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CIÊNCIAS DA NATUREZA
E SUAS TECNOLOGIAS
2
FASCÍCULO
CARO ALUNO,
Neste fascículo de Ciências da Natureza e suas Tecnologias, trataremos de três objetos do conhecimento abordados significativamente no
Exame Nacional do Ensino Médio – Enem. Vamos estudar a Mecânica e o Movimento dos Corpos Celestes, a Biotecnologia, explorando
suas grandes áreas, a Clonagem e os Trangênicos e finalmente a utilização e Produção de Combustíveis.
Bom estudo para você!
INTRODUÇÃO
Olá, querido estudante,
Neste fascículo, vamos dar ênfase ao estudo da mecânica
e de 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.
OBJETO DO CONHECIMENTO
A Mecânica e o 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.
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.
ESFERA
ES
SFERA
S
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DAS
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A
ESTRELAS
TRE
ELA
AS
SATURNO
EPIC
E
EPICICLO DE
JÚPITER
DEFERENTE
DE MARTE
MARTE
SOL
JÚPITER
Assim, a gravidade de Aristóteles era descrita a partir
da “busca” pelo lugar natural dos elementos.
VÊNUS
MERCÚRIO
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 seja 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).
TERRA
LUA
http://www.oba.org.br/cursos/astronomia/
fundamentoshistastro_arquivos/image006.jpg
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.
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
Não se sabe ao certo onde ou quando nasceu Ptolomeu.
Contudo, 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.
Devido ao fato 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.
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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 para 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 Fredericho 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:
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
2ª O raio vetor que liga o Sol ao planeta varre áreas iguais para
intervalos de tempos iguais.
SATURNO
JAN 1
JÚPITER
JAN 31
SOL
MARTE
VÊNUS
RAIO
VETOR
LUA
TERRA
MAIO 1
MAIO 31
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fundamentoshistastro_arquivos/image026.jpg
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
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.
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
3
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
(300000 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, a qual
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:



 F
FR = m ⋅ a ou a = R
m

onde FR representa a resultante das forças que atuam no corpo

em estudo, m representa a massa desse corpo, e a, 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).
4
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.
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.
No século XVIII, Laplace escreveu a equação da forma
como a conhecemos:
GMm
F=
d2
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”.
Portanto, 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”.
EXERCÍCIO DE FIXAÇÃO
C-1
H-3
Compreendendo a Habilidade
– Confrontar interpretações científicas com interpretações baseadas no
senso comum, ao longo do tempo ou em diferentes culturas.
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-ía correta caso indicasse
140 newtons.
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
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.
C-1
H-3
Compreendendo a Habilidade
– Confrontar interpretações científicas com interpretações baseadas no
senso comum, ao longo do tempo ou em diferentes culturas.
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).
INTRODUÇÃO
Olá, caro estudante,
Trago-lhes, nesse fascículo Enem, os conceitos
fundamentais da Biotecnologia. Suas aplicações na indústria,
na preservação ambiental, na saúde, na produção de alimentos.
Espero que fiquem atentos às ideias do texto, pois este assunto
é frequentemente abordado nas provas do Enem. Bons estudos.
OBJETO DO CONHECIMENTO
Biotecnologia
A Biotecnologia, ou os processos biotecnológicos,
podem ser definidos como: “A nova biotecnologia”, a
utilização de células e moléculas biológicas para a solução
de problemas ou produção de produtos ou processos úteis,
com potencial industrial em diversas áreas do conhecimento
(Kreuzer e Massey, 2002). De acordo com Malajovich (2004),
dentre as tecnologias desenvolvidas até o momento, a
biotecnologia é, de longe, a que apresenta maior compatibilidade
com a sustentabilidade da vida neste planeta.
O seu impacto atinge vários setores produtivos,
oferecendo novas oportunidades de emprego e renda.
Dentre os inúmeros exemplos, tais como, plantas resistentes a
doenças, plásticos biodegradáveis, detergentes mais eficientes,
biocombustíveis, processos industriais e agrícolas menos
poluentes, métodos de biorremediação do meio ambiente e
centenas de testes diagnósticos e novos medicamentos (Figura 1).
Conhecimentos
Agentes Biológicos
BIOTECNOLOGIA
Produtos e Processos
Resolver Problemas
Figura 1: Adaptada do livro BIOtecnologia. Fonte: Malajovich, 2004.
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
5
As biotecnologias em seu sentido mais amplo
compreendem a manipulação de microrganismos, plantas e
animais, objetivando a obtenção de processos e produtos de
interesse. É importante destacar que a biotecnologia tem um
enfoque multidisciplinar, já que envolvem diferentes áreas
do conhecimento que incluem a ciência básica, Biologia
Molecular, Microbiologia, Biologia celular, Genética, Genômica,
Embriologia etc. e, a ciência aplicada Técnicas imunológicas,
Químicas e Bioquímicas e outras tecnologias que incluem
a matemática básica e aplicada Informática, Ciências da
computação, Robótica e Controle de processos (Figura 2).
Grandes áreas da biotecnologia
Biologia
En
Bio gen
qu ha
ím ria
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Bio ologi ar
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B ecul
l
o
M
BIOTECNOLOGIA
Engenharia
Química
Industrial
Química
Figura 2: Representação esquemática da
interação da biotecnologia com outros
ramos do conhecimento. Livro Biotecnologia
Industrial, V. I. Fonte: Borzani et al, 2001.
As novas técnicas de engenharia genética estão
promovendo uma reavaliação de quase todos os processos
industriais que empregam técnicas ou produtos biológicos.
Segue abaixo os principais produtos e serviços de origens
biotecnológicas.
Tabela: Produtos de origem biotecnológica
Setores
Bens e serviços
Agricultura
Adubo composto, pesticidas, silagem, mudas de
plantas ou de árvores, plantas transgênicas etc.
Alimentação
Pães, queijos, picles, cerveja, vinho, proteína
unicelular, aditivos etc.
Eletrônica
Biosensores.
Energia
Etanol, biogás.
Química
Butanol, acetona, glicerol, ácidos, enzimas,
metais etc.
Meio Ambiente
Recuperação de petróleo, tratamento do lixo,
purificação da água.
Pecuária
Seleção e melhoramento genético de embriões.
Saúde
Antibióticos, hormônios e outros produtos
farmacêuticos, vacinas, reagentes e testes para
diagnóstico etc.
Fonte: Malajovich, 2004.
