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Prof. : Drielle Caroline

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CAPÍTULO 2 - CONCEITOS FUNDAMENTAIS QUE COMPÕEM A QUÍMICA

� O QUE VOCÊ JÁ SABE?

Antes de iniciar o conteúdo referente aos conceitos fundamentais que compõem

a Química, reflita sobre as seguintes questões:

• Do que é composto o ar?

• Será que tudo que existe no universo é matéria?

• Quais são as formas de energia que existem?

• Do que são feitas as substâncias?

O mundo em que vivemos

Qualquer que seja a cultura e desde os tempos mais remotos, o ser

humano vem procurando tornar sua vida mais confortável. Assim, aprendeu a

extrair os recursos de que necessita de todos os locais acessíveis da Terra,

mesmo dos oceanos e da atmosfera.

Como os diferentes materiais utilizados pelo ser humano estão

distribuídos em nosso planeta?

Fonte: Química – volume único

Observando a imagem acima da Terra notamos nuvens, que

correspondem às manchas brancas, regiões verdes que correspondem aos



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continentes, e azuis, que correspondem aos oceanos. O nosso planeta é

constituído por materiais que se apresentam nas formas sólida, líquida e gasosa.

Os continentes compõem a parte sólida da Terra, a litosfera. A hidrosfera

é constituída pelas geleiras e por toda a água do planeta, em sua maior parte

líquida, nos oceanos, rios, lagos e lençóis freáticos. A parte gasosa que envolve

a Terra é a atmosfera. Essas três partes fornecem todos os recursos para a

atividade humana.

Atmosfera

A atmosfera não é uma camada uniforme, os materiais que compõem não

estão distribuídos homogeneamente.

De acordo com a altitude, ela é dividida em troposfera, estratosfera,

mesosfera e termosfera.


Na atmosfera, além dos gases, estão presentes gotículas de água e

diferentes tipos de partículas sólidas. Analisando a atmosfera isenta de vapor de

água e de poluentes, verificamos que ela apresenta a seguinte composição:



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O gás ozônio, embora pouco abundante na atmosfera, desempenha um

papel biologicamente fundamental quando encontrado na estratosfera. A 30 km

da superfície, absorve a maior parte da radiação ultravioleta solar prejudicial à

vida, funcionando como um filtro protetor. No entanto, quando é encontrado na

baixa atmosfera, na troposfera, é prejudicial às plantas e aos animais, sendo

considerado um poluente. De maneira geral, os poluentes concentram-se na

troposfera, onde ocorrem os chamados fenômenos meteorológicos, que tanto

influem em nossa vida.

Litosfera

A litosfera, palavra que vem do grego lithos, que significa pedra, é o nome

dado à crosta terrestre, notamos grande variedade de rochas. Algumas são

formadas por camadas; outras apresentam granulações. Há rochas claras e

escuras. Independentemente do tipo e da origem, elas são misturas de minerais,

sólidos cristalinos de composição definida.

Os elementos químicos presentes na crosta terrestre se distribuem de

maneira bem menos uniforme que os encontrados na atmosfera e nos oceanos.

Concentram-se em certas regiões, em rochas denominadas minérios. Assim,

muitos elementos que existem em pequena porcentagem na litosfera podem ser

explorados graças a formação de depósitos minerais. Esse fenômeno permitiu

que o ser humano, desde a Antiguidade, retirasse da crosta terrestre os mais



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diversos elementos. Alguns minérios e metais obtidos a partir deles estão

apresentados a seguir:


O oxigênio e o silício são os elementos mais abundantes da litosfera:

respondem por 80,9% de sua massa. Formam grande variedade de silicatos –

substâncias presentes em todas as rochas da crosta terrestre. Assim, o granito

é constituído pelos minerais mica, feldspato e quartzo. Estes contêm o elemento

silício. Veja a seguir a distribuição dos elementos na litosfera:


Está na litosfera a maior parte dos recursos utilizados pelo ser humano.

Além dos minérios, retiramos dela petróleo, carvão e gás natural, fontes

importantes de matéria-prima e energia.



