Ciências 9º ano

. Acesso em: 16 jun. 2015.

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UNIDADE 2 - A ESTRUTURA DA MATÉRIA

O que você vai estudar
• Modelos atômicos
• Elementos e Tabela Periódica
• Representações e fórmulas químicas
• Reações químicas
• Ácidos, bases, sais e óxidos

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Começo de conversa

A imagem ao lado mostra um navio deteriorado pela ação do meio. Na fotografia, é possível observar a formação de ferrugem em várias partes.

Fig. 1 (p. 55)

Navio encalhado na praia de Búzios, RN, 2012.

Hans Von Manteuffel/Opção Brasil Imagens

Para compreender melhor as transformações que ocorrem na natureza, o ser humano precisou construir modelos de constituição da matéria e representações que explicassem os fenômenos observados e suas causas.

1. Você já viu algum objeto metálico enferrujado? Que aparência ele tem?

2. Que condições são necessárias para ocorrer essa transformação química?

3. Você conhece algum método para inibir a formação de ferrugem? Caso não conheça, pergunte aos seus pais que método eles utilizam e escreva um pequeno texto descrevendo-o.

4. Como você representaria com desenhos uma transformação química como a da formação da ferrugem?

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Para investigar

O uso de modelos nas ciências

Você sabe de que a matéria é feita? E as pessoas com quem você convive, como imaginam a estrutura da matéria?

Perguntas como “Do que é constituída a matéria?” sempre instigaram o ser humano, desde a Antiguidade. Para tentar responder a elas, foram formulados diferentes modelos, criados a partir do conhecimento que se tinha na época sobre a matéria e suas transformações.

Fig. 1 (p. 56)

Os modelos são importantes para a ciência e a outras atividades humanas. Eles podem ser representados por meio de imagens, como um desenho, ou objetos, como uma miniatura. A A maquete de uma cidade pode proporcionar informações importantes sobre as vias principais, áreas verde e construída, entre outras. B O modelo de corpo humano é importante, por exemplo, para os estudantes do curso de medicina.

ADAUTO CRUZ/CB/D.A PRESS

PAULAPHOTO/ISTOCK/GETTY IMAGES

A B

Objetivo

Averiguar a concepção das pessoas da comunidade sobre a constituição da matéria.

Procedimento

1ª parte

1. Represente, na forma de um desenho, como você imagina que a matéria seja em “escala microscópica”, isto é, do que ela é constituída. Considere, para essa representação, que a matéria esteja no estado gasoso.

2. Organizem-se em grupos de até cinco alunos e discutam as representações de cada integrante.

3. Discuta com seus colegas de grupo o significado da palavra “átomo”. O que ela representa? Como as pessoas da comunidade imaginam que a matéria seja constituída?

2ª parte

4. Elaborem um pequeno questionário sobre a constituição da matéria, que será realizado com dez pessoas diferentes (pais, funcionários da escola, vizinhos, etc.). Junto com o questionário, peçam aos entrevistados que representem, por meio de um desenho, como eles imaginam que a matéria seja constituída.

5. Com os dados coletados nos questionários, categorizem as imagens formuladas, isto é, organizem as imagens com características semelhantes. O grupo pode considerar as categorias do quadro a seguir para agrupá-las ou utilizar outras, se achar necessário. As imagens indicadas na tabela são apenas exemplos para ilustrar o que seriam algumas categorias.

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Fig. 1 (p. 57)

Ilustrações: Reinaldo Vignati/ID/BR

Desenho que apresenta grandes espaços vazios

A constituição da matéria é representada por pontos

Desenho que apresenta pequenos espaços vazios

A constituição da matéria é representada por outra forma

A constituição da matéria é representada por círculos

3ª parte

6. Apresentem a categorização dos desenhos para a classe. Observem as semelhanças e as diferenças dos dados coletados e as categorias utilizadas pelos outros grupos. No final da apresentação, a turma, em conjunto com o professor, reunirá todos os dados coletados e selecionará quais categorias serão utilizadas para analisar o resultado da pesquisa e construir uma conclusão coletiva.

Resultados e discussão

1. Que semelhanças e diferenças foram encontradas nas respostas fornecidas pelos entrevistados? E entre os desenhos representados?

