Ciências9º ano

Unidade 1

1 Propriedades da matéria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

2 Estados físicos da matéria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3 Substâncias químicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

4 O átomo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

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O texto abaixo é de autoria de Ira Remsen, um químico americano do século XIX.

Enquanto lia um livro de texto sobre química, reparei na frase: “O ácido nítrico atua sobre o cobre”.

Estava fi cando farto de afi rmações ab-surdas, de forma que resolvi verifi car o que isso signifi cava. O cobre era um material mais ou menos familiar, uma vez que as moedas de um centavo eram, nessa altura, feitas de cobre. Tinha visto um frasco com o rótulo “ácido nítrico” numa mesa do gabinete do médico onde estava trabalhando. Tendo o ácido nítrico e o cobre, só me faltava descobrir o que signifi cavam as palavras “atua sobre”.

Coloquei uma das moedas sobre a bancada, abri o frasco com o rótulo “ácido nítrico”, despejei um pouco do líquido sobre o cobre e preparei-me para registrar as minhas observações. Mas o que era esse extraordinário fenômeno que eu observava? A moeda já mostrava alterações. Um líquido azul-esverdeado formava espuma e fu-maça sobre a moeda e sobre a bancada. O ar nas proximidades da experiência fi cou vermelho-escuro. Levantou-se uma grande nuvem colorida. Era desagradável e sufocante — como parar esse fenômeno? Tentei me ver livre daquela massa fumegante, pegando nela e atirando-a pela janela que estava aberta.

Aprendi, então, outro fato — o ácido nítrico não só atua sobre o cobre, mas também sobre os dedos. A dor levou-me a outra experiência não premeditada. Limpei os meus dedos na calça e descobri, estarrecido: o ácido nítrico também atua sobre as calças. Considerando todos esses fatos, esta era a experiência mais impressionante e, provavelmente, a mais cara que já tinha executado. Descrevo-a até esse momento com interesse. Resultou-me num desejo de aprender mais sobre essa ação notável. Visivelmente, a única forma de aprender seria ver os resultados, experimentar, trabalhar em laboratório.

Depois de ler o texto do químico Ira Remsen, converse com seus colegas e responda oralmente às perguntas:• O que você pensa a respeito da química? Quais as suas expectativas ao estudar essa

disciplina?• A curiosidade de Ira Remsen quase provocou um acidente grave, mas também o moti-

vou a estudar química. Você já fez ou viu algum experimento interessante que o tenha impressionado?

• Quando vamos realizar um experimento em laboratório, podemos nos comportar como Ira? Quais as precauções que você acha que devem ser tomadas?

Troca de ideias

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Capítulo

2

1 Propriedades da matéria

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Troca de ideias

Propriedades gerais da matériaAgora iremos estudar as propriedades gerais da matéria, que são aquelas que não podem ser

utilizadas para diferenciá-las, já que são comuns a toda e qualquer espécie de matéria, indepen-dentemente da substância de que ela é feita.

Massa e volumeVamos olhar a nossa volta por um breve instante. O que veremos? Lousa, carteiras, chão,

parede, nossos colegas… tudo isso é formado por matéria. Até mesmo aquilo que não vemos, mas sabemos que está lá, como o ar que respiramos.

A matéria ocupa lugar no espaço, propriedade que chamamos de volume, e apresenta massa. A massa pode ser determinada por meio de uma balança, como a que vemos na fi gura a seguir:

As balanças determinam a massa dos objetos.

Quando delimitamos certa quantidade de matéria, defi nimos um corpo. Assim:

Papel Matéria

Folha de papel Corpo

A massa de um corpo pode ser expressa de várias formas diferentes, dependendo das nossas necessidades. Nas áreas rurais, por exemplo, é comum encontrarmos produtos vendidos por arroba.

