ENEM EM FASCÍCULOS - 2013 CIÊNCIAS DA NATUREZA E SUAS TECNOLOGIAS 10 CARO ALUNO, Neste penúltimo 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, sob a perspectiva de grandes cientistas da humanidade, como Aristóteles, Ptolomeu, Copérnico, Galileu e Newton, e compreender, de forma objetiva, o Deslocamento do Equilíbrio Químico. Finalmente, abordaremos a Biotecnologia, explorando temas como a utilização de células-tronco embrionárias, os organismos transgênicos e o Projeto Genoma Humano. Bom estudo para você! INTRODUÇÃO Olá, querido estudante, 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. 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. Fascículo Enem em fascículos 2013 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 ERA DAS DA AS EST A ESTRELAS TRE ELA AS SATURNO EPIC E EPICICLO DE JÚPITER DEFERENTE DE MARTE MARTE SOL JÚPITER VÊNUS Assim, a gravidade de Aristóteles era descrita a partir da “busca” pelo lugar natural dos elementos. MERCÚRIO TERRA LUA 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). Disponível em: http://www.oba.org.br 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 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. 2 Disponível em: http://1.bp.blogspot.com 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: Ciências da Natureza e suas Tecnologias Enem em fascículos 2013 JAN 1 SATURNO JAN 31 SOL JÚPITER MARTE VÊNUS RAIO VETOR LUA TERRA MAIO 1 MAIO 31 Disponível em: http://www.oba.org.br 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 2ª O raio vetor que liga o Sol ao planeta varre áreas iguais para intervalos de tempos iguais. determinado lugar da superfície terrestre, graças a Galileu. Ciências da Natureza e suas Tecnologias 3 Enem em fascículos 2013 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. 4 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. 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: F= GMm 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”. 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”. Ciências da Natureza e suas Tecnologias Enem em fascículos 2013 QUESTÃO COMENTADA C-1 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. 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. H-3 Compreendendo a Habilidade – Confrontar interpretações científicas com interpretações baseadas no senso comum, ao longo do tempo ou em diferentes culturas. • 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. Comentário 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 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 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. EXERCÍCIOS 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: DE OLHO NO ENEM 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 Ciências da Natureza e suas Tecnologias 5 Enem em fascículos 2013 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 Nesse fascículo, selecionamos para a disciplina de Química, o conteúdo relacionado ao deslocamento do equilíbrio químico, seja por influência da pressão, da concentração ou da temperatura. O assunto, mais uma vez, será colocado em forma de resumo teórico e abordado em questões utilizando a metodologia encontrada nos exames do ENEM. Procurou-se um conteúdo que proporcionasse questões em que você, caro vestibulando, pudesse verificar abordagens ANOTAÇÕES do cotidiano, explicações de problemas que se observa em seu dia a dia, e situações que sejam vivenciadas em nosso mundo repleto de informações. Procurou-se abordar situações que, evidentemente, pudessem aparecer na prova do ENEM, de forma que as questões estão bastante contextualizadas no universo da Química. Diante do que se coloca, esse conteúdo, além de importante do ponto de vista prático e útil no que se refere ao ENEM, ainda aborda um delicioso uso do conceito de equilíbrios químicos, um dos temas mais fascinantes no nosso inicial estudo em Química. OBJETO DO CONHECIMENTO Deslocamento do equilíbrio e Princípio de Le Chatelier Um equilíbrio se desloca quando uma ação externa, como alteração na temperatura, nas concentrações dos componentes ou no volume do recipiente, ocorre e prova modificação nas velocidades das reações direta e inversa, forçando uma nova posição de equilíbrio a ser alcançada. Os deslocamentos da posição de equilíbrio seguem o Princípio de Le Chatelier. O Princípio de Le Chatelier estabelece que, quando se exerce uma ação externa sobre um sistema em equilíbrio, este se desloca no sentido de anular esta ação externa e alcançar nova posição de equilíbrio. Influência da concentração Quando se altera a concentração de um componente (reagente ou produto) de uma reação, o equilíbrio se desloca de modo a desfazer a ação externa, ou seja, de modo a consumir a espécie adicionada ou a produzir a espécie removida do equilíbrio. Veja como exemplo a reação N2O4(g) 2NO2(g) em que mais N2O4(g) é adicionado após o equilíbrio ter sido alcançado. 