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As reservas conhecidas de petróleo são suficientes para mais um ou dois

séculos. O consumo crescente, a poluição causada pela queima de combustível

e a pequena probabilidade de que novas jazidas ricas em petróleo sejam

descobertas indicam a necessidade de fontes alternativas de energia, como o

álcool, a energia solar, a energia nuclear, etc.

No século XII, descobriu-se na Inglaterra certa rocha negra que queimava

fornecendo maior quantidade de calor que a madeira, o nosso primeiro

combustível. O carvão mineral, como ficou conhecido, é um combustível muito

utilizado até hoje.

O gás natural é encontrado em depósitos subterrâneos, associado ou não

ao petróleo. Além de sua eficiência como combustível, apresenta a vantagem de

não ser poluente. Nos países desenvolvidos, sua participação como fonte

energética está em cerca de 20%, o que demonstra sua importância.

Hidrosfera

Aproximadamente 97,2% de toda a água da terra está nos oceanos. As

geleiras e calotas polares contribuem com 2,1%; as águas subterrâneas (lençóis

freáticos), com 0,62%; os lagos, com 0,01%; e os rios, com 0,0001%. O restante

está na atmosfera em forma de vapor.

Para termos ideia desses valores, vamos supor que toda a água existente

nos oceanos coubesse em uma caixa d’água de 1000L (1m3). Nesse caso, as

geleiras ocupariam pouco mais que o volume de uma lata de tinta de 18 L; toda

a água subterrânea corresponderia ao volume de 6 L (três garrafas de

refrigerante de 2,0L); os lagos a 100 mL (aproximadamente, o volume de dois

copinhos descartáveis de café); o vapor de água existente na atmosfera a 4 mL

(duas colheres de chá); e a água dos rios ao volume de 1 mL.

Os oceanos cobrem a maior parte da superfície terrestre e são os grandes

reservatórios de água do nosso planeta. As águas subterrâneas, os lagos e os

rios fornecem a maior parte da água utilizada pelo ser humano. O consumo de

água potável aumenta cada vez mais e a sua escassez será um dos problemas



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que deveremos enfrentar em um futuro relativamente próximo. Mesmo no Brasil,

país rico em bacias hidrográficas, o problema já se faz sentir.

Nas águas dos oceanos se encontram dissolvidas muitas substâncias. O

cloreto de sódio (comumente chamado sal de cozinha), presente em maior

quantidade, é o seu principal componente.

O mar possui grandes reservas de sódio (Na), potássio (K), magnésio

(Mg), cálcio (Ca), estrôncio (Sr), cloro (Cl), bromo (Br), iodo (I), flúor (F), enxofre

(S), boro (B) e fósforo (P). Apesar dessa grande variedade de elementos, apenas

quatro são extraídos comercialmente: sódio, cloro, magnésio e bromo. A razão

de muitos elementos não serem explorados está na necessidade de utilizar

volumes enormes de água do mar para extraí-los, o que dificulta e encarece o

processo, tornando a exploração economicamente inviável, pelo menos

enquanto novos métodos não forem desenvolvidos.

Muitos minérios estão se esgotando rapidamente. Um dos desafios da

ciência e da tecnologia é desenvolver técnicas capazes de extrair, de forma

econômica, metais de jazidas de baixo teor e explorar as riquezas dos oceanos.

No oceano Pacífico, estima-se que haja 1,6 bilhões de toneladas dos mais

diversos metais.

Biosfera

A biosfera é a camada que apresenta condições favoráveis ao

desenvolvimento da vida animal e vegetal. Sua espessura varia de

aproximadamente 7000 m acima do nível do mar até cerca de 10000 m abaixo

do nível do mar, no fundo dos oceanos.

Embora haja grande diversidade de seres vivos, todos são constituídos

pelos mesmos elementos existentes na atmosfera, na hidrosfera e na litosfera.