2. Houve alguma imagem que não se encaixava nas categorias sugeridas? Como essa situação foi resolvida?

3. Que categorias foram criadas pelos grupos?

4. Alguma das representações dos entrevistados se assemelha à representação que você fez no início da atividade?

Apresentação

1. Ao final do estudo do capítulo 4, a classe irá elaborar um cartaz, que será exposto para a comunidade escolar. Esse cartaz deverá conter as seguintes informações:

• título da pesquisa, nomes dos alunos, do professor e da escola;

• breve introdução da pesquisa;

• descrição sucinta do método utilizado para coleta e categorização;

• resultados observados, mostrando alguns dos desenhos representados e os modelos atômicos aceitos pela ciência;

• conclusão da pesquisa.

Tenha cuidado para que os desenhos representados não identifiquem as pessoas que foram entrevistadas.

2. No final da exposição, reúna-se com seus colegas para avaliar a atividade. É importante que, nessa avaliação, vocês discutam sobre o que poderia ser modificado em uma próxima exposição.

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CAPÍTULO 4 - Átomos e modelos

Fig. 1 (p. 58)

As imagens acima representam dois modelos de um tiranossauro rex. Os fósseis do dinossauro, batizado de “Sue”, foram encontrados em Dakota do Sul, Estados Unidos, no ano de 1990. O modelo em exposição A é feito de resina e baseia-se nas partes fossilizadas encontradas. O modelo B é uma representação gráfica baseada no modelo do esqueleto e apresenta olhos, pele e coloração, ainda que não exista um registro para todas essas características.

Chris Butler/SPL/Latinstock

David R. Frazier/Photo Researchers/Latinstock

A B

Tanto as ciências da natureza (Biologia, Física, Geologia, Química, etc.) quanto as ciências humanas (História, Filosofia, Sociologia, etc.) utilizam modelos para interpretar, explicar ou prever fenômenos.

Os modelos são representações humanas que têm como objetivo interpretar, explicar ou prever um fenômeno ou uma situação hipotética. A formulação de um modelo depende do conhecimento e da tecnologia que estejam disponíveis na época. Avanços tecnológicos que permitam investigações mais detalhadas e descobertas científicas que contrariem o modelo vigente podem levar à substituição ou à reformulação desse modelo.

Observe as duas imagens acima, que representam o mesmo dinossauro. Analisando o fóssil de uma espécie, é possível supor seus hábitos alimentares – comparando tamanho e formato de dentes e garras –, sua forma de locomoção – se caminhava em duas ou quatro pernas –, a época em que ele viveu, entre outras características. Mas isso só é possível em razão do conhecimento e das técnicas que se têm acumulado nessa e em outras áreas das ciências. Os modelos podem representar tanto objetos ou corpos que podem ser visualizados, como um veículo, quanto objetos ou corpos que não podem ser vistos a olho nu, como vírus e bactérias.

Neste capítulo, você conhecerá alguns modelos utilizados pela ciência, como o da constituição da matéria.

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As primeiras ideias sobre a constituição da matéria

Descobrir qual seria a constituição da matéria e dos materiais representou um desafio para filósofos e estudiosos da natureza desde a Antiguidade. Registros na Suméria antiga, na Mesopotâmia e no Egito Antigo já apontavam uma preocupação do ser humano em explicar a constituição dos materiais. Na Grécia Antiga, Leucipo (século V a.C.) e Demócrito (cerca de 460 a.C.-370 a.C.) foram os primeiros filósofos a propor que a matéria seria formada de pequenas partes (partículas) fundamentais e indivisíveis, que eles denominaram átomos, termo de origem grega que significa “não divisível”.

Fig. 1 (p. 59)

Representação artística do filósofo grego Leucipo. (Leucipo, de Luca Giordano, século XVII. Óleo sobre tela.)

Fundação Querini Stampalla, Veneza. Fotografia: Photo Scala, Florence/Glowimages

Fig. 2 (p. 59)

Representação artística do filósofo grego Demócrito. (Demócrito, o filósofo hilariante, de Agostino Carracci, 1598. Óleo sobre tela.)

