Nome:

Escola:

1a SRIEENSINO MDIOVolume 2

QUMICACincias da Natureza

CADERNO DO PROFESSOR

MATERIAL DE APOIO AOCURRCULO DO ESTADO DE SO PAULO

CADERNO DO PROFESSOR

QUMICAENSINO MDIO

1a SRIEVOLUME 2

Nova edio

2014-2017

GOVERNO DO ESTADO DE SO PAULO

SECRETARIA DA EDUCAO

So Paulo

Governo do Estado de So Paulo

Governador

Geraldo Alckmin

Vice-Governador

Guilherme Afif Domingos

Secretrio da Educao

Herman Voorwald

Secretria-Adjunta

Cleide Bauab Eid Bochixio

Chefe de Gabinete

Fernando Padula Novaes

Subsecretria de Articulao Regional

Rosania Morales Morroni

Coordenadora da Escola de Formao e Aperfeioamento dos Professores EFAP

Silvia Andrade da Cunha Galletta

Coordenadora de Gesto da Educao Bsica

Maria Elizabete da Costa

Coordenadora de Gesto de Recursos Humanos

Cleide Bauab Eid Bochixio

Coordenadora de Informao, Monitoramento e Avaliao

Educacional

Ione Cristina Ribeiro de Assuno

Coordenadora de Infraestrutura e Servios Escolares

Dione Whitehurst Di Pietro

Coordenadora de Oramento e Finanas

Claudia Chiaroni Afuso

Presidente da Fundao para o Desenvolvimento da Educao FDE

Barjas Negri

Senhoras e senhores docentes,

A Secretaria da Educao do Estado de So Paulo sente-se honrada em t-los como colabo-

radores nesta nova edio do Caderno do Professor, realizada a partir dos estudos e anlises que

permitiram consolidar a articulao do currculo proposto com aquele em ao nas salas de aula

de todo o Estado de So Paulo. Para isso, o trabalho realizado em parceria com os PCNP e com

os professores da rede de ensino tem sido basal para o aprofundamento analtico e crtico da abor-

dagem dos materiais de apoio ao currculo. Essa ao, efetivada por meio do programa Educao

Compromisso de So Paulo, de fundamental importncia para a Pasta, que despende, neste

programa, seus maiores esforos ao intensificar aes de avaliao e monitoramento da utilizao

dos diferentes materiais de apoio implementao do currculo e ao empregar o Caderno nas aes

de formao de professores e gestores da rede de ensino. Alm disso, firma seu dever com a busca

por uma educao paulista de qualidade ao promover estudos sobre os impactos gerados pelo uso

do material do So Paulo Faz Escola nos resultados da rede, por meio do Saresp e do Ideb.

Enfim, o Caderno do Professor, criado pelo programa So Paulo Faz Escola, apresenta orien-

taes didtico-pedaggicas e traz como base o contedo do Currculo Oficial do Estado de So

Paulo, que pode ser utilizado como complemento Matriz Curricular. Observem que as atividades

ora propostas podem ser complementadas por outras que julgarem pertinentes ou necessrias,

dependendo do seu planejamento e da adequao da proposta de ensino deste material realidade

da sua escola e de seus alunos. O Caderno tem a proposio de apoi-los no planejamento de suas

aulas para que explorem em seus alunos as competncias e habilidades necessrias que comportam

a construo do saber e a apropriao dos contedos das disciplinas, alm de permitir uma avalia-

o constante, por parte dos docentes, das prticas metodolgicas em sala de aula, objetivando a

diversificao do ensino e a melhoria da qualidade do fazer pedaggico.

Revigoram-se assim os esforos desta Secretaria no sentido de apoi-los e mobiliz-los em seu

trabalho e esperamos que o Caderno, ora apresentado, contribua para valorizar o ofcio de ensinar

e elevar nossos discentes categoria de protagonistas de sua histria.

Contamos com nosso Magistrio para a efetiva, contnua e renovada implementao do currculo.

Bom trabalho!

Herman Voorwald

Secretrio da Educao do Estado de So Paulo

Os materiais de apoio implementao

do Currculo do Estado de So Paulo

so oferecidos a gestores, professores e alunos

da rede estadual de ensino desde 2008, quando

foram originalmente editados os Cadernos

do Professor. Desde ento, novos materiais

foram publicados, entre os quais os Cadernos

do Aluno, elaborados pela primeira vez

em 2009.

Na nova edio 2014-2017, os Cadernos do

Professor e do Aluno foram reestruturados para

atender s sugestes e demandas dos professo-

res da rede estadual de ensino paulista, de modo

a ampliar as conexes entre as orientaes ofe-

recidas aos docentes e o conjunto de atividades

propostas aos estudantes. Agora organizados

em dois volumes semestrais para cada srie/

ano do Ensino Fundamental Anos Finais e

srie do Ensino Mdio, esses materiais foram re-

vistos de modo a ampliar a autonomia docente

no planejamento do trabalho com os contedos

e habilidades propostos no Currculo Oficial

de So Paulo e contribuir ainda mais com as

aes em sala de aula, oferecendo novas orien-

taes para o desenvolvimento das Situaes de

Aprendizagem.

Para tanto, as diversas equipes curricula-

res da Coordenadoria de Gesto da Educao

Bsica (CGEB) da Secretaria da Educao do

Estado de So Paulo reorganizaram os Cader-

nos do Professor, tendo em vista as seguintes

finalidades:

incorporar todas as atividades presentes

nos Cadernos do Aluno, considerando

tambm os textos e imagens, sempre que

possvel na mesma ordem;

orientar possibilidades de extrapolao

dos contedos oferecidos nos Cadernos do

Aluno, inclusive com sugesto de novas ati-

vidades;

apresentar as respostas ou expectativas

de aprendizagem para cada atividade pre-

sente nos Cadernos do Aluno gabarito

que, nas demais edies, esteve disponvel

somente na internet.

Esse processo de compatibilizao buscou

respeitar as caractersticas e especificidades de

cada disciplina, a fim de preservar a identidade

de cada rea do saber e o movimento metodo-

lgico proposto. Assim, alm de reproduzir as

atividades conforme aparecem nos Cadernos

do Aluno, algumas disciplinas optaram por des-

crever a atividade e apresentar orientaes mais

detalhadas para sua aplicao, como tambm in-

cluir o cone ou o nome da seo no Caderno do

Professor (uma estratgia editorial para facilitar

a identificao da orientao de cada atividade).

A incorporao das respostas tambm res-

peitou a natureza de cada disciplina. Por isso,

elas podem tanto ser apresentadas diretamente

aps as atividades reproduzidas nos Cadernos

do Professor quanto ao final dos Cadernos, no

Gabarito. Quando includas junto das ativida-

des, elas aparecem destacadas.

A NOVA EDIO

Leitura e anlise

Lio de casa

Pesquisa em grupo

Pesquisa de campo

Aprendendo a aprender

Roteiro de experimentao

Pesquisa individual

Apreciao

Voc aprendeu?

O que penso sobre arte?

Ao expressiva

!?

Situated learning

Homework

Learn to learn

Alm dessas alteraes, os Cadernos do

Professor e do Aluno tambm foram anali-

sados pelas equipes curriculares da CGEB

com o objetivo de atualizar dados, exemplos,

situaes e imagens em todas as disciplinas,

possibilitando que os contedos do Currculo

continuem a ser abordados de maneira prxi-

ma ao cotidiano dos alunos e s necessidades

de aprendizagem colocadas pelo mundo con-

temporneo.

Para saber mais

Para comeo de conversa

Sees e cones

SUMRIOOrientao sobre os contedos do volume 7

Situaes de Aprendizagem 9

Situao de Aprendizagem 1 A linguagem qumica e a construo histrica da tabela peridica 9

Situao de Aprendizagem 2 Processos de obteno do ferro e do cobre: interpretao das reaes qumicas 18

Situao de Aprendizagem 3 Como prever as quantidades ideais de reagentes e produtos envolvidos numa transformao qumica? 28

Situao de Aprendizagem 4 Metais e o sistema produtivo 41

Situao de Aprendizagem 5 Quantidade de matria e sua unidade (mol) 52

Situao de Aprendizagem 6 Previso das quantidades de reagentes e de produtos nas transformaes qumicas 62

Situao de Aprendizagem 7 Energia liberada ou absorvida nas transformaes qumicas 73

Situao de Aprendizagem 8 Impactos sociais e ambientais decorrentes da extrao de matrias-primas e da produo de ferro, cobre e outros metais 78

Propostas de Situao de Recuperao 88

Recursos para ampliar a perspectiva do professor e do aluno para a compreenso do tema 90

Consideraes finais 92

Quadro de contedos do Ensino Mdio 94

ORIENTAO SOBRE OS CONTEDOS DO VOLUMEOs metais, suas formas de obteno e seus

usos ocupam lugar de destaque no conte-

do proposto para o volume. Sero estudados

tambm novos aspectos das transformaes

qumicas, da constituio da matria e a re-

presentao simblica prpria da Qumica, am-

pliando, assim, os conhecimentos j adquiridos

pelos alunos at o momento.

Inicialmente, sero retomadas e ampliadas as

ideias sobre a constituio da matria propos-

tas por Dalton e discutidas no final do volume

anterior, formando uma slida base conceitual

e simblica que permitir o uso da linguagem qu-

mica de forma mais precisa, bem como a com-

preenso de outros conceitos relacionados

produo dos metais. Em um segundo momento,

verificaremos como as transformaes qumicas

que ocorrem na produo de ferro e cobre cons-

tituem tanto um pano de fundo para o ensino do

tpico balanceamento de equaes qumicas

quanto um objeto de conhecimento fundamental,

por sua relevncia para a sobrevivncia e o desen-

volvimento da humanidade. As relaes propor-

cionais existentes entre quantidades de reagentes e

produtos sero tratadas no contexto da produo

de ferro e cobre e em outras transformaes qu-

micas em termos de massas, partculas e energia.

Sero discutidas tambm as aplicaes tecnol-

gicas dos metais, de interesse social, para que os

alunos desenvolvam determinadas competncias.

O estudo das transformaes qumicas, tema

central da 1a srie do Ensino Mdio, ser aprofun-

dado com a introduo do conceito de quantida-

de de matria e sua unidade o mol. A aplicao

desse conceito na anlise das relaes propor-

cionais envolvidas nas transformaes qumicas

auxilia a realizao de previses das quantidades

de reagentes e produtos. Esse tipo de estudo das

transformaes qumicas (estequiometria) mos-

tra-se relevante sobretudo no sistema produtivo,

pois prever quantidades e minimizar desperd-

cios essencial. Assim, o estudo da obteno de

metais pode ser ampliado ao se discutir a este-

quiometria envolvida nesse processo. A produ-

o de cobre e de ferro ser retomada; espera-se

que os alunos compreendam que existem quan-

tidades ideais de matrias-primas envolvidas nes-

ses processos e que elas podem ser conhecidas

pelo estudo da estequiometria das transforma-

es qumicas.

