tem 8 propriedades gerais, isto é, 8 características comuns a toda e qualquer porção de matéria: inércia, massa, extensão, impenetrabilidade, compressibilidade, elasticidade, divisibilidade e descontinuidade.

- Inércia:    A matéria conserva seu estado de repouso ou de movimento, a menos que uma força aja sobre ela. No jogo de sinuca, por exemplo, a bola só entra em movimento quando impulsionada pelo jogador, e demora algum tempo até parar de novo.

- Massa:    É uma propriedade relacionada com a quantidade de matéria e é medida

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geralmente em quilogramas. A massa é a medida da inércia. Quanto maior a massa de um corpo, maior a sua inércia. Massa e peso são duas coisas diferentes. A massa de um corpo pode ser medida em uma balança. O peso é uma força medida pelos dinamômetros.

- Extensão:    Toda matéria ocupa um lugar no espaço. Todo corpo tem extensão. Seu corpo, por exemplo, tem a extensão do espaço que você ocupa.

- Impenetrabilidade:    Duas porções de matéria não podem ocupar o mesmo lugar ao mesmo tempo. Comprove a impenetrabilidade da matéria: ponha água em um copo e marque o nível da água com esparadrapo. Em seguida, adicione 3 colheres de sal. Resultado: o nível da água subiu. Isto significa que duas porções de matéria (água e sal), não podem ocupar o mesmo lugar no espaço (interior do copo) ao mesmo tempo.

- Compressibilidade:    Quando a matéria está sofrendo a ação de uma força, seu volume diminui. Veja o caso do ar dentro da seringa: ele se comprime.

- Elasticidade:    A matéria volta ao volume e à forma iniciais quando cessa a compressão. No exemplo anterior, basta soltar o êmbolo da seringa que o ar volta ao volume e à forma iniciais.

- Divisibilidade:    A matéria pode ser dividida em partes cada vez menores. Quebre um pedaço de giz até reduzi-lo a pó. Quantas vezes você dividiu o giz !?

- Descontinuidade:    Toda matéria é descontínua, por mais compacta que pareça. Existem espaços entre uma molécula e outra e esses espaços podem ser maiores ou menores tornando a matéria mais ou menos dura.

Propriedades Específicas da Matéria

- organolépticas:     a)cor: a matéria pode ser colorida ou incolor. Esta propriedade é percebida pela visão;    b)brilho: a capacidade de uma substância de refletir kluz é a que determina o seu brilho. Percebemos o brilho pela visão;    c)sabor: uma substância pode ser insípida (sem sabor) ou sápida (com sabor). Esta propriedade é percebida pelo paladar;    d)odor: a matéria pode ser inodora (sem cheiro) ou odorífera (com cheiro). Esta propriedade é percebida pelo olfato;

- físicas:    Entre as propriedades físicas encontram-se o ponto de fusão, o ponto de ebulição e o calor específico, mas vamos estudar outras duas propriedades:

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a)densidade: é o resultado da divisão entre a quantidade de matéria 'massa) e o seu volume. A densidade absoluta de um corpo é igual a m/v. Se a massa é medida em gramas e o volume em cm cúbicos, a densidade é obtida em gramas por cm cúbicos. Ex: Qual a densidade de um corpo que tenha massa de 200 g e está ocupando um volume de 2000 cm cúbicos ? É de 0.1 g/cm cúbico.

b)dureza: é a resistência que a superfície de um material tem ao risco. Um material é considerado mais duro que o outro quando consegue riscar esse outro deixando um sulco. Para determinar a dureza dos materiais, usamos uma escala de 1 a 10. O valor um corresponde ao mineral menos duro que se conhece, o talco. O valor 10 é a dureza do diamante, o mineral mais duro que se conhece.

Químicas:

São aquelas relacionadas às transformações químicas que as substâncias sofrem, ou seja, são transformações que alteram as suas constituições. Por exemplo, o ferro enferruja, no entanto, isso dificilmente ocorre com o ouro. Outro exemplo: o álcool sofre combustão, a água não.

Propriedades Funcionais:

As substâncias que pertencem a um mesmo grupo funcional (como os ácidos, as bases, os sais e os óxidos) possuem propriedades que se repetem entre elas. Por exemplo, as substâncias do grupo ácido costumam ter sabor azedo, enquanto que as do grupo básico possuem em comum o sabor adstringente e cáustico.

EXERCÍCIOS

01. (Fazu-MG) Quando se espreme limão na água, as sementes afundam na mistura obtida. Em seguida, quando se adiciona açúcar, elas passam a flutuar. Isso ocorre porque:

a) o açúcar diminui a densidade das sementes.b) o açúcar diminui a densidade da solução.c) o açúcar aumenta a densidade das sementes.d) o açúcar aumenta a densidade da solução.e) o açúcar aumenta a densidade da solução e da semente.

02. (Mackenzie – SP) À temperatura ambiente, o único sistema homogêneo é:a) gasolina e água. b) azeite de oliva a vinagre.c) água mineral engarrafada (não gaseificada).d) água do mar filtrada e petróleo.

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e) areia e isopor

04. (UFSM – RS) Assinale (V ou F) em cada afirmação.( ) O ouro 18 quilates é classificado como uma solução.( ) O ar atmosférico com poeira constitui uma mistura homogênea;( ) O granito é um exemplo de mistura heterogênea.( ) O sangue constitui uma mistura homogênea

05. (Emescam – ES) Sempre considerando cada item como isento de possíveis poluentes, indique aqueles que são exemplos de substâncias pura e misturaa) gás hidrogêniob) ar atmosféricoc) ferrod) vinhoe) açúcarf) água potávelg) leiteh) pãoi) sangue

06. (U. Marília – SP) Considere as fórmulas:P4 N2 CO C3H6O O3 C4H10

Assinale a alternativa incorreta:a) das fórmulas acima, 3 delas são substâncias simples.b) das fórmulas acima, 2 delas são compostos binários.c) uma das fórmulas é substância simples e triatômica.d) N2 e CO são substâncias simples.e) Somando-se todos os átomos das fórmulas acima temos um total de 35 átomos.07. (UFMG) Observe a tabela que apresenta as temperaturas de fusão e ebulição de algumas substâncias:

Substância PF (OC) PE (OC)I -117,3 78,5II -93,9 65III 801 1 416IV 3 550 4 827V -95 110,6