Galeria Nacional de capodimonte, Nápoles. Fotografia: Electa/akg-images/Latinstock

Para explicar as diferentes propriedades de materiais distintos, os filósofos imaginaram que essas partículas, além de possuírem espaços vazios entre si, eram sólidas, indestrutíveis, dotadas de movimentos e que apresentavam diversos formatos.

Apesar de essa ideia ter sido importante naquele tempo, ela foi contestada por vários filósofos, entre eles Aristóteles.

Fig. 3 (p. 59)

Representação artística do filósofo grego Aristóteles (384 a.C.-322 a.C.). Além de sua preocupação em explicar a composição da matéria e do Universo, Aristóteles produziu trabalhos em outras áreas (política, ética, etc.).

Dimitris Tavlikos/Alamy/Other Images

Para saber mais

Os quatro elementos

Entre as diversas ideias que surgiram na Antiguidade para explicar a constituição dos materiais, destaca-se a teoria dos quatro elementos, segundo a qual a matéria seria formada por ar, fogo, água e terra. Cada elemento teria um par de qualidades – veja na imagem abaixo – que seria responsável por características da matéria, como aparência, forma, etc.

Diferentemente da concepção de partículas criada por Demócrito e Leucipo, a teoria dos quatro elementos sustentava a ideia de que a matéria era contínua, isto é, não havia espaços vazios dentro dela.

Fig. 4 (p. 59)

Representação dos quatro elementos e das quatro qualidades desenvolvida por Aristóteles. De acordo com essa representação, o elemento fogo teria o par de qualidades quente e seco; o elemento ar teria as qualidades quente e úmido; o elemento terra teria as qualidades seco e frio; e o elemento água teria as qualidades úmido e frio.

Reinaldo Vignati/ID/BR

FOGO

quente

seco

úmido

frio

AR

TERRA

ÁGUA

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Dalton e a teoria atômica

A partir do estudo do comportamento e das propriedades dos gases, John Dalton (1766-1844) propôs, em 1808, o primeiro modelo atômico que se baseava em resultados experimentais.

De acordo com Dalton, a matéria era formada por “partículas únicas”, chamadas de átomos, e haveria espaço vazio entre elas. Dalton retomou o termo “átomo” dos filósofos gregos e descreveu as principais características dessa partícula, resumidas abaixo.

Fig. 1 (p. 60)

Representação do modelo atômico de Dalton.

Cores-fantasia

• Os átomos são partículas esféricas e indivisíveis, que não podem ser criadas nem destruídas.

• Átomos de um mesmo elemento químico são idênticos e apresentam a mesma massa. Naquela época, o termo “elemento químico” era associado a substâncias que não podiam ser decompostas em outras substâncias. Assim, por exemplo, a água não era considerada elemento químico, já que podia ser decomposta em gás hidrogênio e gás oxigênio; estes, sim, eram considerados elementos químicos.

• A massa do átomo de um elemento é constante durante uma transformação e quando se comparam diferentes compostos formados por esse átomo.

• Os átomos são as unidades das mudanças químicas. Durante uma reação, ocorre apenas combinação, separação e rearranjo de átomos.

Com essas ideias, Dalton conseguiu unificar diferentes leis da Química que eram aceitas na época, proporcionando um modelo mais consistente.

A utilização de símbolos

Além da contribuição da teoria atômica, Dalton propôs símbolos para representar os elementos químicos (assunto que será abordado na seção Ciência dinâmica da página 62).

A simbologia de Dalton, apesar de trazer algumas vantagens, era de difícil escrita e memorização. Em 1811, Jons Jacob Berzelius (1779-1848) propôs representar os elementos químicos usando a letra inicial do nome do elemento em latim, grafada em maiúscula, e, quando necessário, a segunda letra do nome em minúscula. Por exemplo, o elemento químico hidrogênio (em latim, hydrogenium) é representado por H; o oxigênio (em latim, oxygenium), pela letra O; e o nitrogênio (em latim, nitrogenium), pela letra N.

Os símbolos com duas letras foram utilizados para diferenciar elementos com a mesma inicial. Por exemplo, o sódio (em latim natrium) não poderia ser representado simplesmente por N, pois seria confundido com o símbolo do nitrogênio. Por isso, o símbolo do sódio tem duas letras, Na.