A dosagem de um medicamento pode ser fornecida em miligramas. A carga de um navio, em toneladas! Dependendo do país onde estivermos, as unidades de medidas também podem variar. Nos Estados Unidos, Reino Unido e Canadá, por exemplo, utiliza-se, entre outras, a libra como unidade de massa. Nesse caso, uma libra (representa-se 1 lb) vale cerca de 0,453 kg. Você já pensou na confusão que isso pode acarretar? Em 1998, uma sonda espacial chamada Mars Climate Orbiter, que deveria estudar a atmosfera do planeta Marte, espatifou-se no solo do planeta por causa de uma confusão envolvendo unidades de medida. Quando a sonda transmitiu informações para a Terra, utilizou quilogramas e metros. Os computadores da Terra, no entanto, in-terpretaram os dados utilizando libras e polegadas — o chamado sistema imperial. O resultado: a sonda caiu em Marte, com mais de 300 milhões de dólares de prejuízo!

Delimitarmos: de delimitar, fi xar os limites.Arroba: unidade de medida em Portugal e no Brasil, equivale a 14,689 kg. Na Espanha também pode ser usada para medir volumes, como o de azeite (nesse caso, uma arroba equivale a 12,563 L).

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Pensando em simplificar e padronizar as negociações internacionais, os trabalhos científicos e também a vida das pessoas, foi criado, no fim do século XVIII, o Sistema Internacional de Unidades, ou SI. Foram definidas sete unidades fundamentais e, a partir delas, podem-se escrever várias outras.

Grandeza Unidade Símbolo

Comprimento metro m

Massa quilograma kg

Tempo segundo s

Corrente elétrica ampère A

Temperatura termodinâmica kelvin K

Quantidade de matéria mol mol–1

Intensidade luminosa candela cd

Assim, o metro (símbolo m) é a unidade do SI para medida de comprimento. A partir dele, podemos escrever uma unidade para medida de área (o metro quadrado, m2) ou para medida de volume (o metro cúbico, m3). A massa é representada pelo quilograma (símbolo kg), mas são comuns outras unidades: g (grama) e mg (miligrama). O tempo, no SI, é medido em segundos (símbolo s), mas são muito usuais o minuto (símbolo min) e a hora (símbolo h). É importante ressaltar que todas as unidades do SI são padronizadas, isto é, seu valor é o mesmo em qualquer lugar do planeta.

Algumas relações importantes

Volume

m3 L (dm3) mL (cm3)· 1.000

: 1.000

· 1.000

: 1.000

Massa

kg g mg· 1.000

: 1.000

· 1.000

: 1.000

Comprimento

m cm mm· 100

: 100

· 10

: 10

Outras propriedades geraisAlém de massa e volume, a matéria também apresenta outras propriedades comuns:

• Dois corpos não podem ocupar o mesmo lugar no espaço ao mesmo tempo. É a chamada impenetrabilidade.

Nesta tirinha, Garfield prova a propriedade da impenetrabilidade… para ele entrar no cesto, algumas roupas tiveram de sair!

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• A matéria pode ser divi-dida (até um limite) sem perder suas propriedades. Dizemos, então, que ela apresenta divisibilidade.

• Podemos comprimir ou esticar a matéria sem que ela perca suas proprie-dades. Os gases podem ser comprimidos com maior facilidade, seguidos dos líquidos e dos sólidos. Essa propriedade da matéria é conhecida como compressibilidade. O ar presente numa seringa pode ser comprimido facilmente se pressionarmos o êmbolo e taparmos a saída com o dedo.

Atividades

Use os dados a seguir para responder às questões de 1 a 3.

Faixas deconsumo

R$ 1,10

R$ 1,80

R$ 5,00

R$ 5,80

10 (tarifa mínima) R$ 11,00 R$ 11,00 R$ 22,00

R$ 40,00

0 a 10

11 a 20

21 a 50

Acima de 50

Total geralda conta

Valor cobrado(em m3)

m3 cobrados(faixa)

Valorágua

Valoresgoto Total

De acordo com a tabela, uma residência que tiver um consumo de 25 m3 de água pagará os primeiros 10 m3 na primeira faixa de consumo, outros 10 m3 na segunda faixa de consumo e os últimos 5 m3 na terceira faixa de consumo. O valor do esgoto é calculado por faixa, sendo igual ao valor pago pela água.

1 Complete a tabela, considerando uma residência que consuma 15 m3.

2 Determine o consumo diário, em litros por pessoa, considerando um mês de 30 dias e cinco pessoas na residência.

3 Uma torneira quebrada está pingando água à razão de 2 L por hora. Calcule o prejuízo que o mo-rador terá ao longo de um mês inteiro, considerando para isso a faixa de consumo de 11 a 20 m3.

