NEEJA- Núcleo de Educação de Jovens e Adultos Construindo um Novo Mundo. Apostila de Ciências Módulo 6

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1 NEEJA- Núcleo de Educação de Jovens e Adultos Construindo um Novo Mundo. Apostila de Ciências Módulo 6 Professores: Alessandro Cansi, Luiz Patat, Rita Maria Zanatta da Motta

2 Propriedades da Matéria. Conforme as condições em que se encontram, em um dos três estados físicos: sólido, líquido ou gasoso. as substâncias podem se apresentar No estado sólido, a água apresenta forma e volume constantes; as entidades que a formam se encontram compactadas, o que lhes tira a liberdade de movimento. Já no estado líquido, a água apresenta volume constate e forma variável; as entidades não se encontram compactadas, havendo certa liberdade de movimento. Entretanto no estado gasoso, a água apresenta forma e volume variáveis; as entidades se encontram livres umas das outras, possuindo total liberdade de movimento. Mudança de estado. A substância no estado sólido é um conjunto de entidades unidas entre si, bem arrumadas e com movimento vibratório discreto. Com o aquecimento, as entidades vão conseguindo deslizar umas sobre as outras e o sólido vai derretendo, pois o aumento de energia faz com que as entidades se agitem tanto que, pouco a pouco, vão se separado umas das outras, mas sem conseguir sair do conjunto é a substância no estado líquido. Continuando o aquecimento, as entidades passam a se movimentar com tanta rapidez que muitas que conseguem vencer a atração das entidades vizinhas e, assim, saem do conjunto- é a substância no estado gasoso. Fusão e solidificação A fusão é a passagem do estado sólido para o líquido, enquanto a solidificação é a passagem do estado líquido para o sólido. Vaporização e condensação A vaporização é a passagem do estado líquido para o gasoso. Ela pode ocorrer de três modos: Evaporação: vaporização lenta que ocorre espontaneamente á temperatura ambiente; Ebulição: vaporização que ocorre quando fornecemos calor a um líquido; é rápida e violenta (há formação de bolhas de vapor no líquido); Calefação: vaporização que ocorre quando se borrifa um líquido numa chapa aquecida, por exemplo. A condensação é a passagem do estado gasoso para o líquido e pode ocorrer de duas maneiras:

3 condensação propriamente dita: ocorre quando a substância no estado gasoso é o resultado de um líquido vaporizado; o retorno ao estado líquido se dá unicamente através de resfriamento. Assim pelo resfriamento o vapor de água converte-se em água líquida. liquefação: ocorre quando a substância, em condições ambientes, é um gás; na passagem para o estado líquido deve-se comprimir o gás (aumento de pressão). Assim, para convertemos gás oxigênio líquido, devemos conjugar um resfriamento com uma compressão. Então o gás oxigênio sofre uma liquefação. Sublimação É a passagem direta do estado sólido para o gasoso e vice-versa. Esse fenômeno ocorre com várias substâncias, por exemplo, naftalina, iodo e cânfora. 1. O naftaleno, comercialmente conhecido como naftalina, empregado para evitar baratas em roupas, funde em temperaturas superiores a 80 graus. Sabe-se que bolinhas de naftalina, à temperatura ambiente, têm suas massas constantemente diminuídas, terminando por desaparecer sem deixar resíduo. Essa observação pode ser explicada pelo fenômeno da? 2. Quais são as propriedades da matéria? 3. Dê a denominação de cada mudança de estado descrita abaixo. a) Secar a roupa no varal. b) Transformar o suco de limão em sorvete. c) Derreter o ferro em fornos de altíssima temperatura. d) Formação de gotículas de água do lado de fora de um copo com água gelada. e)diminuição do tamanho das bolinhas de naftalina no armário. f) Espirrar água sobre uma panela vazia que está sendo aquecida há algum tempo. g) Água fervendo. Substância pura e mistura: diferença prática. Quando a temperatura de fusão e a temperatura de ebulição são constantes, estamos em presença de uma substância pura. Portanto, durante a mudança de estado físico de uma substância pura, a temperatura permanece constate, caracterizado o ponto de fusão (PF) e o de ebulição (PE).

