2010 volume2 cadernodoaluno_quimica_ensinomedio_2aserie_gabarito (1)

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2010 volume2 cadernodoaluno_quimica_ensinomedio_2aserie_gabarito (1)

  1. 1. Caro Professor,Em 2009 os Cadernos do Aluno foram editados e distribuídos a todos os estudantes darede estadual de ensino. Eles serviram de apoio ao trabalho dos professores ao longo detodo o ano e foram usados, testados, analisados e revisados para a nova edição a partirde 2010.As alterações foram apontadas pelos autores, que analisaram novamente o material, porleitores especializados nas disciplinas e, sobretudo, pelos próprios professores, quepostaram suas sugestões e contribuíram para o aperfeiçoamento dos Cadernos. Notetambém que alguns dados foram atualizados em função do lançamento de publicaçõesmais recentes.Quando você receber a nova edição do Caderno do Aluno, veja o que mudou e analiseas diferenças, para estar sempre bem preparado para suas aulas.Na primeira parte deste documento, você encontra as orientações das atividadespropostas no Caderno do Aluno. Como os Cadernos do Professor não serão editados em2010, utilize as informações e os ajustes que estão na segunda parte deste documento.Bom trabalho!Equipe São Paulo faz escola. 1
  2. 2. Caderno do Aluno de Química – 2ª série – Volume 2Respostas às questõesProfessor, as respostas aqui apresentadas são indicações do que pode ser esperado dasreflexões dos alunos. De maneira nenhuma são “gabaritos” para serem seguidos em eventuaiscorreções de tarefas ou discussões em sala de aula. Deve-se chamar atenção para o fato de seter procurado utilizar a linguagem que envolve termos científicos de maneira adequada, o que,certamente, não corresponde ao modo pelo qual os alunos se expressam. Estes, muitas vezes,expressam ideias pertinentes, porém sem a devida apropriação da terminologia química.Bom trabalho! 2
  3. 3. SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 1 EXPLICANDO O COMPORTAMENTO DE MATERIAIS: MODELOS SOBRE A ESTRUTURA DA MATÉRIAPáginas 4 - 5 Observação das lâmpadas Materiais 2 ,5 W 10 W ou 15 W 60 W Ferro (+++) (+++) (+++) Alumínio (+++) (+++) (+++) Cobre (+++) (+++) (+++) Zinco (+++) (+++) (+++) Madeira (-) (-) (-) Plástico (-) (-) (-) Mármore (-) (-) (-) Cloreto de sódio (NaCl ) (-) (-) (-) Sacarose (C12H22O11 ) (-) (-) (-) Carbonato de cálcio (CaCO3) (-) (-) (-) Naftalina triturada (C10H8) (-) (-) (-) Hidróxido de sódio sólido (-) (-) (-) (NaOH) Hidróxido de sódio fundido (+++) (+++) (+++) Etanol (C2H5OH) (-) (-) (-) Água destilada (+) (-) (-) Água potável (++) (-) (-) Solução aquosa de NaCl (+++) (+++) (+++) Solução aquosa de açúcar (+) (-) (-) Solução aquosa de NaOH (+++) (+++) (+++) Solução aquosa de etanol (+) (-) (-)Observação: Utilize as notações (+), (++) e (+++) para expressar o grau de condutibilidade e aintensidade da luz, e a notação (-) no caso do material não ser condutor. 3
  4. 4. Questões para análise dos dados experimentaisPáginas 6 - 71. Condutores Maus condutores Isolantes Ferro Água destilada Madeira Alumínio Solução aquosa de açúcar Mármore e plástico Cobre Solução aquosa de etanol Naftalina triturada Zinco Água potável Etanol (anidro) NaOH fundido NaCl sólido Solução aquosa de NaOH NaOH sólido Solução aquosa de NaCl Açúcar sólido CaCO3 sólido2. O plástico é isolante elétrico, ou seja, não conduz corrente elétrica.3. Nem todos os materiais classificados como condutores conduzem corrente elétrica com a mesma intensidade; os metais são os melhores condutores; o hidróxido de sódio fundido e as soluções de NaOH e NaCl são tão bons condutores quanto os metais. A água potável é também condutora de corrente elétrica, porém em intensidade bem menor que os metais.4. Sim, NaOH no estado sólido não é condutor e foi considerado isolante, porém, no estado líquido, ou seja, fundido, é condutor. Assim como o NaOH sólido, o NaCl sólido também foi considerado isolante, porém as soluções aquosas de ambos são condutoras de corrente elétrica. 4
  5. 5. 5. S ó lid o s Líquidos Dissolvidos em á g ua Cobre Água destilada Cloreto de sódio (mau condutor) Ferro Água potável Hidróxido de sódio (mau condutor) Alumínio Hidróxido de sódio Zinco6. Pode-se supor que os materiais condutores no estado sólido, como os metais, contêm cargas elétricas livres que podem se movimentar transportando energia. Quanto ao NaCl e NaOH, ambos sólidos, pode-se supor que suas partículas, embora portadoras de carga elétrica, se mantêm atraídas e, portanto, sem liberdade de movimento para o transporte de eletricidade. Com a fusão ou a dissolução em água, as partículas adquirem mobilidade e passam a conduzir corrente elétrica. As partículas desses materiais no estado sólido podem ter carga, mas não têm liberdade de movimento.7. Da mesma forma, pode-se supor que materiais isolantes ou são desprovidos de partículas portadoras de carga elétrica ou, então, as cargas existem, porém se encontram sem liberdade de movimento para conduzir corrente elétrica.Página 7 O texto é uma criação do aluno, no qual vai expressar as ideias que lhe foram maisimportantes. Alguns aspectos conceituais importantes relacionados a essa atividadepodem ser apontados: é preciso admitir que as partículas, que constituem os materiaiscondutores, sejam portadoras de cargas elétricas e podem se movimentar transportandoenergia elétrica. Quanto aos isolantes, as partículas ou não são portadoras de cargas 5
  6. 6. elétricas ou, então, estão organizadas de tal forma que não podem se movimentar econduzir corrente elétrica.Refletindo sobre as observações experimentaisPáginas 8 - 91. Ao se comparar o grau de condutibilidade da água antes da adição de hidróxido de sódio com a condutibilidade manifestada após a sua dissolução, na qual ocorreu um aumento considerável no grau de condutibilidade elétrica, pode-se considerar que houve um aumento da quantidade de cargas elétricas na solução, provenientes da dissolução do hidróxido de sódio em água.2. Quando se compara o processo de fusão do hidróxido de sódio com a sua dissolução em água, verifica-se, em ambas as situações, o “surgimento” de cargas elétricas. Diante do observado, pode-se supor que elas já existiam no sólido, mas estavam “presas” e não podiam se manifestar. Com a dissolução, as cargas elétricas foram separadas pela interação com a água e adquiriram mobilidade, o que permitiu que se manifestassem.3. No teste realizado com o açúcar em água, o efeito causado foi diferente daquele que ocorreu com o cloreto de sódio. Pode-se supor que as partículas presentes na solução de açúcar são de natureza diferente das que se encontram na solução de cloreto de sódio, ou seja, são partículas desprovidas de carga elétrica.4. Considerando que o cloreto de sódio apresenta comportamento similar ao do hidróxido de sódio em termos de condutibilidade elétrica quando nos estados sólido e líquido e em solução aquosa, pode-se admitir a ideia de que esse sal é também constituído de partículas portadoras de cargas elétricas. Sendo assim, a suposição mais coerente com os fatos feita no início da atividade é a de que as cargas elétricas já existiam nesses solutos e foram liberadas no decorrer da dissolução e da fusão. 6
