Índice Ficha 1 Explicação e representação de reações químicas Teoria corpuscular da matéria 4 Ficha 2 Explicação e representação de reações químicas Átomos e moléculas 6 Ficha 3 Explicação e representação de reações químicas Os iões 8 Ficha 4 Explicação e representação de reações químicas Lei de Lavoisier 10 Teste de avaliação 1 12 Ficha 5 Tipos de reações químicas Reações de combustão 14 Ficha 6 Tipos de reações químicas Reações ácido-base 16 Ficha 7 Tipos de reações químicas Reações de precipitação 18 Teste de avaliação 2 20 Ficha 8 Velocidade de reações químicas Velocidade de reações e teoria das colisões 22 Ficha 9 Velocidade de reações químicas Fatores que influenciam a velocidade das reações químicas 24 Teste de avaliação 3 26 Ficha 10 Produção e propagação do som Fontes sonoras 28 Ficha 11 Produção e propagação do som Propagação do som 30 Ficha 12 Som e ondas Fenómenos ondulatórios 32 Ficha 13 Som e ondas Características das ondas 34 Teste de avaliação 4 36 Ficha 14 Atributos do som e sua deteção pelo ser humano Altura e intensidade do som 38 Ficha 15 Atributos do som e sua deteção pelo ser humano Timbre 40 Ficha 16 Atributos do som e sua deteção pelo ser humano Deteção do som pelo ser humano 42 Teste de avaliação 5 44 Ficha 17 Fenómenos acústicos Reflexão e absorção do som 46 Ficha 18 Fenómenos acústicos Refração do som e medidas de prevenção da poluição sonora 48 Teste de avaliação 6 50 Ficha 19 Ondas de luz e sua propagação Luz visível e não visível 52 Ficha 20 Ondas de luz e sua propagação A propagação da luz 54 Teste de avaliação 7 56 Ficha 21 Fenómenos óticos Reflexão da luz 58 Ficha 22 Fenómenos óticos A formação de imagens em espelhos 60 Ficha 23 Fenómenos óticos A refração da luz 62 Ficha 24 Fenómenos óticos A visão humana 64 Teste de avaliação 8 66 Teste de avaliação final 68 Soluções 76 3
Ficha 5 Tipos de reações químicas Reações de combustão As combustões As combustões são reações químicas que se incluem na categoria das reações de oxidação-redução. Comburente É o reagente que se reduz. O comburente mais comum é o dioxigénio (O 2 ). Combustível É o reagente que se oxida. Combustíveis comuns: madeira, gasolina, butano, papel, álcool etílico, carvão. Fig. 1 Combustão da madeira. Combustão Quando o combustível e o comburente reagem entre si libertam grande quantidade de energia sob a forma de calor. Geralmente, as combustões são muito rápidas e acompanhadas de chama. Representação simbólica de reações de combustão Combustão do etino (acetileno dos maçaricos) 2 C 2 H 2 (g) + 5 O 2 (g) 4 CO 2 (g) + 2 H 2 O(g) Combustão do magnésio O 2 (g) + 2 Mg(s) 2 MgO(s) Combustão do butano (utilização doméstica) 13 O 2 (g) + 2 C 4 H 10 (g) CO 2 (g) + 10 H 2 O(g) Combustão do enxofre S 8 (s) + 8 O 2 (g) 8 SO 2 (g) Na categoria das reações de oxidação-redução também se incluem, além das combustões, a respiração celular e a corrosão dos metais. Combustão São geralmente acompanhadas por chama e elevada libertação de energia. Ex.: carvão a arder. C(s) + O 2 (g) CO 2 (g) Reações de oxidação- -redução Corrosão Ocorrem muito lentamente quando os metais reagem com o dioxigénio. Ex.: enferrujamento. 4 Fe(s) + 3 O 2 (g) 2 Fe 2 O 3 (s) Respiração Reações que ocorrem sem formação de chama, são geralmente lentas. Ex.: respiração celular. C 6 H 12 O 6 (s) + 6 O 2 (g) 6 CO 2 (g) + 6 H 2 O(g) Problemas ambientais provocados pelas reações de combustão As combustões são importantes na produção de energia, mas a sua utilização excessiva tem fortes impactos ambientais, nomeadamente na poluição da atmosfera, devido à libertação de: dióxido de carbono: principal responsável pelo aumento do efeito de estufa; óxidos de nitrogénio e enxofre: principais responsáveis pelas chuvas ácidas. O recurso a fontes de energia renováveis não poluentes e a utilização de dispositivos que minimizem estas emissões, na indústria e nos transportes, devem ser uma prioridade para todos os países. 14
