Ciências da Natureza e suas Tecnologias Física, Química e Biologia Antonino Fontenelle, Beto Aquino, Douglas Gomes, João Karllos, Paulo Lemos e Ronaldo Paiva 0 1 Universidade Aberta do Nordeste e Ensino a Distância são marcas registradas da Fundação Demócrito Rocha. É proibida a duplicação ou reprodução deste fascículo. Cópia não autorizada é Crime. ento s objetos do conhecim logias, trataremos de trê no Tec ento s vim sua e Mo o eza e tur ica estudar a Mecân ulo de Ciências da Na co, Médio – Enem. Vamos rni ino pé Neste penúltimo fascíc Ens Co , do eu nal lom cio Pto Na s, , como Aristótele mente no Exame ade nid ma hu da sso s no sta abordados significativa nti em es cie á presente a perspectiva de grand das Transformações est dos Corpos Celestes, sob jetiva, como a Cinética ob onco embrionárias, ma s-tr for ula de cél r, de de en ção pre temas como a utiliza o and lor Galileu e Newton, e com exp ia, log no ordaremos a Biotec cotidiano. Finalmente, ab mano. s e o Projeto Genoma Hu ico ên os organismos transg Bom estudo para você! Caro Estudante, Objeto do Conhecimento A Mecânica e o Funcionamento do Universo Neste fascículo, vamos dar ênfase ao estudo da mecânica e suas relações com o funcionamento do universo. Em um primeiro momento, observando a lista de conteúdos propostos pelo Exame Nacional do Ensino Médio (Enem), pode-se pensar que abordaremos apenas o tocante à gravitação; contudo, Isaac Newton propôs que as leis da mecânica que regem todo o universo são as mesmas observadas aqui na superfície da Terra. Esperamos que, durante nosso “passeio” por esse mundo do conhecimento, você seja capaz de compreender o significado das leis de Newton e suas relações com o funcionamento do universo. A Matriz do Enem sugere que é preciso “compreender as ciências naturais e as tecnologias a elas associadas como construções humanas, percebendo seus papéis nos processos de produção e no desenvolvimento econômico e social da humanidade”. Nesse sentido, vamos refletir acerca de como o conhecimento científico foi construído no contexto da mecânica e do funcionamento do universo. Aristóteles e a Mecânica O auge da filosofia grega ocorreu com Aristóteles, nascido em 384 a.C. Estudou durante 20 anos com Platão, sendo o primeiro filósofo a apresentar um sistema compreensível do mundo. Aristóteles buscou, a partir de poucas suposições, explicar racionalmente todos os fenômenos físicos conhecidos até então. Para ele, toda a matéria era constituída de combinações dos quatro elementos propostos por Empédocles: terra, água, ar e fogo. “Para ele cada um dos elementos era, por sua vez, constituído de forma e matéria. Como a matéria é capaz de assumir várias formas, os elementos podem se transformar uns nos outros. As formas instrumentais para produzir os elementos eram aquelas associadas com as quatro quantidades primárias: quente, frio, úmido e seco. Temos as combinações: frio e seco = terra, frio e úmido = água, quente e úmido = ar, quente e seco = fogo. O céu, por sua vez, era composto de um único elemento: o éter, um elemento imutável [...].” PIRES, Antonio S. T. Evolução das ideias da física. São Paulo: Livraria da Física, 2008. 146 Para nós, o mais importante é notar como Aristóteles explicava o movimento. Por outro lado, esse filósofo concebia dois “mundos” separados, regidos por diferentes leis: “Ele considerava o cosmos dividido em duas regiões qualitativamente diferentes, governadas por leis diferentes. Para ele o Universo era uma grande esfera, dividida em uma região superior e uma região inferior. A região inferior, chamada de terrestre, ou sublunar, ia até a Lua. Essa região era caracterizada por nascimento, morte e mudanças de todos os tipos. Além da Lua estava a região celeste. A física celeste e a física terrestre eram ambas parte da filosofia natural, mas eram regidas por leis diferentes. A região terrestre, por sua vez, era constituída de quatro esferas concêntricas, cada uma associada a um dos elementos (terra, água, ar e fogo). A terra, o mais pesado dos elementos, estava no centro, a água sobre a terra, o ar em volta da água e finalmente o fogo. O equilíbrio final no universo aristotélico, caso os elementos não se misturassem, seria uma Terra esférica circundada por camadas esféricas concêntricas de água, ar e fogo. Este seria, no entanto, um universo estático, onde não haveria movimento. As locomoções típicas dos elementos (por exemplo, o fogo ou a terra) mostram não somente que lugar é algo, mas que exerce também uma influência. Cada objeto se move para seu próprio lugar, se não é impedido de assim o fazer. Como cada elemento tinha um lugar natural, Aristóteles associou a cada um deles as noções de pesado e leve, relacionadas, por sua vez, com as direções de ‘para cima’ e ‘para baixo’. A natureza de tais elementos exigia, assim, que eles se movessem em linhas retas: a terra para baixo, o fogo para cima. A terra é pesada, o fogo, leve, os outros elementos são intermediários. Um objeto composto é pesado ou leve dependendo da proporção dos diferentes elementos que o constituem. O movimento natural desse corpo será o movimento natural do elemento dominante.” PIRES, Antonio S. T. Evolução das ideias da física. São Paulo: Livraria da Física, 2008. Para Aristóteles, todo elemento tinha um lugar natural, de forma que a terra deve ficar naturalmente abaixo da água, que deve ficar abaixo do ar, que deve ficar abaixo do fogo. Assim, os objetos se movimentam naturalmente, buscando o seu devido lugar. Por exemplo, se tentar posicionar um objeto do elemento terra, uma pedra, sobre o elemento ar, ele tenderá a cair, buscando seu lugar natural. Já a presença de uma bolha de ar no interior de um líquido, segundo Aristóteles, teria sua ascensão explicada pelo fato de o ar buscar seu lugar natural acima do elemento água. Assim, a gravidade de Aristóteles era descrita a partir da “busca” pelo lugar natural dos elementos. Por outro lado, o movimento era chamado “violento” quando ocorria no sentido contrário ao natural. Por exemplo, quando arremessamos uma pedra para cima. Em relação ao “movimento violento”, para Aristóteles, tudo que está em movimento deve ser movido por alguma outra coisa, porque, caso o próprio objeto não tenha em si a causa do movimento, deve ser movido por algo que não ele mesmo. Fazendo uma analogia com o que conhecemos hoje, um corpo só se moveria se sobre ele atuasse uma força que superasse a resistência do meio ao movimento. Sem a existência de uma força, para Aristóteles, não haveria movimento, ou ele cessaria devido à resistência (que não era entendida como força). Note-se, finalmente, que esse filósofo se preocupou mais com uma descrição qualitativa dos movimentos do que com relações matemáticas os envolvendo. Tal preocupação foi mostrada com maior ênfase nos estudos de Galileu Galilei. É importante deixar claro que o modelo aristotélico de explicação dos fenômenos naturais é um modelo superado, uma vez que não explica corretamente tudo o que podemos observar hoje. Ptolomeu e o Movimento dos Corpos Celestes Ptolomeu, em sua obra Almagesto (O Grande) foi reintroduzida na Europa no século XII. O objetivo principal nessa obra foi a descrição dos movimentos planetários, tendo como referência um observador na superfície terrestre. Uma vez que a Terra foi utilizada como referencial, nosso planeta estaria em repouso nessas observações. Por outro lado, afirmou que a Astronomia deveria renunciar todas as tentativas de explicar a realidade física, devido ao fato de os corpos celestes terem natureza divina, obedecendo a leis diferentes das encontradas na Terra. Por motivo de a Terra não estar em repouso e de possuir aceleração, as observações de Ptolomeu traziam fatos curiosos, como um planeta executar um movimento em torno de um ponto imaginário e este ponto executar um movimento em torno da Terra. Disponível em: <http://www.oba.org.br/cursos/astronomia/fundamentoshistastro_arquivos/image006.jpg>. Universidade Aberta do Nordeste 147 Copérnico e o Movimento dos Corpos Celestes Nicolau Copérnico nasceu em 1473, em Torum, na Prússia Oriental (Polônia). Segundo alguns historiadores da ciência, Copérnico apenas encontrou uma maneira superior de explicar os fenômenos já conhecidos, indicando que o sistema ficaria mais simples se o Sol estivesse no centro. Contudo, foi a partir das observações de Tycho que Kepler pôde elaborar suas leis, que levaram Newton à Lei da Gravitação Universal. Houve, para