CIÊNCIAS NATURAIS - 8 - PROFESSOR JOÃO
FÍSICA E QUÍMICA - MÓDULO I

Unidade 1 - Conceitos básicos de Física e de Química.

1. Matéria: é tudo o que possui massa e ocupa um lugar no espaço. Se apresenta sob a forma de cerca de 100 bilhões de estrelas, só na Via Láctea (nossa galáxia). Uns 65 bilhões delas podem ter planetas girando ao seu redor, como ocorre no Sistema Solar. Poderia a matéria ter se "organizado" e originado vida extraterrestre. Cientistas procuram em diversos pontos da Via Láctea planetas que apresentem condições físicas e químicas semelhantes às encontradas aqui na Terra: temperatura, pressão, composição química da atmosfera, do solo, etc. No Universo, a matéria não pede ser criada nem destruída; apenas transformada.

1.1. Energia: é a capacidade de realizar trabalho. Tem massa desprezível, praticamente não ocupando lugar no espaço, mas é formada de matéria fótica (pequenos "pacotes" de matéria). Exemplo: luz, som e calor.

1.1.1. Direta ou indiretamente, a fonte de quase toda a energia utilizada aqui na Terra vem do Sol. Essa energia é "emprestada" aos alimentos pelas plantas (através da fotossíntese), e nos mantém a todos vivos ("acesos"). Isso ocorre devido às transformações de energia dos alimentos (calorias) em movimentos; da energia elétrica em calor e luz; etc.

1.1.2. A explosão da usina Ucraniana de Chernobyl fez com que a radiação atômica provocasse o nascimento de potros com oito patas e duas cabeças (até 80% de mutantes). 14 mil pessoas teriam morrido apenas na Rússia e Ucrânia.

1.2. Substância, corpo e objeto: a matéria pode aparecer no Universo de diversas maneiras. Pode apresentar diferenças em sua composição ou em seu tamanho (seu volume). Isto quer dizer que a matéria varia em substância e se apresenta em diferentes corpos. É um determinado tipo de matéria.

1.3. Corpo: é uma porção limitada de matéria.

1.4. Transformação de energia nos seres vivos: a energia química contida nos alimentos é extraída através da respiração celular e cedida para o trabalho das células.

1.4.1. Química em mecânica: contração muscular (batimento do coração, piscar de olhos etc.).

1.4.2. Química em elétrica: contração muscular do peixe-elétrico ou poraquê; geração de corrente elétrica superior a 200 volts.

1.4.3. Química em luminosa: vaga-lumes, certos peixes, crustáceos, esponjas, medusas, certas bactérias, algas, alguns fungos - ao fim, todos temos bioluminescência, fenômeno de reação da proteína luciferina, quando reage com enzima luciferase, em presença do oxigênio.

1.4.4. Objeto: todo corpo produzido pelo homem que possui alguma utilidade. Na maioria dos casos, os corpos são constituídos de uma mistura de substâncias (na madeira, por exemplo, encontramos substâncias como celulose - açúcar; lignina - proteína); água; etc.).

1.4.5. Molécula: é a menor parte de uma substância e que ainda conserva a mesma composição dessa substância, embora não conservem as mesmas propriedades dessa substância.

1.4.6. Átomos: são as partículas que formam as moléculas. Estas vão formar as organelas citoplasmáticas, que formarão as células, estas os tecidos, estes os órgãos, em seguida os aparelhos ou sistemas e, finalmente, o organismo (existem organismos acelulares, ou acytota, como os vírus; os unicelulares procariotas e eucariotas; e os pluricelulares).

1.4.7. Bom humor: serotonina, a molécula da felicidade, pode ser encontrada entre os neurônios, nas plaquetas sanguíneas e na parede do intestino. Se relaciona com a fome, o sono e o desejo sexual. Foi descoberta em 1950, difundida em 1980, e virou moda em 1990. Trata-se de um pó branco, sem gosto ou cheiro. Em uma pessoa adulta pode ser encontrado por volta de 1,1 milésimo de grama.

1.4.8. Qualquer tarefa cumprida pela mente humana é produto do equilíbrio entre substâncias químicas e impulsos elétricos. As variadas situações pelas quais passamos no dia-a-dia nos trazem sensações agradáveis ou não.

2. As transformações físicas e químicas da matéria: o mundo material que nos cerca é diversificado. As variadas substâncias se distribuem em muitos corpos. Estes são regidos por acontecimentos que podem alterar sua situação no espaço ou sua composição (fenômenos).

2.1. Movimento: no Universo coisa alguma está parada. Estão em movimento tanto os corpos, uns em relação aos outros, quanto as partículas que os constituem.

2.2. Fenômeno - em ciências, não precisa ser um acontecimento extraordinário: basta que seja um fato observável, que ocorre na natureza ou mesmo que possa ser provocado experimentalmente. Neste curso, nos interessarão os fenômenos em que os agentes sejam físicos ou químicos. Os físicos são aqueles que não alteram a natureza da substância (ex.: o calor pode derreter o gelo, sem que ele deixe de ser água); os químicos provovam alterações na própria substância (o mesmo calor, a cerca de 100 milhões de Graus Celsius ou centígrados - ºC - pode fazer com que átomos de hidrogênio se fundam, originando átomos de Hélio).

2.2.1. A matéria pode se apresentar sob quatro estados físicos: sólido, líquido, gasoso e plasmático.

2.3. Ciência: é a forma organizada do conhecimento. Tecnologia é a aplicação desse conhecimento para a melhoria das nossas condições de vida. A tecnologia dá-nos o poder de exercer certo domínio no ambiente, mas traz problemas que põesm em risco a segurança de nossas vidas. Atualmente, boa parte das pesquisas tecnológicas está direcionada para sanar esses problemas e garantir qualidade de vida a gerações futuras.

2.4. Educação soicioambiental: é a comunicação dos conceitos da conservação da vida no planeta para garantir a sobrevivência do ser humano em níveis mais satisfatórios.

3. Os estados físicos da matéria: as partículas que compõem uma substância podem se organizar de diferentes formas que estão relacionadas ao seu estado físico. As partículas (moléculas) podem estar mais afastadas e velozes, ou mais unidas e lentas, de acordo com as condições de temperatura e pressão a que a matéria esteja sendo submetida. Alterando essas condições, podemos efetuar mudanças no estado físico da matéria.

3.1. Sólido: partículas próximas uma das outras. Tem forma própria e volume definido. Podem ser átomos, moléculas ou íons. O diamante é o sólido mais duro. É formado por átomos de carbono (em forma tetraédrica). É usado, por exemplo, para revestir brocas odontológicas. Os sintéticos não têm a mesma qualidade, mas possuem as mesmas propriedades.

3.2. Líquido: partículas mais afastadas e com maior energia cinética (movimento), tornando a matéria fluida. Não tem forma própria, mas tem volume constante.

3.3. Gasoso: em condições ambientais, a matéria no estado gasoso é constituída por átomos e/ou moléculas bem afastados uns dos outros, permitindo sua grande movimentação. Não tem forma nem volume definidos.

3.4. Embora seja tratado como tal, o vapor de água não é gás (é líquido pulverizado). A massa total de água encontrada na Terra (em seus três estados físicos), mantém-se praticamente constante desde a formação do planeta. 97% nos oceanos, 2,4% em forma de gelo, e o restante em lençóis subterrâneos, lagos, rios e ar atmosférico.

3.5. Mudanças de estado físico - dois fatores influem: temperatura e pressão.

3.5.1. O aumento da temperatura faz com que as moléculas ou partículas da matéria se movimentem com maior velocidade. O aumento da pressão raz com que as moléculas fiquem mais próximas.

3.5.2. Fusão: passagem de uma substância do estado sólido para o líquido. Ponto de manutenção da temperatura. Varia de uma substância para outra (em ºC): gelo, 0; chumbo, 327; prata, 960; ouro, 1063; ferro, 1536; platina, 1765; cobre, 1803). Quanto maior a pressão, mais alto o ponto de fusão (exceto para o gelo).

3.5.3. Solidificação: é a passagem de uma substância do estado líquido para o sólido. O seu ponto é o mesmo que o de fusão. O rastro de aviões é nuvem do tipo cirros. As nuvens se formam quando o vapor de água proveniente dos continentes ou dos oceanos se agrupa em gotas, envolvendo partículas de sujeira, fumaça, pólem em suspensão. O vapor de água que sai dos motores a temperaturas muito baixas (devido à grande altitude) congela-se rapidamente envolvendo partículas de fumaças, outras substâncias que desprendem do motor. Se o ar estiver seco, a nuvem logo desaparece. Com certa quantidade de umidade no ar, forma-se uma cauda cada vez mais longa, que acompanha a trajetória do móvel.

3.5.4. Vaporização - é a transformação de uma substância do estado líquido para o gasoso: ebulição, evaporação, calefação e transpiração.

a. Ebulição: ocorre quando fornecemos calor a um líquido ou reduzimos a pressão que atua sobre ele. O seu ponto é sensível à variação da pressão externa, que faz com que ele aumente (líquido puro). Na panela de pressão, a água, ao nível do mar, ferve a uma temperatura acima de 100ºC.

b. Evaporação: é a mudança lenta de uma substância líquida em vapor. Pode ocorrer espontaneamente, dependendo das condições ambientais (roupas no varal, poças de água das chuvas, rios, etc.). Fatores que favorecem a evaporação: aumento da temperatura; diminuição da pressão atmosférica; maior superfície de contato com o ambiente; ventilação (quando o vento não traz umidade).

c. Ebulição - tem as características de uma mudança de estado físico da matéria: a temperatura se mantém constante durante todo o processo e, para uma determinada pressão, há uma temperatura definida para cada líquido entrar em ebulição (ponto de ebulição). A evaporação, por sua vez, pode ocorrer espontaneamente a qualquer pressão e temperatura.

d. Calefação: transformação em vapor de gotas de água que caem, por exemplo, em chapa quente (produz chiado característico).

e. Transpiração: vaporização que ocorre através dos poros do corpo de seres vivos.

3.5.5. Condensação (ou liquefação): é a mudança de uma substância do estado gasoso para o estado líquido. São, por exemplo, as gotas de água da tampa da panela no fogo. Durante a ebulição, a água se transforma em vapor que, ao tocar a superfície mais fria da tampa, volta ao estado líquido. O vapor de água que expiramos em dias ou superfícies frias. O ponto de condensação é igual ao de ebulição, mas varia de acordo com a substância. Uma bebida gelada em um copo provoca a condensação do vapor de água no ar atmosférico (assim, o corpo fica "suado" por fora).

3.5.6. Sublimação: é a passagem de uma substância do estado sólido diretamente para o de vapor e vice-versa. Ex.: naftalina, cânfora, benjoim e iodo - nas condições normais de temperatura e pressão, Cntp, quando o vapor dessas substâncias se resfria pode ocorrer o fenômeno inverso: voltam ao estado sólido (texto complementar - cooperação: uma solução no combate ao "lixo" - reciclagem).

4. As propriedades da matéria: alguns corpos se aquecem mais rapidamente que outros. Uns se quebram mais facilmente. Há ainda os maleáveis, os de pouco brilho, etc. A matéria possui propriedades gerais e específicas.

4.1. Gerais - são aquelas comuns a toda espécie de matéria: extensão, massa, inércia, impenetrabilidade, compressibilidade, elasticidade e indestrutibilidade.

4.1.1. Extensão: ocupar lugar no espaço. Correspondente ao seu volume, cuja unidade padrão é o metro cúbico (m3), mas o litro (L) também é usado.

4.1.2. Massa: é a quantidade de matéria que forma um corpo, cuja unidade padrão é o quilograma (kg). O padrão é um bloco cilíndrico de platina e irídio com 3.9 cm de altura e 3.9 cm de diâmetro. Está guardado no Arquivo Internacional de Pesos e Medidas em Sevres, na França.