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4 Um comprimido tem dosagem de 500 mg e é administrado de 12 em 12 horas. Qual a massa total, em gramas, ingerida por um paciente medicado por duas semanas?

5 Um estudante fez a seguinte afirmação: “Dois corpos não podem ocupar o mesmo lugar no espaço”. A afirmação está correta? Justifique.

6 Algumas unidades de medida ainda em uso, como pés e polegadas, eram padronizadas antiga-mente de acordo com as medidas de partes do corpo do rei. Quais problemas isso pode causar?

Atividades complementares

7 Em uma festa de aniversário, uma garrafa de refrigerante com 2 L foi dividida em copos de 100 mL cada um. Quantos copos esse refrigerante renderá?

8 Complete as sentenças a seguir:a) Uma seringa cheia de ar pode ser comprimida com facilidade graças a uma propriedade

geral da matéria conhecida como .b) Um pedaço de giz pode ser quebrado diversas vezes sem perder suas propriedades, de

acordo com o princípio da .

9 Uma embalagem de macarrão, proveniente dos Estados Unidos, apresenta massa de 1,80 libra. Sabendo-se que 1 libra (1 lb) corresponde a 0,453 kg, qual a massa desse pacote de macarrão no SI?

10 Assinale (C) para corpo e (M) para matéria:

Ar Mesa

Pedra Copo de água

Água Alumínio

Cadeira Aquário

6

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Propriedades específicas da matériaImagine que você tivesse na sua frente duas amostras absolutamente idênticas de um pó

branco, que pode ser sal de cozinha ou açúcar. Como você faria para diferenciá-las?

Sal e açúcar: como diferenciá-los?

Nesse caso é muito simples. Bastaria provar cada um deles, aquele com sabor salgado seria o sal e o de sabor doce seria o açúcar. Para diferenciarmos essas duas substâncias, usamos uma propriedade específica: o sabor.

Mas atenção! Não devemos provar nunca nenhuma substância, pois podem ser muito perigosas. Nesse caso, devemos empregar as propriedades específicas da matéria. Como exemplos, temos a densidade, o ponto de fusão ou o ponto de ebulição. Essas propriedades permitem que façamos uma diferenciação entre as substâncias conhecidas.

DensidadeO mercúrio é um metal com características específicas que lhe conferem um aspecto bem

interessante. Sua cor prateada o levou a ser conhecido antigamente como “prata líquida” e, mesmo sendo metal, é um líquido bastante denso. Uma garrafa de 2 L cheia de refrigerante tem massa de aproximadamente 2 kg. Se a enchermos de mercúrio, a massa será de mais de 27 kg!

Você já deve ter escutado alguém perguntar o que pesa mais, um “quilo” de chumbo ou um “quilo” de isopor. Essa charada confunde muitas pes-soas desavisadas, mas quem está real mente atento percebe que, nos dois casos, a massa é a mesma. Agora pense no volume ocupado por um qui-lograma de chumbo e por um quilograma de isopor. Qual é maior? O volume de isopor, sem dúvida. Dizemos, então, que o chumbo é mais denso que o isopor, o que significa dizer que, para uma mesma massa, o isopor ocupará maior volume. O mercúrio é um metal líquido e muito denso.

[1]

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Vamos voltar ao exemplo do mercúrio: se tivermos um mesmo volume para duas substân-cias, terá maior densidade aquela que tiver maior massa. Portanto, embora o mercúrio e o refrigerante tenham o mesmo volume, a maior massa será do mercúrio, pois ele tem maior densidade.

A densidade é uma propriedade específica da matéria, e cada substância apresenta um valor característico, dependente da temperatura. Quando aquecemos uma substância, suas partículas ficam mais agitadas e passam a ocupar maior volume; com isso sua densidade diminui. No caso da água, isso nem sempre ocorre. Você já reparou que o gelo, embora seja sólido, consegue flutuar na água líquida? Isso acontece porque sua densidade é menor do que a da água. A água apresenta o que chamamos de dilatação anômala. Quando aquecida de 0 °C (na forma de gelo) até 4 °C, sua densidade aumenta ao invés de diminuir. Após esse ponto (no qual a água tem maior densidade), qualquer aumento de temperatura causará diminuição na densidade da água.