Em relação aos estados físicos das substâncias, a alternativa correta é:a) I é sólido a 25 OC.b) II é líquido a 80 OC.c) III é líquido a 1000 OC.d) V é sólido a 100 OC

8 - Fenômenos Físicos e Químicos

Uma latinha amassada é um fenômeno físico ou químico?Um aspecto importante da Química é identificar as transformações sofridas pelas substâncias. Tais transformações da matéria são chamadas defenômenos, e não precisam ser fatos extremamente impressionantes, como ocorre no dia a dia quando

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usamos essa palavra. Em Química, trata-se apenas dequalquer mudança que ocorra com a matéria.Considere, por exemplo, que amassemos uma lata de alumínio. Esse é um fenômeno, pois a aparência, tamanho e formato da lata foram modificados. Entretanto, a sua constituição continua sendo a mesma, ou seja, continua sendo formada por uma liga de alumínio.Nesse caso, temos, portanto, um fenômeno físico, que pode ser definido da seguinte forma:Fenômeno físico é toda alteração na estrutura física da matéria, tais como forma, tamanho, aparência e estado físico, mas que não gere alteração em sua natureza, isto é, na sua composição.Veja mais exemplos de fenômenos físicos:Amassar um papel;Quebrar um copo de vidro;Ferver a água;Produção de joias, em que se transforma, por exemplo, uma barra de cobre em fios;Dissolução do açúcar em água;Congelamento da água;Transformação de tecido em roupas;Triturar o carvão para obter o carvão ativo;Aquecer uma panela de alumínio.

As mudanças de estados físicos da água são fenômenos físicosFenômenos químicos ocorrem quando há alteração da natureza da matéria, isto é, da sua composição.Dizemos que ocorreu uma reação química, pois novas substâncias foram originadas.Por exemplo, considere uma lata de ferro que é deixada por alguns dias ao ar livre. Com o tempo, ela começa a enferrujar. Nesse caso, não foram alteradas apenas as características físicas do material, mas sim as químicas, pois a ferrugem é uma nova substância que foi formada em uma reação de oxidação e que possui propriedades bem diferentes das do ferro que constituía originalmente a lata.

Lata enferrujada – um fenômeno químicoAs substâncias iniciais são chamadas de reagentes, e as finais são os produtos.Outros exemplos de fenômenos químicos ou reações químicas são:Queima de papel;Alimento decompondo-se no lixo;Queima do carvão;Produção de queijo a partir do leite;Queima de combustíveis no motor dos automóveis;Fotossíntese realizada pelas plantas;Azedamento do leite.Esses fenômenos químicos podem ser identificados por uma ou mais de uma das manifestações a seguir:Liberação de energia na forma de calor, luz etc. – Como ocorre quando queimamos o álcool;

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Álcool queimando – liberação de luz e calorLiberação de gases: Como quando colocamos um comprimido antiácido na água e ocorre a sua efervescência;

Antiácido efervescente – fenômeno químicoMudança de cor: Como ocorre na queima do papel;

Papel queimado - houve mudança de cor e é um fenômeno químicoFormação de um sólido: Por exemplo, quando misturamos nitrato de chumbo e iodeto de potássio, ocorre a formação de um precipitado amarelo, o iodeto de chumbo.

Formação de precipitado de iodeto de chumbo

LISTA DE EXERCÍCIOS01 O gráfico abaixo representa a variação de temperatura observada ao se aquecer uma substância A durante cerca de 80 minutos.

0 20 40 6010

20

30

40

50

Tem

pera

tura

/

o C

Tempo / min

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a) A faixa de temperatura em que a substância A permaneca sólida é________.

b) A faixa de temperatura em que a substância A permanece líquida é________.

c) A temperatura de ebulição da substância A é________.

02 Classifique as transformações a seguir em fenômenos físicos ou fenômenos químicos:

I – dissolução do açúcar em água;II – envelhecimento de vinho;III – preparação de cal a partir do calcário.

a) físico, físico e químico , respectivamente;b) físico, químico e físico , respectivamente;c) físico, químico e químico , respectivamente;d) químico, físico e físico , respectivamente;e) químico, químico e físico, respectivamente;

03 Forneça o conceito e de exemplos de:

a) substância simples b) substância composta.c) mistura homogênead) mistura azeotrópicae) mistura eutétia 04 “ O mar quando quebra na praia é bonito é bonito ...”Provavelmente, Dorival Caymmi não se inspiraria em compor essa música ao observar a poluição de algumas praias brasileiras. Sobre o mar julgue os itens abaixo:1 ( ). o sal (cloreto de sódio) dissolvido em suas águas é proveniente da

decomposição de material orgânico da fauna marinha;2 ( ). as águas do Mar Morto são mais densas do que as do litoral brasileiro devido à

alta concentração salina;3 ( ). pode-se separar os sais de suas águas por destilação simples;4 ( ). o cloreto de sódio dissolvido produz uma solução alcalina, que é neutralizada

pelas algas marinhas;5 ( ). durante um derramamento de petróleo, que traz conseqüências ambientais

incalculáveis, esta mistura de óleos, altamente miscível com a água do mar, produz uma mistura homogênea.

05 Os aparelhos representados abaixo são usados em laboratório para separar os constituintes das misturas.

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Aparelho – I

Aparelho – II

A regra geral de solubilidade nos diz que as substâncias são solúveis em solventes polares e insolúveis em solventes apolares vice-versa.Indique o aparelho que deve ser usado para separar os constituintes das misturas abaixo relacionados:a) Água e óleo.b) Água e cloreto de sódio de uma solução não saturada. Justifique suas respostas.06 Para se isolar a cafeína (sólido, em condições ambientais) de uma bebida que a contenha (exemplos: café, chá, refrigerante etc.) pode-se usar o procedimento simplificado seguinte.“Agita-se um certo volume da bebida com dicloroetano e deixa-se em repouso algum tempo. Separa-se, então, a parte orgânica, contendo a cafeína, da aquosa. Em seguida, destila-se o solvente e submete-se o resíduo da destilação a um aquecimento, recebendo-se os seus vapores em uma superfície fria, onde a cafeína deve cristalizar.”Além da destilação e da decantação, quais operações são utilizadas no isolamento da cafeína ?a) Flotação e ebulição. b) Flotação e sublimação.c) Extração e ebulição. d) Extração e sublimação.e) Levigação e condensação.07 Numa das etapas do tratamento da água que abastece uma cidade, a água é mantida durante um certo tempo em tanques para que os sólidos em suspensão se depositem no fundo. A essa operação denominamos.a) filtraçãob) sedimentaçãoc) sifonaçãod) centrifugaçãoe) cristalização08 A figura a seguir mostra o esquema de um processo usado para obtenção de água potável a partir de água salobra (que contém alta concentração de sais). Este “aparelho” improvisado é usado em regiões desérticas da Austrália.