4.1.3. Inércia: é a tendência natural que os corpos têm de manter seu estado de repouso ou de movimento, numa trajetória reta. Sua medida é correspondente à de sua massa.

4.1.4. Impenetrabilidade: propriedade que os corpos materiais têm de não poder ocupar um mesmo lugar no espaço, ao mesmo tempo.

4.1.5. Compressibilidade: é a propriedade que um corpo tem de ter seu volume reduzido quando submetido a determinada pressão. Isso acontece porque a pressão diminui os espaços existentes entre as partículas constituintes do corpo. No trânsito, uma freada provoca fenômeno de inércia ao arremessar os corpos conduzidos; em uma batida, provamos a impenetrabilidade. Os gases podem ser mais comprimidos que os líquidos. Em geral, os sólidos se deformam quando comprimidos. A borracha e a mola simbolizam exceções de sólidos submetidos à compressão.

4.1.6. Elasticidade: é a propriedade que um corpo tem de voltar à sua forma inicial, cessada a compressão a que estava submetido. Ambas variam de um corpo para outro.

4.1.7. Indestrutibilidade: é a propriedade que a matéria tem de não poder ser criada nem destruída - apenas transformada. A matéria para o crescimento das plantas vem dos nutrientes que elas absorvem do solo, da água, e de componentes do próprio ar. Ao morrer, um organismo tem o corpo decomposto e a matéria que o compunha retorna ao ambiente. Em certos fósseis, minerais podem preencher cavidades deixadas pela matéria orgânica decomposta (é o caso de fragmentos de ossos).

4.1.8. A propriedade da indestrutibilidade constitui um dos princípios básicos da química (ciência que estuda as transformações da matéria).

4.2. Propriedades específicas da matéria: dividem-se em organolépticas, físicas e químicas.

4.2.1. Organolépticas - através delas certas substâncias impressionam nossos sentidos: cor, sabor, odor, brilho e textura.

4.2.2. Físicas: são aquelas que caracterizam as substâncias fisicamente, diferenciando-as entre si (elas). Pontos de fusão, solidificação, vaporização, condensação e sublimação; dureza; solubilidade; densidade; calor específico; condutibilidade; magnetismo.

a. Dureza: é a resistência ao risco que um material sólido oferece a um outro. Escala de Mohs: 1, talco; 2, gipsita; 3, calcita; 4, fluorita; 5, apatita; 6, feldspato; 7, quartzo; 8, tapázio; 9, coríndon; 10, diamante (este bastante destacado dos anteriores).

b. Densidade: é a massa de uma substância por inidade de volume que ela tem. Pode ser expressa em kg/L, em g/cm3 ou, eventualmente, em múltiplos das unidades de massa e de volume (óleo e gelo flutuam na água líquida).

c. Calor específico: é a quantidade de calor necessária para elevar em um grau Celsius (1ºC) a temperatura de um grama (1g) de determinada substância. Geralmente, se a quantidade de calor éexpressa em calorias, o calor específico é expresso em calorias por grama vezes graus Celsius (cal/gºC).

d. Condutibilidade: está relacionada à facilidade com que uma substância conduz calor e eletricidade. Os metais são bons condutores; já o iodo, fósforo, isopor, madeira e borracha, são isolantes.

e. Magnetismo: é a capacidade que uma substância possui de atrair substâncias chamadas ferromagnéticas, como o ferro, aço, níquel, cobalto, etc.

4.2.3. Químicas: dentre tantas que caracterizam quimicamente as substâncias, estudaremos a combustão e a hidrólise.

a. Combustão: é a propriedade de algumas substâncias de reagir com o oxigênio do ar. O ferro pulverizado e a farinha de trigo correm o risco de queimar em contato com uma centelha, devido ao aumento da superfície da substância,em contato com o oxigênio. A temperatura de uma chama não é homogênea. Ela é mais quente no meio.

b. Hidrólise: é a propriedade que algumas substâncias têm de se decompor em suas partes constituintes quando submetidas a reações químicas que contenham água. A fotólise ocorre com a ação da energia solar; a pirólise se relaciona com o calor do fogo; a terceira forma que se quebrar uma molécula de água é através da eletricidade (eletrólise - "lise" = quebra).