Constatam-se na tabela acima, a amplitude e a
profundidade de mudanças que deverão advir com o uso dos
processos biotecnológicos. Todos os setores descritos acima
são focos primordiais ao que vivenciamos, já que apresentam
um retorno lucrativo.
Normalmente não percebemos a sutil implantação
biotecnológica ou ao menos damos a devida importância,
quando às novidades que permeiam as atribuladas relações
humanas, mas torna-se perceptível à medida que a necessidade
de consumo demanda providências ao mercado.
6
De acordo com Zechendorf (1999), a biotecnologia
pretende ser uma atividade sustentável e econômicamente
viavél, onde já é entendido que esse não deve ser apenas
um simples dizer de palavras, e que apesar de todo o
avanço biotecnológico nós não podemos nos esquecer da
sustentabilidade (Guimarães et al., 2008).
A fim de ser sustentável a biotecnologia deve ser
economicamente viável e socialmente responsável para além de
ser ambientalmente amigável, apresentar um custo benefício,
antes que possa ser aceito pela indústria.
A contribuição das biotecnologias ao desenvolvimento
de produtos e processos deve ser analisada em função do
impacto causado em cada uma das grandes áreas, com
destaque, a “Biotecnologia Branca”: diz respeito às aplicações
industriais e ambientais; “Biotecnologia Vermelha”: inclui
as aplicações relativas à saúde; “Biotecnologia Verde”:
dedica-se às aplicações agrícolas e alimentares; “Biotecnologia
Azul”: dedica-se a aplicações com origem em organismos
aquáticos. Contudo, espera-se que o desenvolvimento de novas
tecnologias possibilite a conservação ou criação de empregos.
A Biotecnologia Branca diz
respeito às aplicações industriais e
ambientais: Inclui os processos industriais
que utilizam enzimas e organismos para
processar e produzir substâncias químicas,
materiais e energia. Segue abaixo as
principais áreas de atuação:
Biotecnologia
Branca
• Biorremediação de vazamentos de
petróleo e resíduos tóxicos;
• Monitoramento de poluentes (biosensores);
• Tratamento de resíduos industriais e águas residuárias;
• Biomineraçao (recuperação de metais pesados e
radioisótopos);
• Recuperação de áreas degradadas (micorrizas e bactérias
fixadoras de nitrogênios).
A Biotecnologia Vermelha
inclui as aplicações relativas à
saúde: Esta área inclui a utilização de
processos relacionados com a
medicina e a farmacologia e que se
baseiam na manipulação genética de
organismos. Segue abaixo as principais
áreas de atuação:
Biotecnologia
• Compostos farmacologicamente
Vermelha
ativos;
• Antibióticos, antimicrobianos e antivirais;
• Vitaminas e hormônios;
• Vacinas e probióticos.
• Biopolímeros de aplicação médica (e.g., pele artificial);
• Biotransformações em química fina.
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
A Biotecnologia Verde
dedica-se às aplicações agrícolas
e alimentares: As aplicações
biotecnológicas desta área incluem
métodos de melhoramento de
variedades vegetais e animais,
visando a agroindústria. Segue abaixo
as principais áreas de atuação:
• Aumento de fertilidade do solo;
Biotecnologia
• Fixação biológica de nitrogênio;
Verde
• Controle biológico de insetos e
patógenos;
• Promotores de crescimento de plantas;
• Promotores de crescimento animal;
• Antiparasiticidas, antibióticos, antimicrobianos, antivirais;
• Vitaminas e hormônios;
• Vacinas e probióticos.
As aplicações biotecnológicas desta área incluem
métodos de produção e preservação de alimentos, visando
a indústria de alimentos. Segue abaixo as principais áreas de
atuação:
• Produção e preservação de alimentos;
• Produção de bebidas;
• Aromas e essências;
• Aditivos para alimentos (emulsificantes e espessantes);
• Aimentos funcionais (nutracêuticos).
A Biotecnologia Azul
dedica-se a aplicações com origem
em organismos aquáticos:
Esta área envolve a aplicação de
métodos moleculares com base em
organismos marinhos e de água doce,
ou nos seus tecidos, células ou
componentes celulares. Segue abaixo
as principais áreas de atuação:
• Ambiental;
• Indústria de alimentos;
• Indústria Química;
• Indústria farmacêutica;
• Energia.
A clonagem pode ocorrer espontaneamente na
natureza ou ser desenvolvida em laboratório. A clonagem
natural ocorre em todos os seres vivos que se reproduzem
assexuadamente. A reprodução assexuada pode ocorrer
por: cissiparidade, esporulação, brotamento, estrobilização
e fragmentação. Alguns exemplos são: plantas, fungos e
leveduras, algas, alguns moluscos e crustáceos, esponjas,
alguns protozoários, como a Ameba, e as bactérias.
“Clonagem”: (1) Na pesquisa do DNA recombinante,
o processo de criar e ampliar segmentos específicos de DNA.
(2) A produção de organimos geneticamente idênticos a partir
de células somáticas de um organismo individual. “Clone”:
(1) Um grupo de células geneticamente idênticas ou organismos
individuais derivados por divisão assexual de um ancestral
comum. (2) Um organismo individual formado por algum
processo sexual de modo que seja geneticamente a seu genitor.
Anthony J. F. Griffiths et al.
CULTIVO IN VITRO DE EMBRIÕES
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Biotecnologia
Azul
Figura 3: Métodos de clonagem in vitro de célula animal. (1) Embrião. (2) Embrião
no estágio de blastocisto. (3) Blastômero isolado. (4) Células de fibroblasto de
rato para alimentar a colônia. (5) As células são separadas e vão para outro
recipiente. (6) Cultura estável de células-tronco. Fonte: http://4.bp.blogspot.
com/_FK5QjE4gwZc/Sb19ROF0CcI/AAAAAAAABNE/GjFFTd5UuwI/s1600-h/culti
vo%252520de%252520c%2525C3%2525A9lulas%252520tronco.jpg, 2009.
Fonte: Adaptada: http://www.anbio.org.br/
pdf/2/mct_recursos_biologicos.pdf, 2010 e
http://plantasgm.wordpress.com/
category/biotecnologia-e-historia-da-biotec/2010.
CLONAGEM
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Clonagem
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O termo clone foi criado em 1903 pelo botânico Herbert
J. Webber enquanto pesquisava plantas no Departamento de
Agricultura dos Estados Unidos. Entretanto, desde a antiguidade
o ser humano vem selecionando e utilizando organismos com
características que lhe interessam sob algum ponto de vista.
Para isso, o ser humano desenvolveu ao longo dos anos
uma ciência que passou a ser denominada “Biotecnologia”,
composta por numerosas técnicas por meio das quais
não apenas seleciona, mas também modifica organismos
(Lopes, 2003).
Contudo, a palavra clone foi originada (do grego
klon, significa “broto”) é utilizada para designar um conjunto
de indivíduos que deram origem a outros por reprodução
assexuada, sendo um método científico de reprodução que
utiliza células somáticas (Lopes, 2003).
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Figura 4: Clonagem de ovelhas. (1) Ovelha de cara preta. (2) Ovelha de cara
branca. (3) Ovo doador. (4) Célula. (5) Núcleo removido. (6) Fusão da célula e
o ovo sem núcleo com eletricidade. (7) Ovo fundido com célula. (8) Embrião.
(9) embrião implantado. (10) Ovelha de cara branca com carneiro de cara
branca (Clone). Fonte: http://universitario.com.br/noticias/noticias_noticia.
php?id_noticia=5316, 2009.
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
7
Transgênicos
Poucos assuntos geram tanta controvérsia como
os transgênicos. Organismos transgênicos, ou organismos
geneticamente modificados (OGMs), são animais e plantas
que sofrem modificações geradas pela transferência de
características genéticas (genes) de uma espécie para a outra
(Losey et al., 1999).
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Observação:
8
Alguns autores consideram organismos transgênicos
apenas quando há transferência de genes entre espécies
diferentes e OGM quando a transferência ocorre entre
espécies diferentes ou não. Por isso, todo transgênico é um
OGM, mas nem todo OGM é um transgênico.
Um organismo transgênico pode ser definido como
um animal ou planta produzido a partir da célula embrionária
na qual foi incorporado uma sequência de DNA clonado
exógeno. São produtos geneticamente modificados que buscam
melhorar, principalmente, a produção de alimentos, de forma
mais racional e sustentável.
Consequentemente, com redução de custos de
produção, aumento de produtividade, redução de insumos
e defensivos. A introdução do transgene na célula pode ser
realizada por vários métodos:
•Sistema Agrobacterium tumefaciens: método pelo qual é
inserido um gene de interesse no genótipo de uma bactéria
que, ao se associar a uma planta, retransmite a mesma
característica.
•
Figura 5: Método de transgene. (1) Bactéria. (2) Isolamento do DNA bacteriano.
(3) Clonado o DNA. (4) Extração do gene de interesse. (5) Fabricando o
gene (transgene). (6) Inserção do transgene no tecido da planta. (7) Planta.
(8) Reprodução.
Referências da Internet
www.bioinfo.ufpb.br/difusao, 2009.
http://lqes.iqm.unicamp.br/institucional/bibliotecas/
b i b l i o t e c a s _ l q e s _ n a n o t e c n o l o g i a _ c o n f _ l e v y. h t m l
www.quadrante.com.br/.../031005/01_05.jpg, 2009.
http://4.bp.blogspot.com/_FK5QjE4gwZc/Sb19ROF0CcI/
AAAAAAAABNE/GjFFTd5UuwI/s1600h/cultivo%252520de%
252520c%2525C3%2525A9lulas%252520tronco.jpg, 2009.
http://www.universitario.com.br/noticias/noticias_noticia.
php?id_noticia=5316, 2009.
http://cheirinhosdeciencia.blogspot.com/, 2009.
http://ivancabral.blogspot.com/2007/06/tica.html, 2009.
http://plantasgm.wordpress.com/category/biotecnologia-ehistoria-da-biotec/2010.
http://www.cpafro.embrapa.br/embrapa/Artigos/bioprospec.
htm, 2010.
EXERCÍCIO DE FIXAÇÃO
Bombardeamento com micropartículas revestidas de DNA:
sistema pelo qual o DNA é revestido em microesferas de
tungstênio e transferido para dentro do tecido da planta.
•
Transferência por electroporação: introdução de DNA em
células expostas a um campo elétrico.
•
Microinjeção de DNA: Consiste numa injeção de DNA na
célula através de uma micropipeta.
Cada um desses métodos tem como objetivo introduzir
o transgene no núcleo da célula, onde se encontra o material
genético, sem danificar a célula. Então, a planta se desenvolve
e suas células apresentarão o transgene de interesse podendo
transmiti-lo a seus descendentes.
Os transgênicos não apareceram na forma de
“geração espontânea”. O surgimento da tecnologia do
DNA recombinante onde os transgênicos estão inseridos,
possibilitam, manipulações de organismos até então não
obtidas através de processos envolvendo a compatibilidade de
cruzamentos (Rech, 2004).
Atualmente pode-se ver a utilização de organismos
transgênicos, sobretudo na área agrícola (Figura 5).
8
7
C-8
H-29
Compreendendo a Habilidade
–Interpretar experimentos ou técnicas que utilizam seres vivos,
analisando implicações para o ambiente, a saúde, a produção de
alimentos, matérias-primas ou produtos industriais.
03. Alguns grupos de pesquisa brasileiros estão investigando
bactérias resistentes a íons cloreto, como Thiobacillus
prosperus, para tentar compreender seu mecanismo de
resistência no nível genético e, se possível, futuramente
transferir genes relacionados com a resistência a íons cloreto
para bactérias não resistentes usadas em biolixiviação
(um tipo de biorremediação de efluentes), como
Acidithiobacillus ferrooxidans. Considerando as principais
técnicas utilizadas atualmente em biologia molecular e
engenharia genética, a transferência de genes específicos
de uma espécie de bactéria para outra deve ser feita através
a) de cruzamentos entre as duas espécies, produzindo um
híbrido resistente a íons cloreto.
b)da transferência para a bactéria não resistente de um
plasmídeo recombinante, que contenha o gene de
interesse previamente isolado da bactéria resistente,
produzindo um Organismo Geneticamente Modificado
(OGM).
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
c) da transferência de todo o genoma da bactéria resistente
para a nova bactéria, formando uma espécie nova de
bactéria em que apenas o gene de interesse será ativado.
d)da simples clonagem da bactéria resistente, sem a
modificação da bactéria suscetível a íons cloreto.
e) da combinação do genoma inteiro da bactéria suscetível
com o genoma da bactéria resistente, formando um
organismo quimérico, o que representa uma técnica
muito simples em organismos sem parede celular, como
as bactérias.
C-4
H-15
Compreendendo a Habilidade
– Interpretar modelos e experimentos para explicar fenômenos ou processos
biológicos em qualquer nível de organização dos sistemas biológicos.
04. 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, concluímos que
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 dependentes
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.
FIQUE DE OLHO!
BIOFÁBRICAS A PLENO VAPOR NO PAÍS
Na ficção, os lançadores de teia do homem-aranha são
um prodígio da ciência. Na vida real, porém, ainda buscamos
uma forma de produzir ‘teias’ sintéticas, resistentes e flexíveis,
a custo razoável. Um grupo de pesquisadores brasileiros pode
ter obtido resultados importantes nesse campo: a partir do
DNA de aracnídeos brasileiros, eles produziram biopolímeros
que poderão ser aplicados a produtos tecnológicos no futuro.
O grupo também estuda a utilização de sementes e
folhas de vegetais como biofábricas para a síntese em escala
de moléculas naturais das próprias teias e de substâncias
importantes no combate a doenças como Aids e câncer.
A pesquisa, feita na unidade de Recursos Genéticos e
Biotecnologia da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária
(Embrapa), em Brasília, utilizou avançadas técnicas de
biotecnologia e de engenharia genética para a obtenção
de biofibras. Os pesquisadores analisaram o genoma de
cinco aranhas brasileiras (Nephila clavipes, Argiopeaurantia,
Nephylengys cruentata, Parawixiabistriata e Avicularia juruensis)
para identificar os genes expressos nas glândulas responsáveis
pela produção e pelas características da teia.
“Trabalhamos com o Instituto Butantan na seleção e
coleta das aranhas, escolhidas por se originarem de diferentes
biomas – algumas da Amazônia, outras do cerrado e da mata
atlântica – e pela resistência de suas fibras”, diz Elíbio Rech,
geneticista da Embrapa e coordenador do estudo.
Bactérias Escherichia coli foram geneticamente
modificadas para receber as sequências selecionadas e passaram
a atuar, então, como biofábricas capazes de sintetizar os
polímeros desejados. “As bactérias produzem a proteína em
maior quantidade que as aranhas, são biorreatores muito
usados na produção de diversas substâncias sintéticas”, conta
Rech. “Após a purificação do material produzido, um processo
também desenvolvido por nós simula a ação da espirineta,
aparelho das aranhas que organiza as proteínas em fibras.”
Após nove anos de pesquisas, o grupo aprendeu muito
sobre a complexa organização das proteínas das teias de aranha
em escala nanométrica que confere as características únicas ao
material. O conhecimento acumulado permite que a equipe
produza, por exemplo, fibras com diversos graus de resistência
e flexibilidade, dependendo das perspectivas de aplicação.
A expectativa é que, no futuro, elas possam ser utilizadas na
produção de materiais como coletes à prova de bala mais
leves, fios biodegradáveis para medicina, para-choques mais
resistentes e flexíveis – e, quem sabe, lançadores que permitam
a algum maluco corajoso andar dependurado pela cidade!
Sementes do futuro
Esse futuro, no entanto, ainda não chegou e a
pesquisa tem muitos desafios pela frente. Segundo Rech, o
próximo passo é desenvolver formas econômicas, eficientes e
seguras para produzir biofibras em larga escala – em especial
porque o uso de bactérias modificadas ainda é muito caro.
Uma possibilidade para superar isso é criar ‘biofábricas’
alternativas: o grupo de Rech estuda, por exemplo, o emprego
de outras células modificadas para a produção de biomoléculas,
como as das sementes da soja.
Hoje, diversas substâncias, como a insulina, são
sintetizadas por processos tradicionais, que usam as bactérias
ou células animais modificadas em cultura. Mas o geneticista
lembra que o processo apresenta limitações, como o tamanho
máximo e a quantidade restrita das moléculas produzidas.
A intenção do grupo da Embrapa é desenvolver, a
partir de plantas já domesticadas, uma plataforma tecnológica
diversificada para fabricar uma variedade maior de moléculas
de interesse industrial e farmacêutico, com baixo custo, maior
eficiência e de forma sustentável.
O processo estudado em vegetais é similar ao empregado
com as bactérias: as células vegetais são geneticamente
alteradas para receber os genes específicos e passam a atuar
como biorreatores para produção da substância de interesse.
A opção pela soja se deu pelo domínio já existente no país sobre a
leguminosa. “No mundo todo há grupos trabalhando com outras
possibilidades, como arroz, cevada e milho”, explica Rech.
Importância médica
Na Embrapa, as sementes de soja vêm sendo usadas
para a produção de diversas substâncias de interesse médico,
como a cianovirina, proteína isolada em algas que pode inibir a
replicação do HIV, e antígenos como o NY-ES01 e o Hormad1,
importantes no diagnóstico de câncer – trabalhos em parceria
com grandes centros internacionais, como Instituto Ludwig
de Pesquisa sobre o Câncer, de Nova York. O laboratório da
Embrapa também tem testado o uso de folhas de tabaco como
biorreatores.
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
9
“As sementes são transgênicos estáveis, se perpetuam
em gerações, e têm as vantagens de serem fáceis de estocar
e de conterem milhões de células para servir de biofábricas”,
avalia Rech. “Já as folhas são temporárias: produzem proteínas
durante um período de até sete dias.”
O geneticista destaca que a intenção agora é levar as
pesquisas para fora do laboratório – e para isso a parceria com
o setor privado é fundamental. “Mostramos que o conceito
funciona, mas precisamos aliar o trabalho dos biólogos
moleculares com o dos engenheiros, atrair a iniciativa privada
para escalonar o processo e levá-lo adiante, transformar
recurso tecnológico em inovação de fato, o que não é simples
no Brasil”, pontua. “Essa é uma demanda da sociedade, uma
área potencialmente lucrativa que pode atrair o interesse das
empresas para aplicar, na prática, nossos resultados.”
Fatores que influenciam no DH
Alguns fatores podem exercer influência na variação de
entalpia de reações químicas, como a quantidade de reagentes
e produtos, os estados físicos dos componentes, a temperatura,
a grau de diluição de um componente e a variedade alotrópica
dos componentes. Dentre essas, destacam-se:
•
A quantidade de calor liberada ou absorvida em uma
reação química ou fenômeno físico é proporcional à quantidade
de reagentes (ou produtos) que são consumidos (ou formados)
no processo. Veja o exemplo para a formação de 2 mol de
amônia gasosa:
Marcelo Garcia
N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g) Ciência Hoje/ RJ – Publicado em 31/07/2014
Fonte: http://cienciahoje.uol.com.br/revista-ch/2014/316/biofabricas-a-plenovapor-no-pais-1/?searchterm=Biof%C3%A1bricas%20a%20pleno%20
vapor%20no%20pa%C3%ADs
INTRODUÇÃO
Olá, caro vestibulando,
Estamos nos encontrando novamente para discutirmos
assuntos relevantes em sua avaliação no ENEM. Nesse fascículo
trataremos da discussão em torno do uso e da produção de
combustíveis, um assunto bastante atraente e bem atual.
Vejamos agora uma breve introdução teórica.
Quantidade de reagentes e produtos
DH = –92kJ
Essa notação indica que, para a formação de 2 mol
de amônia (NH3) na fase gasosa são liberados 92 kJ de calor.
Evidentemente, se ocorresse a formação de 4 mol de amônia
gasosa, a quantidade de calor liberado seria também o dobro.
•
Estados físicos de reagentes e produtos
O estado físico de certo reagente ou determinado
produto em uma reação química pode alterar a variação de
entalpia da reação. Sabe-se que uma substância em fase
gasosa possui maior conteúdo energético que em fase líquida
(devido à maior energia cinética das partículas no estado
gasoso que resulta em maior agitação molecular), e que uma
substância em fase líquida possui maior conteúdo energético
que em fase sólida:
Hgasoso > Hlíquido > Hsólido
OBJETO DO CONHECIMENTO
Entalpia e fatores que influenciam
do DH
•
Temperatura da reação
Como reagentes e produtos são substâncias diferentes
com calores específicos diferentes, a mudança na temperatura
provoca alteração no valor do ΔH de uma reação. Acompanhe
o exemplo a seguir:
Entalpia
a 25 °C: N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g) ΔH = –92 kJ
É conteúdo de calor de um sistema medido em condições
de pressão constante. Quando nos referirmos a uma reação
química, que ocorre em grande parte das vezes, a definição de
entalpia deve ser ampliada para o conteúdo de calor medido
em condições de pressão e temperatura constantes.
Na verdade não realizamos a medida dos valores
absolutos de entalpia, e sim, das variações de entalpia (DH).
Portanto:
a 450 °C: N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g) ΔH = –111 kJ
DH = Hproduto – Hreagente = calor de reação
Quando um processo é exotérmico (libera calor),
t e re m o s H p ro d u t o < H re a g e n t e , o q u e s u g e re DH < 0 .
Quando um processo é endotérmico (absorve calor), teremos
Hproduto > Hreagente, o que sugere DH > 0.
10
•
Estado alotrópico dos componentes
A mudança na forma alotrópica de uma substância
altera a variação de entalpia (ΔH) da reação que a substância
toma parte, pois, afinal, são substâncias diferentes. Em termos
termodinâmicos, a forma alotrópica mais estável de uma
substância é a que admite a mais baixa entalpia.
Nesse momento, é interessante que se recorde o que
significa alotropia: é o fenômeno em que um mesmo elemento
químico pode formar mais de uma substância simples diferente,
como o caso do elemento carbono, que admite, dentre
outras, as formas grafite (mais estável), diamante e fulereno
(moléculas de C60 em forma de bola de futebol).
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
EXERCÍCIO DE FIXAÇÃO
C-7
H-26
FIQUE DE OLHO!
Compreendendo a Habilidade
– Avaliar implicações sociais, ambientais e/ou econômicas na produção
no consumo de recursos energéticos ou minerais, identificando
transformações químicas ou de energia envolvidas nesses processos.
TIPOS DE BIOCOMBUSTÍVEIS
Metanol
05.As reações de combustão do octano (C8H18, principal
componente da gasolina) e do etanol (C 2H 5OH) são
fornecidas a seguir:
C8H18(l) + 25/2 O2(g) → 8 CO2(g) + 9 H2O(l) DH = – 5400 kJ/mol
C2H5OH(l) + 3 O2(g) → 2 CO2(g) + 3 H2O(l) DH = – 1200 kJ/mol
Supondo que o preço de 1 litro de gasolina (considerada
formada apenas por octano) seja R$ 3,21 e que ambos
tenham o mesmo desempenho em conversão de energia
em distância percorrida, qual deve ser o preço de 1 litro de
etanol (considerado líquido puro) para que seja indiferente
o uso de etanol ou gasolina em relação apenas ao aspecto
financeiro?
Dados:massas molares (em g/mol): C 8 H 18 = 114;
C2H5OH = 46.
d e n s i d a d e s ( e m g / m L ) : C 8H 18 = 0 , 6 8 4 ;
C2H5OH = 0,828.
a) R$ 2,02
b) R$ 2,14
c) R$ 2,22
C-5
H-18
d) R$ 2,35
e) R$ 2,48
Compreendendo a Habilidade
– Relacionar propriedades físicas, químicas ou biológicas de produtos,
sistemas ou procedimentos tecnológicos às finalidades a que se
destinam.
06. Fenômenos endotérmicos e exotérmicos podem ser úteis
para a preparação de compressas frias ou quentes, que
são utilizadas, por sua vez, em pancadas e machucados
ocasionados principalmente por atividades físicas.
A dissolução de sais pode ter sua entalpia (DHsol) definida
como o somatório das entalpias reticular (DHret, energia
absorvida para a quebra do retículo cristalino) e de
hidratação (DHhid, energia liberada na formação da camada
de solvatação dos íons em solução).
Observe a tabela a seguir para três sais cuja dissolução é
muito utilizada em compressas:
Sal
DHret
DHhid
CaCl2
+ 1250 kJ
– 1430 kJ/mol
NH4NO3
+1590 kJ
– 1330 kJ/mol
KNO3
+ 1754 kJ
– 1615 kJ/mol
De acordo com o enunciado, pode(m) ser utilizado(s) na
confecção de compressas quentes
a) somente o sal CaCl2.
b) somente o sal NH4NO3.
c) somente os sais NH4NO3 e KNO3.
d) somente o sal KNO3.
e) somente os sais CaCl2 e KNO3.
Também chamado de álcool metílico e hidrato de
metilo, esse biocombustível é muito inflamável e pode
ser obtido através da destilação de madeira, cana-de-açúcar
e gases fósseis. Ele é utilizado como solvente industrial
(para dissolver sais), para fabricar plástico, produção de
biodiesel, preparação de hormônios, fabricação de produtos
químicos, indústria farmacológica, dentre outros. Nos Estados
Unidos, é utilizado em alguns postos como combustível.
O metanol (CH3OH) é bem mais tóxico que o etanol e
polui mais o meio ambiente. Além disso, com a sua queima, as
chamas produzidas são bem claras e isso atrapalha no controle
do fogo. Outras desvantagens da substância são os problemas
que ela pode causar à saúde, como dores de cabeça, náusea,
vômitos, irritação, intoxicação e câncer.
Biodiesel
O biodiesel é um combustível feito com óleos vegetais
(soja, amendoim, mamona, dendê, etc.) que pode ser
obtido em processos como esterificação e craqueamento.
Começou a ser pesquisado na Europa, durante o século XVIII.
Para produzi-lo, é necessário misturar o óleo retirado das
plantas com álcool/metanol e depois catalisar essa mistura.
O catalisador acelera uma reação química entre essas duas
substâncias. Posteriormente, é feita a separação da glicerina
no óleo e ele é filtrado.
A molécula de um óleo vegetal é um triglicídio com
moléculas de ácidos graxos e glicerina. O processo que consiste
na mudança do óleo vegetal para biodiesel recebe o nome de
transesterificação (processo onde a glicerina se separa do óleo
vegetal) e trata-se do método mais usado atualmente para
produzir esse biocombustível. Com a transesterificação, ou
seja, sem a glicerina, o óleo fica mais fino e menos viscoso.
A cor do produto se aproxima do amarelo podendo chegar
a tons mais alaranjados. O cheiro adquirido vai depender da
matéria-prima utilizada.
O biodiesel substitui o óleo diesel à base de petróleo
nos automóveis, caminhões, geradores ou tratores. Para cada
2% de biodiesel acrescentado ao diesel de petróleo, seu nome
é alterado. O mais baixo é o B2 e o biodiesel puro é o B100.
Na União Europeia, a percentagem de combustível renovável
adicionada à gasolina é de 2% e a tendência é que esse valor
aumente de forma progressiva.
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
11
As pesquisas para a produção do biodiesel tiveram
início em 1970, no Ceará. O Governo Federal criou o Programa
Nacional de Produção e Uso de Biodiesel (PNPB), que busca
implantar a produção e comercialização do biodiesel para a
obtenção de fontes de renda e emprego. Além disso, esse
programa busca reduzir os danos causados ao meio ambiente
com o uso indiscriminado de fontes energéticas de origem fóssil.
A produção do biodiesel no Brasil trabalha de forma
social, na medida em que a agricultura familiar é bastante
explorada. Nas regiões semiáridas do país, há o crescimento na
produção de palma e mamona. O custo para usar o óleo diesel
ainda é alto devido à baixa produção. Em 2005, foi instituída
a Lei nº 11.097, que estabeleceu que os veículos de carga
deveriam abastecer 5% de biodiesel (B5) até 2013. Esse projeto
de lei é uma das diretrizes do Programa Nacional de Biodiesel.
Principais Características do Biodiesel
• É um combustível mais lubrificante e não tóxico;
• Diminui a emissão de dióxido de carbono na atmosfera;
• Pode ser transportado e armazenado com segurança;
• Pode ser utilizado em sua forma pura ou acrescentado no
diesel de petróleo;
• Redução nos odores produzidos durante sua exaustão.
Biogás
É um biocombustível gasoso, formado por uma mistura
de metano e dióxido de carbono sob a ação de bactérias
fermentadoras (decomposição anaeróbia). Esse processo ocorre
com a alteração e controle de propriedades como acidez e
temperatura. A produção é feita com matéria orgânica em um
aparelho chamado de biodigestor anaeróbico. A maioria dos
gases tem um cheiro forte e desagradável.
Ele foi descoberto em 1667 e, em 1884, Louis
Pasteur apresentou um estudo falando sobre o auxílio que a
fermentação dava para a obtenção de energia. Os materiais mais
usados na produção do biogás são as palhas, o lixo, bagaço
e esterco. Uma de suas vantagens é que não é uma fonte de
energia inflamável e pode ser usado para gerar energia elétrica.
Os locais onde os biodigestores são instalados se encontram
principalmente nas propriedades rurais e, em lugares como a
China, eles ocupam a grande parte das residências.
Pode ser usado no lugar do gás natural e do GLP e,
além disso, utilizado como gerador de energia elétrica quando
utilizado em geradores elétricos.
Bioetanol
Esse combustível é obtido com a fermentação e a
destilação de resíduos de milho, trigo ou cana-de-açúcar.
Esses resíduos sofrem alterações e passam por processos como
destilação, fermentação e deslignificação. O resultado é um
combustível bastante energético e é uma fonte de energia
vantajosa por ser renovável. Além disso, a queima do Bioetanol
não afeta tanto o meio ambiente. Para quem critica sua
utilização, a justificativa é o uso de matérias-primas essenciais
para a alimentação sendo usadas para produzir biocombustível.
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
C-6
H-20
Compreendendo a Habilidade
–Caracterizar causas ou efeitos dos movimentos de partículas,
substâncias objetos ou corpos celestes.
01.Em muitas tarefas diárias, é preciso arrastar objetos.
Isso pode ser mais ou menos difícil, dependendo das forças
de atrito entre as superfícies deslizantes. Investigando
a força necessária para arrastar um bloco sobre uma
superfície horizontal, um estudante aplicou ao bloco uma
força horizontal F e verificou que o bloco ficava parado.
Nessa situação, é correto afirmar que a força do atrito
estático entre o bloco e a superfície de apoio é, em módulo,
a) igual à força F.
b) maior que a força F.
c) igual ao peso do bloco.
d) maior que o peso do bloco.
e) menor que o peso do bloco.
C-5
H-19
Compreendendo a Habilidade
– Avaliar métodos, processos ou procedimentos das ciências naturais
que contribuam para diagnosticar ou solucionar problemas de ordem
social, econômica ou ambiental.
02. Durante uma faxina, a mãe pediu que o filho a ajudasse,
deslocando um móvel para mudá-lo de lugar. Para escapar
da tarefa, o filho disse ter aprendido na escola que não
poderia puxar o móvel, pois a Terceira Lei de Newton define
que se puxar o móvel, o móvel o puxará igualmente de
volta, e assim não conseguirá exercer uma força que possa
colocá-lo em movimento.
Qual argumento a mãe utilizará para apontar o erro de
interpretação do garoto?
a) A força de ação é aquela exercida pelo garoto.
b) A força resultante sobre o móvel é sempre nula.
c) As forças que o chão exerce sobre o garoto se anulam.
d) A força de ação é um pouco maior que a força de reação.
e) O par de forças de ação e reação não atua em um mesmo
corpo.
C-1
H-3
Compreendendo a Habilidade
– Confrontar interpretações científicas com interpretações baseadas no
senso comum, ao longo do tempo ou em diferentes culturas.
Etanol
O combustível E85 é uma mistura feita com 85% de
etanol e 15% de gasolina, e a percentagem de etanol é o que
dá o nome para essa fonte energética. É um biocombustível
muito usado nos Estados Unidos e os especialistas americanos
garantem que ele consegue fazer com que os veículos lancem
menos monóxido e dióxido de carbono na atmosfera.
03. Leia a tirinha.
E, apesar das oposições
e incompreensões, Colombo
continuou afirmando que a
Terra era redonda.
Redonda!... Que burro!
http://biocombustivel.info/tipos-de-biocombustiveis.html,
Acessado em 28/06/2015.
Toda Mafalda, Quino. Adaptado.
12
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
Não é difícil imaginar que Manolito desconheça a relação
entre a força da gravidade e a forma de nosso planeta.
Brilhantemente traduzida pela expressão criada por
Newton, conhecida como a lei de gravitação universal, esta
lei é por alguns aclamada como a quarta lei de Newton.
De sua apreciação, é correto entender que
a) em problemas que envolvem a atração gravitacional de
corpos sobre o planeta Terra, a constante de gravitação
universal, inserida na expressão newtoniana da lei de
gravitação, é chamada de aceleração da gravidade.
b)é o planeta que atrai os objetos sobre sua superfície e
não o contrário, uma vez que a massa da Terra supera
muitas vezes a massa de qualquer corpo que se encontre
sobre sua superfície.
c) o que caracteriza o movimento orbital de um satélite
terrestre é seu distanciamento do planeta Terra, longe
o suficiente para que o satélite esteja fora do alcance
da força gravitacional do planeta.
d)a força gravitacional entre dois corpos diminui
linearmente conforme é aumentada a distância que
separa esses dois corpos.
e)aqui na Terra, o peso de um corpo é o resultado da
interação atrativa entre o corpo e o planeta e depende
diretamente das massas do corpo e da Terra.
C-1
H-3
C-3
Compreendendo a Habilidade
– Reconhecer benefícios, limitações e aspectos éticos da biotecnologia,
considerando estruturas e processos biológicos envolvidos em
produtos biotecnológicos.
05. Leia o texto abaixo:
“Nasceu no dia 27 de março de 2014, na
Universidade de Fortaleza – Unifor, a primeira cabra
clonada e transgênica da América Latina. Chamada
pelos cientistas de Gluca, ela possui uma modificação
genética que deverá fazer com que ela produza em seu
leite uma proteína humana chamada glucocerebrosidase,
usada no tratamento da doença de Gaucher. Trata-se
de uma doença genética relativamente rara, porém
extremamente custosa para o sistema público de saúde.
Segundo informações levantadas pelos pesquisadores,
o Ministério da Saúde gasta entre R$ 180 milhões e
R$ 250 milhões por ano com a importação de tratamentos
para pouco mais de 600 pacientes com Gaucher no Brasil.
As drogas importadas são baseadas em proteínas
produzidas in vitro, cultivadas em células transgênicas de
hamster ou cenoura. A proposta da pesquisa brasileira é
produzir a glucocerebrosidase no País, no leite de cabras
transgênicas, a custos muito inferiores ao da produção em
células em cultura.”
Texto adaptado do Jornal O Estado de São Paulo, 14/04/2014.
Baseando-se em alguns conceitos citados pelo texto,
como transgênicos e clonagem, afirmamos que
a) a clonagem é a produção de indivíduos geneticamente
iguais. É um processo de reprodução sexuada
que resulta na obtenção de cópias geneticamente
idênticas do ser vivo.
b)a clonagem pode ser obtida através da transferência
do núcleo de uma célula somática da cabra que
originou a Gluca, para um óvulo anucleado.
c)a clonagem é um processo fácil de ser obtido.
Em 1996, a ovelha Dolly nasceu depois de apenas
2 tentativas que fracassaram.
d)os transgênicos são organismos vivos modificados em
laboratório, onde se altera o código genético de uma
espécie com introdução de uma ou mais sequências de
DNA, provenientes do mesmo organismo.
e)Tr a n s g ê n i c o s e O r g a n i s m o s G e n e t i c a m e n t e
Modificados (OGM) são sinônimos. Todo transgênico
é um organismo geneticamente modificado, e todo
OGM é um transgênico.
Compreendendo a Habilidade
– Confrontar interpretações científicas com interpretações baseadas no
senso comum, ao longo do tempo ou em diferentes culturas.
04.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.
H-11
C-8
H-29
Compreendendo a Habilidade
–Interpretar experimentos ou técnicas que utilizam seres vivos,
analisando implicações para o ambiente, a saúde, a produção de
alimentos, matérias primas ou produtos industriais.
06.Com o desenvolvimento de técnicas de genética e
aumento da área plantada com transgênicos surgiram
preocupações com a biossegurança, restringindo esse
tipo de cultura. Mesmo assim espera-se que a taxa de
cultivo de organismos geneticamente modificados no
Brasil cresça em média 54% até a safra 2020/21.
http://agromais.tv.
Acesso em: 26 jul. 2012. (Adaptado)
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
13
Essas preocupações justificam-se pela possibilidade de
a) ocorrência de mutações que proliferam células humanas
após a absorção dos transgenes.
b) produção de toxinas nocivas ao homem em consequência
da mutagênese gerada nos vegetais.
c) fluxo de genes entre as espécies nativas e as transgênicas
que causam impactos na biodiversidade.
d) distribuição de grande número de sementes transgênicas
de forma ilícita por produtores após o primeiro plantio.
e)geração de problemas imediatos no fígado e nos
rins humanos decorrentes do consumo de alimentos
transgênicos.
C-8
H-30
Compreendendo a Habilidade
–Avaliar propostas de alcance individual ou coletivo, identificando
aquelas que visam à preservação e a implementação da saúde
individual, coletiva ou do ambiente.
07.Leia o texto a seguir referente às aplicações das técnicas
moleculares da genética.
Marcadores moleculares podem ser utilizados com
grande eficiência para identificar e inibir a comercialização
ilegal de produtos. Existem kits de identificação de
diferentes espécies baseados na análise de polimorfismos
de DNA de genes mitocondriais e nucleares. A vantagem
desses é que podem ser obtidos a partir de material
processado e industrializado, que não permitiria a
identificação de outra maneira. Assim, é possível
identificar com sucesso camarão descascado e congelado,
salgado e seco ao sol (como o do acarajé) e em lata.