Apesar de antiga, a nomenclatura proposta por Berzelius é utilizada até hoje.

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Algumas limitações do modelo de Dalton

Apesar de explicar uma série de situações, o modelo atômico proposto por Dalton não conseguia esclarecer os fenômenos elétricos, como a eletrização de corpos, representada na sequência de imagens a seguir.

Fig. 1 (p. 61)

Representação de uma situação de eletrização. A Quando um pente de plástico é aproximado de pedaços de papel, não se observa nenhuma atração entre os materiais. B Quando o pente é friccionado em uma flanela, no entanto, observa-se que, ao aproximar o pente dos pedaços de papel ( C), surge uma atração entre eles, e os pedaços se aproximam do pente, sendo que alguns papéis ficam até “grudados” (D). Tanto o pente quanto o papel (e também a flanela) são constituídos por átomos (E e F). Como se explica que, na situação inicial, eles não interajam, mas passem a interagir depois que o pente é friccionado em uma flanela?

Ilustrações: André Ceolin/ID/BR

Cores-fantasia

Representação sem proporção de tamanho.

A B C D E F

O modelo atômico de Dalton não conseguia explicar por que o atrito de certos corpos muda as propriedades da matéria que os constitui. A explicação para esse fenômeno (que será retomado no capítulo 12) está relacionada ao modelo atômico proposto por Thomson, que veremos mais adiante, neste capítulo.

Para saber mais

O modelo atômico de Dalton não foi aceito inicialmente pela comunidade científica. Uma das razões é que a determinação das massas atômicas (considere como massa atômica a massa de um átomo) não era precisa na época, e também porque havia uma confusão entre os termos “átomos”, “moléculas” e “elementos”, que, muitas vezes, eram utilizados como sinônimos.

Apesar disso, as ideias de Dalton contribuíram para explicar diversos fenômenos, como a formação de diferentes substâncias a partir dos mesmos elementos químicos (veja a figura ao lado).

Fig. 2 (p. 61)

Representação da formação de diferentes substâncias a partir dos mesmos elementos químicos no modelo de Dalton.

Reinaldo Vignati/ID/BR

+ carbono oxigênio → óxido de carbono

+ carbono oxigênio → ácido carbônico

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Ciência dinâmica

A representação das substâncias

Os elementos químicos conhecidos pelo ser humano estão reunidos em uma tabela conhecida como Tabela Periódica dos Elementos ou, simplesmente, Tabela Periódica.

Cada um desses elementos da tabela é representado por um símbolo, conforme foi descrito na página 60. Por meio dos símbolos dos elementos químicos, podemos representar substâncias constituídas por dois ou mais átomos iguais ou diferentes. Por exemplo, a água, composta por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio, é representada pela fórmula H₂O.

A simbologia de elementos químicos, substâncias, etc. é bastante comum atualmente, mas será que essas representações sempre foram utilizadas ao longo da história da ciência?

As representações na Alquimia

A utilização de representações na Química é tão antiga quanto sua própria origem. Podemos encontrar sinais simbólicos como parte integrante dos documentos alquímicos gregos que datam do décimo terceiro ao décimo quinto século [a.C.] [...]. Por motivo de segurança, os alquimistas utilizam uma linguagem enigmática para descrever suas teorias, materiais e operações [...]. Por consequência disto a linguagem alquímica ao mesmo tempo em que precisava ser difundida entre os alquimistas, era restrita para manter seu caráter hermético. Para isso a Alquimia usou e abusou de signos e símbolos incompreensíveis para qualquer pessoa que não fosse iniciada. Essa linguagem foi criada pelos estudiosos da Alquimia, que associavam os materiais e cada fase de seus trabalhos a imagens ou formas que lhe eram familiares, criando assim, verdadeiros códigos de interpretação.

Agostinho Serrano de Andrade Neto; Daniele Raupp; Marco Antonio Moreira. A evolução histórica da linguagem representacional química. Encontro Nacional de Pesquisa em Educação em Ciências. Florianópolis, 8 nov. 2009. Disponível em: