QUÍMICA I/DAVI JANÔ. Aluno (a): N.º Ensino Médio - 1º Ano - Turma: _U Turno: manhã Data: / / 2016 EXPLICANDO A MATÉRIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES

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1 QUÍMICA I/DAVI JANÔ Aluno (a): N.º Ensino Médio - 1º Ano - Turma: _U Turno: manhã Data: / / 2016 EXPLICANDO A MATÉRIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES AS TENTATIVAS DE EXPLICAR A MATÉRIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES Ao longo dos séculos, no trabalho de obter novos materiais e nas tentativas de explicar essas obtenções, podemos destacar os seguintes fatos históricos: Entre aproximadamente os anos 500 e 1500 da era cristã, desenvolveu-se entre árabes e europeus o trabalho dos alquimistas, muitos deles movidos pelo sonho de obter o elixir da longa vida, que poderia tornar o ser humano imortal, e a pedra filosofal, que teria o poder de transformar metais baratos em ouro. A partir do século XVI, com o desenvolvimento da alquimia, surgiu a chamada iatroquímica, uma doutrina médica que atribuía a causas químicas tudo o que se passava no organismo são ou enfermo. O principal objetivo dessa doutrina era a descoberta e produção de medicamentos. Todo esse trabalho era eminentemente prático. Os alquimistas contribuíram bastante para o desenvolvimento das técnicas químicas, embora não tivessem se preocupado em explicar os fenômenos. Devemos salientar, porém, que a busca de uma explicação para a matéria e suas transformações foi objeto de preocupação de alguns pensadores desde antes de Cristo. O filósofo grego Demócrito ( a.c.) imaginou a matéria formada por pequenas partículas indivisíveis denominadas átomos (do grego, a, não; tómos, pedaços). No entanto, durante séculos prevaleceram as ideias de Aristóteles ( a.c.), para quem tudo o que existia no Universo era formado a partir de quatro elementos fundamentais: terra, água, fogo e ar. De acordo com essa ideia e com o esquema abaixo, estavam associadas ao fogo, por exemplo, as qualidades seco e quente, e à água, as qualidades frio e úmido. O NASCIMENTO DA QUÍMICA Observando a queima de um pedaço de carvão, temos a impressão de que ele desaparece. Essa impressão, porém, está errada estamos nos esquecendo da matéria que escapa nas chamas, durante a combustão. Quando uma esponja de aço se enferruja, sua massa aumenta. Será que houve criação de matéria? Não. Ocorre que o oxigênio do ar reage com o ferro da esponja, durante o enferrujamento, produzindo aumento na massa total da esponja de aço. A LEI DE LAVOISIER No final do século XVIII, o cientista Antoine Lavoisier realizou uma série de experiências em recipientes fechados (para que não entrasse nem escapasse nada do sistema em estudo) e, efetuando pesagens com balanças mais precisas do que as dos cientistas anteriores, concluiu: No interior de um recipiente fechado, a massa total não varia, quaisquer que sejam as transformações que venham a ocorrer. Tal afirmativa é uma lei da Natureza, descoberta por Lavoisier e que, por esse motivo, ficou conhecida como lei de Lavoisier (ou lei da conservação da massa, ou lei da conservação da matéria). Por exemplo: verifica-se que 3 gramas de carbono reagem com 8 gramas de oxigênio, produzindo 11 gramas de gás carbônico. Como 3 g + 8 g = 11 g, conclui-se que nada se perdeu. A lei de Lavoisier, portanto, pode ser enunciada também da seguinte maneira: A soma das massas antes da reação é igual à soma das massas após a reação. Ou ainda: Na natureza, nada se perde, nada se cria; a matéria apenas se transforma. A Química somente adquiriu caráter científico a partir do século XVIII, quando o trabalho feito em laboratório (chamado de trabalho experimental) foi vinculado ao esforço de buscar a explicação da natureza da matéria e de suas transformações (explicação teórica). A LEI DE PROUST Quase na mesma época de Lavoisier, Joseph Louis Proust, efetuando também uma grande série de pesagens em inúmeras experiências, chegou à seguinte conclusão: 1

2 Uma determinada substância composta é formada por substâncias mais simples, unidas sempre na mesma proporção em massa. Por exemplo, observa-se que o gás carbônico é sempre formado por carbono e oxigênio, e verifica-se também que: 1ª experiência: 3 g de carbono (C) se unem a 8 g de oxigênio (O2), produzindo 11 g de gás carbônico (CO2) 2ª experiência: 6 g de carbono (C) se unem a 16 g de oxigênio (O2), produzindo 22 g de gás carbônico (CO2) Veja que, na 1ª experiência, a proporção entre as massas é de 3 : 8 : 11. Na 2ª experiência, é de 6 : 16 : 22. Nesta última, os números mudaram, mas obedecendo à relação: 6 é o dobro de 3; 16 é o dobro de 8; e 22 é o dobro de 11. Enfim, os números mudaram, mas a proporção é a mesma, como se diz em Matemática. Essa conclusão é chamada de lei de Proust ou lei das proporções constantes (ou fixas ou definidas). As duas leis enunciadas a de Lavoisier e a de Proust são denominadas leis ponderais, porque falam em massa das substâncias envolvidas. São leis importantíssimas, pois marcam o início (nascimento) da Química como ciência. Responda em seu caderno a) O que os alquimistas pretendiam obter com o elixir da longa vida? b) O que os alquimistas pretendiam obter com a pedra filosofal? c) Quais eram os quatro elementos fundamentais de Aristóteles? d) No pensamento de Demócrito, como a matéria era formada? 03. Quando uma solução aquosa da substância nitrato de prata (incolor) é adicionada a uma solução aquosa de cloreto de sódio (incolor), ocorre uma reação química em que se forma a substância cloreto de prata, que é branca e insolúvel em água. Inicialmente sua massa é determinada com auxílio de uma balança. Á seguir, sem tirar a tampa, a garrafa foi virada de cabeça para baixo, permitindo o contato das soluções e a formação do cloreto de prata. Finalmente, a massa do sistema foi novamente determinada... Sobre essa experiência responda às perguntas: a) O sistema usado é aberto ou fechado? Justifique. b) O que se pode prever sobre a massa final do sistema, se comparada à massa inicial? c) Qual é a lei científica que permite a você fazer a previsão pedida no item anterior? Quem a enunciou? Qual seu enunciado? 04. A reação a seguir ilustra a formação da amônia, e os dados de dois experimentos: De acordo com as Leis de Lavoisier e Proust, determine os valores de a, b e c. EXERCÍCIOS 01. Sabe-se que (6x)g de carbono reagem com (8 + x)g de água produzindo (15 - x)g de óxido de carbono e (x)g de hidrogênio. Calcule: a) O valor de "x. b) As massas de cada substância que participa da reação. 02. Os pratos A e B de uma balança foram equilibrados com um pedaço de papel em cada prato e efetuou-se a combustão apenas do material contido no prato A. Esse procedimento foi repetido com palha de aço em lugar de papel. Após cada combustão observou-se: 05. Dado o fenômeno abaixo: Metano + oxigênio gás carbônico + água Podemos afirmar que: a) Estão reagindo 5g de metano com 32g de oxigênio. b) A massa de água produzida é de 33g. c) São obtidos 38g de gás carbônico. d) O oxigênio usado pesa 32g. e) A massa total dos reagentes é de 15g. A TEORIA ATÔMICA DE DALTON Essa teoria possibilitaria, posteriormente, a criação do primeiro modelo do átomo, a qual expressa, em termos gerais, o seguinte: 2

3 A matéria é constituída de pequenas partículas esféricas maciças e indivisíveis denominadas átomos. Um conjunto de átomos com as mesmas massas e tamanhos apresenta as mesmas propriedades e constitui um elemento químico. Elementos químicos diferentes apresentam átomos com massas, tamanhos e propriedades diferentes. A combinação de átomos de elementos diferentes, numa proporção de números inteiros, origina substâncias diferentes. Os átomos não são criados nem destruídos: são simplesmente rearranjados, originando novas substâncias. que: Com base nesse experimento, Thomson concluiu a) os raios eram partículas (corpúsculos) menores que os átomos; b) os raios apresentavam carga elétrica negativa. Essas partículas foram denominadas elétrons (e). O tubo da tela de televisão é uma versão complexa de um tubo de raios catódicos. Embora a televisão já fosse, em 1927, uma realidade em laboratório, somente em 1947 receptores de TV foram produzidos em escala industrial para uso doméstico. O MODELO ATÔMICO DE THOMSON Thomson propôs então um novo modelo, denominado pudim de passas: O átomo é maciço e constituído por um fluido com carga elétrica positiva, no qual estão dispersos os elétrons. Como um todo, o átomo seria eletricamente neutro. A DESCOBERTA DAS PARTÍCULAS SUBATÔMICAS O elétron (e) Em 1897, Joseph John Thomson ( ) conseguiu demonstrar que o átomo não é indivisível, utilizando uma aparelhagem denominada tubo de raios catódicos. Dentro do tubo de vidro havia, além de uma pequena quantidade de gás, dois eletrodos ligados a uma fonte elétrica externa. Quando o circuito era ligado, aparecia um feixe de raios provenientes do cátodo (eletrodo negativo), que se dirigia para o ânodo (eletrodo positivo). Esses raios eram desviados na direção do polo positivo de um campo elétrico. O próton (p) Em 1886, o físico alemão Eugen Goldstein, usando uma aparelhagem semelhante à de Thomson, observou o aparecimento de um feixe luminoso no sentido oposto ao dos elétrons. Concluiu que os componentes desse feixe deveriam apresentar carga elétrica positiva. Posteriormente, em 1904, Ernest Rutherford, ao realizar o mesmo experimento com o gás hidrogênio, detectou a presença de partículas com carga elétrica positiva ainda menores, as quais ele denominou prótons (p). A massa de um próton é aproximadamente 1836 vezes maior que a de um elétron. 3

4 O MODELO ATÔMICO DE RUTHERFORD A DESCOBERTA DA RADIOATIVIDADE Em 1896, o cientista francês Henri Becquerel descobriu que o elemento químico urânio emitia radiações semelhantes, em certos aspectos, aos raios X. Esse fenômeno passou a ser conhecido como radioatividade. Posteriormente, o casal Curie descobriu radioatividade ainda mais forte nos elementos químicos polônio e rádio. Em 1898, Ernest Rutherford verificou que algumas emissões radioativas se subdividiam, quando submetidas a um campo elétrico: O nêutron (n) A EXPERIÊNCIA DE RUTHERFORD Para verificar se os átomos eram maciços, Rutherford bombardeou uma finíssima lâmina de ouro (de aproximadamente 0,0001 cm) com pequenas partículas de carga elétrica positiva, denominadas partículas alfa (α), emitidas por um material radioativo. Essas partículas foram descobertas em 1932 por Chadwick, durante experiências com material radioativo. Ele as denominou nêutrons. Os nêutrons estão localizados no núcleo e apresentam massa muito próxima à dos prótons, mas não têm carga elétrica. O modelo atômico mais utilizado até hoje é o de Rutherford, com a inclusão dos nêutrons no núcleo. Responda em seu caderno As observações feitas durante o experimento levaram Rutherford a tirar uma série de conclusões: a) Explique como foi a primeira observação de que se tem notícia, responsável pelo surgimento do termo eletricidade. b) Quais as aplicações práticas decorrentes da descarga elétrica em gases rarefeitos? c) Quais as emissões descobertas em materiais radioativos? d) Segundo o modelo de Rutherford, do que é formado o átomo? e) O que Chadwick descobriu? EXERCÍCIOS A comparação do número de partículas que atravessavam a lâmina com o número de partículas que voltavam levou Rutherford a concluir que o raio do átomo é 10 mil vezes maior que o raio do núcleo. A partir dessas conclusões, Rutherford propôs um novo modelo atômico, semelhante ao sistema solar. História da Química Na antiga Grécia, no século IV a.c, dois filósofos, Leucipo e Demócrito, observaram o comportamento da matéria e se fizeram a pergunta: O que acontece se uma porção de matéria for dividida continuamente? A conclusão a que chegaram é que, em algum momento, teríamos uma porção de matéria que não poderia ser mais dividida. A essa porção deram o nome de átomo. Em 1807, o químico inglês John Dalton, trabalhando com reações químicas, criou um modelo que retomava o antigo conceito dos gregos. Ele imaginou o átomo como uma pequena esférica maciça e indivisível, porém com massa definida e propriedades diferentes. 4

5 Em 1897, Thomson idealizou um experimento para medir a carga elétrica do elétron. Ele representou o átomo como uma massa uniforme positiva, incrustadas de elétrons. Daí vem o nome de modelo: pudim de passas Em 1911, Ernest Rutherford, com a experiência da lâmina de ouro, concluiu que o átomo de veria ser formado em sua maior parte por espaços vazios. Desenvolveu, então, o chamado modelo atômico planetário. 01. Leia, reflita e responda: 1.1. Leia o texto e reflita se as afirmativas são verdadeiras ou falsas. Justifique as falsas. ( ) Para os filósofos Demócrito e Leucipo, a matéria poderia ser dividida infinitamente. ( ) Segundo Dalton, a matéria é formada por partículas indivisíveis chamadas átomos. ( ) Thomson foi o primeiro a provar que o átomo não era indivisível. ( ) A concepção de átomo indivisível, defendida por Dalton, é cientificamente válida até hoje. ( ) Segundo Rutherford, o átomo apresenta duas regiões distintas, o núcleo e a eletrosfera Considere os modelos atômicos de: I. Dalton; II. Thomson; III. Rutherford. A) Qual deles foi proposto baseado nos resultados da medida da massa dos participantes de reações químicas? B) Qual introduziu a natureza elétrica da matéria? C) Qual é o mais recente? 02. (Fuvest-SP) Thomson determinou, pela primeira vez, a relação entre a massa e a carga do elétron, o que pode ser considerado como a descoberta do elétron. É reconhecida como uma contribuição de Thomson ao modelo atômico, a) o átomo ser indivisível. b) a existência de partículas subatômicas. c) os elétrons ocuparem níveis discretos de energia. d) os elétrons girarem em órbitas circulares ao redor do núcleo. e) o átomo possuir um núcleo com carga positiva e uma eletrosfera. 03. (UCB-DF) Rutherford, ao fazer incidir partículas radioativas em lâmina metálica de ouro, observou que a maioria das partículas atravessava a lâmina, algumas desviavam e poucas refletiam. Identifique, dentre as afirmações a seguir, aquela que não reflete as conclusões de Rutherford sobre o átomo. a) Os átomos são esferas maciças e indestrutíveis. b) No átomo há grandes espaços vazios. c) No centro do átomo existe um núcleo pequeno e denso. d) O núcleo do átomo tem carga positiva. e) Os elétrons giram ao redor do núcleo para equilibrar a carga positiva. 04. (Osec-SP) Eletrosfera é a região do átomo que: a) concentra praticamente toda a massa do átomo. b) contém as partículas de carga elétrica positiva. c) possui partículas sem carga elétrica. d) permanece inalterada na formação dos íons. e) tem volume praticamente igual ao volume do átomo. 05. (Univali-SC) Leia o texto a seguir: Há 100 anos, a ciência dividiu o que era então considerado indivisível. Ao anunciar, em 1897, a descoberta de uma nova partícula que habita o interior do átomo, o elétron, o físico inglês Joseph John Thomson mudou dois mil anos da história que começou quando filósofos gregos propuseram que a matéria seria formada por diminutas porções indivisíveis, uniformes, duras, sólidas e eternas. Cada um desses corpúsculos foi denominado átomo, o que, em grego, quer dizer não-divisível. A descoberta do elétron inaugurou a era das partículas elementares e foi o primeiro passo do que seria no século seguinte uma viagem fantástica ao microuniverso da matéria. Ciência Hoje, A respeito das ideias contidas no texto, está correta a alternativa: a) A partir da descoberta dos elétrons, foi possível determinar as massas dos átomos. b) Faz cem anos que se descobriu que os átomos não são os menores constituintes da matéria. c) Os elétrons são diminutas porções indivisíveis, uniformes, duros, sólidos, eternos e são considerados as partículas fundamentais da matéria. d) Os átomos, apesar de serem indivisíveis, são constituídos por elétrons, prótons e nêutrons. e) Com a descoberta do elétron, com carga negativa, pôde-se concluir que deveriam existir outras partículas, os nêutrons, para justificar a neutralidade elétrica do átomo. 06. (UFMG) Na experiência de espalhamento de partículas alfa, conhecida como experiência de Rutherford, um feixe de partículas alfa foi dirigido contra uma lâmina finíssima de ouro, e os experimentadores (Geiger e Marsden) observaram que um grande número dessas partículas atravessava a lâmina sem sofrer desvios, mas que um pequeno número sofria desvios muito acentuados. Esse resultado levou Rutherford a modificar o modelo atômico de Thomson, propondo a existência de um núcleo de carga positiva, de tamanho reduzido e com, praticamente, toda a massa do átomo. 5

6 Qual é a alternativa que apresenta o resultado que era previsto para o experimento de acordo com o modelo de Thomson? a) A maioria das partículas atravessaria a lâmina de ouro sem sofrer desvios e um pequeno número sofreria desvios muito pequenos. b) A maioria das partículas sofreria grandes desvios ao atravessar a lâmina. c) A totalidade das partículas atravessaria a lâmina de ouro sem sofrer nenhum desvio. d) A totalidade das partículas ricochetearia ao se chocar contra a lâmina de ouro, sem conseguir atravessá-la. 07. O primeiro modelo científico para o átomo foi proposto por Dalton, em Esse modelo poderia ser comparado com: 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. 08. Relacione os nomes dos cientistas às alternativas a seguir: Demócrito Dalton Thomson Rutherford Chadwick a) É o descobridor do nêutron. b) Seu modelo atômico era semelhante a uma bola de bilhar. c) Seu modelo atômico era semelhante a um pudim de passas. d) Foi o primeiro a utilizar a palavra átomo. e) Criou um modelo para o átomo semelhante ao sistema solar. 09. Qual será a massa de um próton, no caso de um elétron possuir massa igual a 5g sabendo se que um próton pesa 1836 vezes mais que um elétron: a) 1.836g b) 9.180g c) 8.910g d) 9.018g 10. ÁTOMO é um sistema eletricamente neutro formado por um núcleo central onde encontramos os (partículas positivas e os envolvidos por uma nuvem que contém. Assinale a única sequência de palavras correspondentes as lacunas: a) elétrons, nêutrons e prótons b) prótons, nêutrons e elétrons c) elétrons, prótons e nêutrons d) nêutrons, elétrons e prótons 11. A experiência de Rutherford sobre a trajetória das partículas a incidentes numa lâmina de ouro permitiu concluir corretamente que: a) o átomo é um sistema descontínuo, onde predominam os espaços vazios. b) o átomo é indivisível. c) o átomo é constituído de duas regiões distintas: núcleo e eletrosfera. d) a massa do átomo está concentrada na eletrosfera. e) o núcleo é constituído de partículas positivas. f) os elétrons estão em movimento circular em tomo do núcleo. 12. A descoberta do núcleo atômico está relacionada com experiências realizadas por: a) Thompson b) Dalton c) Hund d) Bohr e) Rutherford 13. Numere a segunda coluna de acordo com a primeira, relacionando os nomes dos cientistas com os modelos atômicos. 1. Dalton 2. Rutheford 3. J. J. Thomson ( ) Descoberta do átomo com núcleo. ( ) Átomos esféricos, maciços, indivisíveis. ( ) Modelo semelhante a um "pudim de passas" com cargas positivas e negativas em igual número. ( ) Os elétrons giram em torno do núcleo. Assinale a sequência CORRETA encontrada: a) b) c) d) Ao resumir as características de cada um dos sucessivos modelos do átomo de hidrogênio, um estudante elaborou o seguinte resumo: MODELO ATÔMICO: Dalton CARACTERÍSTICAS: átomos maciços e indivisíveis. MODELO ATÔMICO: Thomson CARACTERÍSTICAS: elétron, de carga negativa, incrustado em uma esfera de carga positiva. A carga positiva está distribuída, homogeneamente, por toda a esfera. MODELO ATÔMICO: Rutherford CARACTERÍSTICAS: elétron, de carga negativa, em órbita em torno de um núcleo central, de carga positiva. Não há restrição quanto aos valores dos raios das órbitas e das energias do elétron. O número de ERROS cometidos pelo estudante é: a) 0 b) 1 c) 2 d) 3 e) 4 6