6 Ciências da Natureza e suas Tecnologias Enem em fascículos 2013 N2O4 N2O4 NO2 NO2 tempo Nesse instante o equilíbrio foi alcançado pela 1a vez Nesse instante houve a adição instantânea de N2O4 Nesse instante outra posição de equilíbrio foi alcançada Com a adição de N2O4 (reagente) o equilíbrio se desloca para a direita, no sentido de consumir o composto adicionado e de formar mais NO2. Observe no gráfico anterior que uma nova posição de equilíbrio foi alcançada, diferente da anterior, o que nos mostra que o equilíbrio se desloca de modo a tentar anular o efeito da ação externa exercida, mas não necessariamente deverá conseguir. Assim, a nova posição de equilíbrio, apesar de ter a mesma constante de equilíbrio (kc e kp só variam com a temperatura), é diferente daquela alcançada anteriormente. N2(g)+ 3 H2(g) 2 NH3(g) Nessa situação o aumento de pressão por redução de volume desloca o equilíbrio para a direita, favorecendo a formação de produtos, pois há 4 moles de gás nos reagentes e apenas 2 moles de gás nos produtos. Adição de gás inerte Influência da temperatura Quando se varia a temperatura em um sistema em equilíbrio, pode-se prever o deslocamento do equilíbrio lembrando que o calor (liberado ou absorvido) de uma reação pode ser considerado como um componente do processo (um produto, se liberado, ou um reagente, se absorvido). Veja o exemplo anterior: 2NO2(g) (o processo é endotérmico) N2O4(g) + calor Se aumentarmos a temperatura, estamos fornecendo calor ao sistema. Logo, para consumir o calor adicionado o equilíbrio se desloca para a direita, favorecendo a formação dos produtos e consumindo reagente. Fica a regra: o aumento da temperatura sempre desloca o equilíbrio no sentido ENDOtérmico da reação. Como a variação na temperatura altera a constante de equilíbrio, pode-se prever que um deslocamento para a direita quando se aumenta a temperatura favorece a formação de produtos e aumenta o valor da constante de equilíbrio. Observe que esse efeito só ocorreria se a reação analisada fosse endotérmica, como a do exemplo anterior. Portanto, podemos resumir essas ideias com o seguinte gráfico mostrando a variação da constante de equilíbrio com a temperatura: K (constante de equilíbrio) Quando a pressão de um sistema em equilíbrio é aumentada (ou o seu volume é reduzido) o Princípio de Le Chatelier sugere que o equilíbrio se desloque de modo a tentar reduzir novamente a pressão, ou seja, que o equilíbrio se desloque para o lado que exerça menor pressão. O lado (direito ou esquerdo) que exerce menor pressão é que possui menor número de moles gasosos (dados pelos coeficientes). Assim, fica a regra: o aumento da pressão por redução do volume desloca o equilíbrio para o lado de menor número de moles gasosos, ou ainda, de menor volume gasoso (basta contar os coeficientes gasosos em ambos os lados da reação). Veja o exemplo: Reação ENDOtérmica Reação EXOtérmica A adição de um gás inerte a um sistema gasoso eleva a pressão total do sistema, mas diminui na mesma proporção a fração molar dos componentes da reação. Pela expressão Pparcial = Xgás ⋅ Ptotal, percebe-se que essa operação não altera as pressões parciais dos componentes da reação. Como as pressões parciais são utilizadas para calcular o quociente reacional Q, o sistema nem chega a sair do equilíbrio, pois o valor de Q não se diferencia do valor de k. Assim, a posição de equilíbrio não é modificada. Uso de catalisador O uso de um catalisador aumenta a velocidade de uma reação, faz com que o equilíbrio seja alcançado em um tempo menor, mas não altera a posição de equilíbrio, pois o catalisador acelera as reações direta e inversa na mesma proporção. Veja a curva de consumo de um reagente em um processo catalisado e não catalisado: Concentração do reagente concentração Influência da pressão (volume) Reação não catalisada Reação catalisada Temperatura Ciências da Natureza e suas Tecnologias Tempo 7 Enem em fascículos 2013 QUESTÃO COMENTADA