EIXO BIOLÓGICO
Unidade 2 Físico-Química Autor: Carlos Frederico de Souza Castro I. Considerações iniciais II. Evaporação transformações físicas e químicas III. Gases IV. Umidade absoluta e umidade relativa V. ropriedades coligativas: crioscopia, ebulioscopia e pressão de vapor VI. ropriedades coligativas: pressão osmótica VII. Calor e seus mecanismos VIII. Considerações finais IX. Referências
#M3U2 I. Introdução Nesta unidade, você irá ser apresentado a alguns aspectos da Físico-Química que acreditamos serem importantes para a sua compreensão e entendimento dos fenômenos biológicos. Tais aspectos encontram-se intimamente relacionados com o ambiente e com a nossa estrutura fisiológica, assim como a nossa forma de viver e a nossa cultura. Não que tais aspectos sejam predominantes e condicionantes absolutos, mas eles influenciam e têm sua participação em nossa vida. egue então um jornal e marque o número de reportagens, notícias e entrevistas que abordam os seguintes aspectos: clima, mudanças climáticas, desastres naturais, lixo, poluição... Você deve notar que esses aspectos estão presentes constantemente em nosso dia-a-dia. Vamos entendê-los melhor! #M3U2 II. Evaporação transformações físicas e químicas As substâncias presentes na natureza são infinitas em suas formas e cores. Você provavelmente já parou para admirar as nuvens no céu. ode ter ficado admirado com uma chuva de granizo. Já usou gelo para esfriar um refrigerante ou suco. Você sabe como as coisas na natureza podem apresentar-se de tantas formas diferentes? O que será que causa o aparecimento de tantas formas diferentes na natureza? Vamos usar a água como nosso modelo. De quantas formas a água pode aparecer na natureza? Vamos lá!! Ela pode estar presente na forma líquida, nos mares, lagos, oceanos. É a própria água que usamos para beber, cozinhar, lavar; enfim, inúmeras atividades em nossas vidas. A água também pode aparecer na forma sólida, como gelo. 176 Módulo III rocessos de manutenção da vida
Eixo Biológico BSC or fim, a água pode aparecer no seu estado gasoso, sob a forma de grandes nuvens no céu. Em cada uma dessas formas na qual a água pode estar presente, existe uma pequena diferença. O que será que faz com que isso seja possível? Você saberia dizer o que existe de diferente entre essas três formas? Em primeiro lugar, vamos chamá-las de estados de agregação da matéria. A matéria é tudo que existe no Universo. A forma como ela se apresenta nós denominamos de estados de agregação. Veja na figura abaixo algumas das formas como a matéria apresenta-se na natureza. Saiba mais lasma é um gás ionizado que tem um número suficientemente grande de partículas carregadas para blindar eletrostaticamente a si mesmo, numa distância que é relativamente pequena a outros comprimentos de interesse físico. ode ocorrer no interior das estrelas, como o Sol, e todo o espaço interestelar, sendo o estado mais abundante no Universo. Consiste numa sopa de elétrons livres e íons. ode ser visto como um gás condutor. Existem quatro estados de agregação da matéria: sólido, líquido, gasoso e plasma. Nós iremos nos concentrar nos três primeiros, pois são os estados que nos circundam mais comumente. Na natureza, as três formas de estados de agregação podem se transformar umas nas outras. De fato, é isso que ocorre com a água (Figura 1). Ela está na forma sólida nas geleiras, quando então derrete e passa para o oceano, sob a forma líquida. Sob a ação do calor do sol, ela evapora e torna-se gasosa, formando nuvens. Essas mesmas nuvens são responsáveis pela chuva que cai. Assim, em um ciclo permanente, a água passa através dos três estados de agregação da matéria em nosso planeta. recipação Infiltração Evaporação Combustão Transpiração Respiração Figura 1: Transformações da água. Consórcio Setentrional de Ensino a Distância 177 B
# M3U2 Físico-Química Curiosidades Se você quiser conhecer mais sobre as aplicações do plasma, pode ler a entrevista do Dr. Roberto Nunes Szente, do Instituto de esquisas Tecnológicas, no endereço: http://www.ipt.br/atividades/servicos/chat/?arq=17 Vamos voltar ao exemplo da água. Será que existe alguma diferença entre a água como gelo, como líquido ou como gás? É sempre a mesma água, apenas mudou a forma pela qual ela se apresenta. Ou seja, mudou o seu estado de agregação. Essas transformações, que somente mudam a forma como a substância apresenta-se, são denominadas transformações físicas. Já as transformações que alteram a substância, transformando-a em outra substância diferente, são denominadas transformações químicas. arece complicado? Mas, não é. Imagine que você está fervendo água em uma panela. Se você colocar um prato sobre a panela, a água irá condensar sobre esse prato. A água condensada será exatamente igual à água que está fervendo na panela. Você pode provar as duas! Cuidado! Espere esfriar para não queimar a boca!! Note que não existe diferença no sabor delas. São a mesma substância: água. Isso é uma transformação física. Atividade complementar 1 rocure as definições para as seguintes mudanças dos estados de agregação da matéria: 1) Fusão 2) Ebulição 3) Vaporização 4) Condensação 5) Sublimação Você pode usar a Wikipédia para isso: http://pt.wikipedia.org/ Agora pegue um pedaço de papel e o queime. Você nunca conseguirá usar as cinzas do papel queimado para escrever nele. O papel sofre uma transformação química: a combustão ou queima. Agora já está na hora de você conhecer mais a fundo a origem dos diversos estados de agregação da matéria. Como já conversamos antes, as transformações físicas não alteram as substâncias, mas somente as formas como elas se apresentam. Assim, a razão para a existência dos diferentes estados de agregação deve estar relacionada com a forma como as partículas constituintes da matéria se relacionam entre si. Saiba mais Combustão ou queima é uma reação química exotérmica entre uma substância (o combustível) e um gás (o comburente), usualmente o oxigênio. Em uma combustão completa, um combustível reage com um comburente e, como resultado, se obtém novos compostos, além de energia na forma de calor. Atividade complementar 2 Classifique as seguintes transformações como físicas ou químicas: 1) Derretimento das geleiras polares: 2) Evaporação da água de um lago: 178 Módulo III rocessos de manutenção da vida
Eixo Biológico BSC B 3) Queima do gás natural: 4) Crescimento de uma árvore: Você pode usar a Wikipédia para isto: http://pt.wikipedia.org/. Quem são as partículas constituintes da matéria? São as moléculas. Elas representam a menor porção da matéria que mantém a mesma composição. ara a água, uma molécula é formada por dois átomos de Hidrogênio e um átomo de Oxigênio (H 2 O). A água que observamos no nosso dia-a-dia é formada por incontáveis quantidades destas moléculas diminutas. São quantidades tão grandes que criamos uma unidade para elas: o mol. O mol é definido como a quantidade de matéria presente em 6,02x10 23 moléculas. ara a água, um mol equivale a cerca de 18g. A forma como essas moléculas relacionam-se entre si define o estado de agregação da matéria. Dessa forma, em um sólido, as moléculas estão muito próximas umas das outras, em um arranjo muito compactado. Já em um gás, as moléculas estão muito distantes umas das outras, completamente livres. E num líquido, as moléculas ocupam posições intermediárias (Figura 2). Figura 2: Diferentes comportamentos das moléculas nos diferentes estados físicos. Estado gasoso (A), líquido (B) e sólido (C). odemos notar isso ao colocar gelo e água líquida em um frasco fechado. O gelo continua com sua forma definida. Já a água, ela se expande, ocupando todo o fundo do frasco. Dizemos então que a água é fluida, não tem forma definida e tende a ocupar todo o fundo do frasco. E o gás? Como será que o gás irá se comportar? Ora, se o gelo não muda sua forma e a água muda, ocupando o fundo do copo, o gás irá ocupar todo o frasco. Ele se expande até preencher todo o volume do recipiente que ocupa. O que causa esses diferentes estados de agregação? Vamos tomar o exemplo da água. Ela pode ser líquido, sólido ou gasosa. Mas sempre é água. Sempre continua a ser a substância formada por dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio (H 2 O). Consórcio Setentrional de Ensino a Distância 179
# M3U2 Físico-Química O que mudou nela para que fique como gás, líquido ou sólido? Como as moléculas de água continuam as mesmas, então o que deve ter mudado é a forma pela qual elas se relacionam entre si. As moléculas se relacionam entre si através de forças de interação intermoleculares. O que é isso? Você não sabe que cargas elétricas opostas se atraem? Não sabe que cargas elétricas idênticas se repelem? Então, as forças de interação intermoleculares têm origem na carga elétrica presente nos elétrons e prótons, os quais formam os átomos, que, por sua vez, formam as moléculas. Assim, podemos dizer que, num sólido, estão presentes forças de atração molecular, as quais mantêm as moléculas organizadas e próximas umas às outras. Já num gás, as forças de repulsão estão presentes mais fortemente, fazendo com que as moléculas fiquem o mais distante possível umas das outras. E o líquido? Esse é um estado intermediário. Existem forças de repulsão e de atração presentes ao mesmo tempo (Tabela 1.) Tabela 1: características fundamentais dos três estados da agregação da matéria. Sólido Líquido Gasoso Alta organização molecular Organização intermediária Alta desordem molecular Forças intermoleculares elevadas Forças intermoleculares intermediárias Forças intermoleculares fracas Não-fluido Fluido Fluido #M3U2 III. Gases ara definirmos um gás, precisamos conhecer as condições na qual ele se encontra. Devemos conhecer a substância que o compõem, sua quantidade, o volume, a pressão e a temperatura. Você pode encontrar maiores informações sobre o sistema internacional de unidades no endereço: http://www.chemkeys.com/bra/ag/uec_7/sidu_4/sidu_4.htm www. A relação entre a quantidade, o volume, a pressão e temperatura do gás é descrita pela equação dos gases ideais: V= nrt nrt V 180 Módulo III rocessos de manutenção 1 *8,314*(25+ 273,15) a) da = vida (5/1000) = = 4,96x10 5 a
Eixo Biológico BSC B No sistema internacional de unidades, a pressão () é dada em ascal (1atm = 1,01325x10 5 a), o volume (V) é dado em metros cúbicos (1m 3 = 1000 litros) e a temperatura (T) em graus Kelvin (T(K) = t( 0 C) + 273,15). A quantidade do gás é expressa pelo seu número de mols (n). E, por fim, R é a chamada constante universal dos gases (R = 8,314 J. K -1.mol -1 ). Exemplo: determine a pressão em um frasco fechado de 5 L a 250C, com: a) 1 mol de gás ideal; b) 2 mols de gás ideal. V= nrt = nrt V a) b) 1*8,314*(25+ 273,15) = (5/1000) 2*8,314*(25+ 273,15) = (5/1000) = 4,96x10 5 a = 9,92x10 5 a ela equação dos gases ideais, você pode notar que existe uma relação direta entra a quantidade de matéria presente (n) e a pressão () do gás. Ou seja, mantendo-se o volume e a temperatura constantes, ao introduzir mais gás no frasco, a pressão dele irá aumentar proporcionalmente. Se dobrarmos o número de mols de gás no frasco, a pressão irá dobrar também. Se tivermos uma mistura de gases, cada um dos componentes irá contribuir para a pressão total. Ou seja, a pressão total da mistura será a soma das pressões individuais de cada componente como se ele estivesse sozinho no frasco. Essa é chamada de Lei de Dalton das ressões parciais. Imagine que você tem um frasco contendo uma mistura de dois gases, hidrogênio e nitrogênio, a 298K. Suponha que existem 3 mols de hidrogênio e 1 mol de nitrogênio e que o frasco tem 50 L de capacidade. Qual a pressão que cada gás produz e qual a pressão total da mistura? Resposta: total = ( 1+ 3)*0,08206*298 50 = 9,8 atm N 2 = 3*0,08206*298 50 = 2,45 atm N 2 = 1*0,08206*298 50 = 7,35 atm Outra forma de calcular isso é através da fração molar. A fração molar é o quociente entre o número de mols da substância e o número de mols total da mistura. xi = n i ntotal n x = H 2 = 3 0,75 x = = 1 = 0,25 4 = nn 2 ntotal N 2 n total 4 H 2 Consórcio Setentrional de Ensino a Distância 181
# M3U2 Físico-Química A pressão parcial será calculada através da equação: i = x i total Assim, você pode calcular as pressões parciais de cada componente da mistura. = x N total 2 N = 0,25*9,8 = 2,45 atm 2 35 H 2 = x H total 2 = 0,75*9,8 = 7, atm Atividade complementar 3 Determine as pressões parciais em uma mistura de 2 mols de hidrogênio e 5 mols de nitrogênio, a 298K, em um frasco de 15 L de capacidade. #M3U2 IV. Umidade absoluta e umidade relativa Agora você já é capaz de verificar que a nossa atmosfera é uma mistura de gases. Temos diversos gases, como hidrogênio, nitrogênio, oxigênio e muitos outros. Uma parte importante da atmosfera para nós, seres vivos, é o teor de água, sob a forma de vapor d água. Muitas vezes nos queixamos da falta de umidade, da secura do ar, que nos causa desconforto. A quantidade de vapor d água que o ar pode absorver, antes de se saturar com ela, depende da temperatura desse ar. Quanto mais quente, mais vapor ele pode absorver. A umidade absoluta representa a massa de vapor d água dividida pela massa de ar seco a uma dada temperatura. Já a umidade relativa é dada pela razão entre a umidade absoluta atual e a maior umidade absoluta possível. Ou seja, representa a razão entre o vapor d água presente e o vapor d água que pode ser absorvido. Quando atingimos 100% de umidade relativa no ar, o vapor d água não consegue mais ficar na atmosfera e começa a condensar, caindo sobre a terra sob a forma de chuva. Os processos de transpiração são muito importantes para nós, humanos, e são influenciados pela umidade relativa do ar. Quando a umidade relativa está baixa, o nosso suor evapora muito rapidamente, causando uma sensação de frio. Já quando a umidade relativa está alta, o suor não evapora facilmente, ocasionando uma sensação de calor e abafamento. Você pode conhecer mais sobre os processos de transpiração no seguinte site: http://www.hsw.com.br/suor.htm www. 182 Módulo III rocessos de manutenção da vida
Eixo Biológico BSC B #M3U2 V. ropriedades coligativas: crioscopia, ebulioscopia e pressão de vapor As propriedades coligativas provavelmente parecem para você algo distante do nosso cotidiano, algo que você nunca verá aplicado em sua casa. Saiba mais As propriedades coligativas das soluções pela presença de um soluto e dependem única e exclusivamente do número de partículas que estão dispersas na solução, não dependendo da natureza do soluto. Isso significa dizer que a quantidade, e não a qualidade, das partículas que estão dispersas na solução é que irá influir na intensidade das propriedades coligativas. Os quatro efeitos coligativos são: tonoscopia: abaixamento da pressão máxima de vapor; ebulioscopia: elevação da temperatura de ebulição; crioscopia: abaixamento da temperatura de fusão; osmoscopia: pressão osmótica Entretanto, vamos parar por um instante para nos lembrarmos um pouco quando fazemos um churrasco ou quando vamos a uma festa. Você não vê as garrafas de refrigerante e cerveja em grandes tonéis cheios de gelo? Lembra do que era usado para esfriar mais rapidamente a bebida?? Sal!! As pessoas costumam colocar sal sobre o gelo, pois dizem que ele esfria mais rapidamente a bebida. ois é verdade!! E é a aplicação prática de uma propriedade coligativa: a crioscopia ou o abaixamento da temperatura de congelamento. O sal, ao ser dissolvido na água, diminui a sua temperatura de congelamento, ou seja, a água salgada congela abaixo de 0 o C; assim, ela consegue esfriar mais os refrigerantes. Esse fenômeno é conhecido como crioscopia, ou abaixamento do ponto de congelamento. Ao adicionarmos uma substância, como sal, na água, a temperatura de congelamento da solução é menor do que a da água pura. Dizemos que a solução tem um ponto de congelamento menor do que o solvente puro. odemos calcular a diminuição do ponto de congelamento através da equação abaixo: T = = K f m T solvente T solução T solvente é a temperatura de congelamento do solvente puro e T solução é a temperatura de congelamento da solução. Note que aparece uma constante, Kf, chamada de constante criosópica e ela depende do solvente usado. ara a água, ela é igual a 1,86K/(mol.kg -1 ). E m representa a concentração molar do soluto. Essa concentração é dada em termos de mols por quilogramas de solvente. No caso da água, considera-se que sua densidade é igual a 1g/mL; então, a molalidade e a molaridade igualam-se. A diferença entre molaridade e molalidade é que na primeira, usamos o número de mols em relação ao volume da solução. Já na segunda, temos o número de mols em relação a massa de solvente usada. Ora, como a dissolução de um soluto em um solvente altera a sua temperatura de congelamento? Você não acha que isso também irá alterar a temperatura de ebulição? Exatamente! Consórcio Setentrional de Ensino a Distância 183
# M3U2 Físico-Química Atividade Complementar 4 Você pode tentar verificar isso na prática. Tome duas panelas iguais e coloque aproximadamente 300mL de água (1 copo) em cada uma delas. Em uma das panelas, adicione sal de cozinha até que ele não se dissolva mais. Acenda os dois bicos e verifique em qual panela a água ferve primeiro. O aluno deve ser capaz de verificar a diferença no tempo de ebulição da água nas duas panelas. A temperatura de ebulição da solução também é diferente da temperatura de ebulição do solvente puro. Entretanto, aqui, o soluto tem um efeito oposto. Ele aumenta a temperatura de ebulição, sendo necessário um pouco mais de calor para que a nossa solução atinja o ponto de ebulição. Esse é o fenômeno da ebulioscopia ou elevação do ponto de ebulição. Da mesma forma que na crioscopia, também podemos calcular esse efeito, através da equação abaixo: T = = K eb m T solução T solvente T solvente é a temperatura de ebulição do solvente puro e T solução é a temperatura de ebulição da solução. A constante que aparece agora é chamada de constante ebulioscópica, K eb, e tem um valor igual a 0,51K/(mol.kg -1 ) para a água, e m também é a molalidade da solução. Qual será o efeito de dissolver 10g de sal (NaCl cloreto de sódio) em um litro de água? Vamos calcular: T= m K f = 1,86* 10 /(23 + 35,5) = 0,32 K 1 T= K eb m = 0,51* 10 /(23 + 35,5) = 0,09 K 1 Você pode notar que as alterações são muito pequenas. A solução agora tem um ponto de congelamento igual a 0,32 0 C e um ponto de ebulição igual a 100,09 0 C. Atividade Complementar 5 Determine os pontos de congelamento e ebulição de uma solução aquosa (1 litro) na qual foram dissolvidos 25g de sal. Finalmente, existe ainda uma propriedade coligativa que iremos discutir aqui: a tonoscopia, ou o abaixamento da pressão de vapor de um líquido. Todos os líquidos evaporam-se, com maior ou menor facilidade. Imagine uma poça de água na rua. Com tempo, ela irá desaparecer. ara onde foi essa água? Ora, ela se evaporou! 184 Módulo III rocessos de manutenção da vida
Eixo Biológico BSC B Esse mesmo processo ocorre nos lagos, rios, mares e oceanos. A água lentamente evapora-se, tornando-se nuvens no céu. Você não se lembra do ciclo das transformações dos estados de agregação da matéria que discutimos antes? No caso dos líquidos, eles apresentam uma pressão de vapor. Ou seja, ao colocarmos uma quantidade de um líquido em um recipiente com vácuo, ele irá evaporar uma parte dele. Essa evaporação irá ocorrer até que o equilíbrio seja atingido. A pressão que o líquido, sob a forma de vapor, exerce é chamada de pressão de vapor. Ao adicionarmos um soluto ao líquido, irá ocorrer uma diminuição da pressão de vapor. É como se o líquido necessitasse de maior energia para evaporar. Assim, a quantidade dele na fase vapor diminui, reduzindo a sua pressão de vapor. Atividade complementar 6 Em alguns casos, existem tecnologias aplicadas à redução da evaporação em copos d água. Veja um exemplo nesta reportagem: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=010125050802 Elabore um resumo de 250 palavras, indicando se esta tecnologia atua através de uma propriedade coligativa ou não. Essa redução da pressão de vapor é proporcional à fração molar do soluto na solução e pode ser calculada através da equação abaixo: 0 = 0 x 2 Nesta equação 0 representa a pressão de vapor do solvente puro, é a pressão de vapor da solução e x 2 é a fração molar do soluto. #M3U2 VI. ropriedades coligativas: pressão osmótica A última propriedade coligativa que você irá ver tem uma importância especial para a biologia. É a pressão osmótica. O que é a pressão osmótica? Vamos nos lembrar de que tudo tende a um equilíbrio. Atividade Complementar 7 Experimento legal. Acesse o link abaixo e tente reproduzir este experimento em sua casa para verificar como as células trocam água com o meio. http://www.geocities.com/collegeark/bookstore/2334/osmose.html. As nossas células são circundadas por uma camada bilipídica. Essa camada ou membrana celular atua como uma barreira, impedindo a saída e entrada de substâncias. Consórcio Setentrional de Ensino a Distância 185
# M3U2 Físico-Química Entretanto, ela é uma barreira seletiva, pois deixa passar algumas substâncias e outras não!.os gases, como O 2 e CO2, passam pela membrana celular. A água e o etanol também. Já moléculas maiores, como a glicose, não podem atravessar a membrana celular por difusão (Figura 3). ara que a difusão possa ocorrer é necessária uma diferença de concentração. Figura 3: membrana celular No caso da difusão da água através de uma barreira seletiva, chamamos esse fenômeno de osmose. Imagine que fora da célula exista uma concentração maior de sais minerais no meio aquoso extracelular. Essa solução externa seria mais concentrada do que dentro da célula. Assim, a água da célula irá se difundir para fora, tentando diluir a solução fora dela. Esse é o caso das células colocadas em um meio hipertônico. E quando a concentração no interior da célula é maior do que no seu exterior? A água tende a se difundir para o interior da célula, tentando diluir a solução dentro dela. Esse é o caso dos meios hipotônicos (Figura 4). Figura 4: Células em meio isotônico, hipotônico e hipertônico. 186 Módulo III rocessos de manutenção da vida
Eixo Biológico BSC B Em alguns casos, a diferença é tão grande que o fluxo de água para o interior da célula termina rompendo a membrana celular, devido à pressão da água no seu interior. Quando as concentrações são idênticas dentro e fora da célula, não ocorre osmose. Esse é o meio isotônico. www. Bebidas isotônicas ajudam a repor sais minerais em atletas, leia mais a respeito no site: http: //bikecanal.cosmo.com.br/nutricao/bebidas_hidratacao/bebidas_hidratacao.shtm Como você acabou de notar, a osmose depende da concentração dos solutos no meio aquoso. ara que a água possa fluir através da membrana, ela deve aplicar uma pressão sobre a membrana. Essa pressão é chamada de pressão osmótica e pode ser calculada pela equação abaixo: = crt ( 20 /180,16) = *0,08206*(25 + 273,15) 1 Nessa equação, corresponde à pressão = 2,72 osmótica atm e c é a concentração molar da solução. R corresponte à constante dos