isso, uma mudança de referencial, colocando o Sol no centro do sistema, em conformidade com o modelo de Copérnico. Kepler nasceu em 1571. Filho de pai mercenário e de mãe acusada de bruxaria, foi bebê prematuro e criança doente, com miopia, visão múltipla, problemas estomacais e furúnculos. Porém, sua inteligência superior foi reconhecida desde a infância. A partir das observações de Tycho, Kepler chegou a três conclusões: 1ª Os planetas descrevem órbitas elípticas em torno do Sol, que ocupa um dos focos dessa elipse. SOL PLANETA Disponível em: <http://1.bp.blogspot.com/_7kyrh4QoRNk/TK9KUA8WfTI/ AAAAAAAAAA4/9Ybyk6p5UIY/s1600/H.jpg>. Tycho Brahe, Kepler e o Movimento dos Corpos Celestes Tycho Brahe nasceu em 1546. Aos 13 anos, foi enviado à Universidade de Copenhagen a fim de se preparar para a carreira de estadista. Em 1563, decidiu devotar sua vida à observação dos astros e à correção das tabelas de Copérnico e de Ptolomeu. O rei Frederico II, da Dinamarca, ofereceu a Tycho a ilha de Huen e todo o suporte financeiro que proporcionou a construção de um grande observatório, com equipamentos suficientes, para que fossem feitas observações astronômicas. Para Brahe, o universo era geocêntrico: 2ª O raio vetor que liga o Sol ao planeta varre áreas iguais para intervalos de tempos iguais. JAN 1 JAN 31 SOL RAIO VETOR MAIO 1 MAIO 31 Disponível em: <http://www.oba.org.br/cursos/astronomia/fundamentoshistastro_ arquivos/image026.jpg>. 148 3ª O quadrado do período de translação de cada planeta é proporcional ao cubo do raio médio da órbita descrita em torno do Sol. Galileu e a Mecânica Galileu Galilei nasceu em 1564, foi para o mosteiro aos 12 anos e, aos 17, foi à universidade estudar Medicina, tendo abandonado o curso antes de obter o grau de doutor, por falta de dinheiro. Contudo, ao contrário do que esperava seu pai, Galileu dedicou-se aos estudos matemáticos das observações dos fenômenos físicos. A busca fundamental de Galileu, em seus estudos, foi explicar como os fenômenos ocorrem, descrevendo-os quantitativamente, investigando relações matemáticas entre as medidas observadas. Um dos primeiros passos dados por ele foi afastar-se da ideia do lugar natural de Aristóteles, uma vez que observou um barco, de elementos pesados, cujo lugar natural seria o centro da Terra, flutuando sobre a água, que é um elemento mais leve. Galileu foi o responsável pelo estudo matemático das quedas dos corpos com aceleração constante, nas proximidades da superfície terrestre, independentemente do peso deles. Além disso, indicou que a constituição do mundo celeste não é diferente do mundo terrestre, após suas observações através do telescópio. Por defender o sistema heliocêntrico de Copérnico, foi condenado pela Inquisição, sendo obrigado a abjurar publicamente suas teorias, inclusive a de que a Terra se move. Portanto, hoje se sabe que todos os corpos caem com a mesma aceleração, independentemente do peso, em um determinado lugar da superfície terrestre, graças a Galileu. Newton e a Mecânica Isaac Newton nasceu em 1643, filho de fazendeiro, falecido antes do seu nascimento. Foi criado pela avó, devido ao segundo casamento de sua mãe, cujo novo marido se recusou a criá-lo. Newton acreditava que o objetivo da ciência era entender como a Natureza funciona e não como ela é. Segundo Alexandre Koyré, a grandeza singular da mente e do trabalho newtoniano consistiu na combinação de um supremo talento experimental com um supremo talento matemático. Através dos estudos de Newton, embasados nas observações de Galileu Galilei, foi possível definir o que ainda hoje é um modelo eficaz de ciência física: a Mecânica Clássica. Os princípios fundamentais da dinâmica, ou as “leis de Newton”, ainda são o modelo básico utilizado quando as velocidades envolvidas são bem inferiores à da luz (300 000 km/s). Os conceitos básicos para compreender esses princípios são: força, massa e aceleração. A mecânica de Newton define força como sendo o agente físico capaz de produzir aceleração em um sistema. Ela representa a rapidez com que o corpo modifica sua velocidade (em módulo, em direção e em sentido). Portanto, para acelerar um corpo, é necessário que sobre ele atue uma força. O Princípio da Inércia, ou a Primeira Lei de Newton, infere que “todo corpo continua em seu estado de repouso, ou de movimento uniforme em linha reta, a menos que seja compelido a mudar esse estado por forças aplicadas sobre ele”. Sendo assim, um corpo livre da ação de forças não apresentaria aceleração (mudança de velocidade): se estiver com velocidade nula (em repouso), permanecerá assim; se estiver com velocidade não nula (em movimento), permanecerá com a mesma velocidade em módulo, direção e sentido. Note-se aqui a principal diferença entre a teoria de Aristóteles e a teoria de Newton. Para Aristóteles, o movimento existe devido à aplicação de uma força; para Newton, a alteração no movimento (aceleração) é a consequência da aplicação da força: ausência de força não significa ausência de movimento. O Princípio Fundamental da Dinâmica, ou a Segunda Lei de Newton, infere que “a mudança do movimento é proporcional à força motriz impressa e ocorre na direção da linha reta em que essa força é impressa”. Matematicamente, escrevemos: onde representa a resultante das forças que atuam no corpo em estudo, m representa a massa desse corpo, e , a aceleração adquirida por ele. Dessa forma, o valor da aceleração adquirida pelo corpo será tão maior quanto mais intensa a resultante das forças atuantes sobre ele e tão menor quanto maior o valor da massa desse corpo. Por isso, é difícil acelerar corpos com muita massa. Por exemplo, quanto maior a massa de um carro, mais difícil será para o motor acelerá-lo e para os freios pará-lo. Então, é bom ser mais cauteloso ao dirigir o veículo muito carregado (de pessoas e de bagagem). O Princípio da Ação-Reação, ou a Terceira Lei de Newton, infere que “para cada ação, existe sempre uma reação igual e contrária, ou seja, as ações recíprocas de dois corpos, um sobre o outro, são sempre iguais e dirigidas para partes contrárias”. Por conta dessa constatação, hoje, é comum utilizar o termo interação para se referir à força, porque essa palavra traz o significado “ação entre” dois corpos. Nesse sentido, é importante recordar que ação e reação sempre atuam em corpos diferentes. Newton e o Movimento dos Corpos Celestes Ao observar os movimentos curvilíneos dos planetas em torno do Sol, Newton concluiu que isso ocorria devido à ação de alguma força, uma vez que, livre da ação de forças, os corpos ou permanecem em repouso ou em movimento retilíneo e uniforme. Universidade Aberta do Nordeste 149 Com essa observação e os resultados matemáticos das leis de Kepler, Newton pôde encontrar uma explicação para a causa dessa curvatura dos movimentos: Massa atrai massa com uma força de intensidade proporcional ao produto dessas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas. equilibrada pela reação normal do plano de apoio, tendo resultante nula. Assim, permanecerá em movimento retilíneo uniforme, a menos que uma outra força o acelere, variando o vetor velocidade. Resposta correta: c Para Fixar No século XVIII, Laplace escreveu a equação da forma como a conhecemos: |C1-H3| onde F representa o valor da intensidade da força gravitacional, M e m representam as massas que se atraem, e d, a distância entre os centros dessas massas. G representa a constante de proporcionalidade, cujo valor foi calculado em 1798 por Henry Cavendish, usando uma balança de torção. Portanto, hoje, graças aos estudos de Newton, dizemos que os corpos caem com movimento acelerado, porque há uma força que os atrai: a força gravitacional. Desprezando os efeitos dos referenciais não inerciais, podemos chamar essa força de “força-peso”. Então, quando se faz referência à palavra peso em física, trata-se de uma força, tendo módulo, direção e sentido, sendo medida, no sistema internacional, em “newtons”. 01.