Ensino Secundário – 10º ano de escolaridade
Componente de Química
Banco de Questões nº 2
Unidade 1 – Das estrelas ao átomo
Grupo I
1. O nome que se costuma dar ao modelo-padrão, que é o modelo actualmente aceite pela cosmologia para
explicar a origem e evolução do Universo, é:
A Modelo estacionário.
B Modelo do Big Bang.
C Modelo aberto.
D Modelo fechado.
E Modelo espacial.
2. Supernovas são:
A Estrelas.
B Nome que se dá ao evento do fim da fim da vida de
uma estrela de pequena massa.
C Nome que se dá ao evento do fim da vida de uma
estrela de grande massa.
D Nome que se dá às estrelas muito brilhantes.
E Nome que se dá às estrelas de formação recente.
3. É característico de uma reacção química:
A O fenómeno da radioactividade.
B A participação dos constituintes do núcleo.
C Apenas a participação dos electrões e o núcleo não
ser afectado.
D A produção de novos elementos químicos.
E Ocorrer somente a temperaturas muito elevadas.
4. Duas técnicas experimentais que permitem confirmar a constituição atómica da matéria são:
A A cromatografia e a destilação simples.
B A difracção de raios X e a microscopia electrónica
de alta resolução.
C A refracção atmosférica e a determinação do D A destilação fraccionada e a cromatografia em fase
ponto de fusão.
gasosa.
E A magnetização e extracção por solvente.
QuÝmica 10 ano BQ2.doc
NetProf
-1-
Ensino Secundário – 10º ano de escolaridade
Componente de Química
5 – Das afirmações a seguir assinale a que é correcta.
A Os átomos são partículas de grandes dimensões que
formam todas as substâncias da Natureza.
B Os núcleos dos átomos são neutros e à volta do
átomo há partículas de cargas eléctricas positivas.
C Os átomos são constituídos por uma região, uma
D O átomo é formado de partículas neutras.
espécie de nuvem, onde encontramos os electrões, de
carga negativa, à volta de um núcleo com carga positiva.
E A massa do electrão é maior que a massa do protão.
6 – O electrão, o núcleo e o neutrão foram descobertos respectivamente por:
A Planck, Rutherford e Bohr.
B Ruhterford, Thomson e Einstein.
C Einstein, Bohr e Rutherford.
D Thomson, Rutherford e Chadwick
E Thomson, Bohr e Chadwick.
7. As origens das questões sobre a constituição da matéria estão relacionadas com os filósofos pré-socráticos.
Assinala o mapa1 ao qual corresponde actualmente o país onde nascem grande parte desses filósofos.
A
B
C
D
E
1
Todos os mapas foram retirados do sítio http://www.theodora.com/maps/
QuÝmica 10 ano BQ2.doc
NetProf
-2-
Ensino Secundário – 10º ano de escolaridade
Componente de Química
Grupo II
1. Observa os espectros a seguir2.
(A)
(B)
(C)
(D)
1.1 Identifica quais são os espectros de emissão e de absorção.
1.2 Justifica a tua escolha no item (6.1).
1.3 Qual é a razão das riscas claras e escuras nesses espectros?
1.4 A que corresponde no espectro electromagnético o intervalo de comprimentos de onda onde se observam
estas riscas?
1.5 Escreve o nome dos elementos químicos a que correspondem esses espectros tendo em conta o símbolo
químico na parte superior dos espectros. O que significa o “(I)” depois do seu símbolo?
2. Algumas das riscas mais intensas do espectro solar são:
2
λ/nm
Elemento
333,6689
Mg I
341,4779
Ni I
http://www.webelements.com/
QuÝmica 10 ano BQ2.doc
NetProf
-3-
Ensino Secundário – 10º ano de escolaridade
Componente de Química
526,9550
Fe II
656,2808
H
849,8062
Ca II
854,2144
Ca II
2.1 Identifica as regiões do espectro electromagnético onde se encontram essas riscas.
2.2 Determina a frequência da segunda risca do Ca+. Dá a resposta com três números significativos.
Dado: c = 3,0 × 108 m.s-1.
2.3 Considera o espectro solar a seguir3.
Identifica pela letra marcada no espectro (a notação de Fraunhofer!) as duas riscas da tabela que estão neste
espectro.
3
3.1. Procura determinar aproximadamente o comprimento de onda das riscas de CrI e FeI do espectro solar a
seguir.
Imagem retirada de http://www.astro.uiuc.edu/~kaler/sow/spectra.html
3.2. Explica o que significa LaII, CrII e FeI.
3
Adaptado de http://www.harmsy.freeuk.com/fraunhofer.html
QuÝmica 10 ano BQ2.doc
NetProf
-4-
Ensino Secundário – 10º ano de escolaridade
Componente de Química
4. Responde as questões a seguir:
4.1 – O que é comum a todas as estrelas da sequência principal?
4.2 – Quando uma estrela abandona a sequência principal?
4.3 – Considera as estrelas:
Rigel – Classificação espectral: B 8 Ia
Aldebaran – Classificação espectral: K 5 III
Sírius – Classificação espectral: A 1 V
4.3.1 – Qual delas apresenta a maior temperatura superficial? Justifica.
4.3.2 – Qual delas é uma supergigante? Justifica.
4.3.3 – Qual delas está na sequência principal? Justifica.
5 Lê o texto4:
“A força gravitacional é a força dominante no Universo em grande escala. É esta força a responsável
pelo nascimento das estrelas, pelo movimento dos planetas, cometas, das estrelas nas galáxias, do
agrupamento de galáxias em enxames…
Figura 1 – Albert Einstein
Enquanto a cosmologia observacional começava a desenvolver-se nos Estados Unidos, na Europa,
progressos teóricos fundamentais estavam sendo feitos. A partir da Teoria da Relatividade Geral (TRG), em
1917, Albert Einstein construiu o primeiro modelo cosmológico tendo em conta essa teoria.
O modelo de Einstein continha a matéria uniformemente distribuída pelo espaço e, devido ao
carácter atractivo da gravitação, não era estático, tendendo a expandir-se e depois a colapsar. A descoberta da
recessão das galáxias por Hubble ocorreu 12 anos depois. Para obter um universo estático, Einstein foi
obrigado a modificar as suas equações originais introduzindo um termo repulsivo, a chamada constante
cosmológica, designada por Λ. Quando Einstein soube da descoberta da recessão das galáxias por Edwin
Hubble em 1929, considerou a inclusão da constante cosmológica o maior “erro” da sua vida. Entretanto,
essa constante ainda hoje tem um papel importante na cosmologia, mas em outro contexto.
O padre e cosmólogo belga Georges-Henri Édouard Lemaître (1894-1966) foi provavelmente o
primeiro a propor um modelo específico para o que designamos hoje por Big Bang, em 1927. Ele imaginou
que toda a matéria estivesse concentrada no que ele chamou de átomo primordial e que este átomo se partiu
4
Texto adaptado da dissertação de Mestrado em Ensino de Astronomia de António Manuel Alves Morais. Todas as
referências quanto as imagens estão devidamente registadas nessa dissertação.
QuÝmica 10 ano BQ2.doc
NetProf
-5-
Ensino Secundário – 10º ano de escolaridade
Componente de Química
em incontáveis pedaços, cada um a fragmentar-se cada vez mais, até formar os átomos presentes no
Universo, numa enorme fissão nuclear. Sabemos que este modelo não pode ser correcto, pois não obedece às
leis da relatividade e à estrutura da matéria, no entanto inspirou os modelos modernos.
Figura 2 – Georges-Henri Édouard Lemaître.
Figura 3 – Alexander Friedmann.
Independentemente de Lemaître, o matemático e meteorologista russo, Alexander Friedmann (18881925) descobriu toda uma família de soluções das equações da teoria da relatividade geral de Einstein. A
família de soluções para a teoria de relatividade geral encontrada por Friedmann e Lemaître descreve um
Universo em expansão e são por isso considerados como os pais da cosmologia.
Em 1940, o físico George Antonovich Gamow (1904-1968), que fora estudante de Friedmann antes
da morte deste aos 37 anos, sugeriu um modelo com início oposto ao de Lemaître, uma espécie de fusão
nuclear. Gamow publicou os seus resultados em 1948 com Ralph Alpher e Hans Bethe.
O modelo de Gamow iniciou com partículas fundamentais que se aglomeraram em elementos mais
pesados, por fusão no Big Bang. As suas ideias estão correctas, excepto no que respeita às condições iniciais
do Universo que não eram apropriadas para fundir o carbono e os elementos mais pesados, mas sim para
formar somente hidrogénio e hélio em abundância significativa. Os elementos mais pesados foram
produzidos mais tarde no interior das estrelas.
Apesar da descoberta da expansão do Universo, muitos pesquisadores acreditavam na teoria do
estado estacionário, isto é, que o Universo era similar em todas as direcções e imutável no tempo, com
produção contínua de matéria para contrabalançar a expansão observada, mantendo a densidade média
constante.
A teoria do estado estacionário foi proposta por Herman Bondi (1919-), Thomas Gold (1920-) e Fred
Hoyle (1915-2001) em 1948. Em 1950, Fred Hoyle sugeriu pejorativamente o nome “Big Bang” para o
evento de início do Universo, quando se iniciou a expansão.
QuÝmica 10 ano BQ2.doc
NetProf
-6-
Ensino Secundário – 10º ano de escolaridade
Componente de Química
Figura 4 – George Antonovich Gamow
As soluções possíveis das equações da relatividade geral incluem expansão eterna ou recolapso. Se a
constante cosmológica de Einstein é nula, os modelos dividem-se em três classes, os chamados modelos de
Friedmann:
1 - se a densidade de matéria for suficientemente alta para reverter a expansão, o Universo é fechado,
como a superfície de uma esfera, de modo que, se uma nave viajasse por um tempo extremamente longo em
linha recta, voltaria ao mesmo ponto;
2 - se a densidade for muito baixa, o Universo é aberto, ou, hiperbólico, e continuará a expandir-se
para sempre;
3 - o terceiro caso, chamado de Universo plano, é o limite entre os universos aberto e fechado. É por
isto denominado de modelo crítico. O Universo, neste caso, expande-se para sempre, mas a velocidade das
galáxias será cada vez menor, chegando a zero no infinito. Neste caso, a geometria do Universo é euclidiana.
Qual destes modelos representa o Universo real? Esta pergunta continua a ser um dos cernes da
cosmologia moderna.
Figura 5 – Modelos de geometria do Universo
Isto não significa que o Universo tenha uma forma, mas sim que a maneira como fazemos medições
é diferente. Numa geometria euclidiana, a soma dos ângulos internos de um triângulo é igual a 180o, mas
numa geometria esférica é maior que 180o e numa geometria hiperbólica menor que 180o.
Mas como podemos saber se houve realmente um estado tão peculiar no passado do Universo? A
resposta veio na década de 60 do século XX.
Em 1964, os radioastrónomos Arno Allan Penzias (1933-) e Robert Woodrow Wilson (1936-), dos
Bell Laboratories, descobriram acidentalmente que o Universo estava preenchido por uma radiação de
microondas altamente isotrópica. Esta descoberta fez ruir os alicerces da teoria do estado estacionário e
reforçou a teoria do Big Bang. Penzias e Wilson receberam o Prémio Nobel em 1978 e publicaram os seus
QuÝmica 10 ano BQ2.doc
NetProf
-7-
Ensino Secundário – 10º ano de escolaridade
Componente de Química
resultados do excesso de emissão observado na revista Astrophysical Journal em 1965, e no mesmo volume
Robert Henry Dicke (1916-1997), Philip James Edward Peebles (1935-), Peter G. Roll, e David T. Wilkison,
que estavam a construir uma antena para procurar esta emissão, publicaram a interpretação do excesso como
a detecção da radiação remanescente do Big Bang.
A radiação do fundo do Universo é o sinal electromagnético proveniente das regiões mais distantes
do Universo (aproximadamente 10 mil milhões de anos-luz) e que havia sido predita desde os anos 40 por
Ralph Asher Alpher (1921-) e Robert Herman, associados de George Antonovich Gamow (1904-1968),
como a radiação remanescente do estado quente em que o Universo se encontrava quando se formou (na
verdade quando ele ficou transparente à radiação, 700 000 anos após o "início", a aproximadamente 12 mil
milhões de anos).
Figura 6 Penzias e Wilson na antena onde descobriram a radiação cósmica de fundo.
A teoria do Big Bang através desta constatação observacional, diz que, se assim é, então no passado
elas deveriam estar cada vez mais próximas. Num passado remoto, 10 a 15 mil milhões de anos atrás,
deveriam estar todas num mesmo ponto, muito quente, uma singularidade no espaço-tempo que se expandiu.
O Big Bang não criou somente a matéria e a radiação, mas
também o próprio espaço e o tempo.
A radiação do fundo do Universo mostra as condições do Universo 500 mil anos após o Big Bang,
quando o Universo era dominado por radiação. Aproximadamente 700 mil anos depois do Big Bang, a
temperatura do Universo caiu para cerca de 3000 K, suficiente para que os protões e as partículas formadas
nos três primeiros minutos do Universo começassem a capturar electrões e formassem átomos de hidrogénio
e hélio neutros. P. J. E. Peebles, da Universidade Princeton, nos EUA, chamou esta fase de recombinação, ou
fase de desacoplamento, passando para Universo dominado por matéria.”
QuÝmica 10 ano BQ2.doc
NetProf
-8-
Ensino Secundário – 10º ano de escolaridade
Componente de Química
Responde agora às seguintes questões.
5.1 - Qual a origem do nome Big Bang?
5.2 – Completa os espaços em branco.
As soluções possíveis das equações da relatividade geral incluem ________________ ou
______________. Se a constante ______________de ___________ é nula, os modelos dividem-se em três
classes, os chamados modelos de ______________.
5.2.1- Se a ___________________ for suficientemente alta para reverter a ______________, o Universo é
____________, como a superfície de uma ____________, de modo que, se uma nave viajasse por um tempo
extremamente longo em linha recta, voltaria ao mesmo ponto.
5.2.2 - Se a _____________ for muito baixa, o Universo é _________ ou ______________ e continuará a
expandir-se para sempre.
5.2.3 – O terceiro caso, chamado de Universo _______________, é o limite entre os universos ___________
e o __________, por isso denominado de modelo _________. O Universo, neste caso, expande-se para
sempre, mas a velocidade das galáxias será cada vez menor, chegando a zero no infinito. Neste caso, a
geometria do Universo é ______________.
6 – Da análise do texto, procura reconhecer os modelos de Universo, preenchendo as quadrículas.
QuÝmica 10 ano BQ2.doc
NetProf
-9-