O ser humano utiliza recursos provenientes da biosfera desde a Pré-

História. Os alimentos – vegetais e animais e também os microrganismos

utilizados na produção de coalhadas, queijos, vinhos, álcool, pão e antibióticos

– são recursos provenientes da biosfera.



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Matéria

A mesa, a cadeira, as nossas roupas e o nosso organismo são exemplos

de matéria. Todos os seres e objetos que fazem parte do nosso mundo são feitos

de matéria.

Matéria é tudo o que tem massa e ocupa lugar no espaço.

A matéria nem sempre é visível. O ar é um exemplo disso. Podemos,

através de experimentos simples, constatar que o ar ocupa lugar no espaço.

Observe um deles:

Usamos massa de modelar para prender um funil em um frasco

de vidro e, ao mesmo tempo, vedar o frasco, impedindo a saída de ar

por pequenos orifícios. Assim, o ar só entra ou sai através do funil. Se

tentarmos colocar um líquido colorido no frasco (água com groselha,

por exemplo), verificaremos que o líquido não consegue entrar, impedido pelo ar

contido no frasco. Veja na Figura 1.

Figura 1 – Representação de um funil com líquido em um fraco de vidro vedado.


Podemos também determinar a massa de uma certa quantidade

de ar mediante a utilização de balanças. Um litro de ar apresenta massa

aproximada de 1,3 gramas.

Energia Na verdade, não existe uma definição satisfatória para energia. Porém,

pode-se afirmar que o conceito de energia está diretamente relacionado à

realização de trabalho, ao fato de provocar modificações na matéria e de ser

interconversível em suas várias formas.



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Uma das formas de energia mais utilizadas é a elétrica, que pode ser

obtida de várias maneiras. Vejamos algumas delas:

Fonte: Química no cotidiano – volume 1

Fonte: Química no cotidiano – volume 1



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Ao chegar em sua casa ou em instalações industriais, a energia elétrica

é transformada em outros tipos de energia.

Estados físicos da matéria

A Terra, os mares, o sol, a Lua, o vento, o barro, as plantas, ou seja, tudo

o que forma o universo é matéria. Ela pode ser dura como o diamante, macia

como o algodão ou invisível como o ar atmosférico. Portanto, pode existir em

três estados físicos: sólido, líquido e gasoso. Algumas propriedades desses

estados estão descritas a seguir:


Observe que os estados físicos da matéria apresentam propriedades

diferentes. Porque os sólidos mantêm sua forma, enquanto gases e líquidos

assumem a forma do recipiente que os contém? Porque os gases são facilmente

compressíveis e os sólidos e os líquidos não?

Para responder a essas questões, ou seja, para explicar a existência dos

estados sólido, líquido e gasoso e as propriedades que apresentam, vamos

recorrer ao modelo de Boyle:

O postulado fundamental desse modelo é: a matéria é formada por

átomos que estão em constante movimento. Isso pode ser ilustrado pela



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observação do comportamento de partículas sólidas extremamente pequenas

suspensas no ar ou em líquidos. É o que acontece com a poeira em suspensão

no ar atmosférico ou pó de giz na superfície da água em um copo.

O movimento das partículas da matéria também pode ser ilustrado pela

adição de uma substância sólida em um recipiente com água. Mesmo que o

líquido não seja agitado, após certo tempo todo o líquido estará colorido por

causa do “espalhamento” da substância. Observe:


Aos postulados do modelo de Boyle foram incorporados outros

relacionados ao movimento dos átomos e às forças de atração entre eles. Esse

novo conjunto de postulados originou o modelo cinético da matéria ou teoria

cinético-molecular:

� Toda matéria é formada por partículas: átomos isolados ou agregados de

átomos.

� As partículas estão em movimento constante e ao acaso.

� Quanto maior a temperatura, maior o movimento das partículas, isto é,

maior agitação térmica.

� As partículas podem atrair-se ou repelir-se.

� Colisões entre partículas provocam transferência de energia da partícula

mais energética para a menos energética.