C-5 EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO H-18 Compreendendo a Habilidade – Relacionar propriedades físicas, químicas ou biológicas de produtos, sistemas ou procedimentos tecnológicos às finalidades a que se destinam. • O esmalte dos dentes é constituído, principalmente, pelo mineral hidroxiapatita, Ca 10(PO4)6(OH)2. É a substância mais dura no organismo humano. As cáries dentárias são provocadas pela ação dissolvente de ácidos sobre o esmalte: Ca10 (PO4 )6 (OH)2( s ) + 8 H+ ( aq) 10Ca2+ ( aq) + 6HPO24− ( aq) + 2H2O( ) C-5 H2CO3(aq) H+(aq) + HCO3−( aq) Em uma pessoa saudável, a razão entre as concentrações de bicarbonato e ácido carbônico no sangue é: HCO3− / [H2CO3 ] = 20/1 Considere duas situações: I. O indivíduo que apresenta deficiência respiratória aumenta a concentração de CO 2 no sangue pela dificuldade de promover a troca gasosa; II. O indivíduo que realiza a hiperventilação, respiração repetitiva e rápida, promove a eliminação de gás carbônico no sangue (fenômeno conhecido por hipocapnia). Assinale o item verdadeiro. a) Na situação I, a razão HCO3− / [H2CO3 ] aumentará. b) Na situação I, a acidez no sangue diminuirá. c) Na situação II, o pH do sangue deverá aumentar. d) Na situação II, a razão HCO3− / [H2CO3 ] diminuirá. e) Na situação II, a diminuição na concentração de gás carbônico no sangue aumenta a concentração de íons H+(aq). Comentário Pelo enunciado verifica-se que, ao se deslocar o equilíbrio para a esquerda, a mineralização é promovida. Em contrapartida, ao se deslocar o equilíbrio para a direita, se favorece a desmineralização. Assim: 8 – Relacionar propriedades físicas, químicas ou biológicas de produtos, sistemas ou procedimentos tecnológicos às finalidades a que se destinam. CO2(aq) + H2O () H2CO3(aq) Como se pode compreender do texto, a formação da cárie se deve à desmineralização da hidroxiapatita. Diante do contexto apresentado, assinale a alternativa correta. a) Uma solução de vinagre promove a desmineralização dos dentes. b) Um bochecho com solução alcalina de bicarbonato de sódio induz à desmineralização dos dentes. c) Um bochecho com solução diluída de hipoclorito de sódio induz à desmineralização dos dentes. d) Solução contendo íons cálcio inibem a mineralização dos dentes. e) O uso de soluções ricas no íon HPO2− 4 acelera o processo de desmineralização. Resposta correta: a Compreendendo a Habilidade 03. O sangue humano tem pH mantido em variações restritas graças, entre outras circunstâncias, ao sistema tamponante formado pelo íon bicarbonato HCO3− e H2CO3 , de acordo com os equilíbrios: Os íons Ca2+ e HPO2− 4 difundem-se através do esmalte e são arrastados pela saliva. Os ácidos que atacam a hidroxiapatita são formados pela ação de certas bactérias sobre os açúcares e outros carboidratos presentes na placa que adere aos dentes”. a) Correto. Uma solução ácida, como o vinagre, rica em íons H+, desloca o equilíbrio para a direita e favorece a desmineralização dos dentes. b) Falso. Uma solução alcalina, como a de bicarbonato de sódio, consome os íons H+ do equilíbrio e favorece a mineralização dos dentes. c) Falso. A solução de hipoclorito de sódio também é alcalina e assume comportamento semelhante à de bicarbonato de sódio. d) Falso. A presença de íons cálcio desloca o equilíbrio para a esquerda e favorece a mineralização dos dentes. e) Falso. A presença de íons HPO2− 4 desloca o equilíbrio para a esquerda e favorece a mineralização dos dentes. H-18 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. 04. Os recifes de coral são considerados rochas de origem orgânica, formados principalmente pelo acúmulo de carbonato de cálcio (CaCO 3) eliminado por alguns organismos que vivem em colônias. Normalmente esses organismos vivem em simbiose com alguns tipos de algas. São encontrados em mares de águas quentes, em que as temperaturas se mantêm quase sempre acima dos 20 °C. Simplificadamente, os equilíbrios a seguir podem ser usados para explicar a manutenção dos recifes de corais: CO2(g) CO2(aq) CaCO3(s) + CO2(aq) + H2O() Ca2+(aq) + 2HCO3−( aq) Ciências da Natureza e suas Tecnologias Enem em fascículos 2013 Sabendo-se que o crescimento dos recifes de coral, além de ocorrerem em mares quentes, é mais rápido em mares cujas águas são transparentes, assinale a alternativa correta. a) A transparência das águas aumenta a incidência de luz diminuindo a fotossíntese dos organismos associados aos corais. b) O aumento