Para calcular a densidade (d) de um corpo, basta dividir a sua massa (m) por seu volume (V), ou seja:

dmV

=

No SI expressamos a densidade em kg/m3, mas outras unidades podem ser empregadas, como g/cm3, kg/L etc. Atenção para não confundir nem misturar as unidades.

Atividade resolvida

11 Os metais listados na tabela a seguir têm grande valor comercial e também são muito densos.

Metal Densidade (g/cm3) a 25 °C

11,34

13,55

19,3

21,5

Chumbo

Mercúrio

Ouro

Platina

Prata 10,5

a) Se considerarmos uma mesma massa de cada um dos metais, qual amostra terá maior volume?

Como a densidade e o volume são inversamente proporcionais, quanto menor a densidade, maior o volume (para uma mesma massa). Assim, o maior volu-me será da prata, pois ela apresenta a menor densidade em relação aos outros metais.

b) Qual a massa de ouro, em gramas, presente em 1 L desse metal?

V = 1 L = 1.000 cm3

d = 19,3 g/cm3 s

s dmV

m= =,

.s s19 3

1 000 s m = 19.300 g

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Atividades

12 Um estudante recebeu de seu professor dois frascos, denominados A e B, com a mesma massa de dois líquidos diferentes: água e álcool. Com o objetivo de testar a densidade das duas substâncias, o jovem usou uma bolinha colocada inicialmente num recipiente com água e, logo depois, num recipiente com álcool. Os resultados podem ser vistos na fi gura a seguir. Qual das substâncias está no frasco A e qual está no frasco B? Justifi que.

AÁlcool

A BBÁgua

13 Uma maneira simples de determinar a densidade de um pequeno pedaço de metal, de for-mato irregular, é pesá-lo e depois mergulhá-lo num recipiente graduado contendo água. Ao executar esse experimento, um químico mediu a massa do metal (140 g) e verifi cou o nível da água contida no recipiente antes (1) e após (2) a imersão da barra metálica, conforme a fi gura a seguir:

1 2

5

10

15

20

25

30

5 5

10

15

20

25

30

5

Analisando-se a fi gura, qual a densidade do metal em questão?

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Texto para os exercícios 14 e 15. Vamos fazer um experimento para pro-

var que o ar se dilata quando o aque-cemos. Vamos precisar de uma garrafa de vidro ou plástico, uma bexiga, uma bacia, água quente e gelo. Inicialmente introduza a bexiga no gargalo da gar-rafa e coloque o conjunto em contato com a água quente. Depois, utilize a mesma garrafa, desta vez em contato com o gelo. Com base nisso, responda às questões.

14 O que ocorreu em cada caso?

15 Compare o experimento realizado com o funcionamento dos balões de ar quente.

16 Em grupo, leiam o texto, ouçam a explicação de seu (sua) professor(a) e realizem a atividade de pesquisa.

Técnicos da Agência Nacional do Petróleo (ANP) e policiais federais fecharam uma base em Pinheiral (RJ), suspeita de adulterar combustíveis. Foram lacrados três reservatórios de gasolina de 30 mil litros cada um e oito de 15 mil litros de aguarrás, tíner e querosene, além de um reservatório contendo um produto de cheiro forte que os técnicos da ANP não conseguiram identificar e chamaram de “xixi do diabo”. Se forem julgados culpados, os donos da base cumprirão pena em regime fechado e a empresa será multada em até R$ 100 milhões. Segundo o delegado Cláudio Nogueira, que chefia as investigações, o país tem prejuízo anual de R$ 5 bilhões com a falsificação de combustível.

Adaptado de SIMÕES, Dicler. Diário do Vale on-line. Economia, 19 nov. 2005.

CuriosidadesNotícias&( )

AGORA NOTÍCIAS

A gasolina vendida como combustível pode ser adulterada de várias maneiras. A mais co-mum é adicionar álcool fora da quantidade especifi cada ou vários tipos de solvente acima dos valores máximos permitidos. Para protegerem o consumidor, os postos de combustíveis possuem um equipamento acoplado às bombas de gasolina, chamado densímetro. A missão de vocês é investigar o funcionamento desse equipamento, programando uma visita a um posto de combustível e solicitando a realização de um teste de teor de álcool — segundo a ANP, os postos são obrigados a fazê-lo quando o cliente o solicita. Depois, expliquem como o teste é realizado.

