Questões sobre o tema
“Origem dos Elementos Químicos”
Pensamentos e citações
Infelizmente, não sei quem escreveu o pensamento a seguir, mas, vale a pena reflectir!
Esforça-te!
De nada valem tuas lamentações.
A acção atrai acção.
A inércia atrai inércia.
O medo atrai o medo.
A coragem atrai a força.
A vida sorri para quem sorri.
A lei de acção e reacção actua em tudo.
Nós somos os donos de nossos pensamentos.
E temos o dever a aprender controlá-los...
Depende de ti!
"Jamais considere seus estudos como uma obrigação, mas como uma oportunidade invejável para aprender
a conhecer a influência libertadora da beleza do reino do espírito, para o seu próprio prazer pessoal e, para
o proveito da comunidade à qual o seu futuro trabalho pertencer”
Albert Einstein
"Quantas pessoas sucumbiram diante do infortúnio, por haver formado projectos excessivamente grandiosos,
apenas porque se sentiam fortes em demasia!"
Xenófanes, filósofo grego
O essencial de Calvin & Hobbes. Bill Watterson- Editora Gradiva
O indispensável de Calvin & Hobbes. Bill Watterson- Editora Gradiva
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Capítulo 1
1. As origens das questões sobre a constituição da matéria estão relacionadas com os filósofos pré-socráticos.
Assinala o mapa1 ao qual corresponde actualmente o país onde nasceram grande parte desses filósofos.
A
B
C
D
E
____________________________________________________________________
2. Estes filósofos introduziram na ciência grega a separação entre a Natureza e o sobrenatural e a prática
do debate. Completa as frases com as palavras da chave a seguir:
Argumentos – antecessores – deuses – competir – discutiam – ideias – plateia – competir – esforço –
reflexão – evidências – forças – origem.
“As explicações dos filósofos de Mileto não faziam referência a _________ ou ________ naturais. Se na
mitologia grega os terramotos tinham sua __________ no deus dos mares, para Tales a explicação não
envolvia ____________. Para ele, a terra boiava na água do oceano, e os terramotos teriam a sua
___________ em grandes ondas e tremores marítimos.”
1
Todos os mapas forma retirados do sítio http://www.theodora.com/maps/
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“Os pensadores pré-socráticos ___________ criticamente as _______ de seus colegas e ____________,
muitas vezes em frente a uma ____________. Uma consequência disto é que diferentes explicações para um
mesmo fenómeno natural passavam a __________entre si. O esforço para encontrar a melhor explicação
levava a uma _________ a respeito dos pressupostos, das __________e dos __________ a favor e contra
teorias opostas.”
____________________________________________________________________
3. Faz as ligações:
Filósofo
Origem de “tudo”
(A) Tales
(1) Terra
(
)→(
)
(B) Empédocles
(2) Água
(
)→(
)
(C) Anaxímenes
(3) Ar
(
)→(
)
(D) Heráclito
(4) Fogo
(
)→(
)
(E) Xenófanes
(5) Água, ar, terra e fogo
(
)→(
)
____________________________________________________________________
4. Lê o texto a seguir com atenção2:
“Após 546 a.C., surge um novo movimento filosófico que tenta explicar a matéria não só constituída
como um elemento único num sentido "macroscópico", mas como uma porção também única, subdividida
"microscópicamente". Foi assim que Leucipo de Mileto (460-380 a.C.) apresentou uma visão segundo a qual
todas as coisas no Universo são formadas por um único tipo de partícula - o átomo (indivisível, em grego) -,
eterno e imperecível que se movimentava no vazio. Entretanto, para explicar as diversas propriedades das
substâncias, admitiam que os átomos diferiam geometricamente por sua forma e posição, e que, por serem
infinitamente pequenos, só poderiam ser percebidos pela razão.
As concepções una e/ou plural sobre o Universo continuaram a ser defendidas e divulgadas pelos
cientistas ao longo dos séculos, chegando até a Idade Média e a Renascença. Por exemplo, o astrónomo
polaco Nicolau Copérnico (1473-1543) em seu livro Das revoluções dos Corpos Celestes, falou da
corporeidade dos átomos.
Também atomista foi o físico e astrónomo italiano Galileu Galilei (1564-1642), já que em seu O
Ensaiador, considerava que os átomos ígneos (do calor) eram menos rápidos e, portanto, menos penetrantes
do que os átomos luminosos (da luz).