gases perfeitos, T é a temperatura em graus Kelvin e c é a concentração molar da solução. Vamos aplicar a equação. Vamos determinar a pressão osmótica de uma solução de 20g de glicose (MM=180,16g/mol) dissolvidas em 1 L de água (T=25 0 C). = crt ( 20 /180,16) = *0,08206*(25 + 273,15) 1 = 2,72 atm Atividade complementar 8 Determine a pressão osmótica de uma solução de NaCl 0,9% (m/m). Dica: 0,9% m/m significa que 0,9g de NaCl foram dissolvidas em 100g de água. Resposta: (0,9 /(23 + 35,5)) = 0,1 * 0,08206 *(25 + 273,15) www. Osmose reversa é usada para purificação de água. Leia mais em: http://www.geocities.com/collegeark/bookstore/8237/osmose/osmose.htm Esse mesmo fenômeno é usado atualmente para produzir uma água de alta pureza, muito utilizado em indústrias e fábricas de medicamentos. Esse processo é chamado de osmose reversa. Consórcio Setentrional de Ensino a Distância 187
# M3U2 Físico-Química #M3U2 VII. Calor e seus mecanismos Você gosta mais de dias frios ou dias quentes? Tem alguma preferência? Já parou para pensar por que algumas pessoas não gostam de dias frios e se sentem mal quando o inverno chega? Na verdade, você já se perguntou por que se sente frio ou calor? or que a temperatura do nosso corpo não deve sofrer grandes variações? Entenda que a temperatura do meio ambiente no qual vivemos determina uma enorme gama de hábitos da nossa cultura. Ela indica o tipo de roupa que devemos usar: leve e colorida ou pesada e unicolor. Também determina o tipo de alimentação que seguimos. A temperatura tem influência na pigmentação da nossa pele. Enfim, o nosso organismo se adapta, ajustando-se à temperatura do meio ambiente. Saiba mais Quem congela primeiro: água quente ou água fria? rocure mais no endereço eletrônico: http://www.ucs.br/ccet/defq/naeq/material_didatico/textos_interativos_07.htm Existem regiões do planeta Terra que não habitamos, pois a temperatura de tais regiões nos impede. Você saberia indicar quais seriam tais regiões? Os pólos glaciais! Desertos! Atividade complementar 9 De que forma a temperatura influencia na adaptação e evolução das espécies? Será que elas sofrem condicionamentos determinados pelas regiões que habitam? Escreva um resumo de 250 palavras, citando, pelo menos, um exemplo de adaptação em função da temperatura do habitat de uma espécie. Sites para pesquisa: http://www.tropicologia.org.br/conferencia/1973condicionamentos_fisicos.html http://www.marilia.unesp.br/atividades/extensao/revista/v3/artigo6.html http://www.scielo.br/pdf/rsbmt/v34n4/5417.pdf A nossa temperatura corporal deve situar-se entre 36 a 37 0 C, sofrendo pequenas variações. A nossa temperatura é um pouco mais alta durante o dia e diminui um pouco à noite, quando repousamos. Ela permite que as reações bioquímicas em nosso corpo ocorram perfeitamente. Quando nossa temperatura interna aumenta muito, ocorre o risco de desnaturar as nossas enzimas, as quais constituem importantes catalisadores para as nossas reações bioquímicas. Se isso ocorrer, as enzimas não terão mais efeito, impossibilitando a nossa existência. or outro lado, caso a temperatura diminua muito, as reações bioquímicas também irão ocorrer de maneira mais lenta, pois a velocidade das reações químicas também depende da temperatura. Assim, quando a temperatura ambiente está muito alta ou muito baixa, o nosso organismo trabalha para manter a temperatura corporal constante, mantendo a nossa homeostase. Saiba mais Homeostase (ou homeostasia) (homeo = igual; stasis = ficar parado) é a propriedade de seres vivos de regular o seu ambiente interno de modo a manter uma condição estável. O Efeito Estufa é um dos fatores que tem um papel fundamental no aumento da temperatura do globo terrestre, prejudicando a qualidade de vida. Leia mais em: http://www.uems.br/popciencia/efeito.html www. 188 Módulo III rocessos de manutenção da vida
Eixo Biológico BSC B Você sabia que o sangue é um dos principais responsáveis por isso? O sangue circula por todo o nosso corpo, garantindo a distribuição de água e calor. Como isso é possível? A partir da dilatação ou constrição dos vasos sanguíneos, o sangue distribui-se pelos tecidos, levando água e calor para todos os pontos necessários. Existe um isolante térmico ao nosso redor, constituído pela pele e pela camada de gordura abaixo dela. Na pele é que estão situados os nossos termorreceptores! Eles são responsáveis por avisar ao hipotálamo o que está acontecendo ao nosso redor. Nós temos termorreceptores sensíveis ao frio e ao calor. Em temperatura ambiente entre 20 e 35 0 C, nós nos sentimos confortáveis. Quando a temperatura começa a diminuir abaixo