da temperatura favorece a dissolução de CO2, aumentando a capacidade de formação de corais. c) A transparência das águas dos mares aumenta a capacidade de fotossíntese dos organismos associados aos corais, consumindo CO2 e favorecendo a formação de corais. d) Mares de águas quentes diminuem a solubilidade de CO2, favorecendo a dissolução do CaCO3 e a formação de corais. e) O aquecimento das águas do oceano aumenta a solubilidade de CO2 e favorece a formação de corais, devido à precipitação de CaCO3. DE OLHO NO ENEM A posição deste equilíbrio depende da pressão parcial do CO2. Para pressões parciais elevadas, dissolve-se bastante CO2 e o equilíbrio está deslocado para a direita. Para pressões parciais baixas tem-se o contrário, isto é, o equilíbrio está deslocado para a esquerda. Figura 2. Estalactites (descendo do teto) e estalagmites (subindo do chão). Para a sua formação são necessárias centenas de anos. Quem já visitou grutas calcárias ficou com certeza impressionado com as formações de pedra que pendem do teto, as estalactites, bem como com as formações colunares que nascem do chão, as estalagmites. Como se formaram? Como cresceram? À parte os silicatos, o principal mineral das rochas é o calcário, CaCO3. O produto de solubilidade da reação de dissolução do calcário: A penetração das águas ácidas superficiais faz-se com dissolução das rochas calcárias. Se estas se encontram próximo da superfície, o solo que as cobre vai perdendo sustentação e acaba por desabar. As depressões resultantes, características do relevo calcário, são ditas dolinas ou sumidouros (Figura 1), por conterem canais de penetração da água das chuvas. A dissolução do calcário situado a maiores profundidades leva à formação de grutas. As águas de infiltração (contendo íons Ca2+ e HCO3−) ao atingirem o teto da gruta, ficam supersaturadas em CO2, pois a pressão parcial de CO2 é menor na gruta do que à superfície. Dá-se então a liberação do CO2 CaCO3( s ) Ca2+ ( aq) + CO23−( aq) CO2(aq) → CO2(g) O EQUILÍBRIO DE SOLUBILIDADE E A FORMAÇÃO DE DOLINAS, ESTALACTITES E ESTALAGMITES e o equilíbrio desloca-se para a esquerda é Kps = Ca2+ CO23− = 8, 7 × 10−9 É, portanto, o CaCO3 é bastante insolúvel. Não obstante, o clacário dissolve-se facilmente em meio ácido devido à reação CaCO3( s ) + 2HC ( aq) → Ca2+ ( aq) + 2C −( aq) + 2H2O( ) + CO2( g) CaCO3(s) + CO2(aq) + H2O() ← Ca2+ ( aq) + 2HCO3− ( aq) Com a consequente precipitação de CaCO3, sob a forma de estalagmites e estalactites (Figura 2). Por vezes, e ao fim de muito tempo, as estalagmites e as estalactites acabam por se unir, constituindo colunas. Química, Raymond Chang, 5ª ed. Ed. McGraw Hill, p. 780. Como o solo úmido contém ácidos húmicos produzidos pela vegetação em decomposição, a água subterrânea é normalmente capaz de dissolver o calcário. Além disso, a água contém algum CO2 atmosférico dissolvido, o que lhe confere acidez, reagindo com o calcário da seguinte forma, ANOTAÇÕES CaCO3(s) + CO2(aq) + H2O() Ca2+(aq) + 2HCO3−( aq) Figura 1. Uma dolina em Winter Park, Flórida. Ciências da Natureza e suas Tecnologias 9 Enem em fascículos 2013 No Brasil, o uso da biotecnologia vem se mostrando a cada dia indispensável e atingindo diversos segmentos: OBJETO DO CONHECIMENTO DISTRIBUIÇÃO DAS EMPRESAS DE BIOTECNOLOGIA POR SETOR DE ATUAÇÃO 2,8% 16,9% Biotecnologia 22,6% 18,3% 14,1% 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 ASSEGURAR SERVIÇOS Disponível em: http://www.google.com.br 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: ca ími qu a Bio ologi ar Bi ecul l Mo BIOTECNOLOGIA Engenharia Química Industrial Química Disponível em: http://pt.wikipedia.org 10 Agricultura Bioenergia Insumos Meio ambiente 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 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) Biologia En Bio gen qu ha ím ria ica 21,2% 4,2% 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. Ciências da Natureza e suas Tecnologias Enem em fascículos 2013 QUESTÃO COMENTADA C-4 EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO H-13 Compreendendo a Habilidade – Reconhecer mecanismos de transmissão da vida, prevendo ou explicando a manifestação de características dos seres vivos. • (PUC-RJ/2012) A figura abaixo mostra como o DNA de uma determinada planta foi modificado de maneira que ela se tornasse resistente a um herbicida. Modificação do DNA da planta para torná-la resistente ao herbicida Cultura de tecido indiferenciado proveniente de raiz Planta Adulta (Resistência – Herbicida) Planta Adulta (Suscetível – Herbicida) Células se separam e crescem em um líquido próprio para cultura É colocada uma bactéria com plasmídeo modificado no frasco com as células × Rediferenciação celular × × O herbicida é colocado a fim de selecionar células que incorporam o DNA diferente http://nutriteengv.blogspot.com/2010/11/alimentos -transgenicos-os-pros-e-os.html Com relação à técnica utilizada, é correto afirmar que a) foram utilizadas enzimas de restrição no DNA da planta. b) algumas bactérias têm capacidade de transferir parte de seu material genético para o genoma de determinadas plantas. c) somente as plantas não infectadas por bactérias se tornaram resistentes ao herbicida. d) o plasmídeo corresponde à porção de DNA cromossômico das bactérias. e) ao contrário das bactérias, os vírus nunca são utilizados para introduzir genes em células no processo de formação de organismos transgênicos. Compreendendo a Habilidade – Reconhecer mecanismos de transmissão da vida, prevendo ou explicando a manifestação de características dos seres vivos. H-13 Compreendendo a Habilidade – Reconhecer mecanismos de transmissão da vida, prevendo ou explicando a manifestação de características dos seres vivos. 06. (UFPB/2012) A Biologia, com os estudos sobre células-tronco, proporciona grandes esperanças aos portadores de traumas com dano tecidual permanente. Resultados recentes, decorrentes da utilização desses tratamentos, mostram que animais com lesões nervosas apresentam sinais de recuperação. Utilizando os conhecimentos de embriologia e histologia, é correto afirmar que os resultados obtidos decorrem da capacidade das células-tronco de a) produzir substâncias que promovam a cura dos tecidos. b) aumentar a sobrevida dos neurônios. c) diferenciar-se em diversos tecidos. d) recrutar neurônios para a região lesionada. e) aumentar o número de transmissões nervosas nos tecidos não danificados. DE OLHO NO ENEM 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. Comentário As bactérias possuem, além do DNA cromossômico, pequenas moléculas de DNA circular chamadas de plasmídeos. Na técnica mostrada, as enzimas de restrição não foram utilizadas no DNA da planta mas, sim, no plasmídeo da bactéria. As plantas infectadas pelas bactérias geneticamente modificadas se tornaram resistentes ao herbicida. Bactérias e vírus são utilizados para introduzir genes em células no processo de formação de organismos transgênicos. Algumas bactérias e certos vírus têm capacidade de transferir parte de seu material genético para o genoma de determinadas plantas. Resposta correta: b H-13 05. (UEG/2013) A clonagem terapêutica é um possível recurso para o tratamento de vários tipos de doenças. Sobre o uso de células-tronco, pode-se concluir: a) as células transplantadas nos pacientes são obrigatoriamente pouco diferenciadas. b) células clonadas do próprio paciente oferecem reduzido risco de indução do sistema imune. c) forma-se o zigoto com gametas do paciente e de um doador para originar a célula-tronco. d) um óvulo anucleado é fecundado pelo núcleo gamético de um doador saudável. C-4 Embrião da planta começa a crescer × C-4 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. Ciências da Natureza e suas Tecnologias 11 Enem em fascículos 2013 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 realizada 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. 12 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 possua 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: Ciências da Natureza e suas Tecnologias Enem em fascículos 2013 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; 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 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 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 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. 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 gasto do proprietário do veículo no reparo. C-6 H-20 Compreendendo a Habilidade – Caracterizar causas ou efeitos dos movimentos de partículas, substâncias, objetos ou corpos celestes. 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. Ciências da Natureza e suas Tecnologias 13 Enem em fascículos 2013 C-1 H-3 Compreendendo a Habilidade – Confrontar interpretações científicas com interpretações baseadas no senso comum, ao longo do tempo ou em diferentes culturas. 