Alm disso, prope-se estudar os impactos

socioambientais da extrao de minrios, da

produo e do descarte de metais. Alguns des-

ses impactos, analisados inicialmente na produ-

o de ferro e cobre, so comuns obteno de

outros metais e sero abordados por meio

de pesquisas realizadas pelos alunos.

As competncias priorizadas neste volume,

tambm fundamentadas na matriz de compe-

tncias do Exame Nacional do Ensino Mdio

(Enem), de forma resumida, so:

compreender e utilizar: a linguagem sim-

blica prpria da Qumica na representa-

7

Qumica 1a srie Volume 2

o das transformaes qumicas envolvidas

na produo de ferro e cobre e em outros

processos; a linguagem matemtica empre-

gada no estudo da Qumica, relacionando

devidamente as grandezas e as suas unida-

des de medida;

construir explicaes coerentes com os co-

nhecimentos cientficos j adquiridos que de-

monstrem a compreenso da constituio da

matria e da produo de metais com base nas

ideias de Dalton;

construir e aplicar conceitos, como quanti-

dade de matria e massa molar, na anlise

quantitativa das transformaes qumicas

para explicar as propores existentes en-

tre reagentes e produtos e fazer previses;

selecionar, organizar e interpretar dados e

informaes sobre a extrao de minrios,

a produo e o descarte de metais e outras

transformaes qumicas que auxiliem na

tomada de decises de forma mais conscien-

te e na reviso dos padres de consumo pau-

tada em princpios cientficos;

construir uma viso mais abrangente de

problemas referentes produo e ao con-

sumo de metais e outros materiais, utili-

zando informaes de diversas reas do

conhecimento, como caractersticas geo-

grficas e socioeconmicas das regies

produtoras, distribuio dos recursos mi-

nerais e de outras matrias-primas, custo

de produo, diferentes formas de comer-

cializao e impactos ambientais relacio-

nados extrao, produo, ao uso e

ao descarte dos metais; desenvolver argu-

mentao sobre essas questes, utilizando

tambm esse conjunto de conhecimentos

interdisciplinares;

propor interveno na sociedade (casa, esco-

la, comunidade local, pas etc.) que promo-

va, ao mesmo tempo, melhoria na qualidade

de vida de todos e mudanas de atitudes que

resultem em menores impactos ambientais.

Desenvolver esses conjuntos de conte-

dos e competncias exigir muito empenho

do professor na realizao das atividades aqui

propostas. O caminho ser menos rduo se o

aluno sentir-se motivado a participar das au-

las. Isso pode ser obtido valorizando-se essa

participao, propondo questes instigadoras,

priorizando os contextos e temas de estudo

tanto quanto os conceitos cientficos, demons-

trando interesse nos saberes prvios dos alu-

nos e considerando-os na conduo das aulas,

diversificando as estratgias de ensino. Podem-

-se utilizar para isso, por exemplo, pesquisas e

demonstraes sobre o uso dos metais no co-

tidiano e no sistema produtivo; experimentos

investigativos; anlises e construo de grfi-

cos, tabelas, esquemas e figuras que facilitem

a compreenso dos conhecimentos discutidos

nas aulas.

Para avaliar a aprendizagem, importante

contemplar os aspectos conceituais das aulas e,

especialmente, as habilidades e competncias a

ser desenvolvidas e as atitudes dos alunos dian-

te de questes reais e complexas.

8

SITUAES DE APRENDIZAGEMSITUAO DE APRENDIZAGEM 1

A LINGUAGEM QUMICA E A CONSTRUO HISTRICA DA TABELA PERIDICA

Atividade 1 Representao das substncias qumicas: uso de smbolos e frmulas

Algumas das ideias trabalhadas anterior-

mente podem ser retomadas consultando-

-se o texto do modelo atmico de Dalton

sobre a constituio da matria (volume 1).

Recorde que Dalton representava os tomos

por smbolos e figuras. Como essas formas

Nesta Situao de Aprendizagem, os alu-

nos tomaro contato com a linguagem sim-

blica da Qumica por meio de smbolos e

frmulas. Alm disso, sabero como alguns

cientistas propuseram a organizao dos ele-

mentos qumicos e, principalmente, qual foi

a contribuio de Mendeleev para a chama-

da Lei Peridica e para o que se conhece hoje

como tabela peridica dos elementos qumicos.

Contedos e temas: linguagem qumica (smbolos e frmulas) e tabela peridica.

Competncias e habilidades: ler smbolos qumicos e compreender o significado dessa simbologia em termos de partculas (tomos).

Sugesto de estratgias de ensino: simulao de um jogo para organizar elementos qumicos de acordo com suas propriedades e produo de texto sobre a construo histrica da tabela peridica.

Sugesto de recursos: cartes para simular a organizao da tabela peridica.

Sugesto de avaliao: participao nas atividades; leitura e avaliao dos textos produzidos.

Embora cause certa estranheza iniciar o

estudo do tema Metais: constituio, obten-

o e usos tratando da linguagem qumica

(smbolos e frmulas) e da tabela peridica,

deve-se considerar que o domnio desses con-

tedos, mesmo em nvel introdutrio, pos-

sibilitar a compreenso dos processos de

produo de metais e outros materiais, um

dos objetivos fundamentais deste volume.

de representao so pouco prticas, diver-

sos cientistas sugeriram outras formas, como

Berzelius, que props usar a primeira letra em

maiscula do nome do elemento em latim,

representao utilizada at hoje.

Exerccios em sala de aula

1. Faa um resumo das ideias de Dalton sobre constituio da matria e elemento qumico.

9

Qumica 1a srie Volume 2

O aluno vai elaborar um texto prprio. As principais ideias

que podem ser apresentadas esto relacionadas a seguir:

partculas que a constituem;

-

Lembre aos alunos que consideraremos

que as partculas constituintes das substn-

cias apresentam um nmero definido de to-

mos. Esse conhecimento permitiu que se

comeasse a representar as partculas das

substncias por meio de frmulas. As subs-

tncias so representadas pelos smbolos dos

diferentes elementos qumicos que as com-

pem; cada elemento acompanhado de um

nmero que indica quantos tomos desse ele-

mento formam a partcula dessa substncia.

Assim, sugere-se que algumas frmulas apre-

sentadas anteriormente comecem a ser inter-

pretadas, como:

Ferepresenta o elemento ferrorepresenta a substncia ferrorepresenta uma partcula de ferro, formada por um tomo do elemento ferro

O2representa a substncia oxigniorepresenta uma partcula de gs oxignio, formada por dois tomos do elemento oxignio

3 O2 representa trs partculas de gs oxignio, cada uma formada por dois tomos do elemento oxignio

HClrepresenta a substncia cloreto de hidrognio

NaOHrepresenta a substncia hidrxido de sdio

Ca(OH)2

2. Escreva o que representa cada uma das frmulas a seguir, que correspondem s

substncias HCl (cloreto de hidrognio),

NaOH (hidrxido de sdio), Ca(OH)2

(hidrxido de clcio), Mg (magnsio) e

Zn (zinco).

10

A linguagem simblica da Qumica vem sen-

do utilizada desde o volume 1. Neste momen-

to, ela adquire um significado mais amplo, pois

passa a representar a composio qualitativa e

quantitativa em termos de nmero de tomos

de cada elemento nas diferentes substncias de

que fazem parte. No se deve exigir que os alu-

nos saibam por que cada substncia tem essa

representao, ou seja, por que a gua repre-

sentada por H2O, e no HO, por exemplo.

No momento, basta que compreendam

que as substncias so representadas por

frmulas e que essa linguagem universal,

ou seja, quando depararem com esse tipo de

representao, saibam qual substncia est

sendo representada.

Para desenvolver os conceitos de substncia

simples e composta e avaliar a aprendizagem

da representao simblica das substncias

e dos elementos qumicos, voc pode propor

questes como as apresentadas a seguir.

3. Substncia simples aquela formada por tomos de um nico elemento e substncia

composta aquela formada por tomos de

mais de um elemento. Das substncias ante-

riores, indique quais so substncias simples

e quais so substncias compostas.

-

2.

Mg

Znrepresenta o elemento zincorepresenta a substncia zinco

4. Quantos tomos de cada elemento formam as partculas das seguintes substncias:

H2O2 (perxido de hidrognio, conhecido

comumente como gua oxigenada); C2H6O

(lcool etlico ou etanol); CaCO3 (carbona-

to de clcio); Ca(HCO3)2 (hidrogenocarbo-

nato de clcio ou bicarbonato de clcio); e

SO2 (dixido de enxofre)?

2O2

2 6

3

3 2 -

SO2

Agora proponha aos alunos:

1. Procure em livros de Qumica ou em pginas da internet as frmulas

das seguintes substncias e interpre-

te-as em termos de tomos constituintes:

a) sulfato de chumbo II;PbSO4

-

mos de oxignio.

b) cido sulfrico;

2SO4

11

Qumica 1a srie Volume 2

-

mos de oxignio.

c) nitrato de sdio;

3 -

d) cloreto de clcio;

2

e) oznio.O3

oxignio.

Atividade 2 Classificao peridica dos elementos: uma atividade didtica com abordagem histrica

Nesta atividade, pretende-se que os alunos

tentem agrupar os elementos qumicos consi-

derando algumas de suas propriedades, uma

estratgia que pode ser interessante para que

compreendam como foi possvel organizar a

tabela peridica.

Antes de apresentar a classificao peri-

dica dos elementos, sugere-se que voc mos-

tre aos alunos como a tabela peridica foi

idealizada por Mendeleev. Para isso, pode-

-se confeccionar um carto para cada ele-

mento da tabela apresentada na prxima

pgina, reproduzindo nele as informaes

listadas no box a seguir. O uso dos cartes

facilitar a prxima etapa da atividade, que

consiste no agrupamento dos elementos

qumicos segundo os critrios que voc ver

mais adiante.

Exerccio em sala de aula

1. Na prxima pgina so apresentadas as se-guintes informaes sobre vrios elemen-

tos qumicos:

nome do elemento;

smbolo do elemento;

massa atmica (MA);

temperatura de fuso da substncia simples a 1 atm (TF);

temperatura de ebulio da substncia simples a 1 atm (TE);

frmula da substncia simples;

frmula da substncia formada com o elemento hidrognio;

frmula da substncia formada com o elemento oxignio.