4 A quantidade de calor fornecida para que ocorra a mudança de estado recebe o nome de calor latente, que é aproveitado pela substância para mudar de estado e não produz aquecimento. Já para uma mistura, durante a sua mudança de estado físico, a temperatura de fusão e de ebulição variam. Misturas Entende-se por misturas uma associação de duas ou mais substâncias diferentes, sem proporções fixas e definidas. Para classificar as misturas, usamos o método da observação visual, a olho nu com o auxílio de lentes e microscópios potentes. Quando conseguimos distinguir as partes que formam a mistura, dizemos que ela é heterogênea; quando não é possível distinguir as partes, dizemos que ela é homogênea. Cada aspecto distinto que podemos observar numa mistura chamamos de fase. As misturas homogêneas, portanto, têm sempre uma única fase, ou seja, são monofásicas. As heterogêneas têm sempre duas ou mais fases, são polifásicas (bifásicas, trifásicas, etc.). Misturas homogêneas ou solução é a mistura que apresenta sempre as mesmas características em toda sua extensão; apresenta um único aspecto ( monofásica), não sendo possível distinguir seus componentes nem por meio do mais potente microscópio. Misturas heterogêneas é a mistura que não apresenta as mesmas características em toda sua extensão; apresenta vários aspectos ( polifásica), sendo possível distinguir os seus componentes, às vezes com o uso de microscópio. Exercícios: 1.Dê exemplos de misturas homogêneas e heterogêneas observadas durante as refeições de um dia. 2.Analise cada mistura e classifique-as conforme o número de fases. a) água e sal de cozinha. b) água e serragem. c) água e álcool. d) água, açúcar areia. e) água, sal,óleo e areia.

5 3. Ogás de botijão denominado GLP( gás liquefeito do petróleo), é uma mistura de dois gases: propano e butano. Como você classifica essa mistura 4. O ar atmosférico é uma mistura gasosa que contém principalmente nitrogênio e oxigênio. Mas o ar que respiramos, além disso apresenta outros constituintes, como poeira, fumaça, vapor de água, monóxido de carbono, dióxido de enxofre e tantas outras substâncias poluidoras. Como você classificaria a mistura que respiramos? 5.Classifique as misturas de acordo com as alternativas. Alternativas. a)mistura homogênea gasosa. b) mistura homogênea líquido e sólido. c)mistura heterogênea líquido e sólido. d) mistura heterogênea sólido e gás. Misturas. ( ) leite ( ) gás de botijão ( )água do mar filtrada ( ) ar atmosférico ( )ar atmosférico filtrado Métodos de separação de misturas. Análise imediata. As amostras de matéria que retiramos da natureza geralmente são misturadas e é importante conhecer os componentes que as formam. Desse modo, quando um químico retira uma amostra e constata que se trata de uma mistura, seu primeiro trabalho é separar esses componentes, aplicando o que chama de análise imediata, ou seja, um conjunto de processos que se baseiam nas propriedades físicas da matéria e visam separar os componentes de uma mistura, sem alterá-los. A separação das substâncias ocorre graças às diferenças em suas propriedades físicas. Vejamos algumas. Tamanho da partícula. Para separar substâncias em função do tamanho de suas partículas, utiliza-se a técnica da filtração. O filtro retém as partículas maiores e deixa passar as menores.

