Ciências da Natureza
e suas Tecnologias
Física, Química e Biologia
Antonino Fontenelle, Beto Aquino, Douglas Gomes,
João Karllos, Paulo Lemos e Ronaldo Paiva
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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.
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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.
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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
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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>.
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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
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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:
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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
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e
e
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Exercitando para o Enem
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Atenção!! Inscreva-se já e tenha acesso a outros materiais sobre
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Expediente
ISBN 978-85-7529-512-0
Presidente: Luciana Dummar
Coordenação da Universidade Aberta do Nordeste: Sérgio Falcão
Coordenação do Curso: Fernanda Denardin e Marcelo Pena
Coordenação Editorial: Sara Rebeca Aguiar
Coordenação Acadêmico-Administrativa: Ana Paula Costa Salmin
Apoio
Parceria
Editor de Design: Deglaucy Jorge Teixeira
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Editoração Eletrônica: Joel Rodrigues
Ilustrações: Aldenir Barbosa, Caio Menescal e João Lima
Revisão: Ana Rute Fonteles, Sara Rebeca Aguiar e Tony Sales
Realização
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