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17 Julgue (V ou F) as afirmativas a seguir:

O ar pode ser considerado um corpo.

A temperatura não afeta a densida-de das substâncias.

O gelo é menos denso do que a água.

Dois corpos não podem ocupar o mesmo lugar no espaço.

A densidade de um material pode ser definida como sinônimo de peso.

18 Um recipiente contém 2,0 L de certo lí-quido. Ao pesar o conjunto (recipiente + + líquido), a massa encontrada foi de 3,7 kg. Quando pesado vazio, o recipiente apre-sentou massa de 200 g. Qual a densidade do líquido?

19 Uma indústria produz três tipos de plásti-co diferentes, conforme a tabela a seguir:

Plástico Densidade (g/cm3)

A

B

C

0,692

0,835

1,118

Um caminhão que transportava caixas com bolinhas absolutamente idênticas dos três tipos de plástico se acidentou e as cai-xas tiveram seus conteúdos misturados.

Atividades complementares

Proponha um método para separar as bo-linhas, sabendo que você tem à disposição três líquidos cujas densidades são apre-sentadas na tabela a seguir:

Líquido Densidade (g/cm3)

I

II

III

0,418

0,744

1,000

20 Determinada substância apresenta a mas-sa variando em função do volume confor-me o gráfico:

0 1 32

0,8

2,4

m (kg)

V (L)

a) Qual a densidade dessa substância em kg/L?

b) Qual a massa dessa substância, em kg, para um volume de 10 L?

Propriedades organolépticas e durezaVamos retomar nossa conversa sobre o sal de cozinha e o açúcar. Não é fácil dife-

renciar essas duas substâncias por meio do gosto, ou seja, pelo paladar?Sempre que empregamos um órgão sensorial para detectar uma característica

do material em questão, estamos usando uma propriedade organoléptica. Assim, a cor característica do ouro, o cheiro do vinagre e o gosto do açúcar são exemplos de propriedades organolépticas. Mas não se esqueça: provar ou cheirar uma substância desconhecida é muito perigoso, pois podemos sofrer intoxicações graves.

Agora responda rápido: o giz risca a lousa ou a lousa risca o giz? Parece óbvio, mas não é. Seu (Sua) professor(a) usa o giz ao escrever na lousa, mas apenas o giz sofre desgaste e vai ficando cada vez menor. A lousa continua tal como era antes, basta apenas passar um

O ouro tem uma cor característica. O vinagre pode ser reconhecido pelo cheiro.

[1]

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apagador. Portanto, é a lousa quem risca o giz! A propriedade envolvida, nesse caso, é a dureza, que também é uma propriedade específica da matéria. A substância mais dura risca a substância menos dura, mas não confunda dureza com resistência mecânica. O diamante, que é a substância natural mais dura que se conhece, pode ser quebrado por uma pancada forte, em contrapartida consegue riscar todas as demais substâncias.

O mineralogista alemão Friedrich Mohs criou, em 1812, uma escala de dureza com dez minerais diferentes, começando pelo talco (o menos duro) até o diamante (o mais duro). Dessa forma, o quartzo, com dureza 7, risca facilmente o gesso, de dureza 2, mas é riscado pelo topázio, com dureza 8.

10 Diamante

9 Coríndon

Unha

Moedade cobre

Canivetee vidro

Aum

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dure

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Riscamo vidro

8 Topázio

7 Quartzo

6 Feldspato

5 Apatita

4 Fluorita

3 Calcita

2 Gesso

1 Talco

Sãoriscadaspor

Atividades

21 Associe a propriedade organoléptica em cada situação descrita:

Cor1 Sabor2 Cheiro3

a) Diferenciar uma barra de alumínio e uma barra de ouro.

b) Reconhecer um perfume agradável.

c) Identificar um suco de limão.

d) Perceber um vazamento de gás.

Consulte a escala de Mohs disponível no texto e responda às questões 22 e 23:

22 Se um pedaço de apatita for esfregado sobre um pedaço de talco, qual será desgastado?

23 As máquinas para cortar pisos e vidros em geral costumam ter em sua ponta uma fina película de diamante. Qual a finalidade dessa película?