03. (UFPI) Depois de analisar as afirmativas abaixo, indique a opção correta. I. Massa e peso representam uma mesma quantidade física expressa em unidades diferentes; II. A massa é uma propriedade dos corpos enquanto o peso é o resultado da interação entre dois corpos; III. O peso de um corpo é proporcional à sua massa. a) b) c) d) e) C-7 C-5 5. – Avaliar métodos, processos ou procedimentos das ciências naturais que contribuam para diagnosticar ou solucionar problemas de ordem social, econômica ou ambiental. O princípio ativo da aspirina é o ácido acetilsalicílico (HAAS), utilizada no combate à dor e à febre. Uma solução aquosa de aspirina admite 50% das moléculas ionizadas e os outros 50% não ionizadas quando o pH atinge o valor 3,5. Sua equação de ionização pode ser expressa por: Já as anfetaminas, designadas por RNH2, são compostos utilizados, com altíssimas restrições, em medicamentos para emagrecimento. Uma solução aquosa de uma anfetamina admite 50% das moléculas ionizadas e os outros 50% não ionizadas quando o pH atinge o valor 7,7. Sua equação de ionização pode ser expressa por: RNH2(aq) + H2O() RNH3+ ( aq) + OH− (aq) Compreendendo a Habilidade Admitindo que apenas substâncias em sua forma neutra atravessam a membrana celular e são absorvidas no organismo, asinale a alternativa correta. Dados: pH no estômago = 1,2; pH no intestino =8,5 – Caracterizar materiais ou substâncias, identificando etapas, rendimentos ou implicações biológicas, sociais, econômicas ou ambientais de sua obtenção ou produção. a) Tanto a aspirina quanto as anfetaminas são mais absorvidas no estômago. b) Tanto a aspirina quanto as anfetaminas são mais absorvidas no intestino. c) Ambas as substâncias são bem absorvidas tanto no estômago quanto no intestino. d) A aspirina é mais absorvida no intestino enquanto as anfetaminas são mais absorvidas no estômago. e) A aspirina é mais absorvida no estômago enquanto as anfetaminas são mais absorvidas no intestino. 04. A sintese da amônia é o processo em equilíbrio mais estudado pela indústria química em todos os tempos. Sua equação, altamente exotérmica, pode ser simplificada por: N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) Ao contrário do que se poderia deduzir em função apenas do princípio de Le Chatelier, a reação é realizada em alta temperatura (cerca de 500 °C) e altas pressões (próximo de 200 atm), na presença de catalisadores adequados. Essa situação ocorre porque a) o aumento da temperatura e da pressão desloca o equilíbrio para a direita. b) o aumento da temperatura e da pressão aumenta a velocidade da reação, enquanto o uso do catalisador desloca o equilíbrio no sentido de formar amônia. c) o aumento da temperatura desloca o equilíbrio para a direita e aumenta a velocidade da reação, assim como o uso de catalisadores adequados e ao contrário do aumento da pressão, que apenas aumenta a velocidade. d) o aumento da temperatura, apesar de deslocar o equilíbrio para a esquerda, aumenta a velocidade da reação em associação ao uso de catalisadores, enquanto que o aumento da pressão desloca o equilíbrio para a direita. e) para que a reação ocorra em velocidade economicamente viável se utiliza catalisadores adequados e alta pressão, já que o uso de altas temperaturas não garante uma melhor velocidade no processo. 14 Compreendendo a Habilidade HAAS(aq) + H2O() H3O+(aq) + AAS-(aq) apenas a afirmativa I é correta. apenas a afirmativa II é correta. apenas a afirmativa III é correta. as afirmativas I e III são corretas. as afirmativas II e III são corretas. H-25 H-19 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. 06. Os conservantes de alimentos normalmente são ácidos fracos ou sais derivados desse ácido. Um importante conservante, o etilparabeno (aqui representado por HB), oficialmente conhecido pela sigla E214, é usado como antifúngico. O seu efeito conservante é devido à forma não ionizada do ácido. Sua equação de ionização é representada por: HB(aq) + H2O() H3O+(aq) + B–(aq) O pka do etilparabeno é 8,5. Sendo assim, pode-se afirmar que a faixa de pH em que o etilparabeno apresenta maior eficiência como conservante é a) 7,5 – 7,0 b) 7,5 – 9,5 c) 8,5 – 10,0 d) 10,0 – 12,0 e) 12,0 – 14,0 Ciências da Natureza e suas Tecnologias Enem em fascículos 2013 C-4 H-13 Compreendendo a Habilidade – Reconhecer mecanismos de transmissão da vida, prevendo ou explicando a manifestação de características dos seres vivos. 