Tipos de reações químicas Reações de combustão 1. Considera as seguintes situações em que ocorrem reações de combustão: (A) (B) (C) (D) Boca de gás doméstica. Maçarico. Enxofre a arder. Lamparina de álcool. 1.1. Para cada uma das situações identifica o combustível. (A) (B) (C) (D) 1.2. O comburente é o mesmo em todas as reações referidas. Identifica-o. 1.3. A equação de palavras que traduz a combustão do álcool etílico (C 2 H 6 O) na lamparina é a seguinte: Álcool etílico(l) + Dioxigénio(g) Dióxido de carbono(g) + Água(g) Escreve a equação química respetiva e acerta-a. 1.4. A equação química que traduz a combustão do enxofre é: S 8 (s) + 8 O 2 (g) 8 SO 2 (g). Explica por que razão, neste caso, a água não é um dos produtos da reação. 2. Os motores de combustão dos automóveis produzem dióxido de carbono e óxidos de enxofre e nitrogénio. O conversor catalítico é um componente que minimiza a emissão destes poluentes. 2.1. No catalisador ocorre a transformação do NO 2 em duas substâncias elementares. Que substâncias serão essas? 2.2. O trióxido de enxofre (SO 3 ) é uma das substâncias que resultam da queima de combustíveis fósseis. Quando o SO 3 se combina com a água atmosférica, dá origem ao ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ). Escreve a equação química que traduz a reação descrita. 2.3. Que consequências tem para a Natureza o excesso de SO 3 lançado para atmosfera? 3. Associa o tipo de reação de oxidação-redução às situações referidas. Coluna I (A) Combustão (B) Respiração (C) Corrosão Coluna II (1) Lenha a arder numa lareira. (2) Portão de ferro exposto ao ar. (3) Produção de energia numa célula viva. (4) Fogo de artifício numa festa popular. (5) Carroçaria metálica de um carro abandonado. (6) Folha de papel a arder. 15
Teste de avaliação 2 1. Associa o tipo de reação indicada na coluna I às equações químicas apresentadas na coluna II. Coluna I Coluna II (A) H 2 SO 4 (aq) + 2 NaOH(aq) Na 2 SO 4 (aq) + 2 H 2 O(L) (1) Combustão (B) 2 Mg(s) + O 2 (g) 2 MgO(g) (2) Ácido-Base (C) K 2 CO 3 (aq) + Pb(NO 3 ) 2 (aq) PbCO 3 (s) + 2 KNO 3 (aq) (D) 2 HNO 3 (aq) + Ca(OH) 2 (aq) Ca(NO 3 ) 2 (aq) + 2 H 2 O(L) (3) Precipitação (E) Na 2 CO 3 (aq) + Ca(NO 3 ) 2 (aq) CaCO 3 (s) + 2 NaNO 3 (aq) (F) 2 C 4 H 10 (aq) + 13 O 2 (g) 8 CO 2 (g) + 10 H 2 O(g) 2. As imagens seguintes referem-se a reações de combustão. (A) (B) (C) (D) (E) Boca de fogão. Lareira. Motor de carro. Vela. Magnésio a arder. 2.1. Para cada uma das situações, refere qual é o combustível. (A) (B) (C) (D) (E) 2.2. Identifica o comburente que é comum a todas as reações apresentadas. 2.3. A equação química, não acertada, que traduz a reação que ocorre na situação A é a seguinte: C 4 H 10 (g) + O 2 (g) CO 2 (g) + H 2 O(g) 2.3.1. Faz o acerto desta equação química determinando os coeficientes em falta. 2.3.2. Faz a leitura quantitativa da equação química já acertada. 2.4. Refere um efeito nocivo das emissões de dióxido de carbono para a atmosfera e propõe uma medida que permita diminuir o volume dessas emissões. 3. Completa as equações químicas seguintes colocando nos espaços as fórmulas químicas em falta. (A) CH 4 (g) + 2 O 2 (g) (g) + 2 H 2 O(g) (B) HCL(aq) + (aq) NaCL(aq) + H 2 O(L) (C) AgNO 3 (aq) + NaCL(aq) (s) + NaNO 3 (aq) (D) H 2 SO 4 (aq) + Ca(OH) 2 (aq) (aq) + 2 H 2 O(L) (E) C(s) + (g) CO 2 (g) (F) 3 (aq) + AL 2 (SO 4 ) 3 (aq) 3 BaSO 4 (s) + 2 ALCL 3 (aq) 20