  7. 7. Páginas 9 - 111. Há várias possibilidades de elaboração de um quadro-síntese. Reproduzimos, a seguir, um possível quadro-síntese, análogo ao que foi proposto no Caderno do Professor como síntese da atividade.2. a) Propriedades de alguns materiais Material Temperatura Temperatura de S o lu b ilid a d e Condutibilidade de fusão (ºC) ebulição (ºC) em água elétrica do material em á g ua Cloreto de sódio 801 1401 Solúvel Alta condutibilidade (NaCl) Açúcar 185 Decompõe a 250 Solúvel Igual à da água (C12H22O11) Água 0 100 Condutibilidade 7
  8. 8. (H2O) muito baixa Hidróxido de 318 1390 Solúvel Alta sódio condutibilidade (NaOH) Hidróxido de 380 1320 Solúvel potássio (KOH) Carbonato de 851 Solúvel sódio (Na2CO3)Ácido butanoico -5,7 163 Pouco solúvel (C4H8O2) Etanol -114 78 Solúvel Igual à da água (C2H6O) Carbonato de Pouco cálcio solúvel (CaCO3)Fonte: Química: módulo 3. Programa de Educação Continuada. Construindo sempre.Aperfeiçoamento de professores. Ensino Médio. São Paulo: SEE, 2003.b) No estabelecimento dessas relações, é importante que os alunos percebam quetanto o cloreto de sódio quanto o hidróxido de sódio são solúveis em água, assoluções são boas condutoras de corrente elétrica e apresentam temperaturas deebulição e de fusão altas, quando comparados com a água ou outros materiaisapresentados na tabela. Devem perceber, também, que o álcool etílico (etanol) e oaçúcar, embora solúveis em água, não apresentam soluções condutoras de correnteelétrica; apresentam temperaturas de ebulição mais baixas do que outros materiaiscitados na tabela. Quanto à temperatura de fusão do açúcar, pode ser considerada altase comparada à do álcool etílico (etanol) e pode ser considerada baixa se comparadaàs dos sais e das bases.c) O hidróxido de potássio pode ser comparado ao hidróxido de sódio: ambos sãosolúveis em água e apresentam temperatura de fusão e ebulição da mesma ordem de 8
  9. 9. grandeza; portanto, seu comportamento em relaçãoà condutibilidade elétrica é similar ao do NaOH. O carbonato de sódio é solúvel e tem temperatura de fusão da mesma ordem de grandeza que o NaCl; portanto, deve ser condutor quando dissolvido em água. O carbonato de cálcio é pouco solúvel; portanto, pode-se supor que a solução apresenta baixa condutibilidade. Sobre o ácido butanoico, sabe-se que é líquido, pois seu ponto de fusão está abaixo da temperatura ambiente e a de ebulição está acima desta. Não há dados suficientes para avaliar o grau de condutibilidade elétrica no estado líquido. Como esse ácido é pouco solúvel, a solução aquosa deve apresentar condutibilidade próxima à da própria água.Páginas 11 - 121. A primeira representação está de acordo com as ideias de Dalton pois, segundoo cientista, átomos de um mesmo elemento químico são idênticos em massa. Como na primeira figura os átomos de ouro são representados como esferas de igual tamanho, pode-se supor, então, que tenham a mesma massa.2. Uma representação possível se encontra no Caderno do Professor na página 28.3. Como o átomo é eletricamente neutro e contém quatro cargas positivas, deverá conter também quatro cargas negativas. 9
  10. 10. Páginas 12 - 141. É importante que as representações elaboradas pelos alunos sejam discutidas, tanto em seus aspectos desejáveis quanto nos indesejáveis.2. Os alunos vão apresentar textos próprios com detalhes que revelam seus próprios entendimentos e aspectos que chamaram sua atenção. Alguns aspectos, entretanto, podem ser destacados. Segundo as ideias de Dalton, o átomo era indivisível e indestrutível, não havendo, portanto, partículas constituintes desses átomos. Assim, os dados experimentais obtidos por Rutherford não podem ser explicados por esse modelo. Com relação às ideias de Thomson, embora considerasse a existência de elétrons, imaginava o átomo como uma esfera maciça de eletricidade positiva, e os elétrons estariam incrustados nessa esfera. Assim, com esse modelo, não é possível explicar por que as partículas α sofriam grandes desvios.3. Rutherford sugeriu que o átomo seria constituído de um núcleo diminuto, positivamente carregado, onde se concentra quase toda a sua massa, e de uma eletrosfera, região ao redor do núcleo na qual estariam os elétrons em número suficiente para garantir a neutralidade do átomo. Os alunos podem mencionar que o fato da maioria das partículas α atravessarem o átomo sem sofrer desvios pode ser explicado admitindo que dentrodo átomo existe um grande vazio. A proposição do núcleo carregado positivamente e com massa concentrada pode ser explicada pelos grandes desvios e pelo retorno que as partículas α sofriam. Tais comportamentos, segundo Rutherford, eram devidos à repulsão eletrostática ou à colisão frontal (no caso de retorno) entre as partículas positivamente carregadas e os núcleos também positivos.4. No modelo de Rutherford os átomos continuam apresentando massas características. Assim, a conservação da massa pode ser explicada admitindo-se que a transformação química é um rearranjo de átomos, cujas massas são fixas e, ainda, que os núcleos se mantêm intactos, não perdem a sua individualidade no decorrer da transformação. 10
  11. 11. Páginas 15 - 161. Os alunos elaborarão textos próprios. Ao compararem as ideias de Rutherford e de Bohr, é importante que indiquem que as semelhanças estão na proposição de um núcleo, com carga positiva, e da eletrosfera, região negativamente carregada. Entretanto, diferentemente de Rutherford, Bohr propõe a distribuição dos elétrons em órbitas na eletrosfera. Cada órbita possui um determinado nível de energia. Os elétrons, enquanto giram em uma certa órbita, não irradiam energia. No entanto, podem passar de uma órbita para outra, absorvendo ou emitindo uma certa quantidade de energia. Ao passar de uma órbita mais afastada para outra mais próxima ao núcleo, há liberação de energia e, em caso contrário, isto é, de uma mais próxima para outra mais afastada, haverá absorção de energia.2. Há uma correlação entre a cor emitida no aquecimento de uma substância e a sua composição química. De acordo com as ideias de Rutherford e de Bohr, os elétrons descrevem órbitas circulares ao redor do núcleo, chamadas de níveis de energia. Somente algumas órbitas são permitidas ao elétron. Quando, por exemplo, o cloreto de sódio é aquecido numa chama, pode-se supor que os elétrons do átomo de sódio absorvem uma certa quantidade de energia suficiente para mudar de órbita, transitando para uma outra mais afastada do núcleo e de maior energia. Quando retornam, irradiam a mesma energia na forma de radiação eletromagnética, cuja frequência é característica do elemento, no caso, a luz amarela.Questões para análise do textoPágina 181. Não, são dois conceitos diferentes. Número atômico (Z) corresponde ao número de prótons que um átomo possui. O número de massa (A) corresponde à soma do número de prótons e do número de nêutrons. 11