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a) Que mudanças de estado ocorrem com a água. dentro do “aparelho”.

b) Onde, dentro do “aparelho”, ocorrem estas mudanças?

c) Qual destas mudanças absorve energia e de onde esta energia provém?

09 O lixão que recebia 130 toneladas de lixo e contaminava a região com seu chorume (líquido derivado de decomposição de compostos orgânicos) foi recuperado, transformando-se em um aterro sanitário controlado, mudando a qualidade de vida e a paisagem e proporcionando condições dignas de trabalho para os que dele subsistiam.

Revista Promoção da Saúde da Secretaria de Políticas de Saúde.Ano 1, nº 4, dez. 2000 (adaptado)

Assinale com V ou F, quais procedimentos técnicos tornam o aterro sanitário mais vantajoso que o lixão, em relação às problemáticas abordadas no texto?1 ( ).O lixo é recolhido e incinerado pela combustão a altas temperaturas.2 ( ).O lixo orgânico e inorgânico é encoberto, e o chorume canalizado para ser

tratado e neutralizado.3 ( ).O lixo orgânico é completamente separado do lixo inorgânico, evitando a

formação do chorume.4 ( ).O lixo industrial é separado e acondicionado de forma adequada, formando uma

bolsa de resíduos.

9 - Evolução dos Modelos Atômicos

 A evolução do modelo atômico contou com a contribuição de quatro cientistas principais: Dalton, Thomson, Rutherford e BohrUm grande passo rumo ao desenvolvimento da Química como ciência foi a evolução do entendimento a respeito da estrutura atômica. Por exemplo, foi possível entender o que constitui a matéria, prever determinados comportamentos dos materiais, entender e manipular a radioatividade, produzir produtos de nossos interesses e assim por diante.

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Mas, para que chegássemos até a ideia atual da estrutura atômica, foi preciso o pensamento de filósofos, que levantaram hipóteses, isto é, suposições que na época não podiam ser comprovadas, sobre a constituição da matéria. Entre eles estavam os dois filósofos gregos Demócrito e Leucipo que, em meados de 450 a.C, levantaram a hipótese de que tudo seria formado por pequenas partículas indivisíveis, que eles denominaram de átomos. Essa palavra vem do grego a, que significa “não”, e tomo, “parte”, ou seja, “sem partes” ou “indivisível”. Isso significa que se fôssemos dividindo sucessivamente um corpo, chegaríamos num momento em que isso não seria mais possível, porque chegaríamos à menor parte que compõe a matéria.No entanto, suas ideias não foram bem aceitas pelos filósofos da época e elas foram substituídas por outras, como as ideias de Aristóteles que perduraram por séculos à frente.Foi somente no século XIX que a ideia dos átomos foi retomada, pois agora os cientistas podiam testar as suas hipóteses por meio de experimentos para comprová-los ou para refutar ideias de outros cientistas. Logo mais abaixo, temos alguns dos principais cientistas que contribuíram para o estudo da constituição do átomo, que são vistos no Ensino Médio.Embora algumas ideias não estivessem totalmente corretas, todas as contribuições dadas foram importantes, pois foi a partir da ideia de um cientista que o outro pode desenvolver o próximo modelo.Todos eles elaboram um modelo atômico, ou seja, uma representação que não corresponde exatamente à realidade, mas que serve para explicar corretamente o comportamento do átomo. Por exemplo, imagine que você faça um desenho idêntico a uma caneta. Por meio deste desenho, todos conseguem identificar que se trata de uma caneta, porém o desenho não é a caneta. De modo similar, o modelo atômico serve para entendermos o funcionamento do átomo, suas propriedades e características. Mas, o modelo não é exatamente igual ao átomo.Vejamos então os principais modelos atômicos:

1- Modelo de Dalton:O químico inglês John Dalton (1766-1844) retomou as ideias de Leucipo e Demócrito e, baseando-se em leis já comprovadas experimentalmente, como as Leis Ponderais, ele propôs resumidamente que o átomo seria parecido com uma bola de bilhar, isto é, esférico, maciço e indivisível.

2-Modelo de Thomson:A natureza elétrica da matéria já era bem conhecida, por exemplo, há 2500 anos, na Grécia antiga, o filósofo Tales de Mileto já havia mostrado que quando atritamos âmbar com um pedaço de lã, ele passa a atrair objetos leves. Porém, o modelo atômico de Dalton não explicava esse fato: como a matéria neutra podia ficar elétrica.Assim, em 1897, o físico inglês Joseph John Thomson (1856-1940) passou a trabalhar com a ampola de Crookes, ou seja, um tubo onde gases eram submetidos a voltagens elevadíssimas, produzindo raios catódicos. Quando se colocava um campo elétrico externo, esses raios se desviavam em direção à

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placa positiva, o que significava que o átomo teria partículas negativas, que ficaram denominadas como elétrons.No entanto, como a natureza da matéria é neutra, uma explicação razoável seria de que haveria uma parte positiva que neutralizaria os elétrons. Com base nesse raciocínio, em 1903, Thomson modificou o modelo de Dalton, pois o átomo não seria maciço nem indivisível, e estabeleceu o seu, que propôs o seguinte:O átomo é uma esfera de carga elétrica positiva, não maciça, incrustada de elétrons (partículas negativas), de modo que sua carga total seja nula.Esse modelo foi comparado a um “pudim de passas”.

3- Modelo de Rutherford:Em 1911, o físico neozelandês Ernest Rutherford (1871-1937) realizou um experimento que pode ser visto no texto Átomo de Rutherford, em que ele bombardeou uma finíssima lâmina de ouro com partículas alfa vindas do polônio radioativo. Ele observou que a maioria das partículas atravessava a folha, o que significava que o átomo deveria ter imensos espaços vazios. Algumas partículas eram rebatidas, o que seria explicado se o átomo tivesse um núcleo pequeno e denso e, por fim, algumas partículas alfa sofriam um desvio em sua trajetória, o que significava que o núcleo seria positivo, pois as partículas alfa eram positivas e foram repelidas ao passar perto do núcleo.Com isso, o modelo atômico de Rutherford defendeu o seguinte:O átomo seria composto por um núcleo muito pequeno e de carga elétrica positiva, que seria equilibrado por elétrons (partículas negativas), que ficavam girando ao redor do núcleo, numa região periférica denominada eletrosfera.O átomo seria semelhante ao sistema solar, em que o núcleo representaria o Sol e os elétrons girando ao redor do núcleo seriam os planetas.

Em 1904, Rutherford descobriu que na verdade o núcleo era composto por partículas positivas denominadas prótons e, em 1932, Chadwick descobriu que havia também partículas neutras no núcleo que ajudavam a diminuir a repulsão entre os prótons.

4- Modelo de Rutherford-Bohr:O estudo dos espectros eletromagnéticos dos elementos pelo físico dinamarquês Niels Bohr (1885-1962) permitiu adicionar algumas observações

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ao modelo de Rutherford, por isso, o seu modelo passou a ser conhecido como modelo atômico de Rutherford-Bohr:Só é permitido ao elétron ocupar níveis energéticos nos quais ele se apresenta com valores de energia múltiplos inteiros de um fóton.

Exercícios - Evolução dos modelos atômicos

01. (UFRS-RS) O conhecimento sobre estrutura atômica evoluiu à medida que

determinados fatos experimentais eram observados, gerando a necessidade de

proposição de modelos atômicos com características que os explicassem:

A associação correta entre o fato observado e o modelo atômico proposto, a partir

deste subsídio, é:

a) I – 3; II – 1; III – 2; IV – 4

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b) I – 1; II – 2; III – 4; IV – 3

c) I – 3; II – 1; III – 4; IV – 2

d) I – 4; II – 2; III – 1; IV – 3

e) I – 1; II – 3; III – 4; IV – 2

02. Relacione os nomes dos cientistas e filósofos apresentados na coluna à esquerda

com suas descobertas na coluna à direita:

a) Demócrito                         (   ) Descobridor do nêutron.

b) Thomson                          (   ) Seu modelo atômico era semelhante a uma bola de

bilhar.

c) Rutherford                        (   ) Seu modelo atômico era semelhante a um “pudim de

passas”.

d) Dalton                               (   ) Foi o primeiro a utilizar a palavra átomo.

e) Chadwick                          (   ) Criou um modelo para o átomo semelhante ao

Sistema Solar.

03. (UFTM-MG) Fogos de artifício utilizam sais de diferentes íons metálicos misturados com um material explosivo. Quando incendiados, emitem diferentes colorações. Por exemplo: sais de sódio emitem cor amarela, de bário, cor verde, e de cobre, cor azul. Essas cores são produzidas quando os elétrons excitados dos íons metálicos retornam para níveis de menor energia. O modelo atômico mais adequado para explicar esse fenômeno é o modelo de:

a) Rutherford.

b) Rutherford-Bohr.

c) Thomson.

d) Dalton.

04. O primeiro modelo científico para o átomo foi proposto por Dalton em 1808. Este

modelo foi comparado a:

a) Uma bola de tênis;

b) Uma bola de futebol;

c) Uma bola de pingue-pongue;

d) Uma bola de bilhar;

e) Uma bexiga cheia de ar.

05. Considere as seguintes afirmativas sobre o modelo atômico de Rutherford:

I. O modelo atômico de Rutherford é também conhecido como modelo planetário do átomo.II. No modelo atômico, considera-se que elétrons de cargas negativas circundam em órbitas ao redor de um núcleo de carga positiva.III. Segundo Rutherford, a eletrosfera, local onde se encontram os elétrons, possui um diâmetro menor que o núcleo atômico.IV. Na proposição do seu modelo atômico, Rutherford se baseou num experimento em que uma lamínula de ouro foi bombardeada por partículas alfa.Assinale a alternativa correta.

a) Somente a afirmativa I é verdadeira.

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b) Somente as afirmativas III e IV são verdadeiras.c) Somente as afirmativas I, II e III são verdadeiras.d) Somente as afirmativas I, II e IV são verdadeiras.e) Todas são verdadeiras.

FÍSICA

Sistema Internacional de Unidades (SI)Antes de iniciar o estudo de alguma teoria Física, é importante entender alguns conceitos básicos e fundamentais. Por isso, inicio hoje uma série de textos de Introdução à Física. Percebo que muitos alunos acabam não avançando nos estudos, e por isso não passam no vestibular, por não terem contato com estes conceitos. Neste primeiro texto vamos estudar as unidades e a importância do Sistema Internacional de Unidades (SI).

No nosso dia-a-dia expressamos quantidades ou grandezas em termos de outras unidades que nos servem de padrão. Um bom exemplo é quando vamos à padaria e compramos 2 litros de leite ou 400g de queijo. Na Física é de extrema importância a utilização correta das unidades de medida.

Existe mais de uma unidade para a mesma grandeza, por exemplo, 1metro é o mesmo que 100 centímetros ou 0,001 quilômetro. Em alguns países é mais comum a utilização de graus Fahrenheit (°F) ao invés de graus Celsius (°C) como no Brasil. Isso porque, como não existia um padrão para as unidades, cada pesquisador ou profissional utilizava o padrão que considerava melhor.

O grande problema estava nas comunicações internacionais. Como poderia haver um acordo quando não se falava a mesma língua? Para resolver este problema, a Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM) criou o Sistema Internacional de Unidades (SI).

O Sistema Internacional de Unidades (SI) é um conjunto de definições, ou sistema de unidades, que tem como objetivo uniformizar as medições. Na 14ª CGPM foi acordado que no Sistema Internacional teríamos apenas uma unidade para cada grandeza. No Sistema Internacional de Unidades (SI) existem sete unidades básicas que podem ser utilizadas para derivar todas as outras. Estas sete unidades básicas são:

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Unidades de Medida de ComprimentoDe acordo com o SI (sistema internacional de medidas), o metro é considerado a unidade principal de medida de comprimento, seguido de seus múltiplos e submúltiplos. Os múltiplos do metro são o quilômetro (km), hectômetro (hm) e decâmetro (dam) e os submúltiplos são decímetro (dm), centímetro (cm) e milímetro (mm).São estabelecidos alguns critérios de conversão, de acordo com a tabela a seguir:

À medida que as unidades seguem a orientação da direita, os valores são multiplicados por 10. E à medida que seguem a orientação da esquerda, os valores são divididos por 10. Essa tabela de conversão existe para que as valores estejam sempre na mesma unidade. Vamos realizar as seguintes transformações:

10 km em metros → 10 * 10 * 10 * 10 = 10 000 metros

7 hm em dam → 7 * 10 = 70 decâmetros

5 m em cm → 5 * 10 * 10 = 500 centímetros

10 cm em m → 10 : 10 : 10 = 0,1 metros

1000 m em km → 1000 : 10 : 10 : 10 = 1 quilômetro

1 m em hm → 1 : 10 : 10 = 0,01 hectômetro

2 hm em mm → 2 * 10 * 10 * 10 * 10 * 10 = 200 000 milímetros

5 mm em m → 5 : 10 : 10 : 10 = 0,005 metros

4 km em mm → 4 * 10 * 10 * 10 * 10 * 10 * 10 = 4 000 000 milímetros 

Exemplo

Algumas medidas foram fornecidas à empresa responsável pela construção de casas populares. As informações trazem as dimensões das casas em várias unidades de comprimento diferenciadas. Faça a transformação das unidades de forma que as unidades fiquem padronizadas. Observe as dimensões das casas populares:

Casa 1Comprimento: 120 dmLargura: 700 cm

Casa 2Comprimento: 0,8 damLargura: 90 dm

Casa 3Comprimento: 10 000 mmLargura: 0,009 km

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Casa 4Comprimento: 7 000 mmLargura: 11 dm

Vamos realizar a conversão para a unidade padrão: o metro.

Casa 1120 dm em m = 120 : 10 = 12 metros700 cm em m = 700 : 10 : 10 = 7 metros

Casa 2 0,8 dam em m = 0,8 * 10 = 8 metros9 dm em m = 90 : 10 = 9 metros

Casa 3 10 000 mm em m = 10 000 : 10 : 10 : 10 = 10 metros0,009 km em m = 0,009 : 10 : 10 : 10 = 9 metros

Casa 47 000 mm em m = 7 000 : 10 : 10 : 10 = 7 metros110 dm em m = 110 : 10 = 11 metros

Medidas de massaTransformação de Unidades

     Cada unidade de massa é 10 vezes maior que a unidade imediatamente inferior.

 

      Observe as Seguintes transformações:

Transforme 4,627 kg em dag.

kg hg dag g dg cg mg

   Para transformar kg em dag (duas posições à direita) devemos multiplicar por 100        (10 x 10).        4,627 x 100 = 462,7Ou seja:        4,627 kg = 462,7 dag Observação:Peso bruto: peso do produto com a embalagem.Peso líquido: peso somente do produto.

Medidas de tempoIntrodução    É comum em nosso dia-a-dia pergunta do tipo:            Qual a duração dessa partida de futebol?            Qual o tempo dessa viagem?            Qual a duração desse curso?            Qual o melhor tempo obtido por esse corredor?    Todas essas perguntas serão respondidas tomando por base uma unidade padrão de medida de tempo.    A unidade de tempo escolhida como padrão no Sistema Internacional (SI) é o segundo. Segundo

38

    O Sol foi o primeiro relógio do homem: o intervalo de tempo natural decorrido entre as sucessivas passagens do Sol sobre um dado meridiano dá origem ao dia solar.

   O segundo (s) é o tempo equivalente a  do dia solar médio.    As medidas de tempo não pertencem ao Sistema Métrico Decimal. Múltiplos e Submúltiplos do Segundo

Quadro de unidades Múltiplos

minutos hora diamin h d60 s 60 min = 3.600 s 24 h = 1.440 min = 86.400s 

    São submúltiplos do segundo: décimo de segundo

centésimo de segundo milésimo de segundo

 Cuidado:  Nunca escreva 2,40h como forma de representar 2 h 40 min. Pois o sistema de medidas de tempo não é decimal.   Observe:

 

EXERCÍCIOS01) Transforme- Comprimento 01) 2,5 km=               m02) 0,5 m =               cm03) 4,5 km =             mm04) 0,20m =               dm05) 10 mm =             cm06) 30 cm =              m07) 1 km =                cm08) 6000 cm =          m09) 4 m =                  cm10) 120 m =              km 02) Transforme- Tempo 01)  15 min.=              h02) 30 min.=               h03) 45 min =               h04) 2,5 min =              s05) 0,5 h =                  s06) 1 dia =                  min07) 30 s =               min08) 18 s =                   min09) 1,2 h =                  min10) 1 mês =                h 03) Efetue 

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a)        2 h           45 min   -   1 h           50 min          45 s    

 b)        3 h    -   1 h           30 min         20 s  

  04) Transforme-Massa 01)    2 kg =                   g02)    500 g =                 kg03)    2,5 ton =              g04)    1 g =                    kg05)    3 mg =                 kg

TEMPERATURA - escalas termométricas

Sabe-se que as moléculas que formam um corpo estão sempre em movimento,

que pode ser chamada de agitação térmica. Como elas estão em movimento,

pode-se afirmar que possuem energia cinética. Esta energia cinética de

vibração das moléculas é chamada energia térmica.

Ao aquecer um corpo, observa-se que a vibração das partículas aumenta

enquanto que ao resfriar o corpo, a vibração das partículas diminui.

                                                    Corpo A                     Corpo B

A temperatura do corpo A é maior que a temperatura do corpo B

Temperatura é a grandeza física que mede

o estado de agitação média das partículas do corpo.

Escalas termométricas

Normalmente os termômetros são calibrados usando como parâmetros as

temperaturas de dois estados térmicos diferentes. Estas temperaturas são

denominadas pontos fixos. Verificando que as temperaturas de fusão do gelo e

ebulição da água, à pressão constante, ocorrem sempre à mesma temperatura,

elas são usadas como pontos fixos na construção dos termômetros,

denominadas pontos fixos fundamentais:

1º. Ponto fixo - temperatura de fusão do gelo;

2º. Ponto fixo – temperatura de ebulição da água.

40

Escala Celsius

É a escala mais usada no mundo. Construída pelo físico e astrônomo sueco

Anders Celsius em 1742, ele adotou para o ponto de fusão de gelo o valor 0

(zero) e para o ponto de ebulição da água o valor 100.