6 Ponto de ebulição. A separação das substâncias ocorre pela diferença nos pontos de ebulição, e o processo usado é a destilação. No caso de uma mistura homogênea composta de sólido e líquido, usamos a destilação simples: aquecendo a mistura em um balão apropriado, ao qual se adaptou um condensador, o líquido entra em ebulição, passando para o estado gasoso. Assim, os vapores do líquido, ao entrarem no condensador, sofrem condensação e são recolhidos num béquer. Com isso, temos o sólido no balão e o líquido no béquer. Para uma mistura homogênea composta de líquido e líquido, utiliza-se a destilação fracionada: aquece-se a mistura colocada num balão com a mesma aparelhagem da destilação simples, mas adaptando-se um termômetro ao balão. Como os pontos de ebulição são diferentes, fica fácil separar os líquidos, controlando a temperatura de aquecimento da mistura. Caso os PE sejam muito próximos, adapta-se ao balão uma coluna de fracionamento ( na qual estão cacos de cerâmica ou bolinhas de vidro, constituindo um obstáculo à passagem dos vapores do líquido com menor PE vencer esses obstáculos e passar para o condensador). Densidade Para separar substâncias por diferença de densidade, utiliza-se a decantação: após um certo tempo, a substância mais densa se deposita no fundo do recipiente. Solubilidade. Para separar substâncias por diferença de solubilidade, utiliza a técnica chamada dissolução fracionada, usada no caso de misturas sólidas em que só um deles se dissolve em determinado líquido. Considerando uma mistura de areia e sal (cloreto de sódio). Para separar a areia do sal, usamos a dissolução fracionada, tendo como líquido a água. Adicionando água à mistura, o sal se dissolve. Usando a filtração, retemos a areia no filtro e, aquecendo o filtrado ( sal dissolvido na água), recuperamos o sal pela evaporação da água. Catação: usado para separar os componentes sólidos de uma mistura heterogênea. É bastante rudimentar, sendo empregado somente quando as partículas são bem distintas e podem ser separadas com as mãos ou com pinças. É o que ocorre quando uma pessoa escolhe feijão.

7 Tamisação ou peneiração: usado também para separar os componentes sólidos mais sólidos de uma mistura heterogênea, quando esses componentes, sendo submetidos á peneiração. Separação magnética: usada para separar metais que podem ser atraídos por um ímã ou eletroímã ( metais ferrosos, níquel e cobalto) de metais não ferrosos ou de componentes que não são atraídos pelo ímã ou eletroímã(portanto, misturas heterogêneas de sólido mais sólido); Ventilação: também usado para separar os componentes sólidos de uma mistura heterogênea, por diferença de densidade; uma corrente de ar arrasta o componente menos denso. É o que ocorre, por exemplo no beneficiamento de cereais, para separar as cascas; Levigação: também empregado quando os componentes sólidos de uma mistura heterogênea tem densidade diferentes, só que usado uma corrente de água, que arrasta o componente menos denso. Usado, por exemplo, nos garimpos para lavar o cascalho. Exercícios: 1.Um químico recebe uma amostra de uma mistura homogênea de água e açúcar e é incumbido de separar os componentes dessa mistura. Como você acha que ele irá proceder? 2.Temos uma mistura homogênea de água( líquido) e acetona (líquido). Qual é o processo de fracionamento mais indicado para separar os componentes dessa mistura? 3. Você e seus amigos foram a um piquenique. Depois do lanche, resolveram tomar café. Havia quase tudo o que era necessário: pó de café, açúcar, panela e fogareiro, mas esqueceram o coador e não havia nada para substituí-lo. Como se poderia contornar a situação? 4.Em um acampamento um estudante deixou cair na areia todo o sal de cozinha disponível. Entretanto, tendo conhecimento sobre separação de misturas, conseguiu recuperar praticamente todo o sal. Que operações esse estudante pode ter realizado? 5.indique qual a técnica mais utilizada para separar as misturas abaixo. a) água e sal. b)limalha de ferro e serragem.