  12. 12. 2. Nome do Prótons Nêutrons Elétrons Nº atômico Nº de massa Elemento Neônio 10 10 10 10 20 Sódio 11 12 11 11 23 Cloro 17 18 17 17 35 Estrôncio 38 49 38 38 873. Isótopos são átomos do mesmo elemento químico, tendo, portanto, mesmo número atômico, ou seja, o mesmo número de prótons no núcleo; no entanto, apresentam diferentes números de nêutrons. Os alunos podem dar os exemplos que estão no Caderno do Aluno, p 17, (H, O, Pb) e podem apresentar argumentos para justificar o mesmo comportamento químico, mencionando que muitas das substâncias são constituídas por uma mistura de isótopos dos elementos que as compõem.Página 19 A elaboração da síntese é uma atividade de metacognição, ou seja, é uma forma doaluno perceber o que aprendeu, o que ainda não ficou claro, que significados atribui aosconceitos. De forma que é uma oportunidade de revisão dos conhecimentos aprendidos.O importante é que o aluno mobilize seus conhecimentos, perceba dúvidas e procureresolvê-las. 12
  13. 13. Questão para sala de aulaPáginas 20 - 211. Mendeleev organizou a tabela periódica utilizando como critério a ideia de que “as propriedades dos elementos são função periódica da massa atômica”. A tabela atual é organizada segundo a ideia de que “as propriedades dos elementos são função periódica do número atômico”.2. Os elétrons do último nível de energia de um átomo são chamados de “elétrons de valência” e a camada que os contém, de “camada de valência”. São esses elétrons os responsáveis pelo comportamento químico do elemento.3. Os alunos podem apresentar a distribuição dos elétrons nas camadas ou níveis de energia, segundo o modelo atômico de Bohr. K L M N O P Q Camada eletrônica 2 8 18 32 32 18 2 Número máximo de elétrons4. a) Li, Na, K – Grupo 1 – metais alcalinos. b) F, Cl, Br – Grupo 17 – halogênios. c) Be, Mg, Ca – Grupo 2 – metais alcalinoterrosos. d) B, Al, Ga – Grupo 13. e) C, Si, Ge – Grupo 14. f) O, S, Se – Grupo 16 – calcogênios. g) Ne, Ar, Kr – Grupo 18 – gases nobres. 13
  14. 14. 5. a) K L M N 2 1 3Li 2 8 1 11Na 2 8 8 1 19K b) 2 7 9F 2 8 7 17Cl 2 8 18 7 35Br c) 2 2 4Be 2 8 2 12Mg 2 8 8 2 20Ca d) 2 3 5B 2 8 3 13Al 2 8 18 3 31Ga e) 2 4 6C 2 8 4 1 4 Si 2 8 18 4 32Ge f) 2 6 8O 14
  15. 15. 2 8 6 16S 2 8 18 6 3 4 Se g) 2 8 10Ne 2 8 8 18Ar 2 8 18 8 36Kr6. O número de camadas vai aumentando, ao longo do grupo (ou família), mas o número de elétrons de valência continua o mesmo, para elementos do mesmo grupo.7. 3Li 4Be 5B 6C 7N 8O 9F 10Ne Elementos 1 2 3 4 5 6 7 8 Elétrons de valência Ao longo da segunda e da terceira linhas da tabela periódica, à medida que aumenta o número atômico, o número de elétrons de valência vai aumentando de 1 até 8. Essa regularidade só é verificada nos blocos da tabela constituídos pelos elementos dos grupos 1 e 2; 13, 14, 15, 16 17 e 18, e não para os elementos que compõem os grupos de 3 a 12.Página 22 a) Ca(s) + 2 H2O(l) → Ca(OH)2(aq) + H2(g) b) O papel de tornassol é um indicador que adquire a cor azul em meio básico. O hidróxido de cálcio, Ca(OH)2, se dissolve em água, tornando o meio básico, e por isso o papel tornassol vermelho adquire a cor azul. c) Os elementos que pertencem ao mesmo grupo do cálcio na tabela periódica. São eles: Be, Mg, Sr, Ba e Ra. 15
  16. 16. Desafio!Página 22 Energias de ionização sucessivas dos átomos de sódio e de magnésio Elemento E1 (kcal/mol) E2 (kcal/mol) E3 (kcal/mol) E4 (kcal/mol) Na 118 1091 1453 Mg 175 345 1838 2526 Os dados mostram que a segunda energia de ionização do átomo de sódio é cerca decem vezes maior que a primeira. Assim, é muito improvável a remoção de outro elétrondo átomo de Na. Por outro lado, observa-se que é possível a remoção de dois elétronsdo átomo de magnésio. As respectivas energias de ionização são de mesma ordem degrandeza. Mas é muito difícil remover um terceiro elétron desse átomo. A energiarequerida é cerca de 600 vezes maior. 16
  17. 17. SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 2EXPLICANDO O COMPORTAMENTO DE MATERIAIS: ASLIGAÇÕES ENTRE ÁTOMOS, ÍONS E MOLÉCULASQuestão para a sala de aula – Reflexão sobre as propriedades dosmateriaisPágina 23 Como a intenção da questão é fazer com que os alunos reflitam e façam conjecturas,não se espera uma resposta em termos de modelos explicativos de ligação. Os alunospodem apresentar várias comparações, como, por exemplo, entre açúcar e etanol, quesão constituídos pelos mesmos elementos, e inferir que o número de átomos de cadaelemento pode influenciar nas temperaturas de ebulição e de fusão. Podem compararbutano e octano e chegar à mesma suposição. Podem perceber que o NaCl, únicasubstância da tabela que não apresenta C, H e O, tem alto ponto de ebulição e de fusão epodem conjecturar que os elementos constituintes lhes conferem essas propriedades.Atividade 1 − Ligações químicas na molécula da águaPáginas 24 - 251. H2O2. H O H Observação: não se espera que os alunos façam representações levando em conta a geometria molecular, tópico não discutido.3. H – 1 próton, 1 elétron O – 8 prótons, 8 elétrons4. O oxigênio tem 6 elétrons na camada de valência. 17
  18. 18. 5. repulsão repulsão As forças atuantes são: • Repulsões entre os núcleos dos átomos de H e o núcleo do átomo de O. • Repulsões entre os elétrons dos átomos de H e os elétrons do átomo de O. • Atração entre o núcleo de um átomo e o elétron de outro. Isto é, atrações entre os elétrons de cada um dos átomos de H pelos prótons do núcleo do átomo de O e, ao mesmo tempo, repulsão pelos elétrons da eletrosfera desse átomo. Da mesma forma, os elétrons do átomo de O são atraídos pelo próton do núcleo de cada um dos átomos de H e repelidos pelos seus elétrons. Para que se forme a molécula de H2O, as forças de atração devem ser mais fortes do que as de repulsão.6. Os alunos farão suas próprias representações. Podem representar a polaridade das ligações. Como a ligação formada ocorre entre dois átomos diferentes, que possuem diferentes quantidades de prótons e de elétrons, estes últimos não devem ser igualmente compartilhados, pois há diferença na magnitude das forças de atração e de repulsão. Essa distribuição desigual da carga negativa gera um excesso de carga negativa em um dos átomos (oxigênio) e, consequentemente, uma falta no outro (no hidrogênio).7. Os alunos tenderão a fazer uma representação linear. O professor pode introduzir a representação angular, informando que a molécula de água é polar, e que a representação linear não lhe conferiria tal polaridade (embora cada ligação seja polar, um dipolo compensaria o outro, já que tem a mesma intensidade). 18
  19. 19. Página 25 - 261. As observações se referem à cristalização dos sais na solução. Os alunos podem relatar observações em relação ao tempo do início do experimento até o surgimento dos cristais, ao nível da água no recipiente, à forma e à quantidade de cristais. Os alunos podem explicar mencionando que, como a solução está saturada, ela contém a quantidade máxima do sal que pode permanecer dissolvida no volume de água considerado. Com a evaporação da água, o volume diminui, mas a quantidade de sal permanece a mesma, provavelmente ultrapassando o limite de solubilidade àquela temperatura. O excesso de sal, na forma de cristais, irá se depositar à medida que a evaporação prosseguir. O desenho deve representar agregados de íons Na+ e Cl- ou de Cu2+ e SO42-.2. O processo de obtenção de sal nas salinas pode, sim, ser comparado à obtenção do NaCl no experimento. A água do mar é uma solução que contém, entre outros, íons Na+ e Cl-. Com a evaporação da água nas salinas, o sal vai se cristalizando.Questão para sala de aula – síntese dos modelos de ligação químicaPágina 26 O aluno elaborará um texto próprio. Poderá retomar as ideias de Rutherford e Bohrconsiderando que, entre as partículas de cargas elétricas opostas que constituem asubstância, existem forças de atração e repulsão. Poderá descrever a formação daligação covalente tomando como exemplo a molécula H2 (ou HCl ou H2O) e da ligaçãoiônica tomando como exemplo o NaCl. Deve, ainda, mencionar a ligação metálica,explicando a ideia de “mar de elétrons”.Página 271. Embora ambos sejam sólidos e solúveis em água, apenas a solução aquosa de NaCl é condutora de corrente elétrica. Também, a temperatura de fusão do NaCl é muito 19