dos 20 0 C, os termorreceptores sensíveis ao frio entram em ação! Eles avisam ao corpo que a temperatura ambiente está abaixo do confortável (Figura 5). Saiba mais Os pelos eriçados colaboram na retenção de uma camada de ar junto à pele e, como o ar é um bom isolante térmico, eis nosso primeiro agasalho natural. Quanto mais pelo, mais ar é aprisionado e tanto melhor será esse agasalho natural. Figura 5: termorreceptores na pele. Destaque para os corpúsculos de Krause e Ruffini. Que medidas o nosso corpo toma? Como você age em um dia frio? Você costuma tomar bebidas mais quentes? Café? Ou mais calóricas, como chocolate quente? Também usa roupas mais pesadas que lhe aqueçam? Mas também existem mudanças em nossa pele. Suamos menos! Nossos pêlos ficam eriçados! E nossos vasos sanguíneos se contraem, diminuindo o fluxo de sangue pelas áreas periféricas! Você lembra como fica com as mãos e pés gelados em um dia frio? Essas situações onde a temperatura do ambiente situa-se fora da nossa zona de conforto térmica causam condições de estresse em nosso corpo. Assim, nós buscamos voltar a um estado normal. rocuramos calor em condições de frio: agasalhos, comidas quentes. E buscamos frio em condições de calor: roupas mais leves e bebidas geladas. www. Leia mais sobre os diferentes tipos de termoreceptores: os corpúsculos de Krause (calor) e de Ruffini (frio) são os renponsáveis por nossas sensações de frio e calor. http://campus.fortunecity.com/yale/757/receptor.htm Quando estamos em um ambiente mais frio, a nossa pele irradia e conduz calor para o ambiente. Já em um ambiente mais quente, é o ambiente que conduz calor para a pele. Ou seja, o fluxo de calor sempre segue da região de temperatura mais alta para a região de temperatura mais baixa. Esse é o processo espontâneo. E como se dá esse processo de transferência de calor? Nós podemos identificar três formas pelas quais ocorre a transferência de calor. Consórcio Setentrional de Ensino a Distância 189
# M3U2 Físico-Química Imagine que você está no meio do pólo antártico. O ar ao seu redor é muito mais frio do que seu corpo. Ele está a uma temperatura cerca de 50 0 C abaixo de zero. Esse ar em contato com seu corpo faz com que ele perca calor para o ambiente. Esse é um processo de condução, onde dois corpos, em temperaturas diferentes, estão em contato entre si. Ao mesmo tempo em que você perde calor para o ambiente, o seu corpo tenta equilibrar essa perda. Os seus vasos sanguíneos se dilatam para permitir uma passagem maior de sangue para as suas extremidades, levando calor para elas. Esse é um processo de convecção. Finalmente, ao notar que você não consegue se aquecer, você é obrigado a acender uma fogueira em busca de calor. Esse é o terceiro mecanismo de transmissão de calor: a irradiação, ou emissão de calor sob a forma de radiação luminosa ou não. Vamos tentar defini-los mais propriamente. No caso da condução, a transferência de calor se dá por contato entre os corpos em temperaturas diferentes. Entretanto, os dois corpos não se misturam, não trocam massa. É o caso de dois blocos de ferro: um a 100 0 C e outro a 50 0 C. Ao encostamos um no outro, o calor irá fluir do bloco com temperatura mais alta para o bloco com temperatura mais baixa. Até quando irá ocorrer esse fluxo de calor? Ora, como precisamos de temperaturas diferentes para haver transferência de calor, esse processo irá ocorrer enquanto as temperaturas forem diferentes. Quando elas se igualarem, ou seja, quando for atingido o equilíbrio térmico, a transferência de calor irá cessar. Já para a convecção, vamos tomar um exemplo prático da nossa cozinha. Atividade complementar 10 Tome uma panela alta de alumínio e a encha de água. Coloque sobre o fogão e acenda a boca de gás. Observe o que ocorre enquanto a água vai se aquecendo. Você deverá ser capaz de notar as correntes de convecção que levam calor para todo o corpo do líquido antes dele entrar em ebulição. Como você notou, o líquido flui das partes mais quentes para as mais frias devido à diferença de densidade. Essa mesma diferença de densidade, devido à temperatura, pode explicar as correntes marítimas e os movimentos da massa de água em lagos, bem como os movimentos da atmosfera, ventos e correntes de ar. Todos são transferências de calor por convecção. Representam tentativas de atingir o equilíbrio térmico, transferindo calor de regiões quente para frias. or fim, a transferência de calor pelo mecanismo de irradiação é a mais comum de todas e é aquela que nos permite viver. Levante a sua cabeça para o céu e note a enorme bola de fogo que nos aquece: o Sol. Ele está a milhões de quilômetros de distância, mas conseguimos sentir o seu calor. O calor do sol nos chega sob a forma de luz, isto é, sob a forma de radiação. 