8 c) água e clorofórmio (líquido imiscíveis) d) sal e carvão em pó. e) sal e naftalina em pó. 6.Para separar uma mistura de dois líquidos completamente miscíveis, qual dos processos a seguir você escolheria? a)filtração b) levigação.c)centrifugação d) catação e) destilação. Fenômeno e reação química. Fenômeno Para a ciência, fenômeno é qualquer acontecimento da natureza. Quando ocorre um fenômeno, uma transformação, pode haver ou não alteração no sistema que se está estudado, ou seja, a matéria dos estados inicial e final pode ser a mesma ou não. Consideramos como sistema um conjunto de materiais isolados para fins de estudo. Costuma-se classificar os fenômenos em: Físicos: quaisquer transformações sofridas por um material sem que haja alteração de sua constituição íntima, ou seja, a matéria é a mesma antes e após a transformação. Químicos: quaisquer transformações sofridas por um material de modo que haja alteração de sua constituição íntima. O tipo de matéria não é o mesmo antes e após a transformação. Exercícios: 1. Indique na relação abaixo as transformações físicas e químicas. a)queima da gasolina nos motores dos carros. b) digestão dos alimentos ingeridos. c) acender uma lâmpada. d) formação de ferrugem. e) quebra de um objeto.

9 f) enfiar um prego na madeira. g) derretimento de um cubo de gelo h)crescimento de uma planta. 2.Numa indústria uma barra de ferro é aquecida até a fusão e o líquido é recolhido numa fôrma esférica. Após o resfriamento tem-se uma bola de ferro. Que transformação ocorreu? 3.Analise a frase: O leite deixa de existir e no seu lugar surge a coalhada. Ela representa uma transformação física ou química? Justifique. 4. Tem-se uma enorme pedra na qual se colocam, em posições estratégica, bananas de dinamite e a enorme pedra se converte em um montão de pedrinhas. a) Que transformação ocorreu? b) O que aconteceu com a matéria? Tabela periódica. Introdução. Após os trabalhos de Lavoiser, Dalton e outros, o estudo dos elementos químicos desenvolveu-se de tal forma que se tornou necessário classificá-los de acordo com suas propriedades. A observação experimental tornou evidente que certos elementos têm propriedades muito semelhantes, o que permite reuni-los em grupos. Um dos tipos mais importantes de classificação é aquele que se preocupa em agrupar os elementos de tal forma que possamos prever várias de suas propriedades. Assim surgiu a classificação periódica dos elementos. Desde o início do século XIX, várias tentativas, sem grande sucesso, foram feitas para organizar os elementos. O trabalho mais detalhado foi feito, em 1869, pelo químico russo Dimitri Ivanovitch Mendeleev ( ), tornando-se a base da classificação atual. Ele ordenou os elementos em função de suas massas atômicas crescentes, respeitado suas propriedades químicas. Com os conhecimentos sobre a estrutura atômica, ficou demonstrado que a verdadeira identidade de um elemento está relacionada com o número de prótons, ou

10 seja, o número atômico. Isso implicou uma reformulação na tabela de Mendeleev. Hoje os elementos são ordenados em função de seus números atômicos crescentes. Períodos. Famílias. Denomina-se período ou série cada uma das linhas da tabela. As dezoito colunas da tabela são denominadas famílias apresentam propriedades químicas semelhantes, pois possuem a mesma quantidade de elétrons na última camada. Família 1 (1A): Alcalinos Família 2(2A) Alcalinos-terrosos Família 13(3A) família do boro Família 14(4A) família do carbono Família 15(5A) família do nitrogênio Família 16(6A) calcogênios Família 17 (7A) halogênios Família 18 gases nobres

11 Exercícios: 1.Indique a família e o período dos elementos abaixo? a) 15 P b) 18 Ar c) 20 Ca d) 50 Sn e) 87 Fr 2.Quantas famílias e quantos períodos existem na tabela periódica? 3.Qual a família e qual o período do elemento cálcio? 4.Determine o número atômico dos elementos que se encontram no: a) Quinto período, família dos metais alcalino-terrosos. b) Terceiro período, família dos metais alcalinos. c) Terceiro período, família dos halogênios. d) Quarto período, família dos calcogênios. e) Terceiro período, família do carbono.

12 5.Qual o único metal líquido em condições ambiente? 6.Indique quatro metais alcalinos terrosos? 7.Qual o metal mais valioso que existe na natureza porque? 8.Cite dois metais que são usados na fabricação de panelas? 9.Pesquise em livros ou na internet as propriedades dos metais? Energia e Tipos de energia O conceito de energia é um dos mais abstratos na Física. Matéria e energia formam tudo o que conhecemos, mesmo assim, não podemos tocar a energia e nem vêla. De acordo com a equação de Einstein, E=m.c 2, energia e matéria são equivalentes. Normalmente, dizemos que um corpo (matéria) tem energia quando ele pode realizar trabalho e, entendo o que é trabalho será mais fácil entender o conceito de energia. Quando levantamos um peso do chão, estamos exercendo uma força por certa distância e esta relação, força x distância, é o que caracteriza o trabalho na Física. Nos processos que vemos na natureza a energia está sempre se transformando, de uma forma para outra. A energia não se perde nem se cria, ela apenas se transforma. São vários os tipos de energia e, alguns deles são: A energia nuclear é a energia concentrada no núcleo do átomo, ou seja, é a energia que possibilita os prótons e nêutrons ficarem juntos. Como vimos no texto sobre a bomba atômica, a equivalência entre massa e energia prevista por Einstein, descrita pela equação E=m.c2, explica a origem da energia liberada em alguns processos nucleares. Energia Térmica

13 A matéria é formada por átomos e moléculas que estão em permanente estado de agitação térmica. A energia térmica é a energia associada a esta agitação térmica, e a temperatura é um valor numérico a expressa. Energia elétrica A Energia Elétrica pode ser definida como a capacidade de trabalho de uma corrente elétrica. Como toda Energia é a propriedade de um sistema que permite a realização de trabalho. Ela é obtida através de várias formas. Logo, o que chamamos de eletricidade pode ser entendido como Energia Elétrica se no fenômeno descrito, a eletricidade realiza de trabalho por meio de cargas elétricas. A energia solar, muitas vezes chamada de energia luminosa já que é assim que enxergamos, é uma forma de energia radiante, ou seja, a energia solar pode ser transmitida no vácuo por ondas eletromagnéticas. A energia solar é transmitida, então, por radiação com vários comprimentos de onda diferentes. Energia Cinética A energia cinética é um tipo de energia ligado ao movimento, é a energia que os corpos têm divido à velocidade. Como a energia elétrica chega a nossas casas? Ela nasce do movimento dos geradores, passa por estações transformadoras e redes de fio de alta tensão e percorre um longo caminho até chegar às tomadas. Veja como abordar o conteúdo em classe Um circuito elétrico A energia tem tensão variável durante a geração, a transmissão e a distribuição. Veja cada etapa de seu trajeto às cidades

14 Estação geradora A energia elétrica pode vir de diferentes fontes. Nas hidrelétricas, a quedad'água movimenta um gerador, que cria um campo magnético, produzindo corrente elétrica. Subestações de transmissão A energia sai da usina direto para estações de transmissão, onde passa por transformadores que aumentam sua voltagem. Em seguida, segue pelas linhas de alta tensão. Linhas de transmissão Torres de alta tensão levam a eletricidade por longas distâncias. Para reduzir as perdas energéticas durante a transmissão, ela é transportada em altíssima voltagem. Subestações de distribuição A eletricidade passa pelos transformadores de tensão nas subestações, que diminuem a voltagem dela. Só então segue pela rede de distribuição.

15 Fiação dos postes A energia passa pelos transformadores de distribuição, que rebaixam a voltagem de novo. Depois, passa pela fiação - aérea ou subterrânea -, que a leva até as ruas. Consumidor final Nas tomadas de nossa casa, a energia está disponível para utilização no mesmo momento em que é gerada, fazendo funcionar equipamentos eletrônicos e interruptores. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS : LOPES, CésarV. M. Proposta para o ensino de química: Poluição do ar e lixo. Porto Alegre. SE/ CECIRS, MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO. PCN- Parâmetros curriculares nacionais Ensino Médio.Brasília, MULLER, Maria ReginaÁvila ; MACHADO, Viviane Prestes. Química, Teoria e Prática. 3 edição: LEW, 2OOO. TELECURSO 2OOO. Biologiae Química: Globo Fundação Roberto Marinho.