  20. 20. mais alta que a do açúcar. Esses fatos indicam que a ligação entre o Na e o Cl, no NaCl, é de natureza diferente da que existe entre os átomos de C, H e O no açúcar.2. O aluno pode fazer um desenho análogo ao apresentado no Caderno do Professor para a ligação metálica (ver página 43) representando esferas com duas cargas positivas e o “mar de elétrons”.3. Fazendo uma analogia com o NaCl, o aluno deve responder que se trata de uma ligação iônica. Ele pode considerar que o cálcio apresenta dois elétrons de valência, formando um cátion com duas cargas positivas. O cloro é um ânion com uma carga negativa, o que justifica a fórmula CaCl2.4. As diferenças observadas entre o butano e o octano podem estar relacionadas com o número de átomos das moléculas (o butano tem 4 átomos de C e o octano tem 8) .2.2 − Explorando a tabela periódica: a previsão dos modelos de ligação químicaConjunto 1Páginas 28 - 291. As informações apresentadas mostram que as substâncias são sólidas à temperatura ambiente; apresentam elevadas temperaturas de fusão; e são condutoras de corrente elétrica quando fundidas ou em solução aquosa.2. À semelhança do NaCl, a ligação entre seus átomos é iônica, pois não são condutores no estado sólido, mas conduzem corrente elétrica no estado líquido e em solução aquosa.3. K – grupo 1, metal alcalino; Mg e Ba – grupo 2, metais alcalinoterrosos; Cl – grupo 17, halogênio. Essas três substâncias são formadas por um elemento dos grupos dos metais e um não metal.4. À semelhança do Na e do Cl, a fórmula do brometo de sódio deve ser NaBr. A ligação entre eles é iônica, sendo que o átomo de Na perde um elétron e o átomo de bromo recebe um. A fórmula do brometo de magnésio deve ser MgBr2. Na formação da ligação entre o átomo de magnésio e o de bromo, o átomo de magnésio perde dois elétrons e cada um dos átomos de bromo recebe um.5. O aluno deverá ter percebido que o conjunto de substâncias analisado se refere a substâncias cujos átomos se unem por ligações iônicas. Os fatos observados levam à conclusão de que “elementos dos grupos 1 e 2 da tabela periódica formam compostos 20
  21. 21. iônicos (cujos cátions têm carga +1 ou +2) com os elementos do grupo 17 (cujos ânions têm carga -1)”. Elementos dos grupos 1 e 2 apresentam maior tendência em perder elétrons do que os do grupo 17 (ou 7A, na tabela antiga).Conjunto 2Páginas 30 - 311. Similaridades e diferenças: Substância Estado físico à Temperatura de Interação com a água temperatura fusão ambiente CaO Sólido 2 614 ºC Reage com água formando Ca(OH)2 MgO Sólido 2 800 ºC Pouco solúvel em água Na2O Sólido 1 275 ºC (ocorre Reage com água sublimação) formando NaOH2. Na – grupo 1, metal alcalino; Mg e Ca – grupo 2, metais alcalinoterrosos; O – grupo 16 ou 6A, calcogênio. São elementos dos grupos 1, 2 e 16, nos extremos opostos da tabela periódica.3. Como apresentam alta temperatura de fusão e são formados por elementos dos extremos opostos da tabela periódica, pode-se supor que essas substâncias são constituídas por íons. O Mg e o Ca podem doar dois elétrons (ambos têm dois elétrons de valência) e o oxigênio pode receber dois elétrons. O sódio pode perder um elétron e o oxigênio pode receber dois. Isso justifica a fórmula do óxido de sódio. O aluno pode representar com desenhos a formação das ligações.4. Considerando a localização dos elementos na tabela periódica, é possível generalizar: na formação de óxidos, para elementos do grupo 1, a proporção entre os átomos do elemento e do oxigênio é de 2:1 (X2O). No grupo 2, a proporção entre os átomos do elemento e do oxigênio é de 1:1 (X O).5. O lítio é do mesmo grupo que o sódio e, portanto, apresenta comportamento semelhante a ele. Sendo assim, a fórmula do óxido de lítio deve ser Li2O.6. O enxofre está localizado no mesmo grupo que o oxigênio, grupo 16, e o potássio é da mesma família do sódio. É de se esperar que, analogamente ao óxido de sódio, 21
  22. 22. esse composto deva ser formado por ligações iônicas e que seja sólido à temperatura ambiente.7. MgS (proporção 1:1).8. O aluno deve redigir conclusões que serão extraídas no decorrer da atividade.Conjunto 3Páginas 32 - 331. Similaridades e diferenças: Substância Estado físico à Tempera Tempera Interação com a temperatura tura de tura de á g ua ambiente fusão ebulição Dióxido de Gás não -72 ºC -10 ºC Reage com água enxofre inflamável formando H2SO3 (SO2) Pentóxido de Sólido 340 ºC 360 ºC Reage com água difósforo formando H3PO4 (P2O5) Dióxido de Gás -9,3 ºC 21,15 ºC Reage com água nitrogênio formando HNO3 e (NO2) N2O O SO2 e o NO2 são gases à temperatura ambiente. Assim como o P2O5, reagem com água, formando ácidos.2. Tendo a água como parâmetro de comparação, as substâncias do conjunto 3 apresentam estados físicos à temperatura ambiente diferentes da água, porém pode-se fazer algumas aproximações. Uma das substâncias, o SO2, apresenta temperaturas de fusão e de ebulição bem mais baixas, enquanto o pentóxido de difósforo funde em temperatura muito mais alta. Entretanto, o NO2 apresenta temperaturas de fusão e ebulição comparáveis às da água. Assim, o SO2 e o NO2 não parecem se formar por ligações iônicas. As temperaturas de fusão e de ebulição desse conjunto de substâncias não são próximas às das substâncias iônicas, que, geralmente, apresentam tanto para a fusão quanto para a ebulição temperaturas muito altas quando comparadas às da água. 22
  23. 23. 3. Família do nitrogênio – grupo 15 e família do O – grupo 16. Os grupos são próximos na tabela periódica.4. Elementos não metálicos dos grupos 15 e 16 da tabela periódica formam substâncias covalentes por compartilhamento de elétrons.5. O carbono (C) está no grupo 14 da tabela periódica, tendo 4 elétrons na órbita de valência. O oxigênio (O) está no grupo 16 e no mesmo período, tendo 6 elétrons na órbita de valência. Pela posição desses elementos na tabela periódica e comparando suas propriedades com as do NO2 e do SO2, pode-se supor que o CO se forma por ligação covalente. Dessa maneira, deve-se esperar que, à temperatura ambiente, esteja no estado gasoso, e não no sólido.6. A questão envolve uma releitura da atividade e a redação das conclusões construídas no desenvolvimento dela.Questões para sala de aulaPáginas 33 - 351. Eletronegatividade é a grandeza que determina a tendência que o átomo de um elemento tem de atrair os elétrons envolvidos numa ligação química.2. a) No grupo 1, grupo dos metais alcalinos, e no grupo 2, dos alcalinoterrosos, a eletronegatividade diminui conforme aumenta o número atômico (1,0 para o Li até 0,7 para o Cs e de 1,5 para o Be até 0,9 para o Ba). b) No grupo dos halogênios, grupo 17, a eletronegatividade descresce de 4,0 (para o flúor, F) até 2,2 (para o astato, At).3. Eletronegatividade dos Diferença de Eletronegatividade Diferença de elementos constituintes eletronegatividade dos elementos eletronegatividade constituintes NaCl N2 Na: 0,9 3,0 – 0,9 = 2,1 N: 3,0 3,0 – 3,0 = 0 Cl: 3,0 23
  24. 24. KBr 2,8 – 0,8 = 2,0 SO2 3,5 – 2,5 = 1,0 K: 0,8 S: 2,5 Br: 2,8 O: 3,5 MgCl2 3,0 – 1,2 = 1,8 NH3 3,0 – 2,2 = 0,8 Mg: 1,2 N: 3,0 Cl: 3,0 H: 2,2 CaO 3,5 – 1,0 = 2,5 CO 3,5 – 2,5 = 1,0 Ca: 1,0 C: 2,5 O: 3,5 O: 3,5a) Em substâncias que se formam por ligação iônica, as diferenças de eletronegatividade são maiores (oscilam entre 1,8 e 2,5) do que as que se formam por ligação covalente (oscilam entre 0,8 e 1).b) Menores eletronegatividades – metais alcalinos – grupo 1. Maiores eletronegatividades – halogênios – grupo 17. Os maiores valores de eletronegatividade se encontram entre os elementos dos grupos 16 e 17, os não metais, e os menores valores entre os metais alcalinos e alcalinoterrosos.c) Observando os valores da diferença de eletronegatividade nas substâncias que se formam por ligações iônicas e por ligações covalentes, pode-se inferir que, quando essa diferença é maior que 1,7, a ligação terá caráter predominantemente iônico, e que, quando essa diferença é menor que 1,7, a ligação será predominantemente covalente. 24
  25. 25. Página 36 Os alunos podem procurar as informações sugeridas em dicionários de Química, emlivros didáticos e outros que tratem de questões ambientais ou temas específicos daQuímica. Há várias páginas na internet com informações sobre diversos materiais. Porexemplo, há páginas dos próprios fabricantes, ou importadores de um dado materialcom informações sobre propriedades, usos e fórmulas.Os alunos deverão organizar as informações a sua maneira. Podem fazer cartazes eapresentações. 25
  26. 26. SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 3 TRANSFORMAÇÕES QUÍMICAS: UMA QUESTÃO DE QUEBRA E FORMAÇÃO DE LIGAÇÕESQuestões para a sala de aulaPáginas 37 - 381. De acordo com o gráfico, a formação de uma ligação é um processo exotérmico, pois envolve liberação de energia. A ruptura de ligações, ao contrário, é um processo endotérmico, pois é necessário fornecer energia para romper as ligações.2. 26
  27. 27. Como a formação da molécula de N2 libera mais energia que a formação da molécula de O2, a curva mais externa, a que apresenta maior variação de energia deve ser a da formação da molécula de N2.3. O aluno poderá mencionar que energia de ligação é a energia necessária para romper 1 mol de uma dada ligação em uma molécula, ou que é a energia liberada na formação de 1 mol de ligação na referida molécula.Página 391. NH3 (amônia) Ligações existentes na molécula: 3 mol de ligações N─H Energia de ligação: 388 kJ/mol Energia liberada na formação de 1 mol de NH3: 3 mol ×388_kJ/mol =1 164 kJ C2H5OH (etanol) Ligações existentes: Energia de ligação 5 mol de ligações H─C  5 mol × 412 kJ/mol= 2 060 kJ 1 mol de ligações C─C 348 kJ/mol 1 mol de ligações C─O 351 kJ/mol 1 mol de ligações H─O 463 kJ/mol Energia liberada na formação de 1 mol de etanol = 2 060+ 348+ 351+ 463 = 3 222 kJ/mol de etanol2. A energia necessária para romper as ligações em um mol de amônia é de 1 164 kJ/mol e em um mol de etanol é de 3 222 kJ/mol. 27
  28. 28. Desafio!Página 40Ligações existentes: Energia:4 mol de ligações H─N          ________ 4 mol × 388 kJ/mol = 1 552 kJ1 mol de ligações N─N ________ ?Energia de ligação N─N = 1 720 – 1 552 = 168 kJ/molQuestão para sala de aulaPágina 40Complete o quadro a seguir que resume cálculos sobre a combustão do metano. CH4(g) + 2 O2(g)  2 H2O(g) + CO2(g)Ligações rompidas nos reagentes:4 mol de ligações C−H = 4 mol × 412 kJ/ mol = 1 648 kJ2 mol de ligações O=O = 2 mol × 497 kJ/mol = 994 kJTotal de energia absorvida na quebra das ligações = 2 642 kJLigações formadas nos produtos:4 mol de ligação O-H = 4 mol × 463 kJ /mol = 1 852 kJ2 mol de ligação C=O = 2 mol × 802 kJ/mol = 1 604 kJTotal de energia liberada na formação das ligações = 1 852 kJ + 1 604 = 3 456 kJSaldo de energia: energia liberada – energia fornecida: 3 456 – 2 642 = 814 kJLiberação de 814 kJ/mol na combustão de 1 mol de metano ou H= -814 kJ/molCH4(g) + 2 O2(g)  2 H2O(g) + CO2(g) + 814 kJObservação: no CA (página 40), no texto da atividade, foi fornecido o valor da energia decombustão em kcal/mol. Para transformar em kJ deve-se multiplicar por 4,18 (1 cal = 4,18 J). Ovalor calculado e o experimental são próximos, porém não idênticos. Pode-se comentar que oaluno calculou em valor teórico, baseado em um modelo, que permite uma boa previsão. Pode-se alterar o valor no CA de 212,8 kcal/mol para 889,5 kJ/mol. Fica mais fácil para oaluno visualizar. 28
  29. 29. Página 411. a) C3H8(g) + 5 O2(g) → 3 CO2(g) + 4 H2O(g) b) Energia absorvida na quebra das ligações nos reagentes: 8 mol de ligações H─C 8 mol × 412 kJ/mol = 3 296 kJ 2 mol de ligações C─C 2 mol × 348 kJ/mol = 696 kJ 5 mol de ligações O═O 5 mol × 497 kJ/mol = 2 485 kJ _______ Total = 6 477 kJ c) Energia liberada na formação das ligações dos produtos: 6 mol de ligações C═O             6 mol × 802 kJ/mol = 4 812 kJ 8 mol de ligações H─O  8 mol × 463 kJ/mol = 3 704 kJ ________ Total = 8 516 kJ d) O saldo energético representa a diferença entre a energia liberada e a absorvida e corresponde ao total de energia que é liberada na combustão. 8 516 - 6 477 = 2 039 kJ/mol de propano O valor encontrado explica o fato da reação ser exotérmica, pois a energia liberada é maior que a energia absorvida. e) C3H8(g) + 5 O2(g) → 3 CO2(g) + 4 H2O(g) + 2 039 kJ 29
  30. 30. SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 4 REPRESENTANDO A ENERGIA ENVOLVIDA NAS TRANSFORMAÇÕES: O USO DE DIAGRAMAS DE ENERGIAQuestão para sala de aulaPágina 421.a) O eixo vertical, eixo da energia, mostra o sentido em que a energia cresce. De acordo com o diagrama, a energia dos reagentes é maior do que a dos produtos: está representada em um nível acima do nível dos produtos.b) A reação é exotérmica. A energia decresce porque uma parte dela é liberada.c) Veja a seta no gráfico acima.Desafio!Página 43 O sinal positivo que precede o valor do H indica que o conteúdo de energia dosprodutos é maior do que o dos reagentes, ou seja, ocorre aumento de energia quando osreagentes se transformam em produtos. Por exemplo, o sinal positivo atribuído ao Hda formação de 2 mol de Fe sólido informa que os produtos (2 Fe(s) + 3 CO(g)) contêm490,8 kJ de energia a mais do que os reagentes (Fe2O3(s) + 3 C(s)). 30
  31. 31. O sinal positivo atribuído ao H da decomposição de 1 mol de água informa que osprodutos (H2(g) + ½ O2(g)) contêm 285,8 kJ de energia a mais do que o reagenteH2O(l).Atividade-síntesePágina 43 Para elaborar a síntese é recomendável que o aluno releia as situações deaprendizagem 3 e 4, seguindo o roteiro apresentado pelo professor.Páginas 43 - 451. Os cálculos devem ser apresentados na tabela da página 44 do Caderno do Aluno.2. O aluno deve perceber que, para uma mesma massa de água atingir a mesma temperatura ao ser aquecida pelo calor fornecido por diferentes combustíveis, foram necessárias massas diferentes de cada combustível. Como a quantidade de calor necessária para que a massa de água atingisse a temperatura observada no experimento é a mesma para os dois combustíveis, aquele que foi consumido em maior quantidade deve ter fornecido menor quantidade de calor por grama, devendo 31