É comum as embalagens de mercadorias apresentarem a expressão “Peso líquido”. O termo líquido sugere que o valor indicado na embalagem corresponde apenas ao seu conteúdo. Em um pacote de biscoitos, pode-se ler a frase: ”Peso líquido 140 g“. Nesse sentido, analise quanto à coerência com os sistemas de unidades adotados na física. a) A frase encontra-se correta, porque peso pode ser medido em gramas ou, no sistema internacional de unidades, em quilogramas. b) A frase encontrar-se-ia correta caso indicasse 140 newtons. c) A frase encontra-se correta, porque grama corresponde à unidade de peso no sistema cgs. d) A frase encontra-se incorreta, porque peso é uma força, podendo ser medida em N, no sistema internacional de unidades, ou em dina, no cgs. e) A frase encontra-se correta, porque é possível converter 140 g em newtons apenas multiplicando o valor da massa 0,14 kg pelo valor da gravidade 9,8 m/s². Questão Comentada |C1-H3| Galileu Galilei teve, como preocupação fundamental, estudar como o movimento dos corpos acontece. Ao final de seu livro Discursos e demonstrações concernentes a duas novas ciências, que fora publicado em 1638, trata do movimento de um projétil, conforme o texto a seguir: “Suponhamos um corpo qualquer, lançado ao longo de um plano horizontal, sem atrito; sabemos que esse corpo se moverá indefinidamente ao longo desse mesmo plano, com um movimento uniforme e perpétuo, se tal plano for ilimitado.” Tal afirmação foi confirmada na publicação do livro Princípios matemáticos de filosofia natural, de Isaac Newton. O princípio físico newtoniano referente aos escritos de Galileu é: a) o Princípio da Ação-Reação, conhecido como Terceira Lei de Newton. b) o Princípio Fundamental da Dinâmica, conhecido como Segunda Lei de Newton. c) o Princípio da Inércia, conhecido como Primeira Lei de Newton. d) o Princípio da Atração dos Corpos, conhecido como Lei da Gravitação Universal de Newton. e) o Princípio da Conservação da Energia Cinética. Solução Comentada: De acordo com o Princípio da Inércia, um corpo livre da ação de forças (ou cuja resultante é nula) ou está em repouso ou está em movimento retilíneo uniforme. Dessa forma, o corpo lançado sobre o plano horizontal sem atrito terá a força-peso 150 |C1-H3| 02.(Enem/2009) Na linha de uma tradição antiga, o astrônomo grego Ptolomeu (100-170 d.C.) afirmou a tese do geocentrismo, segundo a qual a Terra seria o centro do universo, sendo que o Sol, a Lua e os planetas girariam em seu redor em órbitas circulares. A teoria de Ptolomeu resolvia de modo razoável os problemas astronômicos da sua época. Vários séculos mais tarde, o clérigo e astrônomo polonês Nicolau Copérnico (1473-1543), ao encontrar inexatidões na teoria de Ptolomeu, formulou a teoria do heliocentrismo, segundo a qual o Sol deveria ser considerado o centro do universo, com a Terra, a Lua e os planetas girando circularmente em torno dele. Por fim, o astrônomo e matemático alemão Johannes Kepler (1571-1630), depois de estudar o planeta Marte por cerca de trinta anos, verificou que a sua órbita é elíptica. Esse resultado generalizou-se para os demais planetas. A respeito dos estudiosos citados no texto, é correto afirmar que: a) Ptolomeu apresentou as ideias mais valiosas, por serem mais antigas e tradicionais. b) Copérnico desenvolveu a teoria do heliocentrismo inspirado no contexto político do Rei Sol. c) Copérnico viveu em uma época em que a pesquisa científica era livre e amplamente incentivada pelas autoridades. d) Kepler estudou o planeta Marte para atender às necessidades de expansão econômica e científica da Alemanha. e) Kepler apresentou uma teoria científica que, graças aos métodos aplicados, pôde ser testada e generalizada. Fique de Olho O Enem tem como um de seus objetivos avaliar se o estudante aprendeu sobre o processo de construção do conhecimento científico, vendo a ciência não como a detentora de uma verdade permanente, mas como um processo social de contínua construção de conhecimentos que permitam ao homem interagir, em grau crescente de complexidade, com a natureza que o circunda. Um dos mais citados autores sobre o desenvolvimento do pensamento científico é Thomas Kuhn. Para esse pensador, a ciência busca um modelo – paradigma – que explique o funcionamento da natureza. Esse modelo é submetido a vários testes, através da experimentação, da observação. Um bom modelo é capaz de resistir, permanecendo como “verdade científica”. Contudo, muitas vezes, novas observações não são capazes de ser explicadas por um determinado paradigma. Quando isso ocorre, torna-se necessária “uma revolução científica”, para que se estabeleça um novo paradigma, numa nova tentativa de representação do universo natural. Após a mecânica newtoniana, já se estabeleceram novos paradigmas, tais como o da Teoria da Relatividade (de Einstein) e o da Teoria Quântica. Porém, esses novos modelos não invalidaram completamente a mecânica newtoniana, que continua apropriada para corpos “grandes” e “lentos” (se comparados ao átomo e à luz, respectivamente). Objeto do Conhecimento Cinética das Transformações Nesta seção, abordaremos a cinética das transformações. Procuramos mostrar a relação entre o estudo teórico da cinética química e suas velocidades de reações com a nossa vida cotidiana. Muitas vezes, você já se deparou com um objeto enferrujado e se perguntou: por que ele se corroeu tão rápido? Realmente, se conhecêssemos os fundamentos que regem essa reação de oxidação do metal, poderíamos tentar retardá-la para que o objeto tivesse uma vida útil maior. Da mesma forma, gostaríamos de que outras reações fossem mais rápidas, como as reações que promovem a formação de petróleo a partir de material orgânico, ou as reações que controlam o crescimento e amadurecimento de uma planta. Para entendermos como a cinética química influencia nosso dia a dia, precisamos inicialmente de um breve resumo teórico. Resumo Teórico Noções de velocidade de reação Vamos começar pelo conceito de velocidade média de reação (em relação a um componente). Para isso, seja a reação genérica: pP + qQ → mM + nN, onde as letras maiúsculas significam os componentes (reagentes ou produtos) e as minúsculas representam os coeficientes. Então, a velocidade média será: • (Em relação a P): Podemos realizar raciocínio semelhante em relação aos outros componentes. Veja: • (Em relação a Q): • (Em relação a N): Esses valores de velocidade média acima não necessariamente coincidem, devido à proporção entre os coeficientes. Como ocorrem as reações químicas? Vejamos a reação H2(g) + I2(g) → 2HI(g), ocorrendo em altas temperaturas (em torno de 500 °C). A teoria das colisões nos mostra que só haverá reação quando as partículas reagentes (moléculas, íons etc.) se chocarem. Mas não é qualquer colisão que gera reação química. Para uma colisão ser efetiva ou eficaz (conseguir realmente formar produtos), devemos ter: • Geometria favorável: orientação espacial apropriada. • Energia suficiente: choques com pouca energia não geram reações químicas. Outro fator que também deve influenciar na ocorrência e na velocidade de uma reação é a frequência de colisões: quanto maior o número de colisões na unidade de tempo, maior a velocidade das reações. Um aprimoramento da teoria das colisões é a teoria do complexo ativado. Ela estabelece que os reagentes colidem e, antes de formarem os produtos, passam por um ponto de energia máxima e estabilidade mínima, em que as ligações químicas das moléculas reagentes ainda não se romperam por completo e as dos produtos ainda não se formaram completamente. Essa região de transição é chamada de complexo ativado ou estado de transição. A energia necessária para que os reagentes consigam superar o complexo ativado é a energia de ativação. Graficamente, para a reação H2(g) + I2(g) → 2HI(g), temos: • (Em relação a M): Universidade Aberta do Nordeste 151 complexo ativado Entalpia (kcal) Energia de ativação Eat = 40 kcal/mol Fatores que influenciam na velocidade H2 + I2 ∆H = –6 kcal/mol 2 HI Hprodutos Caminho da reação Observe que, normalmente, reações mais rápidas são as de menores valores em suas energias de ativação. Catalisador é uma espécie utilizada para proporcionar que reações ocorram em maiores velocidades. A função de um catalisador é criar um novo caminho reacional de mais baixa energia de ativação, sem ser consumido durante o processo e sem alterar o valor de DH da reação. Lei de velocidade Sabe-se que, para haver reação química, é necessário que ocorra a colisão entre as partículas reagentes, ou seja, a velocidade de uma reação depende da frequência de colisões entre as moléculas. Quanto maior a frequência de choques, maior a probabilidade de uma colisão ser efetiva. Esse efeito nos mostra que a velocidade depende da concentração das espécies reagentes. Pensando dessa forma, ainda no século passado, dois cientistas noruegueses, Guldberg e Waage, enunciaram a lei da ação das massas, que procura explicar o comportamento da velocidade de reações menos complexas em função da concentração dos reagentes a cada instante. Eles propuseram que, para cada temperatura dada, a velocidade de uma reação deveria ser proporcional ao produto das concentrações dos reagentes, estando cada um elevado a um expoente determinado a partir de dados experimentais. Matematicamente, a exposição acima fica mais clara. Observe a reação genérica: aA + bB → produtos Nessa situação, a lei de velocidade poderia ser escrita como: v = k ⋅ [A]a ⋅ [B]b onde: • k ⇒ constante de velocidade que só depende da temperatura. • a e b ⇒ expoentes determinados experimentalmente. Os expoentes a e b serão denominados de ordens de reação em relação a cada reagente, e a soma dos expoentes será chamada ordem global de reação. Assim, teremos reações de 1ª ordem (quando o expoente for igual a 1), de 2ª ordem (quando o expoente for igual a 2), de ordem zero, etc. Resumindo, usando o mesmo exemplo anterior, temos: 152 Vários fatores podem exercer influência na velocidade das reações. Alguns, no entanto, são mais importantes, pois atuam em quase todos os tipos de reações. Esses serão analisados com maior riqueza de detalhes. • Influência da concentração dos reagentes O aumento na concentração dos reagentes em reações que ocorram em solução líquida ou gasosa gera o aumento na possibilidade de colisões entre as partículas reagentes, aumentando, portanto, a frequência de colisões. Assim, a velocidade dessas reações também será aumentada. Na verdade, é uma conclusão natural. Um pedaço de ferro metálico será consumido mais rapidamente se colocado em um ácido clorídrico 5M que se colocado no mesmo ácido em concentração 1M. • Influência da temperatura O aumento na temperatura de ocorrência de uma reação química aumenta a energia do sistema e provoca um aumento na frequência de colisões. Esse fato já seria suficiente para explicar por que o aumento da temperatura aumenta a velocidade de uma reação química. No entanto, uma explicação melhor pode ser colocada pela análise das curvas de distribuição de Maxwell-Boltzmann, cujo perfil é mostrado a seguir: T1 < T2 Eat T1 Número de partículas Hreagentes • a ⇒ ordem de reação em relação ao reagente A. • b ⇒ ordem de reação em relação ao reagente B. • (a + b) ⇒ ordem global de reação. T2 Eat Energia Primeiramente, perceba que a temperatura maior não é a que sugere uma curva mais alta, e, sim, a que sugere uma curva mais extensa, que cobre maior região ao longo do eixo x. Logo, T2 > T1. Uma maior temperatura implica em maior agitação de partículas e, portanto, maior energia cinética. Uma maior energia cinética, por sua vez, implica em maior número de partículas com energia superior à energia de ativação, gerando mais colisões efetivas e, finalmente, possibilitando maior velocidade de reação. • Influência da pressão (para reagentes em fase gasosa) O aumento da pressão, quando se trata de reagentes em fase gasosa, tem comportamento semelhante ao do aumento da concentração. Aumentar a pressão de um gás significa submetê-lo a um menor volume, e, portanto, com maior possibilidade de colisões entre as partículas reagentes. Isso gera um aumento na frequência de colisões, sem alterar a energia envolvida nelas. Mesmo assim, há um consequente aumento na velocidade das reações. • Influência da superfície de contato (para reagentes em fase sólida) O aumento da área superficial de um sólido aumenta o número de partículas em condições de sofrerem colisões, possibilitando maior chance de ocorrência de colisões efetivas. Assim, teremos maior frequência de colisões ao se aumentar a superfície de contato de um sólido. Mais uma vez, tem-se uma conclusão bem cotidiana: um comprimido efervescente reage mais rapidamente quando pulverizado (em pó, com maior área superficial) do que inteiro. • Influência do catalisador A presença de catalisadores aumenta a velocidade das reações, pois o catalisador é uma espécie química que cria um novo caminho reacional de mais baixa energia de ativação e, consequentemente, de maior velocidade nas mesmas condições operacionais. Veja o gráfico de uma reação exotérmica, que ocorre em uma única etapa, mostrando a influência do catalisador: H (entalpia) curva sem catalisador Eat sem catalisador Eat com catalisador curva com catalisador b) o comprimido antiácido efervesce em maior velocidade quando está pulverizado, porque a energia cinética das moléculas do comprimido em pó apresenta maior valor que a das moléculas do comprimido inteiro. c) o pedaço de madeira pega fogo (entra em combustão) mais rapidamente quando está em lascas, porque a concentração das moléculas de oxigênio no ar aumenta com a subdivisão da madeira. d) o comprimido efervescente se dissolve mais rapidamente em água quando está em pó, porque a pulverização favorece o aumento da pressão do ar no local onde ocorre a dissolução. e) a oxidação da palha de aço, a dissolução do comprimido pulverizado e a queima da madeira em lascas ocorrem em maior velocidade, porque há um aumento da área de contato entre as espécies reagentes à medida que a subdivisão dos materiais aumenta. Solução Comentada: Quando um sólido reage, suas partículas (moléculas) precisam entrar em contato com as outras partículas em reação. Assim, no caso do comprimido efervescente, quando ele se encontra pulverizado, é maior a possibilidade de as partículas do comprimido entrarem em contato com moléculas de água que quando ele se encontra inteiro. Da mesma forma, a palha de aço se oxida mais rapidamente que o prego de ferro, porque existe maior possibilidade de contato entre o ferro e o oxigênio do ar. Pelo mesmo raciocínio, a peça de madeira em lascas, por possuir maior contato com o oxigênio do ar, queima em maior velocidade que a peça inteira. É importante lembrar que, apenas com mudanças na temperatura, pode-se alterar a energia das moléculas em reação. Resposta correta: e reagentes ∆H < 0 Para Fixar produtos |C5-H17| Caminho da reação Questão Comentada |C5-H19| Alguns eventos do cotidiano se relacionam diretamente aos conceitos teóricos de cinética química. Observe: 03.O som das pipocas saltando e batendo contra a tampa da panela é bastante familiar e nos remete aos bons momentos da convivência entre amigos. O que poucos sabem é que a velocidade com que milhos de pipoca estouram em óleo quente tem sido estudada exaustivamente. Em 2005, os professores J. E. Byrd e M. J. Perona, do departamento de Química da California State University Stanislaus, mostraram que o número de grãos de milho de pipoca não estourados em óleo a 190 °C em função do tempo segue o gráfico a seguir (adaptado). 100 De acordo com os conceitos teóricos envolvendo cinética química, é correto afirmar que: a) o ferro presente na palha de aço oxida-se em maior velocidade que o ferro presente em pregos, porque o primeiro está em contato com as gorduras existentes no preparo de alimentos. Fração de grãos não estourados (%) • Um pedaço de palha de aço usado para a limpeza de produtos em cozinhas se oxida (enferruja) mais rapidamente que uma massa de ferro equivalente na forma de pregos. • Um comprimido antiácido efervescente se dissolve em maior velocidade em água quando está pulverizado (em pó) do que quando está inteiro. • É mais fácil promover a queima de um pedaço de madeira quando se encontra dividido em lascas que quando se encontra inteiro. 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 Tempo (s) Sobre o preparo de pipoca sob as condições apresentadas no texto, é correto afirmar que: Universidade Aberta do Nordeste 153 100 Percentual de hipoclorito restante a) se em 40 segundos o número de grãos não estourados se reduziu à metade, então, após 80 segundos, não haverá mais grãos a serem estourados. b) em 2 minutos, o número de grãos não estourados se reduz a 25% do valor inicial. c) em cerca de 3 minutos, o número de grãos não estourados se reduz a zero. d) para que se alcance o percentual de apenas 10% de grãos não estourados, é necessário que o tempo decorrido seja superior a 3 minutos. e) se o óleo estiver mais quente, por exemplo, a 200 °C, espera-se que o número de grãos não estourados na amostra de milho se reduza mais rapidamente. 50 ºC 80 temperatura T 70 60 50 40 30 20 10 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Tempo (dias) |C5-H18| 04.Água sanitária é uma solução aquosa que contém principalmente hipoclorito de sódio, de fórmula NaClO, aqui considerado o único agente desinfetante existente nessa solução. Ocorre que o íon hipoclorito sofre decomposição, o que resulta em prazos de validade relativamente baixos em relação a outros produtos de limpeza. Observe o gráfico a seguir, que mostra a decomposição do hipoclorito em três temperaturas diferentes. 30 ºC 90 a) b) c) d) e) Sobre o gráfico e o efeito da temperatura sobre as velocidades de reação, é correto afirmar que: a temperatura T desconhecida deve ser superior a 50 °C. a curva em temperatura de 30 °C é a que apresenta maior velocidade de decomposição do hipoclorito. a água sanitária comercial deve ser conservada em locais bastante aquecidos, para melhorar sua eficiência. em 6 meses, a água sanitária, mantida em temperatura de 50 °C, mantém um bom poder desinfetante. em 1 mês, a água sanitária, mantida em temperatura de 30 °C, perdeu mais da metade de seu poder desinfetante. Fique de Olho CONVERSORES CATALÍTICOS A catálise heterogênea tem papel importante na luta contra a poluição atmosférica. Dois componentes dos gases de descarga dos motores dos automóveis são responsáveis pela névoa fotoquímica – os óxidos de nitrogênio e os hidrocarbonetos de diversos tipos, não queimados. Além disso, os gases de descarga podem apresentar teor considerável de monóxido de carbono. Mesmo com um motor projetado de maneira mais avançada, é impossível, nas condições normais de operação, reduzir as quantidades desses poluentes a níveis aceitáveis. Por isso, é necessário remové-los da descarga antes de os gases serem ventilados na atmosfera. A remoção se faz num conversor catalítico. O conversor catalítico é parte do sistema de descarga que executa duas funções diferentes: (1) oxida o CO e os hidrocarbonetos não queimados (CxHy) a dióxido de carbono e água; (2) reduz os óxidos de nitrogênio a nitrogênio gasoso: Essas duas funções operam com catalisadores diferentes, e, por isso, o desenvolvimento de um sistema catalítico eficiente é problema difícil. Os catalisadores devem ter ampla faixa de temperatura operacional; devem continuar ativos apesar da ação inibidora de diversos aditivos da gasolina presentes no gás da descarga; devem ser robustos para suportar a turbulência do gás e os choques mecânicos da operação continuada durante milhares de quilômetros de movimentação do automóvel. Os catalisadores que promovem a oxidação do CO e dos hidrocarbonetos são, em geral, óxidos de metais de transição e metais nobres como a platina. Como exemplo se tem uma mistura de dois óxidos metálicos, CuO e Cr2O3. Os óxidos são suportados numa estrutura que proporciona contato íntimo en- 154 tre o gás da descarga e a superfície do catalisador. São comuns pérolas ou favos porosos de alumina, Al2O3, impregnados com o catalisador. O material opera pela adsorção inicial do oxigênio, que também está no gás de descarga. Esta adsorção enfraquece a ligação O — O do O2, de modo que se formam, efetivamente, átomos de oxigênio para a reação com o CO adsorvido e formação do CO2. Os hidrocarbonetos, possivelmente, sofrem o mesmo processo; a adsorção enfraquece a ligação C — H e favorece a oxidação. Os catalisadores mais eficientes para a redução do NO a N2 e O2 são óxidos de metais de transição e metais nobres, da mesma espécie dos que catalisam a oxidação do CO e dos hidrocarbonetos. Os catalisadores que são eficazes numa reação não o são na outra, pelo menos em geral. Por isso, os conversores têm que ter pelo menos dois diferentes catalisadores. Os conversores catalíticos são catalisadores heterogêneos de eficiência notável. O gás de descarga fica em contato com o catalisador por apenas 100 a 400 ms. Neste curto intervalo de tempo, convertem-se 96% dos hidrocarbonetos e do CO a CO2 e H2O. A emissão de óxidos de nitrogênio é reduzida por 76%. Há custos além dos benefícios associados aos conversores catalíticos. Alguns metais dos conversores são bastante caros. São os conversores que respondem, nos EUA, pelo uso de 35% da platina e de 73% do ródio produzidos. Os dois metais são bastante mais caros do que o ouro. Além disso, os catalisadores são incompatíveis com os agentes antidetonantes, à base de chumbo, adicionados à gasolina para melhoria de desempenho do motor. Aditivos como o chumbo tetraetila, Pb(C2H5)4, envenenam o catalisador, ocupando e bloqueando os sítios ativos. Em parte, em função deste efeito, os motores construídos a partir de 1975 são projetados para operar com gasolina sem aditivo de chumbo. Brown, Lemay, Bursten. Química: ciência central. 7. ed. Objeto do Conhecimento Biotecnologia Segundo a Convenção sobre Diversidade Biológica da ONU, podemos definir Biotecnologia como se segue: “Biotecnologia define-se pelo uso de conhecimentos sobre os processos biológicos e sobre as propriedades dos seres vivos, com o fim de resolver problemas e criar produtos de utilidade”. Observe que o conhecimento dos processos biológicos é o ponto de partida para o desenvolvimento e a aplicação dessa ferramenta. CONHECIMENTOS AGENTES BIOLÓGICOS Ciência e Tecnologia Organismos, Células, Organelas, Moléculas BIOTECNOLOGIA PRODUZIR BENS Disponível em: <http://www.google.com.br/imgres?imgurl=http://www.ort.org. br/uploads/2008/06/bt15.jpg>. O entendimento da definição faz-se imprescindível se desejamos explorar todas as potencialidades do assunto. O termo, hoje, está quase inexoravelmente associado a termos como DNA, transgênicos, OGM (organismos geneticamente modificados), mutações e terapia gênica. Todavia, por definição, qualquer uso das propriedades dos seres vivos com o fim de resolver problemas e criar produtos de utilidade, outrossim deverá ser taxado como biotecnologia. Somam-se aos termos supracitados: • uso de bactérias na produção de iogurtes, queijos e vinagre; • uso de fungos na produção do álcool; • uso de feromônios de insetos para evitar as pragas; • criação de abelhas para a polinização; • uso de sanguessugas em procedimentos médicos; • obtenção de vitaminas a partir de plantas e algas; • uso de minhocas para a produção de húmus; • uso de micro-organismos para a redução de poluentes (biorremediação); • uso de células-tronco em terapias. Podemos resumi-la como na figura a seguir: Biologia a ímic qu Bio logia r io B ula lec Mo BIOTECNOLOGIA Engenharia Química Industrial 2,8% 16,9% 22,6% 18,3% 14,1% Agricultura Bioenergia Insumos Meio ambiente 4,2% 21,2% Saúde animal Saúde humana Misto Contudo, apesar das notórias vantagens da utilização da biotecnologia, uma profunda discussão ética faz-se necessária, pois seu uso estendeu-se à genética e à utilização de embriões e possui consequências que devem ser medidas. Separamos, aqui, apenas alguns tópicos que permeiam o assunto. Uso de células-tronco embrionárias ASSEGURAR SERVIÇOS En Bio gen qu ha ím ria ica DISTRIBUIÇÃO DAS EMPRESAS DE BIOTECNOLOGIA POR SETOR DE ATUAÇÃO Química Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Biotecnologia>. No Brasil, o uso da biotecnologia vem se mostrando a cada dia indispensável e atingindo diversos segmentos: As células-tronco dos embriões têm a capacidade de se transformar, num processo também conhecido por diferenciação celular, em outros tecidos do corpo, como ossos, nervos, músculos e sangue. Devido a essa característica, as células-tronco são importantes, principalmente na aplicação terapêutica, sendo potencialmente úteis em terapias de combate a doenças: • cardiovasculares; • neurodegenerativas; • diabetes tipo-1; • acidentes vasculares cerebrais (AVC); • doenças hematológicas; • traumas na medula espinhal; • renais. Organismos transgênicos Transgênicos são organismos que, mediante técnicas de engenharia genética, contenham material genético de outros organismos. A utilização de transgênicos é uma abordagem para a produção de determinados compostos de interesse comercial, medicinal ou agronômico, como, por exemplo, a utilização da bactéria Escherichia coli, que foi modificada de modo a produzir insulina humana no final da década de 1970. No entanto, os casos mais mediáticos são os das plantas transgênicas, que são modificadas de modo a serem mais resistentes a pragas e doenças, por exemplo, ou a produzir substâncias que lhes permitam resistir a insetos, nemátodes ou vírus. Projeto Genoma Humano (PGH) Tem como objetivo registrar cada um dos genes dos cromossomos, determinar a ordem dos nucleotídios e suas funções. As vantagens desse trabalho estão no fato da identificação da cura e da causa de muitas doenças, como a obesidade, o diabetes e a hipertensão. Existem desvantagens (éticas e morais), pois o uso indevido do Projeto pode fazer com que as pessoas percam sua individualidade, tornem-se vulneráveis e propícias a preconceitos por parte da sociedade. Universidade Aberta do Nordeste 155 Questão Comentada |C4-H13; C8-H29| Um pesquisador precisa obter células-tronco para iniciar experimentos em terapia gênica. Aponte a alternativa que relaciona o procedimento e a justificativa corretos para que tal pesquisador tenha sucesso. a) Obter células-tronco de embriões em fase final de desenvolvimento em vez de obtê-las da fase inicial, quando ainda não é possível conseguir células tão diferenciadas. b) Trabalhar apenas com embriões em vez de organismos adultos, uma vez que, em adultos, não existem células-tronco. c) Conseguir células germinativas do ovário de uma fêmea adulta, pois, ali, elas estão menos diferenciadas do que as células germinativas nos testículos de um macho adulto. d) Optar pela obtenção das células do cordão umbilical de recém-nascidos, em vez de obtê-las da fase de gástrula, já que, no cordão, a diferenciação é menor, e o número de células, maior. e) Obter células do embrião em fase inicial de desenvolvimento, quando a indiferenciação é maior, em vez de obtê-las da fase final de desenvolvimento ou do cordão umbilical, quando as células já estão mais diferenciadas. Solução Comentada: As células-tronco apresentam como característica a capacidade de se diferenciarem em diversas outras células. Nos primeiros estágios embrionários, como a blástula, encontramos células com grau máximo de indiferenciação, o qual reduz-se ao longo do desenvolvimento. No organismo adulto, podemos encontrar células-tronco, como, por exemplo, na medula óssea, mas seu número é bem mais significativo nos estágios embrionários. Resposta correta: e Para Fixar a) b) c) d) e) cura de diabetes está sendo pesquisada através da engenharia genética, testes de laboratório utilizando a melatonina indicaram bons resultados para controlar o mal de Alzheimer. A identificação de genes responsáveis por diversas doenças, como o diabetes, por exemplo, pode possibilitar, no futuro, o uso da terapia gênica. Essa técnica tem por objetivo “corrigir o efeito da mutação”: induzindo mutações nos genes responsáveis pela doença. inserindo cópias extras do alelo mutado. substituindo o alelo mutado ou adicionando uma cópia correta do alelo. produzindo proteínas funcionais em organismos de outra espécie. inibindo a expressão do gene mutado nas células secretoras da proteína. |C3-H8, H11, H12; C8-H29, H30| 06.Em setembro de 2005, o Brasil se tornou referência em terapia celular para regeneração de tecido hepático. O Dr. Ricardo Ribeiro, da Fiocruz da Bahia, chefiou o grupo que realizou o primeiro transplante de células-tronco para melhora da função hepática. Com relação às células-tronco, é correto afirmar: a) Quando retiradas de embriões congelados, eliminam as questões éticas e religiosas associadas à obtenção de órgãos para transplantes. b) As células-tronco de adulto não são capazes de se diferenciar em outro tipo de célula, pois são dependentemente do tecido de origem. c) As células-tronco embrionárias são capazes de se diferenciar em outros tipos de células sob quaisquer condições de cultivo. d) As células-tronco somente podem ser retiradas da massa celular interna de blastocistos (um dos estágios iniciais dos embriões de mamíferos). e) As células-tronco de um paciente podem ser usadas para regenerar seus tecidos ou órgãos lesados, eliminando o risco de rejeição imunológica. |C3-H11; C8-H29, H30| 05.Duas doenças não infecciosas que preocupam o homem moderno são o diabetes e o mal de Alzheimer. Enquanto a Fique de Olho A seguir, transcrevemos as disposições gerais da Lei nº 11.105, de 24 de março de 2005 (Lei de biossegurança). Lei de BiossegUranÇa LEI Nº 11.105, DE 24 DE MARÇO DE 2005. Regulamenta os incisos II, IV e V do § 1º do art. 225 da Constituição Federal, estabelece normas de segurança e mecanismos de fiscalização de atividades que envolvam organismos geneticamente modificados – OGM e seus derivados, cria o Conselho Nacional de Biossegurança – CNBS, reestrutura a Comissão Técnica Nacional de Biossegurança – CTNBio, dispõe sobre a Política Nacional de Biossegurança – PNB, revoga a Lei nº 8.974, de 5 de janeiro de 1995, e a Medida Provisória nº 2.191-9, de 23 de agosto de 2001, e os arts. 5º, 6º, 7º, 8º, 9º, 10 e 16 da Lei nº 10.814, de 15 de dezembro de 2003, e dá outras providências. 156 O PRESIDENTE DA REPÚBLICA Faço saber que o Congresso Nacional decreta e eu sanciono a seguinte Lei: CAPÍTULO I DISPOSIÇÕES PRELIMINARES E GERAIS Art. 1º Esta Lei estabelece normas de segurança e mecanismos de fiscalização sobre a construção, o cultivo, a produção, a manipulação, o transporte, a transferência, a importação, a exportação, o armazenamento, a pesquisa, a comercialização, o consumo, a liberação no meio ambiente e o descarte de organismos geneticamente modificados – OGM e seus derivados, tendo como diretrizes o estímulo ao avanço científico na área de biossegurança e biotecnologia, a proteção à vida e à saúde humana, animal e vegetal, e a observância do princípio da precaução para a proteção do meio ambiente. § 1º Para os fins desta Lei, considera-se atividade de pesquisa a re- alizada em laboratório, regime de contenção ou campo, como parte do processo de obtenção de OGM e seus derivados ou de avaliação da biossegurança de OGM e seus derivados, o que engloba, no âmbito experimental, a construção, o cultivo, a manipulação, o transporte, a transferência, a importação, a exportação, o armazenamento, a liberação no meio ambiente e o descarte de OGM e seus derivados. § 2º Para os fins desta Lei, considera-se atividade de uso comercial de OGM e seus derivados a que não se enquadra como atividade de pesquisa, e que trata do cultivo, da produção, da manipulação, do transporte, da transferência, da comercialização, da importação, da exportação, do armazenamento, do consumo, da liberação e do descarte de OGM e seus derivados para fins comerciais. Art. 2º As atividades e projetos que envolvam OGM e seus derivados, relacionados ao ensino com manipulação de organismos vivos, à pesquisa científica, ao desenvolvimento tecnológico e à produção industrial ficam restritos ao âmbito de entidades de direito público ou privado, que serão responsáveis pela obediência aos preceitos desta Lei e de sua regulamentação, bem como pelas eventuais consequências ou efeitos advindos de seu descumprimento. § 1º Para os fins desta Lei, consideram-se atividades e projetos no âmbito de entidade os conduzidos em instalações próprias ou sob a responsabilidade administrativa, técnica ou científica da entidade. § 2º As atividades e projetos de que trata este artigo são vedados a pessoas físicas em atuação autônoma e independente, ainda que mantenham vínculo empregatício ou qualquer outro com pessoas jurídicas. § 3º Os interessados em realizar atividade prevista nesta Lei deverão requerer autorização à Comissão Técnica Nacional de Biossegurança – CTNBio, que se manifestará no prazo fixado em regulamento. § 4º As organizações públicas e privadas, nacionais, estrangeiras ou internacionais, financiadoras ou patrocinadoras de atividades ou de projetos referidos no caput deste artigo devem exigir a apresentação de Certificado de Qualidade em Biossegurança, emitido pela CTNBio, sob pena de se tornarem corresponsáveis pelos eventuais efeitos decorrentes do descumprimento desta Lei ou de sua regulamentação. Art. 3º Para os efeitos desta Lei, considera-se: I – organismo: toda entidade biológica capaz de reproduzir ou transferir material genético, inclusive vírus e outras classes que venham a ser conhecidas; II – ácido desoxirribonucleico – ADN, ácido ribonucleico – ARN: material genético que contém informações determinantes dos caracteres hereditários transmissíveis à descendência; III – moléculas de ADN/ARN recombinante: as moléculas manipuladas fora das células vivas mediante a modificação de segmentos de ADN/ARN natural ou sintético e que possam multiplicar-se em uma célula viva, ou ainda as moléculas de ADN/ARN resultantes dessa multiplicação; consideram-se também os segmentos de ADN/ARN sintéticos equivalentes aos de ADN/ARN natural; IV – engenharia genética: atividade de produção e manipulação de moléculas de ADN/ARN recombinante; V – organismo geneticamente modificado – OGM: organismo cujo material genético – ADN/ARN tenha sido modificado por qualquer técnica de engenharia genética; VI – derivado de OGM: produto obtido de OGM e que não pos- sua capacidade autônoma de replicação ou que não contenha forma viável de OGM; VII – célula germinal humana: célula-mãe responsável pela formação de gametas presentes nas glândulas sexuais femininas e masculinas e suas descendentes diretas em qualquer grau de ploidia; VIII – clonagem: processo de reprodução assexuada, produzida artificialmente, baseada em um único patrimônio genético, com ou sem utilização de técnicas de engenharia genética; IX – clonagem para fins reprodutivos: clonagem com a finalidade de obtenção de um indivíduo; X – clonagem terapêutica: clonagem com a finalidade de produção de células-tronco embrionárias para utilização terapêutica; XI – células-tronco embrionárias: células de embrião que apresentam a capacidade de se transformar em células de qualquer tecido de um organismo. § 1º Não se inclui na categoria de OGM o resultante de técnicas que impliquem a introdução direta, num organismo, de material hereditário, desde que não envolvam a utilização de moléculas de ADN/ARN recombinante ou OGM, inclusive fecundação in vitro, conjugação, transdução, transformação, indução poliploide e qualquer outro processo natural. § 2º Não se inclui na categoria de derivado de OGM a substância pura, quimicamente definida, obtida por meio de processos biológicos e que não contenha OGM, proteína heteróloga ou ADN recombinante. Art. 4º Esta Lei não se aplica quando a modificação genética for obtida por meio das seguintes técnicas, desde que não impliquem a utilização de OGM como receptor ou doador: I – mutagênese; II – formação e utilização de células somáticas de hibridoma animal; III – fusão celular, inclusive a de protoplasma, de células vegetais, que possa ser produzida mediante métodos tradicionais de cultivo; IV – autoclonagem de organismos não patogênicos que se processe de maneira natural. Art. 5º É permitida, para fins de pesquisa e terapia, a utilização de células-tronco embrionárias obtidas de embriões humanos produzidos por fertilização in vitro e não utilizados no respectivo procedimento, atendidas as seguintes condições: I – sejam embriões inviáveis; ou II – sejam embriões congelados há 3 (três) anos ou mais, na data da publicação desta Lei, ou que, já congelados na data da publicação desta Lei, depois de completarem 3 (três) anos, contados a partir da data de congelamento. § 1º Em qualquer caso, é necessário o consentimento dos genitores. § 2º Instituições de pesquisa e serviços de saúde que realizem pesquisa ou terapia com células-tronco embrionárias humanas deverão submeter seus projetos à apreciação e aprovação dos respectivos comitês de ética em pesquisa. § 3º É vedada a comercialização do material biológico a que se refere este artigo e sua prática implica o crime tipificado no art. 15 da Lei nº 9.434, de 4 de fevereiro de 1997. Art. 6º Fica proibido: I – implementação de projeto relativo a OGM sem a manutenção de registro de seu acompanhamento individual; II – engenharia genética em organismo vivo ou o manejo in vitro de ADN/ARN natural ou recombinante, realizado em desacordo com as normas previstas nesta Lei; Universidade Aberta do Nordeste 157 III – engenharia genética em célula germinal humana, zigoto humano e embrião humano; IV – clonagem humana; V – destruição ou descarte no meio ambiente de OGM e seus derivados em desacordo com as normas estabelecidas pela CTNBio, pelos órgãos e entidades de registro e fiscalização, referidos no art. 16 desta Lei, e as constantes desta Lei e de sua regulamentação; VI – liberação no meio ambiente de OGM ou seus derivados, no âmbito de atividades de pesquisa, sem a decisão técnica favorável da CTNBio e, nos casos de liberação comercial, sem o parecer técnico favorável da CTNBio, ou sem o licenciamento do órgão ou entidade ambiental responsável, quando a CTNBio considerar a atividade como potencialmente causadora de degradação ambiental, ou sem a aprovação do Conselho Nacional de Biossegurança – CNBS, quando o processo tenha sido por ele avocado, na forma desta Lei e de sua regulamentação; VII – a utilização, a comercialização, o registro, o patenteamento e o licenciamento de tecnologias genéticas de restrição do uso. Parágrafo único. Para os efeitos desta Lei, entende-se por tecnologias genéticas de restrição do uso qualquer processo de Exercitando para o Enem |C5-H19| 01.Atualmente, automóveis são fabricados de tal forma que, numa colisão frontal, haja um substantivo amassamento da parte dianteira da lataria. Com isso, aumenta-se o tempo de contato entre o carro e o objeto com o qual ele colide. Por que os fabricantes estão tomando essa postura? a) O uso de materiais de qualidade inferior aumenta os danos à carroceria do veículo, mas reduzem os custos na produção do veículo. b) Uma maior deformação da carroceria faz com que o impacto dure um tempo maior. Com isso, a aceleração da frenagem é reduzida, fazendo com que atue uma força média menor nos ocupantes. c) Uma maior deformação da carroceria faz com que o impacto tenha uma intensidade maior. Com isso, haverá maior risco à saúde dos ocupantes, apesar de reduzir os custos da linha de produção. d) Com tais medidas, haverá uma menor variação da quantidade de movimento dos ocupantes do veículo, reduzindo a força média que irá atuar nos ocupantes durante a colisão. e) A única finalidade do maior amassamento da carroceria é mercadológica, uma vez que será maior o gasto do proprietário do veículo no reparo. |C6-H20| 02. (Universidade Estadual de Londrina) Um bloco de massa 5,0 kg está em queda livre em um local onde a aceleração da gravidade vale 9,8 m/s². É correto afirmar a respeito que: a) o módulo da velocidade de queda do bloco aumenta inicialmente e depois diminui. b) a resultante das forças que atuam no bloco é nula. c) a intensidade da força que a Terra exerce no bloco é menor que 49 N. d) a aceleração de queda do bloco é nula. e) a intensidade da força que o bloco exerce na Terra vale 49 N. 158 intervenção humana para geração ou multiplicação de plantas geneticamente modificadas para produzir estruturas reprodutivas estéreis, bem como qualquer forma de manipulação genética que vise à ativação ou desativação de genes relacionados à fertilidade das plantas por indutores químicos externos. Art. 7º São obrigatórias: I – a investigação de acidentes ocorridos no curso de pesquisas e projetos na área de engenharia genética e o envio de relatório respectivo à autoridade competente no prazo máximo de 5 (cinco) dias a contar da data do evento; II – a notificação imediata à CTNBio e às autoridades da saúde pública, da defesa agropecuária e do meio ambiente sobre acidente que possa provocar a disseminação de OGM e seus derivados; III – a adoção de meios necessários para plenamente informar à CTNBio, às autoridades da saúde pública, do meio ambiente, da defesa agropecuária, à coletividade e aos demais empregados da instituição ou empresa sobre os riscos a que possam estar submetidos, bem como os procedimentos a serem tomados no caso de acidentes com OGM. Disponível em: <http://www.ctnbio.gov.br/index.php/content/view/1310. html>. |C1-H3| 03.Na figura abaixo, podemos ver um astronauta se divertindo com um pacote de confeitos de chocolate, vendo-os flutuar no interior da nave. Disponível em: <http://galaxywire.net/wp-content/uploads/2009/05/sts-46shriver-eats-candy-mms.jpg>. Qual a explicação correta para o que se observa na figura? a) No local, a gravidade deve ser praticamente nula, por isso os confeitos não caem. b) A nave possui um equipamento capaz de isolar seu interior do campo gravitacional terrestre. c) No interior da nave, o campo gravitacional terrestre é anulado pelos campos gravitacionais da Lua e do Sol. d) Fora da atmosfera terrestre, não há campo gravitacional. e) Tanto a nave quanto os objetos em seu interior encontram-se em queda livre, simulando a sensação da ausência de campo gravitacional. |C5-H17| Velocidade/mmol L-1 s-1 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 [O2]/mol L-1 [NO] = 0,6 mol/L [NO] = 0,3 mol/L De acordo com o gráfico, os valores de x e y devem ser, respectivamente: a) 1 e 1 b) 1 e 2 c) 2 e 1 d) 1 e 0 e) 0 e 1 |C3-H10| 06.Alguns poluentes podem ser formados de forma indireta, ou seja, são resultantes da reação entre outros gases, poluentes ou não, já produzidos. Um exemplo é a formação de NO2 