12

Elemento Sdio Ltio Potssio

Smbolo Na Li K

MA 23 u 7 u 39 u

TF (1 atm) 97,8 oC 180,5 oC 63,6 oC

TE (1 atm) 882,9 oC 1 347 oC 774 oC

Subst. simples Na Li K

Subst. com hidrognio NaH LiH KH

Subst. com oxignio Na2O Li2O K2O

Elemento Magnsio Clcio Carbono

Smbolo Mg Ca C

MA 24 u 40 u 12 u

TF (1 atm) 648,8 oC 839 oC 3 367 oC

TE (1 atm) 2 970 oC 1 484 oC 4 827 oC

Subst. simples Mg Ca C

Subst. com hidrognio MgH2 CaH2 CH4

Subst. com oxignio MgO CaO CO2

Elemento Silcio Flor Cloro

Smbolo Si F Cl

MA 28 u 19 u 35 u

TF (1 atm) 1 410 oC 219,6 oC 100 oC

TE (1 atm) 2 355 oC 188 oC 34,6 oC

Subst. simples Si F2 Cl2

Subst. com hidrognio SiH4 HF HCl

Subst. com oxignio SiO2 OF2 Cl2O

Tabela 1.

13

Qumica 1a srie Volume 2

Procure organizar os elementos em dife-

rentes conjuntos, conforme as sugestes a

seguir.

a) Agrupe-os de acordo com as semelhan-as entre as temperaturas de fuso e

as de ebulio, justificando os critrios

para esses agrupamentos:

temperatura de fuso da substncia

simples;

-

-

temperatura de ebulio da substncia

simples.

b) Agrupe-os de acordo com as semelhan-as entre as frmulas das substncias

citadas, justificando os critrios para

esses agrupamentos:

substncias simples (a 1 atm de presso);

substncias formadas com o elemento

hidrognio;

2 2; Gru-

4 4

2 2 4 4.

-

terminado elemento daquelas que iniciam pelo elemen-

-

pamento.

substncias formadas com o elemento

oxignio.

-

-

mos do elemento oxignio; podem separar as substncias

-

c) Analisando as propriedades e os com-postos formados, procure organizar os

elementos em quatro grupos, explican-

do quais critrios foram utilizados para

essa organizao.

Espera-se que os alunos separem os elementos em quatro

mais dificuldade em classificar o cloro no grupo dos halo-

-

2

2

-

14

Nessa atividade, os alunos podem fazer

livremente as associaes dos elementos desde

que consigam justificar o motivo dos agrupa-

mentos. A inteno que eles possam traba-

lhar criativamente e tenham uma ideia de como

os cientistas poderiam classificar os elementos

de acordo com suas propriedades e compostos

formados.

Figura 1.Extrada de: PETRIANOV, I. V.; TRIFONOV, D. N. A lei grandiosa. Traduo de Maria Helena Fortunato. Moscou: Mir, 1987. p. 15.

A tabela de Mendeleev

Muitos cientistas se preocuparam em criar

uma classificao para os elementos qumi-

cos a fim de melhor estud-los. Um deles foi

Mendeleev.

Veja a seguir a tabela de Mendeleev con-

forme ele a organizou.

Esclarecimentos sobre os pontos de inter-

rogao que aparecem na tabela: (a) quando

eles aparecem junto aos smbolos dos elemen-

tos ou junto aos valores de massa atmica,

Mendeleev tinha dvida sobre os valores das

massas atmicas; (b) quando eles aparecem

antes do sinal de igualdade, Mendeleev acredi-

tava que deveria haver um elemento com essa

massa que ainda no havia sido descoberto.

Podem-se destacar dois fatores que contri-

buram para que Mendeleev propusesse sua

organizao dos elementos qumicos, atual-

mente conhecida como tabela peridica:

15

Qumica 1a srie Volume 2

na poca, eram conhecidos muitos elemen-

tos qumicos (mais de 60);

as propriedades das substncias simples

formadas por esses elementos eram bas-

tante conhecidas.

Esses conhecimentos possibilitaram a

Mendeleev verificar a periodicidade das pro-

priedades, permitindo a proposio de uma

organizao em ordem crescente de massas

atmicas para a maioria dos elementos, inver-

tendo a ordem de alguns em virtude da seme-

lhana nas propriedades. Ao deixar espaos

vazios em sua tabela, ele previu a existncia de

elementos qumicos at ento no descober-

tos e descreveu as propriedades que esses ele-

mentos deveriam possuir.

Ao mostrar a tabela de Mendeleev aos alu-

nos, incentive a discusso a respeito da lingua-

gem universal da Qumica, pois mesmo que

no compreendam o ttulo da tabela, escrito em

alfabeto cirlico, eles ainda podem reconhecer os

elementos qumicos que a integram, pois seus

smbolos so derivados de seus nomes em latim.

A tabela peridica atual

Veja a seguir a tabela peridica atual.

Atente para as seguintes informaes:

smbolo do elemento;

nome do elemento;

massa atmica do elemento.

C

laud

io R

ipin

skas

/R2

Edi

tori

al

Figura 2.

16

A tabela peridica atual apresentada com o

intuito de permitir aos alunos conhec-la e uti-

liz-la para consultar valores de massa atmica.

Cabe lembrar que, nessa tabela, a ordem dos ele-

mentos diferente da proposta por Mendeleev,

pois sua organizao se d em ordem crescen-

te de nmero atmico, e as massas no so mais

calculadas tendo o hidrognio como padro, e

sim o carbono 12. Neste momento, essas infor-

maes no so adequadas para os alunos por-

que o modelo atmico que conhecem ainda o

de Dalton, ou seja, eles ainda no sabem o que

so prtons, nutrons e eltrons, contedo que s

ser abordado na 2a srie do Ensino Mdio, bem

como a retomada da tabela peridica com a sua

organizao atual.

interessante que os alunos conheam

tambm trabalhos de outros cientistas que

propuseram formas de organizao dos ele-

mentos qumicos, colaborando para o pro-

cesso de elaborao da tabela peridica atual.

Para isso, podem realizar uma pesquisa, fina-

lizando esta Situao de Aprendizagem.

Seguindo as orientaes de seu pro-

fessor, pesquise mais detalhes

da histria da tabela peridica ou

da classificao dos elementos qumicos. Essas

informaes podem ser encontradas em livros

didticos do Ensino Mdio e em diversas pgi-

nas da internet. Destaque as principais informa-

es pesquisadas e apresente-as para a turma.

sobre o que pesquisaram. Os pontos pesquisados podem ser:

-

-

-

-

-

-

-

vou em conta a existncia de elementos que ainda no haviam

Grade de avaliao da Situao de Aprendizagem 1

Na atividade 1, espera-se que os alunos

compreendam a utilizao da linguagem sim-

blica da Qumica, com a qual vm se fami-

liarizando desde o volume 1, e se habituem a

utiliz-la na construo de suas explicaes e

argumentaes cientficas. Alm disso, espera-

-se que consigam relacionar as frmulas das

substncias sua constituio em relao

aos tomos dos elementos qumicos que as

compem, transitando com fluncia entre os

nveis simblico e microscpico.

Na atividade 2, eles podem associar livre-

mente os elementos com base em alguns crit-

rios, que podem ser:

estado fsico temperatura ambiente;

temperaturas de fuso e de ebulio positi-

vas e negativas;

17

Qumica 1a srie Volume 2

temperaturas de fuso e de ebulio altas,

mdias e baixas (talvez colocando alguns

intervalos de valores);

em relao aos compostos formados com

oxignio, possvel agrup-los de acordo

com o tipo de frmula geral (X2O, OX2,

XO, XO2);

em relao aos compostos formados com

hidrognio, possvel agrup-los de acor-

do com o tipo de frmula geral (HX, XH,

XH2, XH4).

possvel que, ao agrupar os compos-

tos formados com hidrognio, cuja frmula

geral seja HX ou XH, bem como os forma-

dos com oxignio, cuja frmula geral seja

X2O ou OX2, os alunos no os classifiquem

em grupos distintos, pois a ordem em que

os elementos so escritos nas frmulas pode

no ser um critrio para agrup-los sepa-

radamente. No item c, pode-se sugerir que

os alunos verifiquem no s os compostos

formados, mas tambm as temperaturas de

fuso e de ebulio para tentar decidir se h

mais proximidade entre o cloro e o flor ou

entre o cloro e o grupo dos alcalinos.

Nessa atividade tambm procura-se mos-

trar que a tabela peridica fruto da cons-

truo coletiva de diversos cientistas que

contriburam, ao longo dos sculos XIX e

XX, para a descoberta dos elementos qumi-

cos, a determinao de suas propriedades e

sua organizao e, por fim, o formato de tabe-

la que conhecemos atualmente. Por meio do

agrupamento de alguns elementos qumicos

em funo de suas propriedades, foi possvel

vivenciar um dos princpios que nortearam

a construo das primeiras tabelas peridi-

cas. A abordagem histrica da organizao

dos elementos qumicos possibilita identifi-

car que, alm das propriedades, a ordenao

em funo das massas atmicas um critrio

para a construo dessas tabelas.

SITUAO DE APRENDIZAGEM 2 PROCESSOS DE OBTENO DO FERRO E DO COBRE:

INTERPRETAO DAS REAES QUMICAS

Nesta Situao de Aprendizagem, sero

discutidos os processos de obteno do fer-

ro e do cobre a partir dos processos de trans-

formao de minrio em metal. Este ser o

contexto para a compreenso das reaes

de combusto completa e incompleta e para

o entendimento de como ocorrem as trans-

formaes qumicas em termos de mode-

los microscpicos, ou seja, do rearranjo dos

tomos constituintes dos reagentes (Dalton)

quando novas substncias so formadas.

O balanceamento das equaes qumicas

introduzido para representar as transforma-

es qumicas, a conservao dos tomos e a

proporo entre as partculas de reagentes e

de produtos.

18

Atividade 1 Produo do ferro e do cobre

Inicialmente, pode-se perguntar aos alunos

quais objetos conhecidos por eles so fabrica-

dos com ferro, ao ou cobre. Com base nisso,

veja o que eles sabem a respeito dos proces-

sos de produo do ferro e do cobre. Algumas

questes podem facilitar esse questionamento:

Como obtido o ferro? Como possvel trans-

formar um minrio em um metal? As mesmas

questes valem para o cobre.

Neste primeiro momento, os alunos vo

conhecer o processo e as matrias-primas para a

produo de ferro e de cobre. Depois, vo repre-

Produo do ao e do cobre

Muitos metais so obtidos por meio de trans-

formaes qumicas dos minerais que os con-

tm, como o caso do ferro (Fe), que pode ser

extrado do Fe2O3 (xido de ferro III), principal

componente do minrio hematita. Para que essa

transformao qumica ocorra, necessrio o for-

necimento de energia. Nas siderrgicas, essa ener-

gia proveniente da queima do carvo (C). Essa

transformao realizada em grandes fornos os

altos-fornos. A queima do carvo, alm de liberar

energia trmica que provoca aumento de tempe-

ratura at aproximadamente 1 500 oC, fundindo o

minrio, tambm produz o reagente monxido de

carbono (CO), que vai interagir com o minrio e

Contedos e temas: processos siderrgicos; produo de ferro e de cobre; combusto completa e incompleta; balanceamento de equaes qumicas.

Competncias e habilidades: utilizar a linguagem simblica para representar transformaes qu-micas; utilizar a ideia de conservao de tomos para balancear as equaes qumicas; interpretar equaes qumicas balanceadas reconhecendo as propores entre as espcies qumicas envolvidas.

Sugesto de estratgias de ensino: exposio dialogada; dramatizao.

Sugesto de recursos: texto; massa de modelar.

Sugesto de avaliao: resoluo de questes e participao nas atividades.

sent-los em equaes qumicas balanceadas.

Solicite a um aluno que faa a leitura do texto

a seguir e escreva na lousa as ideias principais.

No recomendvel, neste momento, dis-

cutir a diferena entre as espcies qumicas

Fe2+ e Fe3+ ou Cu+ e Cu2+, constituintes dos

minrios apresentados no texto. Como o

modelo atmico adotado neste momento

o proposto por Dalton, no seria poss-

vel explicar a existncia das cargas eltricas

nos tomos de ferro e de cobre. Assim, bas-

ta que eles saibam que existem duas esp-

cies de ferro (II e III) e de cobre (I e II) e

que a diferena entre elas ser explicada na

srie seguinte.

19

Qumica 1a srie Volume 2

formar o ferro. Este sai lquido do alto-forno e

chamado de ferro-gusa ou ferro de primeira

fuso.

As matrias-primas utilizadas para a pro-

duo do ao so o minrio de ferro, o car-

vo e o calcrio (CaCO3). Este ltimo reage

com impurezas do minrio, como a slica

(SiO2), formando a escria (CaSiO3), que

pode ser usada como matria-prima para a

fabricao de cimento.

O ferro-gusa levado para a aciaria ainda

em estado lquido, para ser transformado em

ao mediante a retirada de impurezas e a adi-

o de outras substncias.

O ao utilizado na produo de mate-

riais siderrgicos empregados pela indstria de

transformao, como chapas grossas e finas,

bobinas, vergalhes, arames, barras etc.

Alm do ferro, um metal muito utilizado na

indstria o cobre, para a produo de fios, cabos

eltricos e ligas metlicas, como o lato e o bronze.

A calcosita (composta principalmente de

Cu2S) e a calcopirita (composta principal-

mente de CuFeS2) so minrios utilizados na

produo do cobre metlico. Ao utilizar-se a

calcopirita (CuFeS2), as transformaes qumi-

cas envolvem a produo de sulfeto de cobre I

(Cu2S), que aquecido na presena de oxig-

nio, produzindo o cobre metlico.

O processo trabalhoso, pois envolve a

separao do CuFeS2 do minrio, a reao com

o gs oxignio (O2) para obter o Cu2S, a reti-

rada das impurezas como ferro, resduos de

enxofre e metais preciosos e o aquecimento

em presena de oxignio para a obteno do

cobre metlico (Cu), ainda impuro. Para obter

o cobre purssimo, exigido pela indstria el-

trica, torna-se necessria uma refinao, feita

pela eletrlise do produto obtido. Aps esse

longo ciclo produtivo, o cobre puro pode ser

utilizado pelas indstrias.

Vocabulrio

Aciaria: usina ou parte de uma siderrgica

destinada produo do ao.

Elaborado por Denilse Morais Zambom, Fabio Luiz de Souza e Luciane Hiromi Akahoshi

especialmente para o So Paulo faz escola.

alimentao minrio de ferrocarvocalcrio

sada de gases

entrada principal de ar

passagem de ar

sadade ferro

sada de escria

1 500 C

Figura 3. Esquema de operao de um alto-forno.Fonte: GEPEQ (Grupo de Ensino e Pesquisa em Educao Qumica). Interaes e transformaes I: elaborando conceitos sobre transformaes qumicas. GEPEQ/IQUSP. 9. ed. revista e ampliada. So Paulo: Editora da Universidade de So Paulo, 2005. p. 151.

C

laud

io R

ipin

skas

/R2

Cri

ae

s

20

importante ressaltar quais so os

recursos utilizados na produo desses

metais e que o minrio um dos reagen-

tes do processo siderrgico, que passa por

transformaes qumicas para que o metal

seja obtido. A frase O metal extrado do

minrio no significa que o metal saia do

interior do minrio pelo aquecimento (con-

cepo que pode ser manifestada por algum

aluno).

Chama-se de minrio o mineral do qual

se pode obter, de forma economicamente vi-

vel, algum material. Por exemplo, embora o

elemento ferro esteja presente em diversos

minerais, sua obteno economicamente

vivel (lucrativa) apenas a partir da hematita

e da magnetita. Assim, os minerais de ferro

hematita e magnetita so considerados min-

rios de ferro.

Para explorar o texto, podem ser propostas

questes como as apresentadas a seguir.

Questes para anlise do texto

1. Descreva cada situao apresentada a se-guir, referente transformao do minrio

de ferro em ao, indicando como ela ocorre

e qual a sua finalidade:

a) queima do carvo;-

b) utilizao do calcrio;

3

2

3

c) minrio de ferro + energia + produto obtido da queima do carvo;

d) produo de chapas de ao.

-

2. Identifique semelhanas e diferenas entre a produo do ferro e a do cobre.

-

-

-

-

Essa questo possibilita aos alunos

ampliar a compreenso dos processos estuda-

dos. Para sua resoluo, voc pode orient-los

a identificar quais so os reagentes e produtos

em cada processo.

21

Qumica 1a srie Volume 2

Atividade 2 Combusto completa e incompleta e balanceamento de equaes qumicas

Na atividade anterior, os alunos pude-

ram conhecer as matrias-primas necessrias

produo de ferro e obter uma noo geral

das etapas envolvidas no processo. possvel

ampliar o entendimento das transformaes

qumicas que ocorrem na siderurgia com base

na discusso sobre a combusto do carvo,

um processo importante por gerar o monxi-

do de carbono, que vai reagir com o minrio, e

por fornecer energia, necessria transforma-

o do minrio em metal.

Essa atividade tem como objetivo desen-

volver o conceito de combusto (completa e

incompleta) e as representaes desse proces-

so sob a forma de equaes qumicas. Assim,

o processo de combusto ser o contexto

de estudo do balanceamento das equaes

qumicas.

Voc pode retomar o conceito de com-

busto tratado no volume anterior uma

transformao qumica que envolve a inte-

rao de material combustvel com um com-

burente (quase sempre o oxignio), em que

h liberao de energia trmica (transforma-

o exotrmica) para ento ampliar esse

conceito. Quando h excesso de oxignio em

relao ao combustvel, tende-se a formar

maior quantidade do gs dixido de carbono

(CO2); por outro lado, quando o combustvel

sofre combusto com pouco oxignio, tende-

-se a formar maior quantidade do gs mon-

xido de carbono (CO) ou fuligem (C). No

primeiro caso, em que h formao de di-

xido de carbono (CO2), diz-se que a combus-

to completa. No segundo caso, em que h

formao de monxido de carbono (CO) ou

fuligem (C), diz-se que a combusto incom-

pleta. Destaque que uma combusto nunca

totalmente completa ou incompleta, pois,

geralmente, h formao dos trs produtos

em diferentes propores, dependendo da

quantidade de oxignio disponvel. impor-

tante observar tambm que essas classifica-

es das combustes s se aplicam queima

de combustveis que apresentam carbono em

sua composio.

Com base no conhecimento da combus-

to e da composio das substncias, expo-

nha a representao da equao qumica

segundo a concepo de Dalton: nas trans-

formaes qumicas ocorrem recombinaes

de tomos, ou seja, eles se reorganizam de

maneira diferente de como estavam organi-

zados antes da transformao. Os exerccios

a seguir permitem estudar esses processos de

transformaes das substncias e a forma

de represent-las por meio de equaes qu-

micas balanceadas.

Exerccios em sala de aula

1. Na queima do carvo, representado por C, ocorre a interao com o gs oxig-

nio (O2). Represente essa transformao

quando h:

22

a) excesso de gs oxignio (combusto completa);

2

2 2

b) falta de gs oxignio (combusto in-completa).

2

Ao iniciar a explicao da representao,

informe que o carvo, formado por tomos do

elemento carbono, representado por C. Este

reage com o gs oxignio (O2) e ocorre a pro-

duo do gs dixido de carbono, representa-

do por CO2.

Pode ser proposta a seguinte leitura da

equao: uma partcula de C interage com

uma partcula de O2, formando uma partcula

de CO2. A proporo entre as substncias C e

O2 para formar o CO2 de uma partcula de C

para uma partcula de O2.

Na combusto incompleta do carvo, ocorre a

formao do monxido de carbono (CO); a pro-

poro entre o nmero de partculas de C e de O2

diferente da que se tem na combusto completa.

Considerando-se que o nmero de tomos

de cada elemento deve ser o mesmo nos dois

membros da equao, ressalte que, na forma-

o de CO, a proporo de um tomo de C

para um tomo de O. Como na partcula O2 h

dois tomos de O, para no sobrar oxignio so

necessrios dois tomos de C para uma part-

cula de O2, formando duas partculas de CO.

Isso pode ser mais bem compreendido com

a seguinte dramatizao:

um aluno convidado para representar um

tomo de C e outros dois para representar

a partcula de O2;

para formar o CO, so necessrios um

tomo de C e um de O; assim, sobrar um

aluno (O);

necessrio chamar mais um aluno (C)

para, com o tomo de oxignio que est

isolado, formar o produto da reao (CO).

Comente que os nmeros que aparecem

antes das frmulas representam a proporo

de partculas das substncias para que ocor-

ra a recombinao dos tomos que formaro

os produtos. recomendvel realizar a leitura

dessa equao: duas partculas de C interagem

com uma partcula de O2, ocorrendo a forma-

o de duas partculas de CO.

2. Qual era a concepo de Dalton sobre as transformaes qumicas? Os tomos so

os mesmos aps a transformao ou se mo-

dificam? Responda utilizando a representa-

o da combusto completa do carvo.

-

23

Qumica 1a srie Volume 2

3. A concepo de Dalton sobre as trans-formaes qumicas pode ser aplicada na

combusto incompleta. Ser que todos os

tomos se reorganizam para formar novas

substncias? Como representar a equao

de acordo com as ideias de Dalton?

-

2

2

4. Muitos combustveis so formados pelo elemento carbono (C) e pelo elemento hi-

drognio (H), como a gasolina (mistura de

substncias na qual o C8H18 o principal

componente). Outros combustveis possuem

oxignio (O) em sua composio, como o

caso do etanol (C2H6O), tambm chamado de

lcool combustvel. A combusto do etanol

pode ser representada da seguinte maneira:

Combusto completa:

C2H6O(g) + O2(g) CO2(g) + H2O(g) +

+ energia

Combusto incompleta:

C2H6O(g) + O2(g) CO(g) + H2O(g) +

+ energia

a) Reescreva essas equaes de acordo com as ideias de Dalton, ou seja, balanceadas.

2 6 2 2 2

2 6 2 2

b) Indique as semelhanas e as diferenas entre as duas equaes.

-

oxignio consumido na combusto de uma partcula de

2 na combusto completa e duas

Voc pode fazer com os alunos o balancea-

mento da equao, passo a passo, utilizando

as ideias de Dalton:

se h dois tomos de carbono nos reagen-

tes, ento sero formadas duas partculas

de CO2 nos produtos:

C2H6O(g) + O2(g) 2 CO2(g) + H2O(g) + energia

como existem seis tomos de hidrognio

nos reagentes, ento sero formadas trs

partculas de H2O nos produtos:

C2H6O(g) + O2(g) 2 CO2(g) + 3 H2O(g) + energia

como a formao de 2 CO2 e 3 H2O envol-

ve sete tomos de oxignio, sero necess-

rias trs partculas de O2, j que o etanol

contm um tomo de oxignio:

C2H6O(g) + 3 O2(g) 2 CO2(g) + 3 H2O(g) + energia

24

A equao, dessa maneira, est balancea-

da, pois o nmero de tomos de cada elemen-

to nos reagentes e nos produtos o mesmo.

Se a combusto for incompleta, os produ-

tos formados sero CO e H2O, e pode-se pro-

por o mesmo raciocnio anterior.

Se h dois tomos de carbono e seis to-

mos de hidrognio nos reagentes, ento

sero formadas duas partculas de CO e

trs partculas de H2O nos produtos:

C2H6O(g) + O2(g) 2 CO(g) + 3 H2O(g) + energia

Como nos produtos existem agora cinco

tomos de oxignio, so necessrias duas

partculas de O2, j que o etanol contm

um tomo de oxignio:

C2H6O(g) + 2 O2(g) 2 CO(g) + 3 H2O(g) + energia

Uma maneira de avaliar o entendimen-

to da combusto incompleta pode ser a apli-

cao de atividades como as apresentadas a

seguir.

1. Se os motores de automveis no estiverem bem regulados, po-

der ocorrer a combusto incom-

pleta da gasolina (formada principalmente

por C8H18). Essa combusto poluir o ar

atmosfrico com:

a) gs carbnico (CO2).

b) gs hidrognio (H2).

c) gs monxido de carbono (CO).

d) gs oxignio (O2).

e) vapor-dgua (H2O).

2. Das representaes de transformaes a se-guir, escolha aquela que no representa uma

reao qumica corretamente. Justifique.

a) Ca(s) + 2 H2O(l) Ca(OH)2(aq) + H2(g).

b) SO3(g) + H2O(l) H2SO4(aq).

c) Fe(s) + 2 HCl(aq) FeCl2(aq) + H2(g).

d) 2 HgO(s) 2 Hg(l) + O2(g).

e) CaO(s) + CO2(g) CO(g).-

3. Um aluno fez o esquema a seguir para re-presentar a mistura dos gases nitrognio

(N2) e cloro (Cl2) nas condies ambientais.

Indique qual foi o erro do aluno.

N Cl C

laud

io R

ipin

skas

/R2

Cri

ae

s

Figura 4.

25

Qumica 1a srie Volume 2

2 -

Atividade 3 Transformaes qumicas no processo de obteno do ferro e do cobre

Nesta atividade, as transformaes qumi-

cas que ocorrem na metalurgia do ferro e do

cobre sero estudadas mais detalhadamente

e representadas na forma de equaes qumi-

cas balanceadas.

Prope-se que se d continuidade ao

estudo do balanceamento das equaes qu-

micas, j iniciado na atividade anterior, ago-

ra abordando as interaes entre minrio de

ferro e monxido de carbono e entre min-

rio de cobre e oxignio.

Nas indstrias siderrgicas, o monxido de

carbono (CO) formado na combusto incom-

pleta do carvo que reagir com o minrio de

ferro para promover a transformao do min-

rio em ferro-gusa. No caso da produo do

cobre a partir do minrio, interessante apresen-

tar as equaes qumicas j balanceadas e ques-

tionar os alunos sobre a conservao de tomos.

Exerccios em sala de aula

1. Represente as transformaes a seguir, de-vidamente balanceadas:

a) nas indstrias siderrgicas, o gs mo-nxido de carbono (CO), formado na

combusto incompleta do carvo, rea-

gir com o xido de ferro III (Fe2O3) ex-

trado do minrio de ferro e ter como

produtos o ferro lquido (Fe) e o gs

dixido de carbono (CO2);

2O3 2

b) a remoo das impurezas do minrio de ferro realizada pela adio de calcrio

(CaCO3), cuja interao com SiO2 leva

formao de escria (CaSiO3) e de di-

xido de carbono (CO2).

SiO2 3 3 2

2. Observe as equaes qumicas da produ-o do cobre a partir do minrio e indique

se h conservao de tomos nessas trans-

formaes:

a) interao do minrio de cobre (CuFeS2) com gs oxignio (O2), ocorrendo a for-

mao de sulfeto de cobre I (Cu2S), xi-

do de ferro III (Fe2O3) e gs dixido de

enxofre (SO2):

4 CuFeS2(s) + 9 O2(g) 2 Cu2S(s) +

+ 2 Fe2O3(s) + 6 SO2(g)

b) aquecimento do sulfeto de cobre I (Cu2S), em presena de oxignio (O2), com for-

mao de gs dixido de enxofre (SO2) e

de cobre metlico (Cu):

Cu2S(s) + O2(g) 2 Cu(l) + SO2(g)

26

Na questo 1, item a, a partir da equao no

balanceada Fe2O3(s) + CO(g) Fe(l) + CO2(g)

oriente os alunos no balanceamento, utilizan-

do as ideias de Dalton:

se h dois tomos de ferro nos reagentes,

ento sero formadas duas partculas de

ferro nos produtos:

Fe2O3(s) + CO(g) 2 Fe(l) + CO2(g)

como existem quatro tomos de oxignio

nos reagentes, sero formadas duas part-

culas de CO2 nos produtos:

Fe2O3(s) + CO(g) 2 Fe(l) + 2 CO2(g)

agora existem dois tomos de C nos pro-

dutos, sendo necessrias ento duas part-

culas de CO nos reagentes:

Fe2O3(s) + 2 CO(g) 2 Fe(l) + 2 CO2(g)

como existem cinco tomos de oxignio

nos reagentes e quatro nos produtos, pos-

svel formar mais uma partcula de CO2

utilizando mais uma partcula de CO. Ao

final, foram utilizadas trs partculas de

CO e produzidas trs partculas de CO2:

Fe2O3(s) + 3 CO(g) 2 Fe(l) + 3 CO2(g)

Um recurso facilitador para visuali-

zar a recombinao de tomos a utiliza-

o de bolinhas feitas com massa de modelar

de diversas cores: cada elemento qumico deve

ser representado por uma cor.

A seguir, uma sugesto de pesquisa sobre

os metais brasileiros.

Faa uma pesquisa sobre dois

dos principais metais produzidos

no Brasil, os nomes dos minrios

dos quais so obtidos e a utilizao desses

metais pela sociedade.

-

-

-

Questes como as apresentadas a seguir

podem ajudar a avaliar a aprendizagem.

Na decomposio trmica do perclorato de

amnio (NH4ClO4), formam-se quatro pro-

dutos: um deles a gua e os outros trs so

substncias simples formadas por dois to-

mos iguais, duas das quais so componentes

naturais do ar atmosfrico. Escreva a equao

balanceada que representa essa decomposio.

Espera-se que os alunos interpretem que,

como o reagente composto por tomos de

nitrognio, hidrognio, cloro e oxignio, os

possveis produtos formados na decomposi-

o do perclorato de amnio (NH4ClO4), alm

da gua, so os gases formados por molculas

constitudas por dois tomos iguais, nitrog-

27

Qumica 1a srie Volume 2

nio (N2) e oxignio (O2) componentes do ar ,

alm de outro gs, o gs cloro (Cl2). Portanto, a

equao corretamente balanceada :

2 NH4ClO4(s) + energia trmica 4 H2O(l) ++ N2(g) + 2 O2(g) + Cl2(g)

As representaes no balanceadas a seguir

mostram as duas primeiras etapas de pro-

duo do metal zinco a partir do minrio

conhecido como blenda (composto princi-

palmente por ZnS):

I. Aquecimento do minrio com oxignio (O2) do ar, resultando em xido de zinco

(ZnO) e dixido de enxofre (SO2):

ZnS(s) + O2(g) ZnO(s) + SO2(g)

II. Tratamento com carvo, a alta tempera-tura, do xido de zinco, resultando na for-

mao de monxido de carbono:

ZnO(s) + C(s) Zn(l) + CO(g)

Represente, por meio de equaes qumicas

balanceadas, cada uma das etapas citadas.

Com essa questo, os alunos passam a

conhecer e podem representar as transfor-

maes que envolvem a produo de outro

metal, o zinco, muito utilizado tambm em

materiais diversos do cotidiano e no sistema

produtivo. Se enfrentarem dificuldades no

balanceamento de equaes, pode-se utilizar

massa de modelar para facilitar a compreen-

so. As equaes corretamente balanceadas

que devem ser apresentadas so:

I. 2 ZnS(s) + 3 O2(g) 2 ZnO(s) + 2 SO2(g)

II. ZnO(s) + C(s) Zn(l) + CO(g)

Grade de avaliao da Situao de Aprendizagem 2

Ao final da Situao de Aprendizagem 2,

espera-se que os alunos interpretem uma trans-

formao qumica como um rearranjo de to-

mos e saibam equacion-la, alm de interpretar

e representar equaes de combustes comple-

tas e incompletas.

SITUAO DE APRENDIZAGEM 3COMO PREVER AS QUANTIDADES IDEAIS

DE REAGENTES E PRODUTOS ENVOLVIDOS NUMA TRANSFORMAO QUMICA?

Nas prximas atividades, espera-se

que os alunos possam reconhecer as rela-

es proporcionais existentes entre as

quantidades de reagentes e de produtos

envolvidos em transformaes qumicas,

em termos de massas, partculas e energia.

Espera-se tambm que possam aplicar essas

relaes de proporcionalidade na resolu-

o de problemas tericos e prticos de

Qumica.

28

Para desenvolver essas competncias, pode-

-se retomar o processo de produo do cobre,

abordado na Situao de Aprendizagem 2.

Partindo desse contexto de estudo, mas sem

restringir-se a ele, discuta com os alunos a

interpretao das equaes qumicas em ter-

mos de quantidades de partculas de reagen-

tes e de produtos envolvidos.

As massas moleculares das substncias e

seus coeficientes estequiomtricos expressos

nas equaes qumicas balanceadas forne-

Cu2S(s) + O2(g) + energia 2 Cu(l) + SO2(g)

1 partcula de sulfeto de cobre I

1 partcula de gs oxignio

2 partculas de cobre

1 partcula de dixido de enxofre

a Processo de aquecimento de um minrio na presena do oxignio ou de corrente de ar. b Tambm chamada de calcocita.

Contedos e temas: transformaes qumicas; produo de cobre e ferro; proporo em nmero de partculas, massa e energia nas transformaes qumicas.

Competncias e habilidades: representar transformaes qumicas por meio de equaes qumicas; interpretar equaes qumicas em termos de quantidades de partculas, massa e energia; realizar clculos de massas moleculares; identificar, representar e aplicar as propores em nmero de par-tculas, massa e energia na resoluo de problemas qumicos.

Sugesto de estratgias de ensino: aula expositiva dialogada; registros dos tpicos principais; reso-luo de exerccios e problemas.

Sugesto de recursos: exerccios propostos.

Sugesto de avaliao: participao na aula e resoluo dos exerccios e problemas propostos.

cero as propores em massa das substn-

cias em uma transformao qumica. Essas

massas so expressas em unidades de mas-

sa atmica. Dessa maneira, possibilita-se a

aplicao dessas mesmas propores em ter-

mos de massas mensurveis (grama, quilo-

grama etc.). Com isso, possvel estabelecer

uma ponte entre os modelos de constituio

da matria (nvel microscpico), a linguagem

simblica da qumica e as quantidades em

massas mensurveis de reagentes e produtos

(nvel macroscpico).

Atividade 1 Quantidade de partculas envolvidas em uma transformao qumica

Como foi visto, o cobre pode ser produzido

pela ustulaoa da calcositab, minrio de cobre

constitudo basicamente por sulfeto de cobre I

(Cu2S). A equao qumica que representa

esse processo pode ser escrita e interpretada

da seguinte forma:

29

Qumica 1a srie Volume 2

Aps a apresentao da equao qumica da

ustulao da calcosita e sua interpretao em

mbito microscpico, com destaque para a ideia

de conservao dos tomos, podem-se propor

algumas questes, a fim de possibilitar a explo-

rao das relaes de proporcionalidade entre

as partculas envolvidas nessa transformao.

Exerccios em sala de aula

1. Quantas partculas de gs oxignio (O2) so necessrias para interagir com duas

partculas de sulfeto de cobre I (Cu2S)?

2

2

2. Quantas partculas de cobre (Cu) podem ser formadas a partir de duas partculas de

sulfeto de cobre I?

2

3. Que quantidade de partculas de reagentes deve ser usada na produo de 684 partcu-

las de cobre?

2

1 partcula de O2

4. Que quantidade de partculas de cobre e de dixido de enxofre pode ser produzida

a partir de cinco partculas de Cu2S e dez

partculas de O2? Explique sua resposta.

2 2

restando cinco partculas de O2 -

2S que

2

2

de O2 2

partculas de SO2.

Neste momento, importante chamar

a ateno dos alunos para o fato de que na

representao das transformaes qumicas

utilizam-se pequenas quantidades de part-

culas, mas na prtica no possvel isolar

quantidades to pequenas de reagentes ou de

produtos e observar as interaes entre elas.

Entretanto, as propores entre as quantida-

des envolvidas em uma transformao qumi-

ca permanecem as mesmas, quer se pense em

pequenas quantidades de partculas, quer se

trabalhe com nmeros muito grandes, como

ser abordado com mais detalhes na Situao

de Aprendizagem 5.

Alm da produo do cobre, as relaes em

termos de quantidades de partculas podem ser

exploradas em outras transformaes qumicas.

recomendvel evitar, neste momento, equa-

es qumicas com coeficientes estequiomtri-

cos muito grandes e de difcil balanceamento.

Algumas transformaes qumicas discutidas

anteriormente em mbito macroscpico podem

ser retomadas para que sejam reinterpretadas,

agora em mbito microscpico, como no exem-

30

plo anterior, da ustulao da calcosita. Algumas

sugestes so dadas a seguir.

5. Faa o balanceamento das equaes qu-micas a seguir e interprete-as citando as

quantidades de partculas envolvidas:

a) hidratao da cal viva: CaO(s) + H2O(l) Ca(OH)2(aq).

2 2 -

2

2

b) queima de gs natural: CH4(g) + O2(g) CO2(g) + H2O(g).

-

4 2 2 2

4 2 -

2 -

2

Para explorar as relaes de proporcionali-

dade nessas transformaes qumicas, podem

ser elaboradas questes similares quelas pro-

postas na anlise da produo de cobre ou

outras, conforme as necessidades e possibilida-

des de cada turma.

1. Considere a equao qumica que representa a combusto do gs me-

tano (CH4), principal componente

do gs natural:

CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(g).

a) Na combusto de 15 partculas de me-tano so consumidas quantas partculas

de gs oxignio (O2)?

-

4 sero consumidas 30 partculas de O2.

b) Os produtos da combusto de certa quantidade de metano foram coletados,

resfriados e, assim, separados, obtendo-

-se uma pequena quantidade de gua no

estado lquido. Sabe-se que essa quan-

tidade continha 6 1022 partculas de

gua. Quantas partculas de metano de-

vem ter sido queimadas nesse caso?

-

22 par-

22 partculas de meta-

Atividade 2 Massas atmicas e massas moleculares

possvel tambm interpretar as equaes

qumicas em termos de massa, considerando que

cada elemento qumico tem uma massa atmica

determinada e que as massas das partculas que

formam as substncias so dadas pelo somat-

rio das massas dos tomos que as compem.

O conceito de massa atmica foi apresentado

anteriormente, quando as ideias de John Dalton

sobre a constituio da matria foram discutidas.

Naquele contexto, a massa dos tomos dos dife-

rentes elementos qumicos era estipulada ado-

tando-se como padro o tomo de hidrognio.

31

Qumica 1a srie Volume 2

u35,5100

37).24,235.(75,8MA =

+=

As massas atmicas atuais so dadas em

funo do istopo do carbono de nmero de

massac 12. Cada unidade de massa atmica (u)

equivale a 1/12 da massa de um tomo de car-

bono de nmero de massa 12 (1/12 de 12C). Em

outras palavras, cada tomo de carbono equi-

vale a 12 unidades de massa atmica.

Assim como o tomo de carbono, a gran-

de maioria dos elementos qumicos formada

por diferentes istopos. Dessa forma, a massa

atmica de um elemento qumico corresponde

a uma mdia ponderada das diferentes espcies

isotpicas existentes.

O elemento cloro, por exemplo, aparece na

natureza como 35Cl (75,8%) e 37Cl (24,2%). A

massa atmica do cloro pode ser calculada da

seguinte forma:

Neste volume 2, entretanto, o conceito de

massa atmica apresentado no precisa ser tra-

tado nesse nvel de detalhamento, pois estamos

trabalhando com as ideias de Dalton. Assim,

basta que os alunos saibam que:

cada elemento qumico apresenta um valor

de massa especfico;

impossvel determinar a massa de qual-

quer tomo em balanas, pois so partcu-

las muito pequenas;

c Soma das quantidades de prtons e nutrons presentes no ncleo de um tomo.

no se adota mais o hidrognio como

padro de massa atmica (ao qual era atri-

budo o valor 1 u), mas o tomo de carbono

(ao qual se atribui o valor de massa 12 u).

Em outras palavras, 1 u equivale a 1/12 da

massa de um tomo de C.

A discusso a respeito das massas de is-

topos pode ser realizada nas prximas sries,

se necessrio, quando os modelos atmicos

conhecidos pelos alunos apresentaro prtons,

eltrons e nutrons e possibilitaro a compre-

enso do conceito.

importante mencionar que as massas

atmicas calculadas por Dalton a partir da

quantidade proporcional que se combinava

com 1 g de hidrognio foram revistas e que

os valores conhecidos atualmente so bem

mais precisos do que aqueles do incio do

sculo XIX.

Aps discutir esses tpicos, podem-se colo-

car as seguintes questes para os alunos.

Exerccios em sala de aula

1. Qual a massa de uma partcula de gua, sabendo-se que cada tomo de hidrognio

tem massa atmica 1 u e que os tomos de

oxignio tm massa 16 u?

32

Massa molecular = 18 u

Massa molecular (H2O) = 2 1 + 16 = 18 u

Figura 5. Massa molecular da gua.

2. Qual a massa de uma partcula de gs oxi-gnio (O2)? E de uma partcula de gs hi-

drognio (H2)?

2: 2

2: 2

importante dar tempo para que os alu-

nos pensem e respondam s questes e pedir-

-lhes que expliquem suas respostas. provvel

que alguns alunos lembrem-se da frmula da

gua e proponham que as massas dos tomos

que a compem sejam somadas para obter

a massa da molcula de gua. Questione-os

da mesma forma, usando outras substncias

conhecidas por eles, como oxignio, calcrio

ou gs carbnico. necessrio fornecer os

dados de massa para que eles respondam s

questes. Finalize este momento organizan-

do o raciocnio desenvolvido e definindo o

conceito de massa molecular (MM): massa de

uma partcula de uma substncia expressa em

unidades de massa atmica (u).

importante lembrar mas no necess-

rio aprofundar que muitas substncias no

so formadas por molculas (conjuntos de to-

mos unidos por ligaes qumicas), mas por

estruturas tridimensionais nas quais os to-

mos ou ons esto ligados uns aos outros por

ligaes qumicas em quantidade indefinida,

formando uma rede, como o caso dos sais,

metais e xidos metlicos. O conceito de mas-

sa molecular tambm se aplica a esses casos.

Massa molecular a massa de uma molcula

ou outra partcula de uma substncia expressa

em unidades de massa atmica (u). Para evitar

conflitos e erros conceituais, recomendvel

utilizar o termo mais genrico partcula em vez

de molcula, pois o primeiro pode ser aplicado

a molculas, ons, tomos ou qualquer outra

espcie qumica.