  32. 32. apresentar menor calor de combustão. O combustível consumido em menor quantidade fornece maior quantidade de calor por grama e, consequentemente, apresenta maior calor de combustão.Páginas 46 - 481. Alternativa d.2. Alternativa d.3. Há várias possibilidades de resposta. Os alunos podem recorrer à tabela da p. 34 e, pela diferença entre a eletronegatividade do cloro e a do carbono, explicar que a ligação é covalente. Também podem se basear, como na resposta 1, nas posições relativas dos elementos na tabela periódica e concluir que a ligação é covalente. Podem, ainda, considerar o número de elétrons na camada de valência (modelo de Bohr) de cada um dos elementos e sugerir que o compartilhamento de elétrons é mais fácil do que a transferência.4. Alternativa b.5. Alternativa c. AJUSTES Caderno do Professor de Química – 2ª série – Volume 2 Professor, a seguir você poderá conferir alguns ajustes. Eles estão sinalizados a cadapágina. 32
  33. 33. Química - 2a série - Volume 2Situações de Aprendizagem Situação de aprendizagem 1 Explicando o comportamento de materiais: modelos sobre a estrutura da matéria Muitas das propriedades dos materiais só priedades elétricas apresentadas pelos materiais,podem ser entendidas a partir de conhecimen- bem como as interações que levam à formaçãotos da estrutura da matéria. Já se tem uma com- de ligações químicas. Assim, é importante quepreensão dessa estrutura em termos das ideias sejam apresentados outros conhecimentos so-de Dalton. Entretanto, embora relevantes para bre a estrutura da matéria. Propõe-se o estudoum primeiro entendimento sobre o comporta- dos modelos explicativos de Rutherford e Bohr,mento da matéria, essas ideias são limitadas que dão subsídios para a compreensão do com-quando se procura entender, por exemplo, pro- portamento dos materiais. Tempo previsto: 8 aulas. Conteúdos e temas: natureza elétrica da matéria – condutibilidade elétrica dos materiais, isolantes e condutores. Competências e habilidades: classificação e estabelecimento de critérios; controle de variáveis; elaboração de modelo explicativo; ideias de Thomson, Rutherford e Bohr para o átomo; tabela periódica - estrutura e propriedades dos elementos. Estratégias: levantamento dos conhecimentos prévios; leitura de textos; experimentação para coleta de dados; organização dos dados em tabelas; proposição de questões para análise dos resultados; elabora- ção de conclusões; discussão geral. Recursos: material experimental, cópias de roteiros e textos para os alunos. Avaliação: respostas às questões e exercícios, elaboração de textos e outros. 11
  34. 34. ff 3 lâmpadas: uma de 2,5 W (lâmpada de neon), Procedimento uma de 10 W ou 15 W e uma de 60 W; ff Inicialmente, limpe os eletrodos com a esponja ff 1 pedaço de esponja de aço; de aço (lembre-se: com o dispositivo desligado da tomada). ff 1 pinça; ff Prenda as duas lâmpadas nesse dispositivo ou ff um tripé e tela de amianto; uma, dependendo do aparelho utilizado, e ligue-o à tomada. As lâmpadas acendem? Por quê? ff uma fonte de calor (lamparina ou bico de Bunsen); ff O que é preciso fazer para que as lâmpadas acendam? ff fita crepe. ff Com o dispositivo ligado à tomada, usan- O dispositivo de teste é constituído por do uma lâmpada de cada vez (mantendo uma lâmpada de neon e duas outras lâmpa- uma rosqueada e a outra desrosqueada), das, uma de 10 W ou 15 W e outra de 60 W, coloque os eletrodos em contato com as ligadas em paralelo, tendo um resistor inter- amostras de metais (ferro, alumínio, co- calado no circuito e um fio terminal para ser bre e zinco), madeira, plástico e mármore. ligado a uma tomada. Pode ser utilizado um Anote na tabela as observações sobre o dispositivo mais simples, contendo a lâmpada acendimento ou não da lâmpada em uso. de neon e outra, ou um dispositivo com ape- nas uma lâmpada. Neste caso, a tabela (p. 15) ff Em cada um dos frascos pequenos ou bé- deve ser refeita, reduzindo o número de colu- queres, coloque os seguintes materiais e os nas de registro das observações. devidos rótulos: água potável, água desti- lada, etanol e pequena quantidade (uma Recomendações colherzinha rasa) dos sólidos: cloreto de sódio, hidróxido de sódio, carbonato de ff Não tocar nos dois eletrodos (fios desenca- cálcio, naftalina triturada e açúcar. Inicie pados) simultaneamente quando o disposi- os testes usando o aparelho de condutibi- tivo estiver ligado à tomada. lidade com todas as lâmpadas rosqueadas. Caso nenhuma lâmpada acenda, desros- ff empre que for limpar os eletrodos, desli- S queie a de 60 W e observe novamente. Se gue o dispositivo da tomada. não ocorrer nenhum acendimento, desros- queie a de 10 W ou 15 W e observe. ff o testar materiais líquidos, mantenha os A eletrodos sempre paralelos e imersos até a ff Teste a condutibilidade elétrica iniciando mesma altura (controle de variáveis). pelos materiais sólidos, usando uma lâm-14
  35. 35. Química - 2a série - Volume 2 pada de cada vez. Anote suas observações acrescentando a mesma quantidade de sobre o surgimento ou não de luz e a inten- água aos frasquinhos que contêm os ma- sidade dela na tabela de dados. teriais. Agite e teste a condutibilidade das soluções obtidas, usando uma lâmpada deff Coloque numa cápsula de porcelana cerca cada vez. Anote suas observações. de 2,0 g de hidróxido de sódio (20 pasti- lhas). Monte um sistema para aquecimento Observações e aqueça o sistema suavemente, até a fusão do sólido (PE = 318 oC). Teste a conduti- ff Caso não se disponha de um sistema de bilidade do hidróxido de sódio no estado aquecimento, ou você não julgue conve- líquido e anote sua observação. niente realizar a parte do experimento re- ferente à fusão do hidróxido de sódio, os (Outros materiais no estado sólido, como, por dados podem ser fornecidos.exemplo, o cloreto de sódio e o carbonato de só-dio, que se comportam como o hidróxido de só- ff Como a condutibilidade das soluções depen-dio perante a condução de eletricidade, também de da concentração dos íons em solução, époderiam ser testados quando fundidos; porém, conveniente utilizar quantidades dos sólidossuas temperaturas de fusão (801 ºC e 851 ºC) são relativamente próximas (por exemplo, 1 co-muito elevadas e, portanto, é difícil fundir essas lher). A relação entre concentração de íons esubstâncias nas condições do experimento.) condutibilidade será explorada mais adiante.ff repare soluções aquosas de sacarose, clo- P Um modelo de tabela semelhante à que segue reto de sódio, hidróxido de sódio e etanol, encontra-se no Caderno do Aluno (CA), pp. 5 e 6. Observação das lâmpadas Materiais 2,5 W 10 W ou 15 W 60 W Ferro Alumínio Cobre Zinco Madeira Plástico Mármore Água potável Água destilada Etanol Cloreto de sódio Hidróxido de sódio Carbonato de cálcio 15
  36. 36. ff presença de cargas elétricas em movimen- a ► Há materiais que conduzem corrente elé- to em materiais no estado líquido ou quan- trica no estado sólido. do dissolvidos em água; ► Há materiais que não conduzem corrente ff inexistência de cargas elétricas em mo- a elétrica no estado sólido, mas que a con- vimento em materiais nos estados sólido e duzem quando dissolvidos em água ou líquido ou quando dissolvidos em água. fundidos. Levando em conta todos esses fatos, dire- ► Há materiais que não conduzem corrente cione a atenção para a necessidade de modifi- elétrica no estado sólido nem a conduzem car as ideias sobre o átomo, buscando outras quando dissolvidos em água. com maior poder explicativo, uma vez que o modelo de Dalton não nos possibilita com- preender os fatos descritos. Como explicar essa diversidade de com- portamento dos materiais? São apresentadas, então, as ideias de Thomson e as de Rutherford e Bohr. Tendo isso como meta, pode-se lembrar aos alunos que, para explicar essa diversi- Sugere-se a leitura dos textos que seguem, dade de comportamentos, foi necessário ad- utilizando como recurso uma das técnicas de mitir: leitura de texto sugeridas no Caderno referente ao primeiro bimestre desta série (pág. 12). Ou ff presença de cargas elétricas em movimen- a propor a eles que construam uma tabela com to em alguns materiais no estado sólido; três colunas; cada uma delas deve ser preen-20
  37. 37. Química - 2a série - Volume 2 No decorrer da atividade, os alunos devem prótons 17 e de nêutrons 18; estrôncio, númeroperceber que o modelo de Dalton não pode atômico 38, número de prótons 38 e número deexplicar as observações feitas por Rutherford, nêutrons 49 (CA, Lição de Casa, p. 19).pois este imaginava o átomo indivisível, nãoconstituído por outras partículas. O modelo Atividade 1.3 – A tabela periódicade Thomson também não explica os grandes revisitadadesvios observados no experimento; a massa,nesse modelo, estaria uniformemente distribu- O estudo da tabela periódica será retoma-ída. Com relação à conservação da massa, a do, utilizando como critério para sua orga-ideia explicativa principal é a natureza corpus- nização a ideia de que “as propriedades doscular da matéria; assim, o modelo de Ruther- elementos são função periódica do númeroford nada muda em termos da interpretação atômico”. Ou seja, repetem-se em determina-da conservação da massa nas transformações dos intervalos de número atômico, sendo, porquímicas, uma vez que a individualidade do isso, chamadas propriedades periódicas. A re-átomo é mantida. lação entre as propriedades dos elementos e suas respectivas distribuições eletrônicas fun- Espera-se que se complete a tabela fornecida damentará o entendimento dessa organização.sobre o número de prótons, elétrons e nêutrons São apresentadas as propriedades gerais decom os seguintes dados: neônio, 10 prótons e algumas famílias e a distribuição dos elétronsnúmero de massa 20; sódio, número atômico em níveis de energia, justificando a posição de11 e número de nêutrons 12; cloro, número de cada elemento no grupo ao qual pertence. 29
  38. 38. Química - 2a série - Volume 2 © Claudio Ripinskas Criptônio 265 268 266 267 277 268 280 285 Seabórgio Bório Darmstádtio Roentgênio CopernícioTabela periódica. Como seria a disposição dos elétrons nos Fe Z = 26 26 prótons e 26 elétronsníveis de energia dos átomos dos elementos K=2 L=8 M = 14 N=211 Na e 19K, segundo essas informações? K L M N O P (26 – 10 (de K a L) = 16) e Na 2 8 1 11 (16 e → 8 M + 2 N + 6 M) 19 K 2 8 8 1 Embora as camadas admitam certos números A discussão a seguir não coincide exata-máximos de elétrons, a distribuição dos elétrons mente com as “Questões para a sala de aula”de um átomo em uma dada camada obedece a (CA, pp. 20 e 21), mas oferecem ao professoralgumas regras. Por exemplo, a camada M com- os subsídios necessários para que possam serporta até 18 elétrons. Para distribuí-los nessa desenvolvidas.camada, se não houver 18 elétrons, deve-se co-locar até 8 elétrons e, se ainda houver elétrons 1. Na tabela periódica estão representadas aspara distribuir, colocam-se até 2 na camada N, distribuições eletrônicas nas camadas. Ose o restante, na M. Como seria, por exemplo, a elétrons do último nível são chamados elé-distribuição dos elétrons do ferro? trons de valência. 31
  39. 39. Tempo previsto: 5 aulas. Conteúdos e temas: forças de atração e de repulsão elétrica; ligação química; localização dos metais e não metais na tabela periódica. Competências e habilidades: interpretar a ligação química em termos das atrações e repulsões entre elé- trons e núcleos, relacionando-as às propriedades das substâncias de maneira a ampliar o entendimento do mundo físico; reconhecer a ideia de ligação química como um modelo explicativo. Estratégias: aulas expositivas dialogadas; trabalho em grupo. Recursos: folhas de trabalho; textos. Avaliação: respostas às questões; trabalho de busca de informações; elaboração de texto. O assunto pode ser iniciado a partir de co- ff Como explicar que açúcar e etanol, ambos nhecimentos que já se têm das propriedades constituídos de C, H e O, são solúveis em das substâncias. Assim, se pode questionar, água, porém um é sólido, e outro é líquido, por exemplo: à temperatura ambiente? Algumas propriedades do açúcar e do etanol Estado físico a Solubilidade em Temperatura de Temperatura de Substância 25 °C água fusão °C ebulição °C Açúcar (C12H22O11) sólido solúvel 185 decompõe a 250 Etanol (C2H6O) líquido solúvel -114 78,5 ff omo explicar que alguns materiais se C elétrica, enquanto outros, como o açúcar, dissolvem em água – como o NaCl, um também sólidos, embora solúveis, não sólido à temperatura ambiente –, e a so- produzem solução que conduza corrente lução resultante é condutora de corrente elétrica? Algumas propriedades do cloreto de sódio e do açúcar Condutibilidade Temperatura Estado físico a Solubilidade Temperatura Substância elétrica da de ebulição 25 °C em água de fusão °C solução aquosa °C (1 atm) Cloreto de sólido solúvel sim 801 1 401 sódio decompõe a Açúcar sólido solúvel não 185 25036
  40. 40. Química - 2a série - Volume 2 HCl próxima do núcleo do cloro. Essa distribuição desigual gera um excesso de carga negativa no H – 1 próton, 1 elétron cloro e uma falta no hidrogênio. Diz-se, então, que essa ligação é polarizada. A ligação pode ser Cl – 17 prótons, 17 elétrons representada pela notação H–Cl, que significa o compartilhamento de um elétron do hidrogênio O elétron do H é atraído pelos prótons do e um do cloro por ambos os átomos. Samuel Silvanúcleo do cloro e é, ao mesmo tempo, repelidopelos elétrons da eletrosfera; da mesma forma, δ− H δ+os elétrons do cloro são atraídos pelo prótondo núcleo do átomo de H e são repelidos pelo Clelétron deste. Os elétrons do cloro localizadosna órbita mais externa estão mais distantes donúcleo do cloro, sofrendo menos atração por δ− representa carga parcial negativa (elétrons da ligaçãoeste núcleo que os elétrons de órbitas mais in- deslocados para o átomo de cloro) δ+ representa carga parcial positiva (elétrons da ligaçãoternas, e, assim, estão mais sujeitos à atração deslocados para o átomo de cloro)do núcleo do hidrogênio. Representação da formação da ligação no HCl. 7e– Fonte: Química: módulo 2. Pró-Universitário, USP. Disponível em: <http://naeg.prg.usp.br/puni/modulos/ 8e– quimica_mod2.pdf>. Acesso em: 10 fev. 2009. Você pode pedir a eles que discutam sobre 17P+ e– e– as forças de atração e repulsão existentes entre 18N os átomos de hidrogênio e de oxigênio para formar a molécula da água. Pode ser pedida uma representação da molécula, sem levar em átomo de cloro conta a geometria, pois esse assunto ainda não17 prótons foi discutido. O importante é que se represente17 elétrons o compartilhamento de elétrons e que se ques- Como se trata de ligação entre dois elemen- tione se há uma polarização ou não.tos diferentes, os elétrons podem não ser igual-mente compartilhados entre os átomos, pois Em um segundo momento, o professorpode haver diferenças na magnitude das forças pode introduzir a representação angular, in-de atração e de repulsão. No caso da ligação formando que a molécula de água é polar eentre cloro e hidrogênio, a tendência do cloro que a representação linear não lhe confeririaatrair os elétrons da ligação é maior do que a do tal propriedade. Embora cada ligação seja po-hidrogênio, fazendo com que a nuvem eletrôni- lar, na estrutura linear um diplo compensa oca não seja igualmente distribuída, ficando mais outro, pois são de mesma intensidade. 39
  41. 41. A seguinte folha de trabalho pode ser uti- a classe os desenhos elaborados, discutindo lizada. A atividade pode ser feita em grupos, suas representações. e os diversos grupos podem apresentar para Folha de trabalho* 3. Dê o número de prótons e de elétrons de cada Com base nas seguintes informações, respon- um dos elementos constituintes da água. da às questões: H2O 4. Dê o número de elétrons da órbita mais ex- H – 1 próton, 1 elétron terna do oxigênio (camada de valência). O – 8 prótons, 8 elétrons 1. Represente a água por meio de sua fórmula 5. Considere as repulsões e atrações possíveis química. entre esses elétrons e os núcleos dos átomos. Para que ocorra uma ligação, quais forças 2. Estudando algumas das propriedades da água, devem ser mais fortes? o arranjo dos átomos mais adequado para expli- cá-las é um em que o átomo de oxigênio se liga a 6. Faça um desenho que represente a molécula cada um dos átomos de hidrogênio. Represente H2O e discuta se os elétrons poderiam estar um possível arranjo para a molécula H2O. mais deslocados para um dos átomos. * Consulte o CA, “Atividade 1”, p. 24. Caso você queira introduzir as ideias de Na interação entre Na e Cl, para formar o Lewis, há uma sugestão de aprofundamento NaCl, pode-se supor que: sobre esse assunto no final desta Atividade. Na perde um elétron: Para introduzir a ligação iônica, pode ser Na – 1 e− → Na+ (cátion), questionado se seria possível imaginar uma interação entre átomos de tal maneira que a em que a carga (+) indica que há falta de atração do núcleo de um dos átomos pelo elé- um elétron, quando comparado ao número de tron de outro fosse tão forte que causasse a prótons, ou seja, há uma carga positiva a mais transferência desse elétron para si. É interes- do que as negativas. Como o átomo de sódio sante comparar com a ligação polar, discutida tem 11 elétrons e 11 prótons, o Na+ apresenta anteriormente. Pode-se perguntar se a condu- 10 elétrons e 11 prótons. O elétron que é trans- tibilidade elétrica que o NaCl apresenta no ferido para o cloro é o da órbita mais externa, estado líquido (fundido) pode ser explicada segundo o modelo atômico de Bohr. admitindo-se a transferência de elétrons entre os átomos acima mencionada. Cl recebe um elétron: Cl + 1 e− → Cl− (ânion),40
  42. 42. Química - 2a série - Volume 2Atividade 2.2 – Explorando a tabela to de sódio seria formado por ligação iônica,periódica: a previsão dos modelos de como o NaCl, se existe uma substância for-ligação química mada pelos elementos H e S, da mesma forma que H2O etc. Esta atividade tem a finalidade de possibi-litar uma leitura da tabela periódica do ponto Não é necessário que os alunos deemde vista das possíveis interações entre os ele- respostas certas a essas questões, nem quementos, de acordo com as posições que nela elas sejam fornecidas neste momento. Elesocupam. Estudada dessa perspectiva, a tabe- podem anotar suas suposições para, depois,la periódica poderá ter um significado muito voltar a elas.mais relevante do que o de simples memoriza-ção de variações de propriedades. Pode-se, então, trabalhar com compara- ções entre compostos formados por metais e Para iniciar a atividade, podem ser reto- não-metais. Por exemplo, são apresentadas,madas as substâncias cujas ligações foram a seguir, três folhas de trabalho contendoestudadas (H2, NaCl, HCl, Fe, H2O), pedindo informações sobre diferentes compostos.aos alunos que localizem os elementos cons- Os alunos podem ser divididos em grupos, etituintes na tabela periódica e apresentando cada um deles trabalha com uma folha (CA,algumas questões, procurando problematizar “Atividade 1”, pp. 28 a 33). É importantea relação entre o tipo de ligação e os elemen- sua interação com os grupos, de forma a fa-tos químicos. Assim, pode-se perguntar, por zer perguntas e auxiliá-los com algumas pis-exemplo, se o cobalto ou o manganês tam- tas. Ao final do trabalho, cada grupo podebém formam ligações metálicas, se o brome- apresentar suas conclusões. 45
  43. 43. Química - 2a série - Volume 2 É utilizado na manufatura de materiais É sólido à temperatura ambiente, refratários e na produção de cimento;Óxido de apresenta temperatura de fusão de é obtido pela calcinação dos mineraismagnésio (MgO) 2 800 °C e é pouco solúvel em água. que contêm carbonato de magnésio, como a magnesita e a dolomita. É sólido à temperatura ambiente, É utilizado na fabricação de vidros eÓxido de sódio funde a 1 275 ºC (ocorre sublimação) cerâmicas, como agente desidratante;(Na2O) e reage com água formando o pode ser obtido pela decomposição hidróxido de sódio. térmica do Na2CO3.1. Leia as informações apresentadas e apon- 4. Considerando a localização dos elementos te as similaridades e as diferenças entre as na tabela periódica, é possível estabelecer substâncias. alguma generalização? Explicite-a.2. Localize na tabela periódica os elementos 5. Qual seria a fórmula do óxido de lítio? constituintes desses compostos. O que você observa? 6. Localize o elemento enxofre na tabela pe- riódica. O sulfeto de potássio (K2S) se for-3. Você consideraria que essas substâncias maria por ligação iônica entre S e K? Você poderiam se formar por meio de ligação esperaria que fosse sólido à temperatura iônica entre os elementos constituintes? ambiente? Explique. Procure explicar como se daria essa li- gação. 7. Qual seria a fórmula do sulfeto de magnésio?Folha de trabalho 3 Substância Propriedades Algumas aplicações É gás não inflamável à temperatura am- biente, sua temperatura de fusão é - 72 °C É utilizado na preservação de e de ebulição, - 10 °C, é solúvel em água, frutas, vegetais, sucos e vinhos e Dióxido de reagindo com ela para formar o ácido como desinfetante; é produzido enxofre (SO2) sulfuroso; é um dos óxidos responsáveis pela combustão do enxofre (S) e pela formação da chuva ácida e é emiti- do mineral pirita (FeS2). do na queima de óleo diesel. É utilizado como agente secante e É sólido à temperatura ambiente, funde-se Pentóxido de desidratante; é preparado comer- a 340 °C e reage com água formando o difósforo (P2O5) cialmente pela queima do fósforo ácido fosfórico (H3PO4). (P) em uma corrente de ar seco. 47

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