a partir de NO e O2, num processo que ocorre em duas etapas. O gás NO2 é bastante tóxico, e sua presença NO N2O2 Tempo (unidades arbitrárias) Diante do exposto no gráfico, assinale a alternativa correta. a) Os reagentes NO e O2 se combinam para formar os produtos N2O2 e NO2. b) O produto NO2 é formado pela combinação dos reagentes NO, O2 e N2O2. c) O catalisador N2O2 acelera a formação do produto NO2. d) O reagente NO forma o intermediário N2O2, que, por sua vez, continua reagindo com O2 para formar o produto final NO2. e) O reagente NO é consumido para formar os produtos N2O2, O2 e NO2. |C3-H8, H11; C4-H13, H15; C5-H19; C8-H29, H30 | 07. UMA CÉLULA QUE MUDOU DE TIME O biólogo Jerry Borges relata um surpreendente resultado obtido por cientistas da Universidade de Guelph, no Canadá: eles mostraram que gametas femininos podem ser formados a partir de células da pele. Publicado na Nature Cell Biology, o estudo desafia um pilar da biologia do desenvolvimento. |C7-H26| 05.Observa-se que um pouco de gasolina não entra em combustão (reage com o oxigênio do ar) quando posta em contato diretamente com o ar em condições ambiente (25 °C e 1 atm). Realmente, se quisermos queimar a gasolina contida em um recipiente, será necessário um estímulo externo, como uma faísca elétrica, para que a combustão se inicie. Uma vez iniciada, a reação não precisa mais desses estímulos externos. Assinale a alternativa correta a respeito dessa observação. a) A queima da gasolina ao ar é uma reação que não ocorre espontaneamente. b) A faísca elétrica tem como função aumentar o calor liberado pela reação de combustão. c) A função da faísca elétrica é fornecer energia de ativação às moléculas reagentes para que a reação apresente velocidade apreciável. d) A faísca elétrica atua como um catalisador para essa reação. e) A reação de combustão da gasolina, em condição ambiente e sem estímulo externo, ocorre em grande velocidade. NO2 O2 Concentração (mol/L) 04.A velocidade instantânea de uma reação química pode ser expressa em função das concentrações dos reagentes e de uma constante. Uma importante reação, do ponto de vista ambiental, é aquela que mostra a síntese do gás dióxido de nitrogênio (NO2), após a reação do gás NO (óxido nítrico) resultante dos processos de combustão em altas temperaturas, como a queima da gasolina em motores de carros, com oxigênio (O 2). A reação química descrita é: 2NO (g) + O2(g) → 2NO2(g). Matematicamente, sua velocidade instantânea (v) pode ser expressa por: v = k ⋅ [NO]x ⋅ [O2]y, onde k é a constante de velocidade, [NO] e [O2] representam as concentrações em mol/L de cada reagente, e x e y representam as ordens de reação (expoentes que mostram a dependência da velocidade com a concentração). Para se descobrir os valores de x e y, foi fornecido o gráfico a seguir. está relacionada ao aparecimento de, entre outros problemas, alguns tipos de câncer. Essa produção indireta resulta em gráficos de aspecto bem curioso, como o mostrado a seguir, obtido de ensaios experimentais. Ciência Hoje online, 21 de abril de 2006. a) b) c) d) e) Sobre esse assunto, assinale a afirmativa que representa uma das conclusões possíveis dessa técnica. A técnica descrita poderia ser útil para a produção de gametas em mulheres que não possuem ovários e eles poderiam desenvolver-se em embriões sem a necessidade de fecundação. Os gametas femininos originados de células da pele de um mesmo indivíduo devem apresentar um mesmo patrimônio genético. O gameta formado pode ser considerado transgênico. O gameta formado dará origem, após a fecundação, a clones do organismo feminino. O sucesso do processo descrito dependeu da indução de meiose em uma célula somática. |C3-H8, H11, H12; C4-H13, H15; C5-H19; C8-H29, H30 | 08.Muitos cientistas consideram a engenharia genética como uma simples extensão dos cruzamentos seletivos, pois ambas as tecnologias juntam o material genético de diferentes origens para criar organismos que possuem novas características. Entretanto, apesar de a engenharia genética e de o cruzamento seletivo possuírem uma semelhança fundamental entre si, eles também possuem importantes diferenças, mostradas na figura a seguir. Universidade Aberta do Nordeste 159 |C3-H10, H11, H12; C8-H30 | Cruzamento seletivo Engenharia genética Fonte: KREUSER, Helen e MASSEY, Adrianne. Engenharia genética e biotecnologia. 2. ed. Porto Alegre: ArtMed, 2002. Sobre o exposto acima, podemos afirmar que: a) a possibilidade de transferência de genes é ilimitada entre organismos de diferentes espécies e até mesmo de diferentes domínios e filos. b) no cruzamento seletivo, faz-se a transferência de um gene conhecido, enquanto que, na engenharia genética, essa transferência ocorre ao acaso. c) há barreiras taxonômicas à transferência de genes, ou seja, só pode ocorrer se limitada à troca entre organismos da mesma espécie. d) a transferência do gene de um organismo para outro ocorre através de um pequeno fragmento de RNA, o qual se integra ao DNA da célula receptora. e) cientistas alertam para os riscos ambientais da engenharia genética, especialmente porque esta nos permite criar super-homens para atuarem como soldados em guerras e controle da sociedade em regimes totalitários. 10.“Muito se tem falado sobre os transgênicos, e, praticamente, todo mundo tem alguma opinião sobre o assunto. Mas este tema não pode progredir na base do ser contra ou a favor, porque suas implicações são muito sérias. Nenhum cientista deixa de reconhecer o poder da tecnologia do DNA. O problema está em algumas de suas aplicações, implicações e incertezas. Isto envolve a natureza, a saúde humana e a economia.” Revista Galileu, nov. 2003. a) b) c) d) |C3-H11, H12; C5-H19; C8-H30 | 09.Com base nos conhecimentos sobre biotecnologia, considere as afirmativas. a) Na biotecnologia aplicada, os organismos transgênicos, como, por exemplo, bactérias, fungos, plantas e animais geneticamente melhorados, podem funcionar para a produção de proteínas ou para propósitos industriais. b) Organismos transgênicos caracterizam-se pela capacidade de produzir em grandes quantidades a proteína desejada, sem comprometer o funcionamento normal de suas células, mas não podem transferir essa capacidade para a geração seguinte. c) O melhoramento genético clássico consiste na transferência do material genético de um organismo para outro, permitindo que as alterações no genoma sejam previsíveis; já a engenharia genética mistura todo o conjunto de genes em combinações aleatórias por meio de cruzamentos. d) A engenharia genética não apresenta riscos e deve ser aplicada o quanto antes, para que seus benefícios possam atingir, o quanto antes, a população mundial. e) A biotecnologia restringe-se a técnicas de utilização do DNA, objetivando a melhoria da saúde da população, bem como a produção de produtos de interesse humano. e) Sobre os OGM (organismos geneticamente modificados), é correto afirmar: OGM são produtos obtidos pela transferência de gene entre espécies similares ou diferentes, podendo misturar o DNA de micro-organismos, de plantas, de animais e do homem. Os defensores dos OGM enumeram a capacidade de aumento da produtividade agrícola, a redução do uso de agrotóxicos, tornar os alimentos mais nutritivos e saudáveis e criar novos tipos de terapias e medicamentos, favorecendo toda a população mundial. A bactéria Bacillus thuringiensis (Bt) é um agente de controle biológico encontrado no solo, que produz uma toxina contra lagartas. A transferência do gene Bt para as variedades de milho, algodão, fumo, batata e soja as torna resistentes a certos tipos de insetos, além de torná-las mais nutritivas. Vários tipos de alimentos, como grãos, leite e ovos, além de servirem para a alimentação, podem ser usados para produzir remédios, produtos químicos, plásticos e combustíveis, oportunizando melhores condições ambientais e sociais, regulamentados pelas normas de biossegurança. A poluição genética, a perda de biodiversidade, o surgimento de ervas daninhas resistentes a herbicidas, o aumento do uso de agrotóxicos e a perda da fertilidade natural do solo são os principais riscos ambientais, porém o uso dos OGM tornaria os pequenos agricultores independentes em relação às empresas fornecedoras de sementes. Para Fixar 01 02 03 04 05 06 d e e a c e Exercitando para o Enem 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 b e e c c d e a a a Atenção!! 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