4. Considera as cinco soluções aquosas que se encontram nos tubos de ensaio ao lado e a escala colorimétrica utilizada para o papel indicador universal. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 4.1. Indica o carácter químico de cada uma das soluções. A: B: C: D: E: A B C D E 4.2. Associa as soluções A, C e D a cada uma das seguintes soluções do dia a dia. Água com sal: Detergente: Sumo de limão: 4.3. Se quisesses aumentar o valor de ph da solução A, por adição de outra solução, qual das hipóteses seguintes escolherias? (A) Ácido clorídrico concentrado (C) Hidróxido de sódio dissolvido em água (B) Umas gotas de água destilada (D) Ácido nítrico 5. Na figura ao lado encontras o rótulo de uma garrafa de água mineral com informação sobre as suas características físico-químicas e composição química. 5.1. Refere o carácter químico desta água mineral. 5.2. Comenta a seguinte afirmação: O ph desta água não foi determinado com tornesol nem com papel indicador. Características físico-químicas: ph a 25 C... 5,85 SiO 2... 72,8 mg/l Mineralização total... 126,9 mg/l Composição química (mg/l) Aniões Catiões Bicarbonato...72,7 Cálcio... 16,6 Cloreto...11,1 Sódio... 15,2 Fluoreto...0,1 Magnésio... 0,5 5.3. Aconselharias esta água a uma pessoa que sofresse de excesso de acidez no estômago? Porquê? 5.4. Explica por que razão não se encontra cloreto de sódio depositado no fundo das garrafas. 6. Classifica em verdadeiras (V) ou falsas (F) as afirmações seguintes. (A) As combustões são geralmente acompanhadas por libertação de uma grande quantidade de energia. (B) O hidróxido de sódio é um ácido usado para o desentupimento de canos. (C) Um indicador ácido-base permite determinar com exatidão o ph de uma solução. (D) Em geral, os solos graníticos do Norte de Portugal dão origem a águas macias. (E) Os anticalcários são particularmente úteis em zonas de águas macias. (F) As pessoas só devem beber águas duras para ficarem fortes. 21
Ficha 16 Atributos do som e sua deteção pelo ser humano Deteção do som pelo ser humano Ouvido humano O ouvido é um recetor de som. Neste, as vibrações sonoras são comunicadas ao tímpano, que passa também a vibrar. A vibração é amplificada pelos ossículos (martelo, estribo e bigorna). Ao atingir os canais semicirculares e posteriormente a cóclea (ou caracol), a vibração é convertida em impulsos nervosos canalizados pelo nervo auditivo até ao cérebro. O cérebro descodifica e interpreta o som. Pavilhão auricular Canal auditivo Ouvido externo Tímpano Ouvido médio Canais semicirculares Ouvido interno Cóclea ou caracol Ossículos (martelo, bigorna e estribo) Fig. 1 Ouvido humano. Espetro sonoro O espetro sonoro compreende os sons audíveis e não audíveis pelo ser humano: Infrassons: sons com uma frequência compreendida entre 0 Hz e 20 Hz; Sons audíveis pelo ser humano: sons com uma frequência Infrassons Sons audíveis compreendida entre 20 Hz e 20 000 Hz; Fig. 2 Espetro sonoro. Ultrassons: sons com uma frequência superior a 20 000 Hz. Os infrassons e os ultrassons são inaudíveis para o ser humano, mas são audíveis para muitos animais. HwIwJHwIwJHwIwJ 0 Hz 20 Hz 20 000 Hz Ultrassons Nível de intensidade sonora A membrana do tímpano consegue suportar uma determinada intensidade sonora máxima, a partir da qual se podem sofrer danos auditivos. O nível de intensidade sonora é uma grandeza física que se usa para descrever a resposta do ouvido humano a um som, expressa-se em decibéis (db) e pode ser medida com um sonómetro. Escala de decibéis 0 db 120 db Limiar de audição Nível sonoro mínimo a partir do qual o ouvido humano deteta o som. Limiar de dor Nível sonoro máximo suportado pelo ouvido humano. A combinação da frequência do som emitido e do nível de intensidade sonora permite definir os sons que realmente são audíveis pelo ser humano. Nível de intensidade sonora (db) 150 100 50 Limiar de audição Sons não audíveis Limiar de dor Sons dolorosos Sons audíveis Limiar de audição Sons não audíveis 0 10 000 20 000 Frequência (Hz) Fig. 3 Gráfico do nível de intensidade sonora em função da frequência. Repousante Incomodativo Fatigante Perigoso Doloroso 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 Nível de intensidade sonora (db) Limiar de audição Limiar de dor Fig. 4 Nível de intensidade sonora. 42