Outro exemplo seria o de peixes brasileiros, como o mero
(Epinephelus itajara), cuja carne é frequentemente vendida
como se fosse garoupa (Epinephelus marginatus), devido
a sua semelhança. Isso torna possível que órgãos de
fiscalização ambiental identifiquem, facilmente e sem
ambiguidade, o material apreendido.
C-3
14
Compreendendo a Habilidade
– Reconhecer benefícios, limitações e aspectos éticos da biotecnologia,
considerando estruturas e processos biológicos envolvidos em
produtos biotecnológicos.
08. A raposa, o lobo e o cão doméstico pertencem a espécies
biológicas distintas entre si. Suponha que o seguinte
experimento tenha sido realizado com sucesso: o núcleo de
uma célula do corpo de um cão tenha sido transplantado
para um óvulo anucleado de uma raposa e o embrião
tenha sido implantado no útero de uma loba, ocorrendo
a gestação. O animal será um clone que apresentará
características genéticas
a) da raposa, apenas.
b) da loba, apenas.
c) do cão, apenas.
d) da mistura do cão e da raposa.
e) da mistura da raposa e da loba.
C-5
H-17
Compreendendo a Habilidade
–Relacionar informações apresentadas em diferentes formas de
linguagem e representação usadas nas ciências físicas, químicas
ou biológicas, como texto discursivo, gráficos, tabelas, relações
matemáticas ou linguagem simbólica.
09.Uma pessoa comum precisa de 8000 kJ de energia, em
média, por dia. Essa energia é proveniente da alimentação.
Caso contrário, a pessoa começa a emagrecer. Observe a
tabela a seguir com o poder calorífico de alguns alimentos:
Fonte: Adaptado de Galetti Jr. Et al., 2008. Genética da conservação na
biodiversidade brasileira, pp.119-229. In: Fundamentos de Genética da
Conservação. Frankham, R., Ballou, J. D., Briscoe,
D. A., Ribeirão Preto, SP, editora SBG, 280p.
Essa identificação de espécies é possível, pois
a)a sequência que contém o sítio de restrição não
variável é amplificada, o produto é incubado com
uma enzima de restrição qualquer e posteriormente
testado em gel, para verificar se houve o corte.
b)é possível caracterizar moléculas de DNA por meio
do padrão eletroforético de fragmentos gerados pela
digestão com enzimas de restrição, produzindo uma
impressão molecular única para todos os indivíduos de
uma espécie.
c)os polimorfismos de DNA podem ser analisados
pela digestão de amostras de DNA genômico com a
enzima de restrição relevante e pela identificação de
fragmentos de restrição específicos, cujos tamanhos
representam alelos.
d) polimorfismos de DNA se constituem em um conjunto
de marcadores numerosos e distribuídos por todo o
genoma, permitindo a construção de mapas físicos, por
enzimas de restrição, embora sua localização genética
não possa ser determinada.
e) um pequeno número de sequências de reconhecimento
para enzimas de restrição é conhecido, porém
muitos polimorfismos de mutação de DNA serão
caracterizados pelos alelos que possuem.
H-11
Alimento
Poder calorífico (kJ/g)
Carne vermelha
4
Suco de fruta
0,8
Feijão
3,2
Arroz
2,4
Um hábito comum dos brasileiros é realizar um almoço
farto. Admita que um indivíduo comum ingeriu no almoço
um pedaço de carne de 250 g, 300 g de arroz, 200 g
de feijão e 500 mL de um suco de fruta (admita que a
densidade do suco seja igual à da água pura). Em relação
à energia fornecida pela alimentação,
a) o almoço representa 20,2% do total diário de energia.
b) o almoço representa 34,5% do total diário de energia.
c) o almoço representa 55,5% do total diário de energia.
d) o almoço representa 75,6% do total diário de energia.
e) a energia fornecida pelo almoço ultrapassa o limite diário
e a pessoa deve engordar.
C-7
H-25
Compreendendo a Habilidade
–Caracterizar materiais ou substâncias, identificando etapas,
rendimentos ou implicações biológicas, sociais, econômicas ou
ambientais de sua obtenção ou produção.
10.Etanol (C2H5OH, massa molar 46 g/mol) apresenta poder
calorífico maior que o do metanol (CH3OH, massa molar
32 g/mol). No entanto, a avaliação de uso de determinado
combustível também deve abordar aspectos ambientais,
como a produção de CO2 em sua queima completa, principal
responsável pelo efeito estufa. Assim, para uma mesma
quantidade de energia liberada, qual a relação aproximada
entre a produção de CO2 do etanol e do metanol?
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
Dados: Calores de combustão (em kJ/g): etanol = –30;
metanol = –20.
a)1,1
d)0,8
b)1,0
e)0,7
c)0,9
C-5
H-18
ANOTAÇÕES
Compreendendo a Habilidade
– Relacionar propriedades físicas, químicas ou biológicas de produtos,
sistemas ou procedimentos tecnológicos às finalidades a que se
destinam.
11.Qual o melhor combustível para o homem utilizar?
A resposta para essa pergunta nem sempre é precisa.
Alguns avaliam a performance do combustível medindo
a energia liberada em sua combustão completa para
1 mol do combustível queimado. Outros preferem
avaliar a energia liberada por massa ou por volume
de combustível queimado. Muitas vezes os resultados
fornecem números impressionantes.
Observe os dados a seguir, onde aparecem os quatro
combustíveis mais usados em nosso cotidiano:
Combustível
Massa molar
média (g/mol)
Densidade
média (g/mL)
Poder calorífico
(kJ/mol)
Diesel
200
0,85
8000
Gasolina
100
0,70
4200
Etanol
50
0,80
1500
Butano
60
0,00083
3000
Qual o combustível mais eficiente quando se analisa o
poder calorífico por massa e por volume, respectivamente?
a) Gasolina e etanol.
d) Etanol e diesel.
b) Butano e gasolina.
e) Butano e diesel.
c) Etanol e Butano.
GABARITOS
EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO
01
02
03
04
05
06
d
e
b
e
b
a
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
01
02
03
04
05
06
a
e
e
c
c
b
07
08
09
10
11
c
d
b
c
e
Expediente
Supervisão Pedagógica: Marcelo Pena
Supervisão Gráfica: Felipe Marques e Sebastião Pereira
Gerente do SFB: Fernanda Denardin
Projeto Gráfico: Antônio Nailton, Daniel Paiva e João Lima
Editoração Eletrônica: Antônio Nailton
Ilustrações: Everton Silva
Revisão: Leidiane Souza
OSG.: 095224/15
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
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