Escala Fahrenheit

Usada geralmente nos países de língua inglesa, esta escala foi construída,

pelo físico alemão Daniel Gabriel Fahrenheit em 1724, ele adotou o valor 0

(zero) para a mistura de água, gelo picado e sal, e o valor 100 para a

temperatura do corpo humano. 

41

Escala Kelvin

Criada em 1848 pelo físico irlandês, Willian Thomson, também conhecido por

Lorde Kelvin.

A escala Kelvin, também denominada absoluta foi obtida pelo conceito de

temperatura que é o grau de agitação de suas moléculas do corpo. Então, para

a origem da escala, adotou o estado térmico no qual a velocidade das

moléculas de um gás se reduziria a zero. A esta origem da escala denominou-

se zero absoluto.

Usando os pontos fixos fundamentais, os valores encontrados para a escala

kelvin são: 273 K para o ponto de fusão do gelo e 373 K para o ponto de

ebulição da água, sob pressão de 1 atmosfera.

Conversão Entre as Escalas

Para converter uma escala termométrica em outra se deve relacioná-las e

efetuar uma regra de três proporcional.

Para a conversão entre as escalas Celsius, Fahrenheit e Kelvin, inicia-se pela

comparação entre as escalas:

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Relacionando os intervalos de temperatura:

- entre ponto de fusão do gelo e a temperatura que se quer calcular;

- o ponto de fusão do gelo e o ponto de ebulição da água,

Simplificando, tem-se a equação de conversão entre as escalas celsius,

fahrenheit  kelvin.

Exercícios resolvidos:

1. UFRRJ-RJ - Um mecânico, medindo a temperatura de um dispositivo do

motor do carro de um turista americano, usou um termômetro cuja leitura digital

43

foi de 92°C. Para que o turista entendesse melhor a temperatura, o mecânico

teve de converter a unidade de temperatura para Fahrenheit.

Qual foi o valor da temperatura após esta conversão?

Resolução:

A temperatura de 92°C deve ser convertida para a escala fahrenheit. Para isso

substitui-se na equação:

Assim, tem-se:

2. FATEC-SP - A temperatura em que a indicação da escala Fahrenheit é o

dobro da indicação da escala Celsius é:

a) 160°C

b) 160°F

c) 80°C

d) 40°F

e) 40°C

Resolução

Se a indicação da escala Fahrenheit é o dobro da indicação da escala Celsius,

pode-se escrever:

F=2C

Substituindo na equação de conversão entre as escalas Celsius e fahrenheit,

tem-se:

Resposta: alternativa A

3. UNESP-SP - Um estudante desenvolve um termômetro para ser utilizado

especificamente em seus trabalhos de laboratório.

Sua ideia é medir a temperatura de um meio fazendo a leitura da resistência

elétrica de um resistor, um fio de cobre, por exemplo, quando em equilíbrio

térmico com esse meio. Assim, para calibrar esse termômetro na escala

Celsius, ele toma como referências as temperaturas de fusão do gelo e de

ebulição da água. Depois de várias medidas, ele obtém a curva apresentada na

figura.

44

A correspondência entre a temperatura T, em °C, e a resistência elétrica R, em

Ω, é dada pela equação

a) T = 100.(R - 16) / 6,6.

b) T = 100.6,6 / (R - 16).

c) T = (R - 6,6) / (6,6.100).

d) T = 100.(R - 16) / 16.

e) T = 100.(R - 6,6) / 16.

Resolução

Primeiro deve-se comparar as duas grandezas:

Escalas Termométricas Exercícios de Física

01 - Quando Fahrenheit definiu a escala termométrica que hoje leva o seu nome, o

primeiro ponto fixo definido por ele, o 0F, corresponde à temperatura obtida ao se misturar

uma porção de cloreto de amônia com três porções de neve, à pressão de 1atm. Qual é

esta temperatura na escala Celsius?

a)   32C

b)   273C

c)   37,7C

d)   212C

e)   –17,7C

45

02 - Um estudante construiu uma escala de temperatura E atribuindo o valor 0°E à

temperatura equivalente a 20°C e o valor 100°E à temperatura equivalente a 104°F.

Quando um termômetro graduado na escala E indicar 25°E, outro termômetro graduado na

escala Fahrenheit indicará:

a)   85

b)   77

c)   70

d)   64

e)   60

03 - Uma certa massa de gás perfeito sofre uma transformação isobárica e sua

temperatura varia de 293K para 543K. A variação da temperatura do gás, nessa

transformação, medida na escala Fahrenheit, foi de

a)   250°

b)   273°

c)   300°

d)   385°

e)   450°

04 - Uma certa massa de gás perfeito sofre uma transformação isobárica e sua

temperatura varia de 293K para 543K. Se o volume ocupado pelo gás à temperatura de

293K era 2,0 litros, a 543K o volume, em litros, vale:

a)   1,1

b)   2,0

c)   3,7

d)   4,4

e)   9,0

05 - Mediu-se a temperatura de um corpo com dois termômetros: um, graduado na escala

Celsius, e outro, na escala Fahrenheit. Verificou-se que as indicações nas duas escalas

eram iguais em valor absoluto. Um possível valor para a temperatura do corpo, na escala

Celsius, é

a)   –25

b)   –11,4

c)   6,0

d)   11,4

e)   40

06 - A temperatura de determinada substância é 50°F. A temperatura absoluta dessa

substância, em kelvins, é

a)   343

b)   323

c)   310

d)   283

e)   273

07 - Uma escala termométrica arbitrária X atribui o valor 20°X para a temperatura de fusão

do gelo e 80°X para a temperatura de ebulição da água, sob pressão normal. Quando a

temperatura de um ambiente sofre uma variação de 30°X, a correspondente variação na

escala Celsius é de:

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a)   20°C

b)   30°C

c)   40°C

d)   50°C

e)   60°C

08 - Através de experimentos, biólogos observaram que a taxa de canto de grilos de uma

determinada espécie estava relacionada com a temperatura ambiente de uma maneira que

poderia ser considerada linear. Experiências mostraram que, a uma temperatura de 21 C,

os grilos cantavam, em média, 120 vezes por minuto; e, a uma temperatura de 26 C, os

grilos cantavam, em média, 180 vezes por minuto. Considerando T a temperatura em

graus Celsius e n o número de vezes que os grilos cantavam por minuto, podemos

representar a relação entre T e n pelo gráfico abaixo.