A ideia de que o átomo era uma parte real, porém invisível e indivisível da matéria, parece haver
sido proposta pelo filósofo e matemático francês Pierre Gassendi (1592-1655), ao fazer pela primeira vez a
distinção entre átomo e molécula, uma vez que para ele em cada corpo os átomos se reúnem em pequenos
grupos, aos quais denominou moléculas, que é o diminutivo da palavra latina “moles”, que significa massa
ou quantidade de matéria.
O atomismo real defendido por Gassendi, na França, logo foi aceito e divulgado em Inglaterra.
Assim é que, o físico e químico inglês Robert Boyle (1627-1691) e, o seu assistente, o físico inglês Robert
Hooke (1635-1703), tornaram claro seu apoio às teorias atómicas para explicar as substâncias materiais. Por
2
Texto retirado de http://mesonpi.cat.cbpf.br/verao98/marisa/atomo.html
-3www.netprof.pt
exemplo, Boyle em seu célebre livro O químico céptico, apresentou sua ideia na qual os corpos eram
constituídos por elementos que, para ele eram assim definidos: "... entendo por elementos, certos corpos
primitivos e simples, perfeitamente sem mistura, os quais não sendo formados de quaisquer outros certos
corpos, nem um dos outros, são os ingredientes dos quais todos os corpos perfeitamente misturados são
feitos, e nos quais podem finalmente ser analisados..."
No entanto, o elemento de Boyle não era o elemento químico que conhecemos hoje. Para Robert
Boyle, a água (H2O) era um elemento quase puro, enquanto que o ouro (Au), cobre (Cu), mercúrio (Hg) e
enxofre (S) eram compostos químicos ou misturas. Um outro inglês a defender e a expor as ideias
atomísticas, foi o físico e matemático Isaac Newton (1642-1727) em seu livro Óptica.
Na tentativa de se aperfeiçoar o conceito de Boyle de elemento químico, surgiram trabalhos como os
de Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794), que elaborou a primeira tabela contendo cerca de 30 elementos,
apresentado no seu Tratado Elementar de Química.
Muito embora a ideia de elemento químico considerasse o átomo como uma partícula indivisível,
porém, real da matéria, o atomismo científico só começou no início do século XIX com os trabalhos dos
químicos, o inglês John Dalton (1766-1844), do francês Joseph-Louis Gay-Lussac (1776-1856) e do italiano
Amedeo Avogadro (17776-1856), através dos quais se procurou calcular as massas dos átomos e relacionar
seus volumes.
Em seu livro Novo sistema de Filosofia Química, Dalton enfatizou que na Natureza existem átomos
invisíveis e imutáveis. E mais ainda, que todos os átomos de um mesmo elemento são idênticos, e que vários
átomos se podem reunir para formar um "átomo composto". É nesse livro que Dalton apresenta a famosa Lei
das Proporções Múltiplas:
"Se dois elementos A e B formarem mais de um composto, as massas de A que se combinam com
a mesma massa B, nos diferentes compostos, devem ter números inteiros como razões entre elas".
As experiências realizadas por Gay-Lussac com gases sob pressão e temperaturas constantes,
levaram-no a descobrir uma importante lei, a chamada Lei dos Volumes:
"Se os gases A e B se combinam para formar um composto C, os três volumes relativos podem ser
representados por números inteiros".
Contudo essa lei apresentava uma aparente contradição, qual seja, a de que, os gases ao se
combinarem, parece algumas vezes, que ocupam menos espaço. Essa questão só foi entendida quando
Avogadro observou que átomos podem se reunir para formar moléculas. Assim, dois volumes da molécula
de hidrogénio, formada por dois átomos de hidrogénio (H + H → H2), combinados com um volume da
molécula de oxigénio (O + O → O2), formavam dois volumes da molécula de água, isto é:
2H2 + O2 → 2H2O
Em vista disto, Avogadro enunciou a sua famosa Lei de Avogadro:
"Sob as mesmas condições de temperatura e pressão, volumes iguais de todos os átomos contém o
mesmo número de moléculas."
Quanto a indivisibilidade do átomo, parece haver sido o físico francês André-Marie Ampére (17751836) o primeiro a propor, que o átomo era constituído de partículas subatómicas, na tentativa de explicar o
o conceito de Boyle de elemento. Mais tarde, o físico alemão Gustav Theodor Fechner (1801-1887) propôs o
modelo de que o átomo consistia de uma parte central massiva que atraía gravitacionalmente uma nuvem de
partículas quase imponderáveis. No entanto, as experiências realizadas sobre fenómenos electromagnéticos,
realizadas a partir do trabalho do físico dinamarquês Hans Christian Oersted (1777-1851) e do próprio
Ampére sobre cargas eléctricas circulando em fios condutores, fizeram com que os cientistas cada vez mais
ficassem convencidos de que o átomo possuía constituintes portadores de carga eléctrica. Desse modo, o
físico alemão Wilhelm Eduard Weber (1804-1891) propôs que no modelo de Fechner, as partículas
imponderáveis, que envolviam a parte central do átomo, eram partículas electrizadas atraídas por esse
"núcleo", naturalmente, por uma força eléctrica.