07. (UPE/2013) Leia o texto a seguir. Priscila Zenatti e Andrés Yunes, pesquisadores do Centro Infantil Boldrini, desenvolveram um estudo com a proteína interleucina7 (IL7R), que exerce papel na formação e no amadurecimento dos linfócitos T. “A mutação genética encontrada provoca ativação contínua da proteína, contrariando o processo normal de amadurecimento celular, o que leva à proliferação exagerada de linfócitos imaturos e ao desenvolvimento da leucemia linfoide aguda (LLA) de células T”, descreve Priscila. Dos quatro tipos mais comuns de leucemia (tipo de câncer), a LLA é o tipo mais comum em crianças pequenas, ocorrendo também em adultos, agravando-se rapidamente. Ao longo de cinco anos, o estudo promoveu a análise genômica de amostras clínicas de 201 pacientes, na qual 10% apresentaram a mutação na IL7R. Para confirmar a relação entre a mutação e a ocorrência da LLA de células T, os pesquisadores avaliaram as consequências da alteração molecular em células humanas cultivadas in vitro e em camundongos transgênicos, confirmando o potencial leucemogênico da mutação da IL7R. Os pesquisadores realizaram testes preliminares com algumas drogas que se mostraram capazes de inativar as células portadoras da proteína alterada. Os próximos estudos concentrarão esforços no desenvolvimento de anticorpos e novos fármacos capazes de reconhecer especificamente a proteína e vias de ativação celular afetadas pela mutação, com o objetivo de inativar a proteína alterada e interromper o ciclo da doença, sem afetar as células saudáveis do paciente. Disponível em: http://www2.inca.gov.br/wps/wcm/connect/ revistaredecancer/site/home/n15/revista_15 (Adaptado) O uso de células humanas cultivadas in vitro e de camundongos transgênicos é de extrema importância no estudo de doenças, permitindo a melhoria no diagnóstico e na prevenção de doenças hereditárias e/ou genéticas bem como na identificação de genótipos. Assim, de acordo com o texto, para confirmar a relação entre a mutação e a ocorrência da LLA de células T, é esperado que a) os camundongos, ao receberem o gene da proteína humana defeituosa, fiquem doentes e desenvolvam tumores e infiltração de células leucêmicas em diversos órgãos, confirmando o potencial cancerígeno da mutação da IL7R. b) o uso dos animais transgênicos tenha contribuído para o conhecimento das diferentes vias de ativação celular envolvidas na proliferação e maturação das células mieloides, indicando o potencial cancerígeno da mutação da IL7R. c) o cultivo celular tenha auxiliado na identificação da função da proteína IL7R na patogênese da LLA de células B, trazendo novas perspectivas para o desenvolvimento futuro de terapias alvo-específicas, mediadas por vetores de clonagem. d) algumas drogas analisadas em ensaios preliminares, realizados via terapia gênica, tenham capacidade de inibir as vias de ativação celular afetadas pela mutação genética, trazendo a cura de leucemias. e) os anticorpos de camundongos produzidos pelos linfócitos T e os novos fármacos tenham a capacidade de reconhecer a mutação IL7R, interrompendo o ciclo da doença, sem afetar as células saudáveis do paciente. Compreendendo a Habilidade H-13 C-4 – Reconhecer mecanismos de transmissão da vida, prevendo ou explicando a manifestação de características dos seres vivos. 08. (Fatec/2012) Desde a Antiguidade, os empreendedores já fabricavam vinho, cerveja, pão, queijo e outros produtos por meio da fermentação. De lá para cá, muitas técnicas foram desenvolvidas e aplicadas aos processos biológicos de produção de substâncias para os mais variados fins. É a biotecnologia. A partir da década de 1970, a biotecnologia concentrou suas atenções nas pesquisas com o DNA (material genético), e com isso foi possível criar os organismos geneticamente modificados, conhecidos como transgênicos. Depois do sucesso obtido na transferência de genes de uma espécie para outra, foi possível evoluir e aplicar técnicas para a criação de medicamentos, hormônios, plantas modificadas e outros produtos. Analise as afirmações a seguir e assinale a correta. a) Os organismos transgênicos recebem e expressam genes de outras espécies. b) Os organismos geneticamente modificados são obtidos a partir da fermentação. c) A fabricação de pão e de queijo ocorre principalmente pela utilização de organismos transgênicos. d) Os organismos transgênicos não transferem as novas características adquiridas para as próximas gerações. e) A técnica de produção dos transgênicos é realizada apenas entre as espécies que pertencem ao mesmo reino. Compreendendo a Habilidade H-11 C-3 C-5 H-19 – Reconhecer benefícios, limitações e aspectos éticos da biotecnologia, considerando estruturas e processos biológicos envolvidos em produtos biotecnológicos. – Avaliar métodos, processos ou procedimentos das ciências naturais que contribuam para diagnosticar ou solucionar problemas de ordem social, econômica ou ambiental. 