A dureza é a capacidade que uma substância tem de riscar outra.

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Atividades complementares

24 A avaliação da qualidade de um café é feita por profissionais chamados degustadores. Ao provar um café, que propriedades organolépticas o degustador está avaliando?

25 O que tem maior dureza: a unha humana ou uma lixa usada por manicures e pedicures? Justifique.

26 O diamante é a substância mais dura conhecida. Isso significa que ele é indestrutível? Explique.

Átomos e moléculas

Modelo de uma molécula de oxigênio e de uma

molécula de água.

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Os blocos de montar podem ser arranjados de diferentes formas, criando diferentes figuras. Analogamente os átomos também se arranjam formando diferentes tipos de materiais.

Os blocos de montar são um brinquedo bastante popular entre as crianças pequenas. Com um conjunto de peças, é possível montar um castelo, um carrinho, um barco… e tudo o mais que a imaginação permitir. Na natureza, a matéria se organiza de forma muito semelhante.

Tudo o que existe é formado por blocos semelhantes aos de montar: os átomos. Existem muitos tipos diferentes de átomos que podem ser encontrados natural-mente, além de outros que foram produzidos em laboratório.

Os átomos são realmente muito pequenos, de forma que tudo o que podemos ver (pedras, pessoas, árvores etc.) contém um número enorme dessas partículas. Se pudéssemos contar todos os átomos presentes em um único copo de água, à velocidade de um átomo por segundo, demoraríamos um tempo muito superior à idade do Universo!

Os átomos podem se agrupar em estruturas conhecidas como moléculas, formadas por dois ou mais átomos (iguais ou diferentes). O gás oxigênio, essencial para a nossa sobrevivência, é uma molécula formada por dois átomos iguais de oxigênio. Já a molécula de água é composta por dois átomos de hidrogênio ligados a um átomo de oxigênio. Podemos encontrar moléculas formadas por milhões de átomos, como algumas proteínas presentes em nosso corpo.

Na figura você pode reparar na maneira como os átomos são representados — esferas maciças. Aqui se trata apenas de um modelo, uma construção mental a que recorremos no entendimento de um fato ou modelo científico.

[1]

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Atividades complementares

Atividades

O texto a seguir deverá ser utilizado para responder às questões 27 e 28.

O modelo representa a molécula do ácido sulfúrico, con-siderada uma das substâncias mais importantes da química atual, sendo usado na indústria farmacêutica, na fabricação de fertilizantes, na bateria de automóveis, por exemplo. Foi prepa-rado pela primeira vez pelos alquimistas, há mais de mil anos.

Alquimistas: precursores dos cientistas que combinavam magia e ocultismo em seus experimentos. Que ou quem se dedica à alquimia (química da Idade Média, que procurava descobrir a panaceia universal, ou o remédio contra todos os males físicos e morais, e a pedra fi losofal, que deveria transformar os metais em ouro).Ocultismo: fenômenos, aparentemente, sem explicação pelas leis naturais.

27 No modelo da molécula, quantos átomos estão representados?

28 A fórmula química do ácido sulfúrico é H2SO4. Baseando-se nessa informação, quais cores representam o H (hidrogênio), o S (enxofre) e o O (oxigênio)?

29 Julgue os itens a seguir, assinalando V (verdadeiro) ou F (falso):

Todos os átomos conhecidos pelo homem podem ser encontrados na natureza.

Os átomos podem se agrupar formando moléculas.

Um grão de areia é pouco maior do que um átomo.

Quando observados a olho nu, os átomos se parecem com bolas coloridas.

Molécula do ácido acetilsalicílico.

Texto para as questões 30 e 31.

Cientistas ingleses descobriram novas evidências de que o corpo humano pode produzir o seu próprio ácido acetilsalicílico (AAS), o princípio ativo da aspirina®. O ácido acetilsalicílico é um dos analgésicos e anti-infl amatórios mais usado em todo o mundo.

Disponível em: http://www.diariodasaude.com.br/(acesso 5 out. 2010)

30 Na representação da molécula do ácido acetilsalicílico, quantos átomos estão representados?

31 A fórmula desse composto é C9H8O4. Quais cores representam cada elemento?

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