7 15. A alternativa que corresponde cronologicamente à evolução do modelo atômico é 1. Átomo com eletrosfera dividida em níveis de energia. 2. Átomo como partícula maciça indivisível e indestrutível. 3. Átomo como partícula maciça com carga positiva incrustada de elétrons. 5. Átomo formado por núcleo positivo com elétrons girando ao seu redor na eletrosfera. a) b) c) d) e) Observe a seguinte charge. E) Os alquimistas, por serem de origem oriental, não contribuíram significativamente para a Química Moderna. 18. Relacione os fatos seguintes com as etapas do método científico. Assinale a sequência correspondente: O café é o causador da dor no meu estômago. Todos os dias por volta das 10 horas tenho dor no estômago. Tomo café por alguns dias e a dor persiste. Ao parar de beber café a dor desaparece. Algum componente do café me causa dor no estômago. As células da parede do meu estômago devem ser sensíveis às moléculas de cafeína presentes no café. Assim o contato dessas moléculas com as células do estômago gera a dor. A) Observação; experimentação; lei experimental; teoria; hipótese. B) Experimentação; teoria; lei experimental; hipótese; observação. C) Lei Experimental; experimentação; observação; hipótese; teoria. D) Experimentação; observação; hipótese; lei experimental; teoria. E) Lei experimental; observação; experimentação; hipótese; teoria. O diálogo acima faz referência ao modelo atômico proposto por a) Dalton. b) Thomson. c) Rutherford. d) Einstein. 17. A alquimia inspirava-se na teoria dos Quatro Elementos, de Aristóteles, e tinha como objetivos a obtenção da pedra filosofal, capaz de transformar qualquer metal em ouro, e do elixir da longa vida, que tornaria o homem imortal. A alquimia pode ser, então, vista como um misto de ciência e misticismo que, no entanto, foi fundamental para o desenvolvimento da Química Moderna. Assinale a opção que condiz com as contribuições da alquimia para o desenvolvimento da Química moderna. A) O elixir da longa vida foi a base para a Medicina Moderna. B) Por meio das técnicas alquimistas, pode-se hoje transformar qualquer metal em ouro. C) Diferentemente dos gregos, os alquimistas buscavam a experimentação para ajudá-los a interpretar os fenômenos que observam e, a partir desses experimentos, puderam determinar a forma de realizar as transmutações dos metais. D) Em busca de seus objetivos- por exemplo, a descoberta da pedra filosofal e do elixir da longa vida -, desenvolveram diversos processos experimentais e instrumentos de laboratório utilizados pelos cientistas do século XVIII. 19. Analisando os resultados de vários experimentos, um aluno chegou à seguinte conclusão: quando se coloca uma vela acesa em um recipiente fechado, ela se apaga. Essa conclusão é: a) uma hipótese b) uma experimentação c) uma generalização d) uma teoria e) um modelo 20. Um estudante estava pesquisando um fenômeno e queria seguir corretamente as etapas do método científico. Em qual das sequências abaixo estão citadas, em ordem correta, porém não necessariamente consecutiva, quatro etapas que ele teria seguido? a) Observação, experimentação, formulação de leis e criação de teoria. b) Criação de teoria, formulação de leis, experimentação e observação. c) Experimentação, levantamento de hipóteses, criação de teoria e observação. d) Levantamento de hipóteses, organização de dados, observação e formulação de leis. e) Observação, criação de teoria, formulação de leis e organização de dados. 7