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Esses postulados permitem explicar a existência dos três estados físicos

da matéria:

� As partículas de um sólido se atraem intensamente. Dizemos que elas

estão dispostas em posições “fixas”, tendo pequeno movimento de

vibração em relação a posição que ocupam. O estado sólido é aquele em

que as partículas estão mais ordenadas.

� As partículas de um líquido embora consigam movimentar-se umas em

relação as outras, ainda se atraem. A ordenação das partículas, nesse

caso, é maior que nos gases, mas menor que nos sólidos.

� As partículas de um gás praticamente não se atraem. Elas se

movimentam ao acaso em todas as direções e sua desordem é total.


O modelo também explica algumas propriedades da matéria:

Forma e volume

� Sólidos apresentam forma própria e volume próprios porque a força de

atração entre suas partículas é intensa e elas permanecem em posições

praticamente “fixas”.

� Líquidos apresentam a forma do recipiente e volume próprio porque as

partículas que os constituem, embora não sejam totalmente

independentes, estão livres o bastante para se movimentarem e



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adquirirem a forma do recipiente, mas não o suficiente para se separarem

completamente umas das outras.

� Gases não possuem forma própria e ocupam o volume do recipiente

porque a força de atração entre suas partículas é desprezível. Assim, as

partículas movimentam-se em todas as direções, ocupando todo o espaço

disponível.

Compressibilidade

� Sólidos são praticamente incompressíveis porque as partículas estão

muito próximas e um aumento de pressão não consegue aproximá-las

mais.

� Líquidos dificilmente são comprimidos porque as partículas estão

relativamente próximas umas das outras e somente pressões muito

elevadas conseguem aproximá-las mais.

� Gases são facilmente compressíveis porque as partículas estão muito

distantes umas das outras e pequenas variações de pressão podem

aproximá-las mais.

Os postulados do modelo cinético da matéria também explicam porque

um estado físico pode converter-se em outro, ou seja, porque um sólido pode

converter-se em um líquido e este em um gás.

Unidades de medida Em Química, para realizar qualquer experimento, além dos conceitos

básicos de matéria e energia, também é necessário conhecer algumas unidades

de medida.

A medida de uma grandeza é um número que expressa uma quantidade,

comparada com um padrão previamente estabelecido. Os múltiplos e

submúltiplos do padrão são indicados por prefixos.

Massa Massa (m): a quantidade de matéria que existe num corpo.



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Importante: Essa definição é simplificada, pois o conceito de massa não é

absoluto. De acordo com 2ª Lei de Newton, a massa de um corpo está

relacionada com a medida da sua inércia, ou seja, medida da dificuldade que um

corpo tem para variar a sua velocidade (massa inercial).

Há também outra definição — a de massa gravitacional, cuja medida depende

da existência de força gravitacional. Neste caso, a massa de um corpo pode ser

medida, por exemplo, mediante o uso de balanças.

A determinação da massa de um corpo é feita pela comparação da

massa desconhecida desse corpo com outra massa conhecida, um padrão.

Para esta determinação usa-se um aparelho chamado balança. A Figura 2

apresenta alguns tipos de balanças.

Figura 2 – à esquerda tem-se uma balança de pratos e à direita tem-se uma balança moderna.


No Sistema Internacional (SI), a unidade-padrão de massa é o

quilograma (kg).


Volume



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Volume (V): é a extensão de espaço ocupado por um corpo.

O volume de um corpo com a forma de um cubo é determinado

multiplicando-se seu comprimento por sua altura e por sua largura. Veja:

Fonte: Química – volume único No SI, a unidade-padrão de volume é o metro cúbico (m3). No entanto,

a unidade mais usada em Química é o litro (L).

Fonte: Química – volume único Num laboratório, os volumes dos líquidos podem ser obtidos de várias

maneiras, usando-se diferentes aparelhos, em função do volume de líquido a ser

determinado. Veja:



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Fonte: Química no cotidiano – volume 1 Esses equipamentos são utilizados na obtenção de medidas volumétricas

de líquidos.