Neste momento, o uso de figuras, como

a Figura 5 apresentada a seguir, pode auxi-

liar na compreenso de que a massa molecu-

lar expressa a soma das massas atmicas dos

tomos que compem a menor partcula de

uma substncia, representada por sua frmu-

la qumica. Enfatize novamente que, por se

tratar da massa de uma nica molcula, esse

valor deve ser expresso em unidades de massa

atmica (u) e no pode ser medido em balan-

as. No recomendado discutir a geometria

da molcula de gua ou as ligaes qumicas

entre oxignio e hidrognio neste momento,

visto que os alunos ainda no tm os conhe-

cimentos necessrios para compreender essas

noes. Se eles questionarem a geometria da

molcula ou as ligaes entre os tomos, voc

pode informar que esses assuntos sero trata-

dos apenas na srie seguinte.

C

laud

io R

ipin

skas

/R2

Cri

ae

s

33

Qumica 1a srie Volume 2

3. Escolha trs substncias entre as que so apre-sentadas a seguir e calcule a massa de uma

partcula de cada uma delas (consulte a tabela

peridica para isso): xido de clcio (CaO),

hidrxido de clcio (Ca(OH)2), dixido de

carbono (CO2), sulfeto de cobre I (Cu2S), xi-

do de ferro III (Fe2O3) e metano (CH4).

2

2

2S: 2

2O3: 2

4

Um dos objetivos desta Situao de

Aprendizagem que os alunos consigam

obter propores em massas mensurveis

com base nas propores em massas at-

micas das substncias envolvidas em uma

transformao qumica. Um passo impor-

tante nesse sentido consiste em exercitar a

capacidade de expressar as relaes de mas-

sas atmicas entre as substncias envolvi-

das em uma transformao qumica. Assim,

pode-se propor a interpretao da equao

qumica da decomposio da gua em ter-

mos de massas atmicas.

4. Represente a equao qumica balanceada da decomposio da gua em gs hidrog-

nio e gs oxignio e complete a tabela a

seguir:

Equao qumica 2 2 O2

Nmero de partculas 2 partculas 1 partcula de

Massa de uma partcula2

2 1 O2

Massas das partculas envolvidas nessa reao 2

24 u 1 O2

preciso fornecer o tempo necessrio

para a realizao da tarefa e acompanhar o

seu desenvolvimento, resolvendo as dvidas

dos alunos individualmente.

Antes de passar para a atividade seguinte,

outros casos simples podem ser trabalhados da

mesma forma. Voc pode abordar, por exem-

plo, a combusto completa do carbono ou a

calcinao do calcrio.

Atividade 3 Previses das massas de reagentes e produtos

As massas das partculas envolvidas em

uma transformao qumica, expressas

em unidades de massa atmica, podem ser

relacionadas s massas mensurveis dessas

substncias em qualquer unidade de massa,

mantendo-se a proporcionalidade entre elas.

A Tabela 3 a seguir ilustra essa ideia.

+

Tabela 2.

34

Equao qumica 2 H2O(l) 2 H2(g) + O2(g)

Nmero de partculas 2 partculas de gua produzem2 partculas de gs hidrognio e

1 partcula de gs oxignio

Massa das partculas 36 u produzem 4 u e 32 u

Exemplos de massas mensurveis que guardam a mesma proporo

36 g produzem 4 g e 32 g

9,0 kg produzem 1,0 kg e 8,0 kg

2,7 g produzem 0,3 g e 2,4 g

massa de gua

massa de hidrognio

36 u

4 u

36 g

4 g

2,7 g

0,3 g

9

1

9,0 kg

1,0 kg= = = = =

O objetivo da anlise dessa tabela mostrar

que, independentemente da unidade de massa

utilizada (u, g, kg ou outras), as relaes em

massa em uma dada transformao qumi-

ca so constantes. Alm disso, pode-se reto-

mar a Lei de Conservao de Massa, proposta

inicialmente por Lavoisier, e mostrar que os

dados apresentados na tabela esto de acor-

do com a constatao experimental de que nas

transformaes qumicas a massa do sistema

permanece a mesma. No caso da decomposi-

o da gua, evidencie que a proporo entre

a massa de gua decomposta e a massa de

hidrognio formada a mesma, seja em unida-

des de massa atmica, seja em gramas, seja em

quilogramas.

Dessa forma, possvel obter uma propor-

o em unidade de massa atmica para qual-

quer transformao qumica, desde que se

conheam sua equao qumica balanceada e

as massas moleculares dos reagentes e produ-

tos envolvidos. Essa proporo em unidade de

massa atmica de uma transformao qumica

pode ser usada para prever massas mensur-

veis dos reagentes e produtos.

Vejamos os seguintes problemas referentes

decomposio da gua e produo do ferro.

Exerccios em sala de aula

1. A partir das informaes da tabela ante-rior, sobre a decomposio da gua, que

massas de gs oxignio e de gs hidro-

gnio podem ser produzidas, aproxima-

damente, na decomposio de 100 g de

gua?

Tabela 3.

35

Qumica 1a srie Volume 2

x

g100

u4

u36

massa de oxignio

massa de

g 11xu36

u4.g100x

-

2. Que massa de ferro pode ser obtida a par-tir de 1 280 kg de xido de ferro III (Fe2O3),

tendo carvo (C) e oxignio (O2) suficientes

para consumir todo esse minrio de ferro?

Considere que essa transformao pode ser

representada pela seguinte equao qumica:

2 Fe2O3(s) + 6 C(s) + 3 O2(g) 4 Fe(l) +

+ 6 CO2(g).

Dados massas atmicas: Fe = 56,0 u; O =

16,0 u; C = 12,0 u.

-

2O3

2O3 + + 3 O2 + 22 160 u 4 320 u 224 u

x

x

1 0u 224u 320

odemassa

odexidodemassa

6u 320

u224. 1 0x x

-

As questes anteriores ilustram como o

domnio da linguagem qumica e dos modelos

tericos sobre a constituio da matria pode

ser til na resoluo de problemas prticos,

como prever as quantidades possveis de pro-

dutos nas transformaes qumicas.

Podem ser propostas questes desse tipo a

partir de outros contextos do sistema produtivo.

Retome, por exemplo, a questo da produo de

cobre ou da queima de combustveis. Ento, os

alunos devero mobilizar seus conhecimentos

sobre transformaes qumicas, balanceamento

de equaes qumicas, clculo de massas mole-

culares e raciocnio proporcional, a fim de pre-

ver quantidades de reagentes necessrias para

conseguir certa quantidade de produto ou mes-

x

g100

u32

u36

massa de oxignio

massa de

gxu36

u 32.g100x

ser estabelecida:

2O3 -

36

mo prever a quantidade de produtos obtidos de

determinada quantidade de reagente.

1. A combusto de magnsio (Mg), um slido de cor prateada, uma

reao qumica muito utilizada em

demonstraes durante aulas de Qumica

por ser acompanhada de intensa emisso

de luz branca. O nico produto formado

nessa reao qumica o xido de magn-

sio (MgO), um slido branco. A respeito

dessa reao, pede-se:

a) represente a equao qumica balancea-da dessa transformao qumica;

2

b) calcule as massas moleculares dos rea-gentes e produtos (considere as seguintes

massas atmicas: Mg = 24 u; O = 16 u);

2

c) calcule a massa de xido de magnsio que pode ser obtida a partir da combus-

to de 96 g de magnsio.

2

160 gxu

.x

x

g

Atividade 4 Previses das quantidades de energia envolvida nas transformaes qumicas

O aspecto energtico tambm pode ser

abordado ao se discutirem as transformaes

qumicas e suas formas de representao. Isso

especialmente relevante quando tratamos

de processos que liberam energia como as

combustes e transformaes que absorvem

energia como o cozimento de alimentos.

Nesses casos, podem-se representar os valo-

res de energia como um dos termos da equa-

o qumica; entretanto, deve-se deixar claro

que a energia apresentada na equao, do

lado dos reagentes (processos endotrmicos)

ou do lado dos produtos (processos exotrmi-

cos), no um material, ou seja, no reagen-

te nem produto.

Pode-se explorar a relao proporcional

existente entre as quantidades de reagentes e

produtos e a energia consumida ou liberada

em uma transformao qumica. Os alunos

devero compreender apenas as relaes entre

massas mensurveis (g, kg, mg, t etc.) e ener-

gia. A relao entre quantidade de partculas

e energia no deve ser discutida neste momen-

to, pois eles ainda no estudaram a grandeza

quantidade de matria e sua unidade (mol),

o que acontecer posteriormente.

37

Qumica 1a srie Volume 2

C(s) + O2(g) CO2(g) + energia

Podemos assim calcular as massas mole-

culares das substncias presentes nesta

equao e apresentar a proporo em massa

mostrada a seguir.

Esses valores de massa e energia podem ser representados pelas seguintes razes:

kcal81,6g1

g12.kcal6,8x

g12x

g1kcal6,8

Cdemassaenergia

C(s) + O (g)2 CO (g)2 + energia

12 g 32 g 44 g12 . 6,8 = 81,6 kcal

1 g 6,8 kcal

Cabe retomar e ter como ponto de parti-

da o conceito de poder calorfico de combus-

tveis, tratado no volume anterior. Relembre

o fato de que, quanto maior a massa de certo

combustvel queimado na presena de oxig-

nio suficiente, maior ser a energia liberada

nesse processo. Tome cuidado, entretanto,

para deixar claro que os poderes calorfi-

cos so valores mdios, j que os combus-

tveis em geral so misturas de diversas

substncias.

Veja o exemplo da combusto completa do

carvo, que tem poder calorfico de aproxima-

damente 6 800 kcal kg1, ou seja, 6,8 kcal g1.

Se considerarmos o carvo constitudo sobre-

tudo de carbono, podemos representar sua

combusto pela equao qumica:

Exerccios em sala de aula

1. D um exemplo de como a energia e as massas de reagentes e produtos esto rela-

cionadas em uma transformao qumica.

Voc pode usar esquemas, equaes e tex-

tos para demonstrar essa relao.

-

e produtos e a quantidade de energia envolvida na rea-

discutidas no volume anterior e apresentem respostas

como:

4

4

38

-

4 2 2 2

4

4

2. Considere a equao qumica que repre-senta a combusto do etanol:

C2H6O(g) + 3 O2(g) 2 CO2(g) + 3 H2O(g).

Dado a combusto de 1 g de etanol libera

aproximadamente 27 kJ.

a) Consulte a tabela peridica e calcule as massas moleculares dos reagentes e pro-

dutos envolvidos nessa transformao

qumica.