09. (Enem/2011) Um instituto de pesquisa norte-americano divulgou recentemente ter criado uma “célula sintética”, uma bactéria chamada de Mycoplasma mycoides. Os pesquisadores montaram uma sequência de nucleotídeos, que formam o único cromossomo dessa bactéria, o qual foi introduzido em outra espécie de bactéria, a Mycoplasma capricolum. Após a introdução, o cromossomo de M. capricolum foi neutralizado e o cromossomo artificial da M. mycoides começou a gerenciar a célula, produzindo suas proteínas. GILBSON, et al. Creation of a Bacterial Celi Controlled by a Chemically Synthesized Genome. Science. v. 329. 2010 (adaptado). A importância dessa inovação tecnológica para a comunidade científica se deve à a) possibilidade de sequenciar os genomas de bactérias para serem usados como receptoras de cromossomos artificiais. b) capacidade de criação, pela ciência, de novas formas de vida, utilizando substâncias como carboidratos e lipídios. c) possibilidade de produção em massa da bactéria Mycoplasma capricolum para sua distribuição em ambientes naturais. d) possibilidade de programar geneticamente micro-organismos ou seres mais complexos para produzir medicamentos, vacinas e biocombustíveis. e) capacidade de bactéria Mycoplasma capricolum de expressar suas proteínas na bactéria sintética e estas serem usadas na indústria. Ciências da Natureza e suas Tecnologias 15 Enem em fascículos 2013 H-11 C-3 H-30 C-8 Compreendendo a Habilidade – Reconhecer benefícios, limitações e aspectos éticos da biotecnologia, considerando estruturas e processos biológicos envolvidos em produtos biotecnológicos. – Avaliar propostas de alcance individual ou coletivo, identificando aquelas que visam à preservação e à implementação da saúde individual, coletiva ou do ambiente. ANOTAÇÕES 10. (Unesp/2011) Uma novidade dos cientistas: Combate à dengue com a ajuda do próprio mosquito transmissor. Para os animais, o ato sexual é o caminho para a perpetuação da espécie. Um objetivo primordial que está se invertendo – pelo menos para o Aedes aegypti, o mosquito transmissor da dengue. Por meio de manipulação genética, uma população de machos criada em laboratório recebeu um gene modificado que codifica uma proteína letal à prole. Quando esses machos cruzam com fêmeas normais existentes em qualquer ambiente, transmitem o gene à prole, que morre ainda no estágio larval. A primeira liberação na natureza desses animais geneticamente modificados no Brasil foi aprovada em dezembro de 2010 pela Comissão Técnica Nacional de Biossegurança (CTNBio). A linhagem deverá ser liberada no município de Juazeiro, no estado da Bahia. Evanildo da Silveira, Pesquisa FAPESP, fevereiro de 2011. Adaptado. Sobre a notícia, pode-se afirmar corretamente que os mosquitos a) transgênicos liberados no ambiente irão se reproduzir e aumentar em número, substituindo a população original. b) criados em laboratório, quando liberados no ambiente, irão contribuir com a redução do tamanho populacional das gerações seguintes. c) geneticamente modificados são resistentes à infecção pelo vírus causador da dengue, o que reduz a probabilidade de transmissão de doença. d) são portadores de uma mutação em um gene relacionado à reprodução, tornando-os estéreis e incapazes de se reproduzirem e transmitirem a dengue. e) modificados produzem prole viável somente se cruzarem com fêmeas, também modificadas, portadoras do mesmo gene. GABARITOS EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 01 02 03 04 05 06 d e c c b c EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01 02 03 04 05 b e e d e 06 07 08 09 10 a a a d b Expediente Supervisão Gráfica: Andréa Menescal Supervisão Pedagógica: Marcelo Pena Gerente do SFB: Fernanda Denardin Coordenação Gráfica: Felipe Marques e Sebastião Pereira Projeto Gráfico: Joel Rodrigues e Franklin Biovanni Editoração Eletrônica: Thiago Lima Ilustrações: João Lima Revisão: Eveline Cunha OSG.: 72966/13 16 Ciências da Natureza e suas Tecnologias