Importante: Quando usamos aparelhagem de medida de volume, devemos

manter os olhos no mesmo nível da superfície do líquido, conforme mostra a

imagem abaixo.

Fonte: Química no cotidiano – volume 1 Temperatura Temperatura (T): relaciona-se com o estado de agitação das partículas

que formam um corpo e com a capacidade desse corpo de transmitir ou receber

calor.

Os valores de temperatura são determinados por um aparelho chamado

termômetro, que consiste de um fino tubo de vidro graduado e parcialmente

cheio de mercúrio ou álcool colorido.

À medida que a temperatura aumenta, o líquido se expande e

se move ao longo do tubo. A graduação do tubo indica a variação de



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temperatura do líquido. Essa graduação é a escala termométrica do aparelho

(existem várias escalas em uso, atualmente).

A escala de graduação mais comumente usada nos trabalhos científicos

é a escala Celsius. Ela possui dois pontos de referência: o congelamento e a

ebulição da água ao nível do mar, que correspondem, respectivamente, a 0 ºC e

100 ºC.

Existem outras escalas centígrados, como a Kelvin, recomendada pelo

SI e conhecida como escala absoluta. Veja:

Fonte: Química – volume único Pressão Pressão (P): a relação entre a força exercida na direção perpendicular,

sobre uma dada superfície, e a área dessa superfície. A Terra está envolvida por uma camada de ar que tem espessura

aproximada de 800 km. Essa camada de ar exerce pressão sobre os corpos: a

pressão atmosférica.




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A diminuição do número de partículas do ar em grandes altitudes pode ser

a causa de problemas para pessoas desacostumadas a essa condição.

Pelo Sistema Internacional (SI), a unidade-padrão é o pascal (Pa), que se

relaciona com a unidade atmosfera na seguinte proporção:


Densidade Densidade (d): é a relação (razão) entre a massa de um material e o

volume por ele ocupado.

A expressão que permite calcular a densidade é dada por:


Para sólidos e líquidos, a densidade geralmente é expressa em

gramas/centímetros cúbicos (g/cm3); para gases, costuma ser expressa em

gramas/litro (g/L).


Veja outro exemplo:

Comparando os valores de densidades na figura abaixo temos:



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dágua = 1 g/cm3, dcortiça = 0,32 g/cm3, dchumbo = 11,3 g/cm3

Concluímos que:

dcortiça < dágua < dchumbo

A cortiça flutua na água porque é menos densa que ela e o

chumbo afunda porque é mais denso que esse líquido. A comparação entre as

densidades permite prever se um corpo irá afundar ou flutuar em um certo

líquido. Imagine, por exemplo, que uma bolinha de gude (d = 2,7 g/cm3) e um

pedaço de isopor (d = 0,03 g/cm3) sejam colocados num frasco com azeite de

oliva (d = 0,92 g/cm3). O que se pode prever?

O pedaço de isopor, menos denso que o azeite, irá flutuar nele. E

a bolinha de gude, mais densa que ele, irá afundar.

Alguns fatores que afetam a densidade A densidade depende, em primeiro lugar, do material considerado.

Em segundo lugar, a densidade de um mesmo material depende da temperatura.

Um aquecimento, por exemplo, provoca a dilatação do material (aumento de

volume), e isso interfere no valor da densidade. No caso de gases, cujo volume

é muito sensível a variações de pressão, a densidade, além de depender da

temperatura, depende também da pressão.

Constituição da matéria

Atualmente não há dúvidas de que toda matéria seja formada por

minúsculas partículas, denominadas átomos. Essa ideia, como vimos na aula

anterior, foi proposta pelos filósofos gregos Leucipo e Demócrito (400 a.C.).

Em 1808, baseado em fatos experimentais, o cientista britânico John

Dalton (1766- 1844) formula uma teoria atômica para explicar a constituição da

matéria.



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Teoria atômica de Dalton Essa teoria possibilitaria, posteriormente, a criação do primeiro modelo do

átomo, a qual expressa, em termos gerais, o seguinte:

1. A matéria é constituída de pequenas partículas esféricas maciças e indivisíveis

denominadas átomos.

2. Um conjunto de átomos com as mesmas massas e tamanhos apresenta as

mesmas propriedades e constitui um elemento químico.

3. Elementos químicos diferentes apresentam átomos com massas, tamanhos e

propriedades diferentes.

4. A combinação de átomos de elementos diferentes, numa proporção de

números inteiros, origina substâncias diferentes.

5. Os átomos não são criados nem destruídos: são simplesmente rearranjados,

originando novas substâncias.


Para melhor representar sua teoria atômica, Dalton substituiu os antigos

símbolos químicos da alquimia por novos e criou símbolos para outros elementos

que não eram conhecidos pelos alquimistas.

Representação dos elementos químicos



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Até 1808, quando surgiu a teoria atômica de Dalton, eram conhecidos

aproximadamente 50 elementos químicos.

Por volta de 1810, o químico sueco Berzelius (1779-1848) organizou a

notação química utilizada até essa data, que era bastante confusa, introduzindo

como símbolo dos elementos as iniciais de seus nomes em latim.


Para indicar a proporção com que cada elemento entra na formação de

determinada substância, Dalton associou um índice numérico aos símbolos.

A representação gráfica de uma substância em que são utilizados os

símbolos e os índices numéricos é denominada fórmula e representa a

constituição de cada unidade formadora da substância. Essas unidades são

denominadas moléculas.




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Em foco... John Dalton

John Dalton é considerado o pai da Química teórica. Com

apenas 12 anos de idade iniciou sua brilhante carreira lecionando em uma escola

da comunidade Quaker, da qual era membro.

Além de ter elaborado a teoria atômica, Dalton descobriu

uma importante lei da Física — a Lei das Pressões Parciais dos Gases. Uma

curiosidade sobre a sua vida profissional: ele também atuou como

meteorologista, tendo feito cerca de 200 mil anotações.

Dalton foi o primeiro cientista a descrever uma deficiência visual — da

qual sofria — cujo portador não consegue distinguir algumas cores, entre

elas, o vermelho e o verde. O seu trabalho sobre essa deficiência foi tão

importante que hoje ela é conhecida por daltonismo. Atualmente, sabe-se que

o daltonismo afeta 5% dos homens e 0,5% das mulheres.

John Dalton, membro da comunidade Quaker com seus trajes característicos do final do século XIX. Fonte: Química no cotidiano – volume 1

� O QUE VOCÊ APRENDEU?

• A distribuição dos elementos em nosso planeta não é uniforme. A

atmosfera, a hidrosfera, a litosfera e a biosfera apresentam

composição diferente e são delas que o ser humano retira todo os

recursos de que necessita.

• Matéria é tudo aquilo que tem massa e ocupa lugar no espaço.

Podendo não ser visível, como o caso do ar. Ainda podem existir em



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três estados físicos: sólido, líquido e gasoso. Esses estados podem

ser explicados pelos postulados do modelo cinético da matéria.

• Tudo que é formado por partículas que estão em constante

movimento.

• A força de atração entre as partículas determina o estado físico do

material.

• O conceito de energia está diretamente relacionado à realização de

trabalho, ao fato de provocar modificações na matéria e de ser

interconversível em suas várias formas.

• Toda a matéria é constituída por átomos, podendo ser representada

quimicamente por meio de fórmulas químicas.

Referências Bibliográficas: NÓBREGA, Olívio Salgado; SILVA, Eduardo Roberto; SILVA, Ruth Hashimoto.

Química - Volume único. Ed. Ética, São Paulo, 2007.

PERUZZO, Francisco Miragaia; CANTO, Eduardo Leite. Química na abordagem

do cotidiano. Ed. Moderna, v.2, São Paulo, 2010.

SANTOS, Wildson; MOL, Gerson. Química Cidadã. Ed. Nova Geração, v.1, São

Paulo, 2010.

USBERCO, João; SALVADOR, Edgard. Química – Volume único. Ed. Saraiva, São Paulo, 2013.

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