2 6

O2

2

2

b) Calcule a massa de etanol que consu-mida quando, em sua combusto, for-

mam-se 88 g de CO2.

2 nessa

2 6 2 2 2

2 ocorre quando se queimam

46 g de etanol.

c) Que quantidade de energia pode ser li-berada quando h formao de 88 g de

CO2 na queima de etanol?

2

-

1. Que massa de cobre pode ser ob-tida a partir de 15,9 kg de sulfeto

de cobre I (Cu2S), tendo oxignio

suficiente para essa reao?

Dados massas atmicas:

Cu = 63,5 u; S = 32,0 u; O = 16,0 u.

Equao qumica no balanceada:

Cu2S(s) + O2(g) Cu(l) + SO2(g).

-

2 2

2

massas moleculares das substncias envolvidas no problema

2

2

-

-

2

2S so con-

xu

2

.

x

2S podem ser produzidos

39

Qumica 1a srie Volume 2

2. Complete as lacunas na tabela a seguir, sa-bendo que so necessrias 2,90 kcal para

decompor 1,00 g de calcrio.

Dados massas atmicas:

Ca = 40,0 u; C = 12,0 u; O = 16,0 u.

completar a tabela como a seguir:

CaCO3(s) + energia CaO(s) + CO2(g)

100 u u u

g kcal 56,0 g g

1,00 g 2,90 kcal g g

100

Podem-se propor aos alunos outras ques-

tes com clculos semelhantes, por exemplo:

Qual a massa mnima de carbonato de cl-

cio (CaCO3) necessria para obter 112 t de

cal viva (CaO) por decomposio, saben-

do que nesse processo forma-se tambm gs

carbnico?

Para responder, os alunos devem desenvol-

ver um raciocnio semelhante ao da primeira

questo da seo Lio de casa:

CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)

Massa molecular (CaCO3) = 40 + 12 + + 3 16 = 100 u

Massa molecular (CaO) = 40 + 16 = 56 u

CaCO3 det 020u 56t 112 . u 100

xt112

x

u56

u100

CaOdemassa

CaCO3demassa

Assim, so necessrias 200 t de CaCO3 para

produzir 112 t de CaO.

Grade de avaliao da Situao de Aprendizagem 3

As relaes entre as quantidades de rea-

gentes, produtos e energia envolvidas em uma

transformao qumica podem ser ampliadas

para outras transformaes qumicas que no

as abordadas neste Caderno. recomendvel

evitar fenmenos muito complexos, difceis

de representar ou que no tenham relevncia

social, cientfica ou tecnolgica. O tempo de

aula limitado e os alunos devem aproveit-

-lo da melhor maneira, discutindo fenme-

nos que tenham relevncia em sua formao

geral.

Tabela 4.

40

SITUAO DE APRENDIZAGEM 4METAIS E O SISTEMA PRODUTIVO

Nesta Situao de Aprendizagem, a com-

preenso do tema metais ser ampliada com

a discusso de aspectos relacionados sua pro-

duo e seus usos.

A discusso, at ento focada no cobre e no

ferro, passa a abranger outros metais presen-

tes no cotidiano, como alumnio, zinco, ouro,

prata, chumbo etc. No final desta Situao de

Aprendizagem, o tema metais ser discutido

em um contexto mais amplo, isto , o dos mate-

riais reciclveis. Essa contextualizao do tema

fundamental para consolidar sua impor-

tncia, no apenas no campo das Cincias da

Natureza, mas tambm no da Geografia, da

Histria, da Economia e da Sociologia, mos-

trando assim que os conhecimentos qumi-

cos adquiridos at ento, junto dos saberes de

outras reas do conhecimento, so necessrios

para compor uma viso mais ampla da realida-

de em que vivemos.

So propostas trs atividades para a realiza-

o desta Situao de Aprendizagem:

na primeira atividade, analisaremos os

diversos usos de metais no cotidiano e a

relao entre seus usos e suas propriedades

fsicas e qumicas;

na segunda atividade, discutiremos os

aspectos geogrficos, sociais e econmicos

relacionados produo de ferro, ressal-

tando aspectos do sistema produtivo que

podem ser aplicados em outros contextos;

a terceira atividade, a ser realizada em gru-

po e fora do horrio de aula, procura abor-

dar a importncia das empresas de sucata

e ferro-velho no processo de reciclagem

de metais e outros materiais reciclveis.

importante lembrar que esta ativida-

de deve ser solicitada j na primeira aula

desta Situao de Aprendizagem, para que

os alunos tenham o prazo de uma semana

para realiz-la.

Com essas atividades, espera-se que os alu-

nos possam construir uma viso mais abran-

gente sobre a produo e os usos dos metais e,

assim, desenvolver competncias que lhes pos-

sibilitem julgar seus padres de consumo de

forma mais consciente e embasada em conheci-

mentos cientficos e interdisciplinares.

Contedos e temas: relao entre propriedades e aplicaes de metais e ligas metlicas; influncia dos aspectos geogrficos, socioeconmicos e tecnolgicos na produo de ferro-gusa e ao; reciclagem de metais e outros materiais.

Competncias e habilidades: relacionar as propriedades dos materiais metlicos a suas aplicaes tecnolgicas; identificar a influncia dos aspectos geogrficos, socioeconmicos e tecnolgicos no sistema produtivo; reconhecer a importncia socioeconmica da reciclagem de materiais diversos.

41

Qumica 1a srie Volume 2

De que feita uma lmpada?

A lmpada eltrica incandescente um dos

objetos mais comuns na maioria das residncias

brasileiras. Inventada por Thomas Alva Edison,

em 1879, esse pequeno aparato tecnolgico

sofreu algumas mudanas at chegar forma e

composio como a conhecemos hoje.

Inicialmente, a luz era produzida quando a cor-

rente eltrica passava por um basto de carvo, em

vez do filamento de tungstnio que se usa atual-

mente, tornando-o incandescente. Mas esse sistema

tinha pouca durabilidade (algumas horas apenas).

Esse problema levou Edison a pesquisar outros

materiais que pudessem substituir o carvo. Nessa

busca foram testados diversos metais e ligas met-

licas at se chegar ao filamento de tungstnio (W).

Esse metal possui condutibilidade eltrica

moderada (aproximadamente 340 vezes menor

do que a da prata, que considerada um exce-

lente condutor eltrico); por isso, oferece resistn-

cia passagem da corrente eltrica, gerando calor

a ponto de se tornar incandescente e emitir luz.

Apresenta tambm elevada temperatura de fuso

(3 410 oC), resistindo a altas temperaturas sem

sofrer fuso. Essa ltima propriedade especial-

mente importante, visto que o filamento da lm-

pada pode alcanar impressionantes 3000 oC

durante seu funcionamento.

Poucos metais resistiriam sem fundir a to

elevada temperatura.

Alm do tungstnio, outros metais so

empregados na confeco de uma lmpada el-

trica incandescente:

Atividade 1 Metais no cotidiano

Esta atividade visa sensibilizar e conscien-

tizar os alunos sobre a grande utilizao de

Tungstnio

Ferro e nquel

Cobre

Zinco

Chumbo, estanhoe antimnio

Sugesto de estratgias de ensino: atividades coletivas de investigao; visita a um ferro-velho; aula expositiva dialogada.

Sugesto de recursos: tabela com dados da produo de ferro no mundo (atividade 2).

Sugesto de avaliao: participao na aula e relatrios.

metais e ligas metlicas no cotidiano. A ativi-

dade pode ser iniciada com uma discusso a

respeito do uso de metais na produo de uma

lmpada comum incandescente.

Figura 6.

C

laud

io R

ipin

skas

/R2

Cri

ae

s

42

Haste de ferro (Fe) e nquel (Ni): essa liga

metlica apresenta elevada resistncia mec-

nica (no entorta facilmente) e suporta altas

temperaturas sem fundir (aproximadamente

1500 oC), sendo um material ideal para sus-

tentar o filamento da lmpada.

Fios de cobre (Cu): metal com boa conduti-

bilidade eltrica e alta temperatura de fuso.

Rosca de zinco (Zn): metal malevel (fcil de

moldar), que suporta temperaturas modera-

das sem fundir (420 oC) e possui boa condu-

tibilidade eltrica.

Ponto de contato de chumbo (Pb), estanho (Sn)

e antimnio (Sb): essa liga metlica til para

fazer soldagem porque seus componentes apre-

sentam temperaturas de fuso relativamente

baixas (327 oC, 232 oC e 631 oC, respectiva-

mente). Consequentemente, a prpria liga

tambm tem baixa temperatura de fuso. O

antimnio misturado ao chumbo e ao estanho

para que a liga suporte temperaturas um pouco

maiores sem fundir e tenha maior dureza.

Os metais, quando submetidos a tempera-

turas elevadas, podem facilmente sofrer oxi-

dao se estiverem em contato com o oxignio

do ar. Por esse motivo, o interior das lmpa-

das preenchido com gases inertes (que difi-

cilmente reagem com outros materiais), como

nitrognio (N2), criptnio (Kr) e, principal-

mente, argnio (Ar).

Elaborado por Fabio Luiz de Souza especialmente para o So Paulo faz escola.

Exerccios em sala de aula

1. Comente a importncia do conhecimento das propriedades dos metais para a constru-

o de uma lmpada eltrica incandescente.

D exemplos que ilustrem seus argumentos.

O aluno vai elaborar seu prprio texto. importante que

-

-

rosca metlica -

-

-

filamento

de tungstnio -

de resistir a temperatura de mais de 3 000 o

2. Zinco, ferro e nquel so metais de mais fcil obteno do que o tungstnio. Seria

possvel substituir o filamento de tungst-

nio da lmpada eltrica por um desses me-

tais? Explique sua resposta.

-

o

3. Complete a tabela a seguir com trs exem-plos de objetos metlicos (ou que conte-

nham metais) presentes em sua casa ou na

escola. Cite os metais que constituem esses

43

Qumica 1a srie Volume 2

Para finalizar a atividade, alguns alunos

podem apresentar os objetos que analisaram

e as relaes estabelecidas entre as proprieda-

des e os usos dos materiais metlicos.

Atividade 2 Produo de ferro no mundo: do minrio ao ao

Nesta atividade discutiremos as relaes entre

reserva e extrao de minrio de ferro, a produ-

o de ferro-gusa e ao e os aspectos tecnolgi-

cos, geogrficos e socioeconmicos de cada pas.

O ferro o metal produzido em maior

quantidade no mundo. Por sua dureza, malea-

bilidade e elevada temperatura de fuso, alm

de outras propriedades, ele tambm o metal

mais utilizado pela humanidade h mais de

6 mil anos. De armas a utenslios domsticos

e vergalhes para a construo civil, o ferro