Atributos do som e sua deteção pelo ser humano Deteção do som pelo ser humano 1. Observa atentamente a figura seguinte. A D E F B C 1.1. Faz a legenda da figura. 1.2. Descreve o modo como o ouvido humano consegue ouvir um som emitido. 2. Completa as frases seguintes com as palavras do quadro de forma a obteres afirmações cientificamente corretas. limiar de audição limiar de dor ultrassons nível de intensidade sonora sonómetro 20 Hz sons audíveis infrassons recetor 20 000 Hz (A) O ouvido humano é um do som. (B) O ser humano consegue ouvir sons com frequências compreendidas entre, os designados. (C) Certos animais conseguem captar sons com frequências inferiores a. e, designados (D) Os apresentam uma frequência superior a e são audíveis por muitos animais como, por exemplo, pelos morcegos. (E) Os e os não são audíveis pelo ser humano. (F) A grandeza física que descreve a resposta do ouvido humano ao som designa-se pode ser medida com um. (G) O nível sonoro mínimo audível pelo ser humano designa-se por suportável designa-se por. e o nível sonoro máximo e 3. Classifica em verdadeiras (V) ou falsas (F) as seguintes afirmações. (A) O limiar de audição corresponde a 0 db. (B) O nível de intensidade sonora expressa-se em hertz (Hz). (C) O limiar da dor é de 120 db. (D) O nível sonoro máximo suportado pelo ser humano corresponde a 0 db. (E) O nível sonoro pode ser detetado com um sonómetro. 43
Teste de avaliação final 7. Na tabela seguinte representam-se algumas moléculas com modelos de esferas coloridas. A B C D E F G H I J Legenda: Oxigénio Hidrogénio Nitrogénio Enxofre Carbono 7.1. Identifica 7.1.1. as substâncias elementares. 7.1.2. as substâncias compostas. 7.2. Escreve a fórmula química de cada uma das substâncias representadas. 7.3. Seleciona a opção que completa corretamente a afirmação seguinte: Todas as substâncias representadas têm um número de eletrões seu número de. (A) menor que o protões (B) igual ao neutrões (C) maior que o protões (D) igual ao protões 8. Nas imagens representam-se simbolicamente três amostras do ponto de vista submicroscópico. (A) (B) (C) 8.1. Indica a letra correspondente a 8.1.1. uma substância elementar. 8.1.2. uma substância composta. 8.1.3. uma mistura. 8.2. Em (A) encontram-se representados 2 H 2 O 2 e 5 H 2 O. Escreve as representações das amostras (B) e (C), sabendo que as esferas azuis representam o elemento nitrogénio. 70
9. Os sais são compostos iónicos que (A) não têm unidades estruturais com carga elétrica. (B) têm unidades estruturais com carga elétrica. (C) têm um número de aniões superior ao dos catiões. (D) têm um número de catiões superior ao dos aniões. (Seleciona a opção que completa corretamente a frase.) 10. Escreve a fórmula química de um ião que 10.1. resulta de um átomo de cloro que captou um eletrão. 10.2. resulta da cedência de 3 eletrões por parte de um átomo de alumínio. 10.3. resulta da captação de 3 eletrões por parte de um conjunto de um átomo de fósforo e 4 de oxigénio. 10.4. resulta da cedência de um eletrão por parte de um conjunto de um átomo de nitrogénio e quatro de hidrogénio. 11. Representa simbolicamente 11.1. 10 átomos de hélio. 11.2. 5 moléculas de água. 11.3. 2 moléculas de dióxido de carbono. 11.4. 4 catiões amónio. 11.5. 3 aniões carbonato. 11.6. 2 moléculas de dioxigénio. 12. Escreve a fórmula química dos seguintes compostos iónicos. 12.1. Hidróxido de potássio. 12.2. Óxido de cálcio. 12.3. Fosfato de magnésio. 12.4. Carbonato de magnésio. 12.5. Sulfato de alumínio. 12.6. Nitrato de sódio. 13. Escreve o nome dos compostos iónicos seguintes. 13.1. K 3 PO 4. 13.2. CaO. 13.3. Mg(NO 3 ) 2. 13.4. ALPO 4. 13.5. NaCL. 13.6. NH 4 NO 3. 71