Supondo que os grilos estivessem cantando, em média, 156 vezes por minuto, de acordo

com o modelo sugerido nesta questão, estima-se que a temperatura deveria ser igual a:

a)   21,5 C .

b)   22 C .

c)   23 C .

d)   24 C .

e)   25,5 C .

09 - Um turista brasileiro, ao desembarcar no aeroporto de Chicago, observou que o valor

da temperatura lá indicado, em °F, era um quinto do valor correspondente em °C.

O valor observado foi:

a)   - 2 °F

b)   2 °F

c)   4 °F

d)   0 °F

e)   - 4 °F

10 - Quando se deseja realizar experimentos a baixas temperaturas, é muito comum a

utilização de nitrogênio líquido como refrigerante, pois seu ponto normal de ebulição é de -

196 C.

Na escala Kelvin, esta temperatura vale:

a)   77 K

b)   100 K

c)   196 K

d)   273 K

e)   469 K

Movimento Uniforme

CONCEITOS

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Para entender Movimento Uniforme, é preciso entender alguns conceitos básicos de Mecânica, como o de partícula, posição escalar, deslocamento escalar e velocidade escalar, que são importantes na preparação para as provas do Enem.

Conceito de Partícula

Em grande parte do estudo da Física nos referimos à palavra PARTÍCULA. Afinal, o que é uma partícula? Uma partícula é um corpo cujas dimensões podem ser desprezadas quando comparadas com as do fenômeno que está sendo analisado. Um automóvel que faz o percurso Rio de Janeiro-São Paulo pode ser considerado como uma partícula, porque as dimensões do carro podem ser desprezadas quando comparadas com o comprimento da estrada. O mesmo veículo estacionado no interior da garagem de uma residência não pode ser considerado como uma partícula.

ReferencialQuando, no interior de uma sala, deixamos cair uma caneta e dizemos que ela está em movimento estamos tomando como referência aquele ambiente, isto é, a sala é o referencial para o movimento da caneta. Assim, referencial ou sistema de referência é um conjunto de corpos fixos em relação ao qual um determinado movimento é estudado.Aplicação 1(UFRJ) Heloísa, sentada na poltrona de um ônibus, afirma que o passageiro sentado à sua frente não se move, ou seja, está em repouso. Ao mesmo tempo, Abelardo, sentado à margem da rodovia, vê o ônibus passar e afirma que o referido passageiro está em movimento.

De acordo com os conceitos de movimento e repouso usados em Mecânica, explique de que maneira devemos interpretar as afirmações de Heloísa e Abelardo para dizer que ambas estão corretas. Resposta: Em Mecânica, o movimento e o repouso de um corpo são definidos em relação a algum referencial. Para dizer que tanto Heloísa quanto Abelardo estão corretos, devemos interpretar a afirmação de Heloísa como “o passageiro não se move em relação ao ônibus”, e a afirmação de Abelardo como “o passageiro está em movimento em relação à Terra (ou à rodovia)”. TRAJETÓRIA

Quando uma pessoa anda de motocicleta em uma praia os pneus do veículo deixam sobre a areia uma linha. Essa linha é a trajetória da motocicleta em relação à Terra. Posição escalar de uma partículaQuando um físico deseja passar a ideia de lugar ele usa a expressão “posição escalar". A posição escalar de uma partícula (s) é a distância entre ela e uma determinada origem, medida sobre a trajetória. Suponha que a casa de seu colega Pedro esteja localizada no quilômetro 200 da estrada Rio-Santos. Se você perguntar onde ele mora, Pedro responderá que reside no quilômetro 200 da estrada Rio-Santos.   A posição escalar da casa de Pedro pode ser simbolizada do seguinte modo: s = 200 km A expressão acima significa que Pedro mora a 200 km da origem da estrada Rio-Santos.

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Variação da posição escalar de uma partículaSuponha que Pedro resolva fazer uma visita ao seu amigo Marcos que mora no quilômetro 210 da estrada Rio-Santos. Podemos afirmar que a posição escalar de Pedro variou da posição escalar 200 km para a posição escalar 210 km, isto é, a posição escalar de Pedro variou de 10 km. Sendo assim, a variação da posição escalar pode ser obtida através da seguinte expressão:ΔS=S−S0ΔS = variação da posição escalarS = posição escalar finalS0  = posição escalar final

Velocidade escalar médiaConsidere que João disse que foi do Rio de Janeiro para São Paulo percorrendo 450 km. Você pode afirmar que o movimento de João foi “rápido” ou “lento”? Se ele disser que gastou uma hora nessa viagem você certamente dirá que o movimento foi rápido. Repare que fornecer apenas o deslocamento escalar sofrido por uma partícula não caracteriza a rapidez com que ela se desloca. Para obtermos essa informação é necessário conhecermos o intervalo de tempo gasto naquele deslocamento.  A grandeza física que relaciona essas duas informações recebeu o nome de velocidade escalar média e é definida do seguinte modo:Velocidade escalar média é a relação entre o deslocamento escalar de uma partícula e o intervalo de tempo correspondente.Vm=Δs/ΔtVm = velocidade escalar médiaΔs = deslocamento escalarΔt = intervalo de tempoAplicação 2Um carro sai do Rio de Janeiro às 13 h. Chega a São Paulo às 18 h e prossegue viagem chegando em Porto Alegre às 14 h do dia seguinte. A distância entre o Rio de Janeiro e São Paulo vale 400 km e entre São Paulo e Porto Alegre 1.100 km. Calcule a velocidade escalar média, em km/h, entre:

a) Rio de Janeiro e São Paulo.Resposta: 80 Km/h Vm=Δs/Δt=400km/5,0h=80km/hb) São Paulo e Porto Alegre.Resposta: 55 Km/hVm=Δs/Δt=1100km/20h=55km/hc) Rio de Janeiro e Porto Alegre.Resposta: 60 Km/hVm=Δs/Δt=1500km/25h=60km/h

VELOCIDADE ESCALAR INSTANTÂNEA

A velocidade escalar caracteriza a rapidez com que uma partícula varia a sua posição escalar em relação ao tempo. 

A velocidade escalar média caracteriza a rapidez com que uma partícula se desloca entre dois pontos. A velocidade escalar instantânea (v) caracteriza a rapidez com que uma partícula passa por determinado ponto de sua trajetória.