190 Módulo III rocessos de manutenção da vida
Eixo Biológico BSC B Na verdade, a maior parte da radiação que nos chega do Sol é invisível aos nossos olhos. Mas você a pode sentir facilmente! Em um dia relativamente frio, fique de blusa leve e chegue ao Sol. Você sentirá como ele lhe aquece o corpo. Em seguida, fique parado sob a sombra de um prédio ou de uma árvore. Você irá sentir a diminuição da temperatura. É luz! Ou melhor, a radiação solar que faz essa diferença. Você não a vê, mas ela está presente sob a forma de radiação infravermelha, ou calor! www. Verifique a faixa do espectro eletromagnético visível aos nossos olhos. ergunta: todos os animais enxergam na mesma faixa do espectro? http://www.micronal.com.br/artigostecnicos/someluz.htm http://www.revistapesquisa.fapesp.br/?art=2823&bd=1&pg=1&l>g= Assim, a transmissão de calor por irradiação ocorre entre dois corpos a temperaturas diferentes, imersos em um meio transparente a essa radiação. As transferências de calor entre os corpos obedecem à equação calorimétrica: Q mc T Onde m representa Q a massa do corpo e T é a variação entre a temperatura final e C= a temperatura inicial. m T Já C é chamada de capacidade calorífica (ou calor específico) e representa a quantidade de calor necessária para elevar de 1 0 C a temperatura de 1g de um dado material. arece complicado? Vamos escrever isso de outra forma!! Q mc T Q C= m T Vamos analisar a relação do Calor específico. Imagine que você tem dois corpos, ambos têm 1g de massa e sofreram uma variação de temperatura de 1 0 C. Entretanto, no corpo A, você transferiu 10kJ de calor, e, para o corpo B, você transferiu 100kJ de calor. Ora, parece óbvio que, no corpo B, você precisou de muito mais calor para aquecer o mesmo do que no corpo A. Fazendo as contas, teremos que o calor específico de A é 10 vezes maior do que o de B. Você irá precisar de muito mais calor para aquecer B do que A. Comparando os dois corpos, podemos dizer que B é um isolante térmico e que A é um condutor térmico. Isolantes térmicos têm altos calores específicos, enquanto que condutores térmicos têm baixos calores específicos. Ou seja, quantidades de calor idênticas introduzidas em um isolante e em um condutor têm efeitos térmicos diferentes. Os condutores sofrem grandes variações de temperatura, enquanto que os isolantes não. C 10 A = =10 1*1 C 100 B = =100 1*1 Consórcio Setentrional de Ensino a Distância 191
# M3U2 Físico-Química Atividade complementar 11 1) rocure na sua casa! Veja quais objetos são isolantes e quais são condutores! Você irá notar que as panelas são todas condutoras., 2) ara o ferro, a sua capacidade calorífica é igual a 0,107 cal.g -1.K -1, determine a quantidade de calor necessária para aquecer um bloco de ferro de 500g de 25 para 100 0 C. Exemplo: ara a água, a sua capacidade calorífica é igual a 1 cal.g -1.K -1, determine a quantidade de calor necessária para aquecer 500g de água de 25 0 C para 100 0 C. #M3U2 VIII. Considerações finais Bom, com isso chegamos ao final desta unidade. Você pôde passar por vários conceitos e exemplos que lhe ajudaram a construir algumas definições. Vamos relembrar alguns deles? Estados de agregação das matérias: sólido, líquido e gasoso. Você deve ser capaz de identificar tais estados em todas as substâncias presentes na natureza. Lembre-se de que algumas substâncias podem estar presentes em mais de um estado de agregação! Transformações físicas e químicas: tudo está em movimento, já diziam os físicos! Na natureza, tudo está em constante transformação! ropriedades coligativas, em especial, a osmose. Elas têm um papel fundamental na manutenção da vida! Você se lembra da permeação de substâncias pela membrana celular? Calor: quase nunca pensamos sobre ele, mas está presente em nosso dia-a-dia. O nosso próprio corpo é um gerador de calor, o qual nós dissipamos para o ambiente através da transpiração! Mas você não precisa parar aqui! Esses conceitos podem e devem ser estendidos a novas situações e problemas. Este é o seu desafio! #M3U2 IX. Referências ATKINS,. W. Físico-Química. Rio de Janeiro: LTC-Livros Técnicos e Científicos S. A., 1999. NETZ,. A. e ORTEGA, G. G. Fundamentos de Físico-Química: Uma abordagem conceitual para as ciências farmacêuticas. orto Alegre, RS: Artmed, 2002. RETONDO, C. G. e FARIA,. Química das Sensações. Campinas, S: Editora Átomo, 2006. 192 Módulo III rocessos de manutenção da vida
Eixo Biológico BSC B Consórcio Setentrional de Ensino a Distância 193