Ciências 9º ano

. Acesso em: 2 jun. 2015.

Depois, cite algumas vantagens e desvantagens desse tipo de investimento para a sociedade.

Na web

A animação disponível no endereço eletrônico abaixo mostra a aceleração de prótons e sua colisão dentro do LHC. TViG Ciência. Disponível em: . Acesso em: 12 maio 2015.

Roteiro

Em seu caderno, construa uma tabela indicando as principais características e as limitações dos modelos atômicos de Dalton, Thomson, Rutherford e Bohr-Rutherford.

Página 69

Estados físicos e modelos

Os modelos usados para representar os átomos podem ser utilizados para interpretar um fenômeno ou uma propriedade específica de um material?

Vamos considerar, por exemplo, que a menor unidade de determinada substância é representada por uma esfera. Ao comparar essa substância em três estados físicos distintos, podemos supor que as esferas estão mais próximas no estado sólido do que no estado líquido ou gasoso. Essa proximidade pode explicar por que, de modo geral, os materiais são mais densos no estado sólido do que no estado líquido ou gasoso.

Fig. 1 (p. 69)

Reinaldo Vignati/ID/BR

Cores-fantasia

Representação sem proporção de tamanho

estado sólido

estado líquido

estado gasoso

Lembre-se de que esse modelo apresenta limitações. Por exemplo, com ele não é possível explicar a diferença de condutibilidade elétrica dos materiais.

Para saber mais

Modelos apresentam limitações

Não se esqueça de que os modelos são representações e que, embora consigam explicar alguns fenômenos, apresentam certas limitações e podem não se aplicar a todos os casos.

Assim, apesar de representarmos as partículas no estado sólido mais próximas que no estado líquido e, com isso, explicarmos por que os sólidos são mais densos que os líquidos, esse modelo não é válido ou não se aplica ao caso da água, já que a água sólida (gelo) é menos densa que a água líquida.

Para compreendermos esse fenômeno no nível atômico, devemos representar todos os átomos que compõem a molécula de água (dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio) e considerar que há uma força entre essas moléculas que possibilita ao estado sólido apresentar mais espaços vazios se comparado ao estado líquido.

Fig. 2 (p. 69)

Geleira Perito Moreno, Argentina, 2010.

Robert Harrison/Alamy/Other Images

Ilustrações: Reinaldo Vignati/ID/BR

Cores-fantasia

Representação sem proporção de tamanho.

Estado gasoso

Estado sólido

Estado líquido

Roteiro

Represente, por meio de um desenho, um modelo que demonstre o processo de dissolução do açúcar em água no nível atômico.

Fig. 1 do professor (p. 69)

Página 70

Ligações químicas

A grande maioria das substâncias são constituídas por partículas formadas pela união de átomos ou de íons. No decorrer do século XIX, diversos cientistas procuraram explicar como essas partículas se mantinham unidas. O modelo mais utilizado considera três tipos de ligação: a iônica, a covalente e a metálica.

Ligação iônica

As substâncias formadas pela ligação química entre íons positivos e negativos são chamadas de substâncias iônicas.

Esse modelo propõe que os íons se ligam fortemente uns aos outros em virtude da atração eletrostática entre o íon carregado positivamente (também chamado de cátion) e o íon carregado negativamente (também chamado de ânion). Essa forte atração explica o motivo de as substâncias iônicas apresentarem elevada temperatura de fusão e de ebulição.

Fig. 1 (p. 70)

Representação do cloreto de sódio, principal componente do sal de cozinha. Essa substância é formada pela ligação entre íons de sódio e de cloro.

Pixhook/iStock/Getty Images

Reinaldo Vignati/ID/BR

Cores-fantasia

Representação sem proporção de tamanho.

ânion de cloro

cátion de sódio

Temperatura de fusão	Temperatura de ebulição
801 °C	1465 °C

Outra característica desse grupo de substâncias é que, no estado líquido ou quando dissolvidas em água, elas têm a capacidade de conduzir eletricidade. Lembre-se de que, para ocorrer a condução elétrica, é necessária a existência de cargas elétricas (neste caso, os íons) com liberdade de movimento. É por isso que, no estado sólido, as substâncias iônicas não conduzem eletricidade, pois seus íons não têm mobilidade.

Fig. 2 (p. 70)

Observe a sequência de imagens de um teste de condutibilidade elétrica. Em A, a lâmpada não acende, pois o cloreto de sódio no estado sólido não conduz eletricidade. Em B, a lâmpada não acende, pois a água não conduz eletricidade. Em C, a lâmpada acende, pois, com a dissolução em água, os íons que constituem o cloreto de sódio têm liberdade de movimento.

Fotografias: Sérgio Dotta Jr./ID/BR

A B C

Sal

Página 71

Ligação covalente

As substâncias formadas pela ligação covalente são chamadas de substâncias moleculares ou substâncias covalentes. A ligação covalente, também denominada ligação molecular, é formada pela união de átomos, e não de íons. Nesse modelo, ocorre o compartilhamento de elétrons da última camada (ou nível de energia) entre os dois átomos envolvidos, formando assim um novo conjunto, chamado de molécula.