Considere a seguinte situação: Um carro sai do Rio de Janeiro às 12h e chega à cidade São Paulo às 18 h, percorrendo 450 km. Qual é a velocidade escalar média do carro entre 12h e 18h?

É possível, com as informações do problema, calcular a velocidade escalar do carro às 15h?Não. A velocidade escalar do carro às 15h corresponde à ideia de velocidade escalar instantânea. Nenhuma informação no problema permite saber a velocidade do carro

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às 15h. Nesse momento, o carro pode estar trafegando em um trecho congestionado por um acidente ou em um trecho retilíneo da estrada com trânsito completamente livre.

Como deveria ser um movimento para que a velocidade escalar média seja sempre igual à velocidade escalar instantânea? Para que isso ocorra é necessário que a velocidade escalar não sofra alteração, isto é, a velocidade escalar deve ser constante. Um movimento no qual a velocidade escalar é constante é denominado movimento uniforme.Aplicação 3(UNICAMP) Um carro, a uma velocidade constante de 18 km/h, está percorrendo um trecho de rua retilíneo. Devido a um problema mecânico, pinga óleo do motor à razão de 6 gotas por minuto. Qual a distância entre os pingos de óleo que o carro deixa na rua? 

Resposta: 50 m. Quando um carro se desloca a 18 km/h ele percorre 5,0 m a cada segundo. De acordo com o texto, a cada 10 segundos cai uma gota de óleo. Assim, a distância entre os pingos de óleo que o carro deixa na rua será de 50 m. 

Movimento UniformeQuando um móvel se desloca com uma velocidade constante, diz-se que este móvel está em um movimento uniforme (MU). Particularmente, no caso em que ele se desloca com uma velocidade constante em trajetória reta, tem-se um movimento retilíneo uniforme.

Uma observação importante é que, ao se deslocar com uma velocidade constante, a velocidade instantânea deste corpo será igual à velocidade média, pois não haverá variação na velocidade em nenhum momento do percurso.

A equação horária do espaço pode ser demonstrada a partir da fórmula de velocidade média.

Por exemplo:Um tiro é disparado contra um alvo preso a uma grande parede capaz de refletir o som. O eco do disparo é ouvido 2,5 segundos depois do momento do golpe. Considerando a velocidade do som 340m/s, qual deve ser a distância entre o atirador e a parede?

 

Aplicando a equação horária do espaço, teremos:

, mas o eco só será ouvido quando o som "ir e voltar" da parede.

Então  .

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É importante não confundir o s que simboliza o deslocamento do s que significa segundo. Este é uma unidade de tempo. Para que haja essa diferenciação, no problema foram usados: S (para

deslocamento) e s(para segundo).

Saiba mais...Por convenção, definimos que, quando um corpo se desloca em um sentido que coincide

com a orientação da trajetória, ou seja, para frente, então ele terá uma v>0 e um  >0 e este movimento será chamado movimento progressivo. Analogamente, quando o sentido do movimento for contrário ao sentido de orientação da trajetória, ou seja, para

trás, então ele terá uma v<0 e um  <0, e ao movimento será dado o nome de movimento retrógrado.

LISTA DE EXERCÍCIOS

Exercício 1Dê exemplos de movimentos uniformes que ocorrem no dia-a-dia.

Exercício 2Um móvel realiza um movimento uniforme e seu espaço varia com o tempo segundo a tabela:

Clique para ampliar

a) Classifique o movimento dizendo se é progressivo ou retrógrado.b) Calcule e velocidade escalar do móvel.c) Qual é o espaço inicial do móvel.d) Escreva a função horária dos espaços.e) Construa o gráfico s x t.

Exercício 3Dois móveis, A e B, realizam movimentos uniformes em uma trajetória retilínea e suas funções horárias são sA = 15 + 10t (SI) esB = 35 + 5t (SI). Determine:

a) A distância entre os móveis no instante t = 0;b) O instante em que os móveis se encontram;c) Os espaços dos móveis no instante do encontro;d) Construa os gráficos, no mesmo diagrama, dos espaços dos móveis A e B em função do tempo.

Exercício 4Dois automóveis, A e B, deslocam-se numa pista retilínea com velocidades escalares vA = 20 m/s e vB = 15 m/s. No instante t = 0 a distância entre os automóveis é de 500 m. Qual é a distância que o carro que está na frente percorre, desde o instante t = 0, até ser alcançado pelo carro de trás? Considere os carros como pontos materiais.

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Exercício 5Um trem de 300 m de comprimento atravessa completamente um túnel de 700 m de comprimento. Sabendo-se que o trem realiza um movimento uniforme e que a travessia dura 1 minuto, qual é a velocidade do trem, em km/h?

Exercício 6Dois carros, A e B, realizam movimentos uniformes. O carro A parte de São Paulo no sentido de Mairiporã e o carro B parte, no mesmo instante, no sentido de Mairiporã para São Paulo. A distância entre as duas cidades é de 42 km. A velocidade do carro A é de 80 km/h. Qual deve ser a velocidade do carro B para que os dois se cruzem a 30 km de São Paulo?

Mais exercícios

1) Um móvel com velocidade constante percorre uma trajetória retilínea à qual se fixou um eixo de coordenadas. Sabe-se que no instante t0 = 0, a posição do móvel é x0 = 500m e, no instante t = 20s, a posição é x = 200m. Determine:

a. A velocidade do móvel.b. A função da posição.c. A posição nos instantes t = 1s e t = 15s.d. O instante em que ele passa pela origem

2) O gráfico a seguir representa a função horária do espaço de um móvel em trajetória retilínea e em movimento uniforme Com base nele, determine a velocidade e a função horária do espaço deste móvel.

3) Um móvel em M.R.U gasta 10h para percorrer 1100 km com velocidade constante. Qual a distância percorrida após 3 horas da partida?

4) Dois carros A e B encontram-se sobre uma mesma pista retilínea com velocidades constantes no qual a função horária das posições de ambos para um mesmo instante são dadas a seguir: xA = 200 + 20.t e xB = 100 + 40.t. Com base nessas informações, responda as questões abaixo.a. É possível que o móvel A ultrapasse o móvel B? Justifique.b. Determine o instante em que o móvel A alcançará o móvel B, caso este alcance aconteça.

5) A função horária do espaço de um carro em movimento retilíneo uniforme é dada pela seguinte expressão: x = 100 + 8.t. Determine em que instante esse móvel passará pela posição 260m.

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