Unidade 2 - O estudo da Física.

QUESTÕES PARA AVALIAR O APRENDIZADO

1. Qual é o objeto de estudo comum entre a Física e a Química?
2. O que é matéria? Dê cinco exemplos encontrados no seu ambiente.
3. O que é energia? Dê três exemplos encontrados no seu ambiente.
4. De onde vem a energia para a vida na Terra?
5. As manifestações das diferentes formas de energia sempre podem ser percebidas pelos nossos sentidos? Explique.
6. A matéria sempre pode ser percebida pelos nossos sentidos? Explique.
7. Explique por que a matéria pode variar em qualidade e em quantidade.
8. Identifique três objetos no ambiente.
9. O que é molécula?
10. Defina átomo, e explique por que ele é unidade estruturalmente menor que uma célula.
11. Defina fenômeno, do ponto de vista da Química e da Física.
12. Interprete a expressão "um corpo pode alterar a sua situação no espaço".
13. Interprete a expressão "um corpo pode ter a sua composição alterada.
14. Defina e cite exemplos de agentes físicos.
15. Defina e cite exemplos de agentes químicos.
16. Exemplifique uma forma de atuação do agente físico calor na alteração da natureza de uma substância.
17. Descreva o que ocorre em uma reação química.
118. Comente a afirmação de que os físicos estudam as leis que regem os fenômenos em que estão presentes apenas as estruturas infinitamente grandes, como os planetas e as galáxias.
19. Comente a afirmação de que os químicos estudam as possíveis combinações entre substâncias para desenvolver novos produtos.
20. Observe o ambiente e identifique três produtos desenvolvidos com o auxílio da química.
21. Observe o ambiente e identifique três fenômenos que posam ser explicados com o auxílio da química.
22. Observe o ambiente e identifique três produtos desenvolvidos com o auxílio da física.
23. Observe o ambiente e identifique três fenômenos que posam ser explicados com o auxílio da física.
24. Cite os estados físicos da matéria.
25. Identifique de que fatores dependem os estados físicos da matéria.
26. Comente a influência da temperatura e da pressão na mudança de estados físicos da matéria.
27. Caracterize os estados físicos quanto à forma e ao volume.
28. Cite o material mais duro da natureza.
29. Justifique a afirmação de que é mais rápido fazer um chá no alto de uma serra que ao nível do mar.
30. Identifique as mudanças de estado físico e dê uma exemplo para cada uma.
31. Explique o que acontece com a temperatura da mistura que a água e o gelo formam enquanto um cubo de gelo derrete.
32. Descreva o que acontece com a temperatura da água fervente ao aumentarmos a chama em uma panela.
33. Diferencie os tipos de vaporização.
34. Cite os fatores que favorecem a evaporação.
35. Conceitue propriedades gerais da matéria.
36. Exemplifique três propriedades gerais da matéria.
37. Identifique o que podemos calcular medindo o volume e a massa de um objeto.
38. Explique o que é inércia e qual a sua relação com a massa.
39. Identifique a propriedade que garante à borracha se deformar temporariamente quando submetida à compressão e depois voltar ao normal.
40. Explique se a matéria pode ser destruída.
41. Enumere os tipos de propriedades específicas da matéria.
42. Identifique o tipo de propriedade representada pelo sabor, cheiro, e cor de uma matéria.
43. Cite o estado da matéria com o qual a dureza se relaciona.
44. Dê dois exemplos de substâncias solúveis em água.
45. Cite dois exemplos de substâncias com boa condutibilidade elétrica e dois de substâncias isolantes.
46. Conceitue e exemplifique magnetismo.
47. Defina combustão.
48. Diferencie os tipos de hidrólise.