A primeira evidência experimental sobre a estrutura do átomo foi verificada pelo físico e químico
inglês Michel Faraday (1791-1867) ao descobrir o fenómeno da electrólise, isto é, a acção química da
electricidade. Em sua experiência, Faraday observou que a passagem da corrente elétrica através de soluções
químicas, por exemplo nitrato de prata, fazia com que os metais de tais soluções se depositassem nas barras
metálicas (eléctrodos: cátodo e ânodo) introduzidas nessas soluções. Essa evidência sobre a estrutura atómica
foi corroborada com a teoria iónica desenvolvida pelo químico sueco Svante August Arrhenius (1859-1903),
segundo a qual os iões que constituíam a corrente eléctrica através da solução, no fenómeno da electrólise,
nada mais eram que átomos carregados de electricidade.
Portanto, aquela antiga substância primordial, indivisível para os gregos na Antiguidade, se
apresenta, no século XIX, divisível e dotada de cargas eléctricas.”
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Preenche o crucigrama a seguir relativo ao texto que leste:
Horizontais
2. Elaborou uma tabela com 30 elementos.
3. Filósofo que afirmou que todas as coisas no Universo são formadas por um único tipo de partícula.
8. Livro onde Galileu Galilei escreveu sobre os átomos ígneos e luminosos.
10. Escreveu que todos os átomos de um mesmo elemento são idênticos.
Verticais
1. Escreveu Das revoluções dos Corpos Celestes.
2. Cientistas que fizeram experiências sobre cargas eléctricas em movimento em fios condutores (apelidos).
3. Sob as mesmas condições de temperatura e pressão, volumes iguais de todos os átomos contém o mesmo
número de átomos.
4. Experiências com gases sob pressão e temperaturas constantes.
5. Primeiro a fazer distinção entre átomo e molécula.
6. Criador da teoria iónica (apelido).
7. Ideia de elemento químico no livro O químico céptico.
9. Primeira evidência experimental sobre a estrutura do átomo.
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Capítulo 2
O tigre assassino ataca de novo. Bill Watterson- Editora Gradiva
1. O que são partículas fundamentais?
____________________________________________________________________
2. Completa o quadro a seguir:
Quarks
Leptões
µ (muão)
e (electrão)
τ (tau)
____________________________________________________________________
3. Faz as ligações:
Interacção
Partícula mediadora
(A) Nuclear forte
(1) Gravitão.
(
)→(
)
(B) Nuclear fraca
(2) W−, W+ e Z0
(
)→(
)
(C) Electromagnética
(3) Fotões
(
)→(
)
(D) Gravítica
(4) Gluões.
(
)→(
)
____________________________________________________________________
4. Completa as reacções nucleares a seguir:
Th → ,, Ra + 24 He
(1)
234
90
(2)
14
6
(3)
C → 147 N +
,→
4
2
,+ ,
He + 235
92 U
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5. Com auxílio da tabela periódica, considera o 235
92 U como elemento inicial de um processo de decaimento
alfa. Se cada elemento obtido após o decaimento, também emite uma partícula alfa, determine os elementos
intermediários e o elemento final após a emissão sucessiva de 4 partículas alfa. Escreve as respectivas
reacções nucleares.
235
92
U
4
2
4
2
He
4
2
He
4
2
He
He
Atenção! As vezes usa-se o símbolo α para 42 He .
Crédito: http://www.cbpf.br/~caruso/tirinhas/tirinhas_menu/por_assunto/por_assunto.htm
Curiosidade: Nos sítios da Internet no Brasil, alguns nomes que encontras para as partículas são diferentes
dos que usamos em Portugal. Para não te confundires:
Portugal
Brasil
Electrão
Protão
Neutrão
Gluão
Fotão
Bosão
Gravitão
Positrão
Nucleão
Elétron
Próton
Neutron
Glúon
Fóton
Bóson
Gráviton
Pósitron
Nucleon
Por isto, na ilustração acima, em Portugal o quark diria: “Não posso, os gluões não deixam!”. Para além
disto, deves ter em atenção que muitas vezes a maneira como se escreve no Brasil não é a mesma como
escrevemos em Portugal. Pode ser um tema interessante para as aulas de Português!
____________________________________________________________________
6. O que é criação de pares?
____________________________________________________________________
7. Utilizando a equação de Einstein:
E = mc 2
Determina a quantidade de energia que podias obter se conseguisses “extrair” toda a energia de 1,0 g de
matéria. Determina por quanto tempo essa quantidade de energia poderia ser utilizada por uma lâmpada de
100 W ininterruptamente (assumindo que ela não queimaria! ☺). Dado: 1 ano ≈ 3 × 107 s.
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Capítulo 3
Sabemos que ao contrário das ondas mecânicas, como por exemplo as ondas sonoras, as ondas
electromagnéticas não necessitam de um meio material para se propagar. Se fizermos uma experiência em
que colocamos uma lanterna e um despertador numa campânula onde retiramos o ar, o som deixa de ser
ouvido enquanto continuamos a ver a luz da lanterna.
As inúmeras frequências que podemos ter com este tipo de ondas designamos por espectro
electromagnético, e a qualquer uma destas frequências chamamos de radiação electromagnética. Ao que no
nosso dia-a-dia denominamos por luz, nada mais é do que uma faixa deste espectro que vai de 4,28 × 1014 Hz
à 7,50 × 1014 Hz. A luz no vazio propaga-se com uma velocidade de aproximadamente 3,0 × 108 m.s-1.
Denominamos esta velocidade por c. Por isto, a equação para calcular a velocidade de propagação para uma
onda electromagnética (o.e.) fica:
c=λf
onde:
c ≡ velocidade da luz no vazio;
λ ≡ comprimento de onda;
f ≡ frequência da radiação.
É frequente utilizar a letra grega ν, para a frequência. Deste modo:
c=λν
As frequências da luz visível são as frequências capazes de impressionar a nossa retina. A cor está
relacionada com a frequência da luz. A luz de frequência mais baixa é o vermelho e a de frequência mais alta
é o violeta, de onde vêm os nomes infravermelho, abaixo do vermelho e, ultravioleta, acima do violeta. As
cores do arco-íris por ordem crescente de frequências são:
vermelho, alaranjado, amarelo, verde, azul, anil e violeta
a sensação de branco é causada pela mistura de todas as cores.
Como a velocidade de propagação de uma o.e. é constante, frequências altas correspondem a
pequenos comprimentos de onda. Por exemplo para o vermelho:
c=λν
⇔ 3,00 ×10 = λ . 4,28 × 10
8
14
⇔
3, 00 × 108
λ=
4, 28 × 1014
⇔
λ = 7,00 × 10−7 m
para a luz violeta:
c = λ ν ⇔ 3,00 × 108 = λ . 7,50 × 1014 ⇔
λ=
3, 00 × 108
7,5 × 1014
⇔
λ = 4,00 × 10−7 m
devido a aos valores serem pequenos, utilizamos na maioria das vezes o nm (nanómetro):
λ = 7,00× 10−7 m = 700 × 10−9 m = 700 nm
λ = 4,00 × 10−7 m = 400 × 10−9 m = 400 nm
outra unidade utilizada, mas que não é do SI, é o angstron (Å) que equivale a 10−10 m. Assim:
λ = 7 × 10−7 m = 7000 × 10−10 m = 7000 Å
λ = 4 × 10−7 m = 4000 × 10−10 m = 4000 Å
Como são produzidas estas radiações? A resposta está na estrutura do átomo, os electrões não podem
ocupar um lugar indefinido em torno do núcleo, mas, somente regiões bem definidas em termos de energia,
denominados níveis de energia, ou, número quântico principal, denominados por n, sendo n um número
inteiro. Ao “saltarem” de nível, indo para números quânticos principais mais baixos emitem radiação.
Quando fazemos a luz branca passar por um prisma, ela decompõe-se nas suas cores fundamentais
(as cores do arco-íris); a isto chamamos espectro da luz visível. Os elementos químicos deixam uma espécie
de impressão digital, que são riscas que aparecem neste espectro. Quando estas riscas são brilhantes,
-8-
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sabemos que o átomo está a emitir radiação, quando são escuras, a absorver radiação. Através da análise do
espectro da luz das estrelas, sabemos quais são os elementos químicos que estão presentes na atmosfera da
estrela.
O aparelho que utilizamos para produzir espectros e os analisar chama-se espectroscópio, se este
contém uma escala graduada em comprimentos de onda, ou frequências, denomina-se espectrómetro, se tem
uma máquina fotográfica que permite fotografar o espectro, o aparelho é um espectrógrafo.
1. Dada a tabela a seguir de alguns comprimentos de onda relativos ao espectro solar, determina a sua
frequência:
Risca
λ/Å
Elemento químico
A
7594
Oxigénio
B
6867
Oxigénio
C
6563
Hidrogénio, Hα
D1
5896
Sódio
D2
5890
Sódio
D3
5876
Hélio
b1
5184
Magnésio
F
4861
Hidrogénio, Hβ
H
3968
Cálcio
K
3934
Cálcio
____________________________________________________________________
2. Observa os espectros a seguir. Indica quais são de emissão e quais são de absorção3.
λ / nm
λ / nm
H(I)
λ / nm
3
O primeiro e o segundo espectros forma obtidos em http://www.webelements.com/. O terceiro espectro foi obtido com o software “Spectra”.
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3. Utilizando a tabela do exercício 1, marca as riscas correspondentes no espectro sola a seguir.
Imagem retirada de http://www.harmsy.freeuk.com/sun.html
____________________________________________________________________
4.
4.1. Procura determinar aproximadamente o comprimento de onda das riscas de CrI e FeI do espectro solar a
seguir.
Imagem retirada de http://www.astro.uiuc.edu/~kaler/sow/spectra.html
4.2. Explica o que significa LaII, CrII e FeI.
____________________________________________________________________
5. A seguir são mostrados dois espectros da galáxia NGC13574.
NGC 1357
(A)
(B)
4
http://observe.phy.sfasu.edu/observatory/images/20021102/byboth/NGC1357.gif
Espectros retirados de http://www.astro.washington.edu/labs/hubblelaw/ngc1357_analysis.html
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(B)
(C)
(D)
8.2 Escreve as reacções nucleares de (B) e (D).
5
(A) http://www.oup.co.uk/images/oxed/children/yoes/atoms/fission.jpg
(B) http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/astro/imgast/trialp.gif
(C) http://www.jet.efda.org/pages/content/content-images/reaction.jpg
(D) http://www.ucolick.org/~bolte/AY4/notes7/node2.html
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Capítulo 4
1. Faz um histograma com a composição química do Sol.
____________________________________________________________________
2. Faz um histograma com a composição química da Terra.
____________________________________________________________________
3. Preenche o crucigrama a seguir com os apelidos de cinco grandes nomes da cosmologia.
____________________________________________________________________
4. Preenche a tabela a seguir
Big Bang
Tempo /s
Criação do Espaço e
do tempo
Temperatura/ K
10- 43
1032
10- 35
1027
10- 11
1015
10- 6
1013
1
1010
102
109
…
…
1014
104
1018
2,7
- 12 -
Unificação das 4 forças fundamentais
5. Explica qual é a diferença entre nucleosíntese primordial e nucleosíntese estelar.
____________________________________________________________________
6. Qual é o material básico para formar uma estrela?
____________________________________________________________________
7. Quando dizemos que efectivamente se formou uma estrela?
____________________________________________________________________
8. Porquê estrelas com massas inferiores a 0,08 massas solares não podem formar estrelas?
____________________________________________________________________
9. Na página 40 do texto há esta imagem:
Indica quais os principais processos nucleares nos três ramos de evolução estelar indicados.
____________________________________________________________________
10. Completa as reacções nucleares a seguir:
12
6
C + 42 He →
16
8
O + 42 He →
20
10
Ne + 42 He →
16
8
O + 168 O →
16
8
O + 168 O →
16
8
O + 168 O →
16
8
O + 168 O →
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Capítulo 5
1. Considera o processo lento de captura de neutrões:
(1)
(2)
56
26
Fe + 3n → 59
26 Fe
59
26
59
Fe → 27
Co + e − + ν e
A reacção (2) corresponde a que tipo de decaimento?
____________________________________________________________________
2. Qual é a importância dos remanescentes de supernovas?
____________________________________________________________________
3.
3.1Completa a tabela a seguir para uma estrela de 25 massas solares:
Estádio
Temperatura /K
Densidade / g.cm-3
Duração
4 x 107
5
7 x 106 anos
2 x 108
700
5 x 105 anos
6 x 108
2 x 105
600 anos
1,2 x 109
4 x 106
1 ano
1,5 x 109
107
6 meses
2,7 x 109
3 x 107
1 dia
5,4 x 109
3 x 109
0,25 s
3.2 Em qual estádio a estrela “passa” mais tempo?
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