Fig. 1 (p. 71)

Esquema representando a união entre dois átomos de hidrogênio por uma ligação covalente, com a formação de uma molécula de hidrogênio. As esferas amarelas representam os núcleos dos átomos, e as azuis, os elétrons.

Reinaldo Vignati/ID/BR

Cores-fantasia

Representação sem proporção de tamanho.

átomo de hidrogênio

átomo de hidrogênio

molécula de gás hidrogênio

Como as moléculas são elétricamente neutras e os elétrons não têm liberdade de movimento, o modelo de ligação covalente é capaz de explicar por que as substâncias moleculares são más condutoras de eletricidade tanto nos estados sólido e líquido quanto dissolvidas em água.

Fig. 2 (p. 71)

Observe a sequência de imagens de um teste de condutibilidade elétrica. Em A, a lâmpada não acende, pois o açúcar no estado sólido não conduz eletricidade. Em B, a lâmpada não acende, pois a água não conduz eletricidade. Em C, a lâmpada também não acende, pois a dissolução de açúcar em água não produz partículas carregadas elétricamente.

Fotografias: Sérgio Dotta Jr./ID/BR

A B C

Açúcar

Ligação metálica

As substâncias metálicas, ou simplesmente metais, são constituídas por átomos de um único elemento químico que estão unidos por ligação metálica.

Nesse tipo de ligação, o modelo propõe que os elétrons da última camada eletrônica de cada átomo têm liberdade para se movimentar no material, ou seja, o núcleo não atrai fortemente esses elétrons.

Tal modelo, também conhecido como “mar de elétrons”, explica a razão de os metais serem bons condutores de eletricidade nos estados sólido e líquido.

Fig. 3 (p. 71)

Representação do modelo ”mar de elétrons”. Nesse esquema, os elétrons da última camada, representados pela esfera azul, movimentam-se livremente pelo material.

Reinaldo Vignati/ID/BR

Cores-fantasia

Representação sem proporção de tamanho.

Para saber mais

Há materiais com propriedades semelhantes às das substâncias metálicas que são formados por uma mistura de substâncias. Chamados de ligas metálicas, eles são usados em diversos objetos e construções. Entre os mais comuns estão o aço (ferro e carbono), o bronze (cobre e estanho) e o latão (cobre e zinco).

O modelo de ligação utilizado para explicar as propriedades das ligas metálicas é o mesmo das substâncias metálicas, ou seja, a ligação metálica.

Página 72

Prática de Ciências

Construindo modelos

Ao longo deste capítulo, você viu a importância de utilizar modelos científicos para compreender e prever diversas situações que acontecem ao nosso redor. Nesta atividade, você será convidado a levantar hipóteses e propor modelos para descrever alguns objetos que se encontram em cada um dos itens representados abaixo.

Material

Fig. 1 (p. 72)

Roberto Higa/ID/BR

Representação sem proporção de tamanho.

A B C D E

Procedimento

1. Organizem-se em cinco grupos e, juntos, selecionem um dos itens (A, B, C, D ou E) fornecidos pelo professor.

2. Os integrantes de cada grupo deverão manipular o item escolhido sem abri-lo. Anotem as características do(s) objeto(s) contido(s) nos itens, como formato, quantidade, som, consistência, entre outras. No caso dos integrantes do grupo que selecionou a imagem, procurem identificar aspectos (como cor, simetria, forma, etc.) que possam ajudá-los a formular uma hipótese sobre a origem ou o formato do objeto fotografado.

3. Os integrantes de cada grupo devem discutir as informações coletadas e elaborar hipóteses sobre as características do(s) objeto(s), listando-as e, se possível, elaborando um desenho que o(s) represente. Não se esqueçam de justificar cada característica apresentada.

4. Escolham um representante no grupo para expor à classe o desenho e a lista com as características imaginadas no item analisado. Comentem como o grupo chegou a essa representação e que aspectos foram considerados.

INTEGRANDO IDEAS

1. Qual(is) sentido(s) – audição, tato, etc. – foi (foram) utilizado(s) para identificar o(s) objeto(s) contido(s) em cada um dos itens?

2. Compare as representações criadas por seu grupo com as de seus colegas. Indique que semelhanças e diferenças foram encontradas.

3. Que informações obtidas com a manipulação dos itens foram utilizadas para a construção do desenho? Justifique sua resposta.

Página 73

ATIVIDADES

1. Em uma atividade escolar, um aluno representou no quadro de giz três partículas diferentes: um átomo, um cátion e um ânion, conforme indicado na figura abaixo.

Fig. 1 (p. 73)

Reinaldo Vignati/ID/BR

A B C

++ --

++++ ---

++ ----

De acordo com os desenhos feitos pelo aluno, responda às seguintes questões.

a) Quais partículas representam um íon? Justifique sua resposta, indicando a partícula que representa o cátion e a que representa o ânion.

b) Qual das figuras desenhadas representa um átomo? Justifique sua resposta.

2. A tabela abaixo mostra algumas propriedades de três substâncias: cloreto de sódio (sal de cozinha), oxigênio (um dos componentes do ar atmosférico) e ouro, não necessariamente nessa ordem.

Substância	Temperatura de fusão (°C)	Temperatura de ebulição (°C)	Solubilidade em água	Condutibilidade no estado sólido	Condutibilidade no estado líquido
I	1064	2856	insolúvel	condutor	condutor
II	800	1460	solúvel	não condutor	condutor
III	–223	–183	pouco solúvel	não condutor	não condutor

Com base nessas informações, identifique cada uma das substâncias e o tipo de ligação química (iônica, covalente ou metálica).

3. A charge abaixo, do artista Biratan Porto, de Belém do Pará, expõe com humor a situação de agentes e técnicos especializados em descontaminar o ambiente de partículas radioativas.

Fig. 2 (p. 73)

Biratan Porto/ Acervo do artista

a) Apesar de a utilização da energia proveniente de materiais radioativos apresentar algumas vantagens, a instalação de uma usina nuclear requer uma série de controles e orientações à população em caso de acidentes. Pesquise sobre o uso da energia nuclear e escreva um pequeno texto, descrevendo as vantagens e as desvantagens da utilização dessa tecnologia.

b) A charge ao lado apresenta algumas inadequações do ponto de vista da ciência. Escreva quais são essas inadequações.

Página 74

CAPÍTULO 5 - A organização dos elementos

Fig. 1 (p. 74)

Imagine que você recebesse a tarefa de organizar centenas de CDs e DVDs de música. Que critérios você utilizaria para agrupá-los?

George Toubalis/Shutterstock.com/ID/BR

Recorremos todos os dias a diversos critérios de organização para as coisas que estão ao nosso redor, como arrumar o material escolar e outros objetos no quarto, dispor alimentos no armário ou guardar peças de roupa em uma gaveta. Do mesmo modo, a partir do século XIX, os cientistas começaram a buscar diferentes maneiras de organizar e agrupar os elementos químicos conhecidos.

As primeiras propostas de organização basearam-se nas propriedades físicas (densidade, temperatura de fusão, brilho, etc.) e na reatividade química de uma substância, ou seja, na capacidade de uma substância reagir com outra.

Neste capítulo, você vai conhecer um pouco mais a respeito das reações químicas e como ocorreu a construção da tabela de elementos químicos conhecida como Tabela Periódica.

Página 75

Classificação dos elementos químicos

Com o desenvolvimento da ciência e da tecnologia, o número de elementos químicos conhecidos no século XIX aumentou muito. No capítulo anterior pôde ser visto que o conceito de elemento químico naquela época referia-se a substâncias que não podem ser decompostas em outras.

Vários estudiosos e pesquisadores procuraram agrupar os elementos químicos de acordo com suas características e propriedades observadas.

Uma das propostas de classificação dos elementos que mais se destacou nesse período foi formulada pelo químico russo Dmitri Ivanovich Mendeleiev (1834-1907). Ele relacionou as massas atômicas dos elementos químicos com suas propriedades físicas (densidade, temperatura de fusão e de ebulição, brilho, etc.) e químicas (a proporção em que as substâncias reagiam). Desse modo, ao organizar os elementos químicos na ordem crescente de massa atômica, ele observou que as propriedades se repetiam periodicamente.

Periodicamente: evento que ocorre em intervalos regulares, repetidamente.

Em alguns casos, ele deixou lacunas na tabela, para elementos químicos que ainda não haviam sido descobertos na época. Além disso, ele fez uma previsão das propriedades de cada um deles.

Os elementos químicos descobertos posteriormente apresentavam valores muito próximos da previsão de Mendeleiev.

Veja um exemplo a seguir.

Propriedades do germânio (ou eka-silício) previstas por Mendeleiev e encontradas por Winkler
	Eka-silício (Mendeleiev)	Germânio (Winkler)
Peso atômico	72	72,32
Peso específico	5,5	5,47
Volume atômico	13	13,22
Valência	4	4
Calor específico	0,073	0,076
Peso específico do dióxido	4,7	4,703
Volume molecular do dióxido	22	22,16
Ponto de ebulição do tetracloreto	< 100 °C	86 °C
Peso específico do tetracloreto	1,9	1,887
Volume molecular do tetracloreto	113	113,35

Propriedade do elemento germânio, descoberto em 1886 por Winkler, e previsão das propriedades desse mesmo elemento, que Mendeleiev chamara de eka-silício (abaixo do silício) em, aproximadamente, 1871. Não se preocupe em compreender as propriedades citadas; o importante é que você observe a precisão das previsões.

Fonte de pesquisa: M. Tolentino; R. C. Rocha-Filho; A. P. Chagas. Alguns aspectos históricos da classificação periódica dos elementos químicos. Química Nova. São Paulo, v. 20, n. 1, fev. 1997. Disponível em: