Obtenção de gases atmosféricos

Caro Professor,

Em 2009 os Cadernos do Aluno foram editados e distribuídos a todos os estudantes da
rede estadual de ensino. Eles serviram de apoio ao trabalho dos professores ao longo de
todo o ano e foram usados, testados, analisados e revisados para a nova edição a partir
de 2010.

As alterações foram apontadas pelos autores, que analisaram novamente o material, por
leitores especializados nas disciplinas e, sobretudo, pelos próprios professores, que
postaram suas sugestões e contribuíram para o aperfeiçoamento dos Cadernos. Note
também que alguns dados foram atualizados em função do lançamento de publicações
mais recentes.

Quando você receber a nova edição do Caderno do Aluno, veja o que mudou e analise
as diferenças, para estar sempre bem preparado para suas aulas.

Na primeira parte deste documento, você encontra as respostas das atividades propostas
no Caderno do Aluno. Como os Cadernos do Professor não serão editados em 2010,
utilize as informações e os ajustes que estão na segunda parte deste documento.

Bom trabalho!

Equipe São Paulo faz escola.

1

GABARITO

Caderno do Aluno de Química – 3ª série – Volume 1

Respostas às questões

Professor, as respostas às questões que exigem sínteses, pesquisas, avaliações ou
ponderações são indicações do que pode ser esperado das reflexões dos alunos. De maneira
nenhuma são “gabaritos” para ser seguidos em eventuais correções de tarefas ou
discussões em sala de aula. Deve-se chamar atenção para o fato de se ter procurado utilizar
a linguagem que envolve termos científicos de maneira adequada, o que, certamente, não
corresponde ao modo como os alunos se expressam. Muitas vezes, eles expressam ideias
pertinentes, porém sem a devida apropriação da terminologia química.

Bom trabalho!

2

SITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM 1

A ATMOSFERA PODE SER CONSIDERADA UMA FONTE DE
MATERIAIS ÚTEIS PARA O SER HUMANO?

Página 4
1. Temperatura de ebulição é aquela em que a substância “ferve” ao passar do estado
líquido para o gasoso.
Observação: como não foi estudada a pressão de vapor, não se espera que os alunos
definam temperatura de ebulição como aquela em que a pressão parcial da substância
se iguala à pressão externa. Essa questão busca permitir que os alunos se lembrem
das evidências macroscópicas do processo de ebulição.
2. O valor numérico da TE e da TL de uma dada substância em determinadas condições
de temperatura e de pressão é o mesmo. Costuma-se usar o termo temperatura de
ebulição (TE) quando se está fazendo referência à mudança de estado de uma
substância do líquido para o gasoso. Já ao se descrever a mudança de estado do
gasoso para o líquido, costuma-se usar o termo temperatura de liquefação (TL).
Observação: Esta questão busca mostrar para os alunos que, apesar do valor
numérico de TE e TL ser o mesmo para uma mesma substância nas mesmas
condições, ao se usar TE ou TL estão sendo fornecidas mais informações sobre o
processo a que se está fazendo referência do que somente fornecendo um dado
numérico.
3. A –200 oC, o nitrogênio encontra-se no estado líquido.
4. A –190 oC, o criptônio, o xenônio e o argônio encontram-se no estado sólido; o
oxigênio, no estado líquido; e o nitrogênio, o hidrogênio, o hélio e o neônio, no
estado gasoso.
Observação: Muitos alunos têm apresentado dificuldades para entender que, quanto
mais negativa for uma temperatura de ebulição de um líquido, maior será o seu valor
numérico e menos calor será necessário para que passe do estado líquido para o
gasoso. Uma sugestão para facilitar o entendimento dos alunos seria a construção de
um diagrama que inter-relacione as temperaturas de ebulição de diferentes
3

substâncias. O 0 oC deve aparecer. Esta questão busca dar oportunidade aos alunos
para que desenvolvam ou exercitem a habilidade de organizar e relacionar dados e
informações apresentados em tabelas e também a de organizar conhecimentos a fim
de compreender o processo industrial utilizado na separação dos gases presentes no
ar atmosférico, assim como algumas dificuldades envolvidas nesse processo. A
construção de uma tabela de conversão entre oC e K pode facilitar o entendimento,
pois na escala Kelvin as temperaturas são sempre positivas. Por outro lado, o uso
dessa escala nem sempre permite aos alunos que compreendam, quase no nível
sensitivo, quão “frio” é 0 K (–273 oC). Espera-se também que os alunos consigam
aplicar os conceitos de temperaturas de fusão e de ebulição (a pressões definidas)
para predizerem o estado físico em que uma substância se encontra.

Página 4 - 6
5. É possível que o gás hélio não seja obtido a partir da destilação fracionada do ar
atmosférico pelo fato do processo não ser economicamente viável, dada sua baixa
concentração na mistura gasosa e sua baixa temperatura de ebulição (–269 oC).
Os alunos provavelmente não saberão, mas neste momento pode lhes ser informado
que o resfriamento do ar atmosférico (para que seja liquefeito) ocorre por meio de
sua expansão: a mistura de gases é inicialmente comprimida e expandida. Ao ser
expandidos, os gases liberam calor para o meio, resfriando-se. Esse efeito é chamado
“efeito Joule-Thomson”. A dificuldade de separação do hélio por meio da destilação
fracionada está no fato de que esse gás, quando comprimido, somente sofre o efeito
Joule-Thomson de resfriamento a temperaturas inferiores a –267 oC. O hélio
apresenta dois estados líquidos diferentes: o hélio I, que se comporta como um
líquido normal, e o hélio II, que se comporta como um superfluido. Para que o hélio
se solidifique, não basta baixar a temperatura. É necessário também que seja
aumentada a pressão. Mais informações podem ser encontradas no livro Química
inorgânica não tão concisa, de J. D. Lee, disponível na biblioteca do professor.

4

6. O nitrogênio líquido deve ser obtido na região superior da coluna de destilação
porque sua temperatura de ebulição é mais baixa do que a temperatura de ebulição do
oxigênio.
Os alunos deverão relacionar temperaturas de ebulição fornecidas em tabelas com as
diferentes temperaturas em uma torre de destilação fracionada para compreenderem
o processo de obtenção de gases industriais. O professor poderá retomar a
importância da destilação fracionada como processo de separação ao estudar a
separação das frações do petróleo, no volume 3.

Página 6

A discussão e a construção de uma síntese – utilizando ou não a tabela como forma
de apresentação – devem ser realizadas usando-se as informações trazidas pelos alunos
para a sala de aula. É interessante que todas as informações colhidas pelos alunos sejam
discutidas e que eles anotem em seus cadernos detalhes que acharem interessantes. Esta
atividade tem por objetivo permitir a eles que aprendam a buscar informações e a
reconhecer a importância da atmosfera como fonte de materiais úteis aos seres
humanos.

Algumas informações que podem ser trazidas para a sala de aula sobre a obtenção e
os usos de alguns gases obtidos a partir do ar atmosférico:

Os gases oxigênio, nitrogênio, argônio, neônio, criptônio e xenônio são obtidos
principalmente pela destilação fracionada do ar.

Alguns usos do gás oxigênio: na siderurgia, em soldas e cortes metálicos; como
comburente para foguetes; para respiração (misturado com gás hélio) em mergulhos ou
trabalhos em minas profundas; usos médicos (para auxiliar a respiração, em aparelhos
de respiração artificial, em terapias hiperbáricas); no tratamento de efluentes (esgotos),
entre outros.

Alguns usos do gás nitrogênio: como matéria-prima para a síntese da amônia e do
ácido nítrico; para a manutenção de atmosferas inertes (empacotamento de
medicamentos, comercialização de flores, conservação de alimentos, indústria do aço);

5

como agente criogênico (congelamento de carnes, manutenção de materiais biológicos
como sêmen e sangue).

Alguns usos do gás argônio: na produção de metais como zircônio e titânio;
soldagem de metais; em iluminação.

Os gases neônio, criptônio e xenônio são bastante usados em iluminação.

Também podem ser pesquisadas e discutidas as utilizações do gás hélio. É, contudo,
interessante que seja frisado que o gás hélio comercializado não é extraído do ar
atmosférico, e sim de jazidas de gases naturais, dado que esses gases chegam a
apresentar até 7% de hélio.

Alguns usos do gás hélio:

• permitir a ascensão de balões e dirigíveis;

• como constituinte de atmosferas sintéticas, misturado com oxigênio e nitrogênio
(trimix), usadas em mergulhos profundos e em trabalhos em minas profundas; é
vantajoso o uso do hélio por ser menos solúvel no sangue do que o nitrogênio, o
que diminui o tempo necessário para a descompressão;

• na pressurização de tanques de naves espaciais;

• como atmosfera protetora na fabricação de titânio e zircônio;

• em pesquisas sobre a supercondutividade;

• como gás transportador inerte em cromatografia gasosa.

Mais informações sobre aplicações de gases podem ser encontradas em Química
inorgânica não tão concisa, de J. D. Lee, disponível na biblioteca do professor.

Página 7
1. As moléculas de nitrogênio, oxigênio e de hidrogênio são apolares porque são
formadas por dois átomos que apresentam a mesma eletronegatividade; os núcleos de
ambos atraem os elétrons dos átomos vizinhos com a mesma força elétrica. Dessa
maneira, as nuvens eletrônicas estão igualmente distribuídas ao redor dos dois

6

núcleos e, consequentemente, as moléculas não apresentam momentos de dipolo
permanente.
2. As moléculas do gás oxigênio apresentam uma nuvem eletrônica maior do que a das
moléculas do gás hidrogênio, sendo, portanto, mais deformáveis. Quanto mais
deformável for a nuvem eletrônica, maior será sua polarizabilidade. Por isso, os
momentos de dipolo induzido que nelas aparecem são mais intensos e as atrações
intermoleculares são maiores, sendo, portanto, necessária uma maior energia para
separar essas moléculas umas das outras. Por esses motivos, a temperatura de
ebulição do oxigênio é maior do que a temperatura de ebulição do hidrogênio.
Espera-se que, nesta pesquisa, os alunos apliquem conhecimentos estudados na 2a
série sobre interações interpartículas para entenderem as diferentes temperaturas de
ebulição de diferentes substâncias. Com isso, espera-se que valorizem a importância
de saber explicar as diferentes propriedades no nível microscópico para que se possa
entender processos de obtenção de materiais e, até mesmo, eventualmente, para
sugerir outros processos.

7


ESTUDO DA SÍNTESE E DA PRODUÇÃO INDUSTRIAL DA
AMÔNIA A PARTIR DOS GASES NITROGÊNIO E HIDROGÊNIO

Páginas 9 - 10
1. 200 mol
2. Não. Formou-se uma quantidade menor do que a estequiometricamente prevista.
3. Estão presentes os gases hidrogênio, nitrogênio e amônia.
Neste primeiro momento, os alunos deverão ser capazes de analisar dados
apresentados em tabela referentes à síntese da amônia e, ao compararem o
rendimento obtido com o previsto pela estequiometria da transformação, deverão
concluir que a reação de síntese da amônia aparentemente não se completa, entrando
em um estado de equilíbrio químico, em que produtos e reagentes coexistem
indefinidamente no meio reacional.

Página 11
1. Não, pois para que uma transformação química seja considerada de equilíbrio
químico, não há a formação da quantidade de produtos prevista pela estequiometria.
Após certo tempo, a transformação parece parar de ocorrer. Nesse momento,
reagentes se transformam em produtos e produtos se transformam em reagentes com
a mesma rapidez. No caso da combustão do álcool etílico, conforme descrito no
enunciado, a previsão teórica da quantidade de produtos formada se confirma na
prática.
2. A reação de formação do tetróxido de dinitrogênio (N2O4) entra em equilíbrio
químico, pois o rendimento obtido é menor do que o esperado pela previsão teórica.
No sistema coexistem os gases dióxido de nitrogênio NO2(g) e tetróxido de
dinitrogênio (N2O4), que se interconvertem com a mesma rapidez.

8

Nesta tarefa, espera-se que os alunos estendam o entendimento do estado de
equilíbrio químico a outros sistemas além do da síntese da amônia.

Páginas 12 - 14
1. De acordo com a tabela, a 400 oC e 500 atm, obtém-se a maior quantidade possível
de amônia.
2. Aumentaria a pressão.
3. “Ao se aumentar a pressão, aumenta-se o rendimento da reação de síntese da
amônia.”
4. A 500 atm e 400 oC, o rendimento da síntese da amônia é de 60,6%. À mesma
pressão e a 600 oC, o rendimento é de 20,8%.
5. “Ao se aumentar a temperatura, diminui-se o rendimento da reação de síntese da
amônia.”
6. Como a amônia é sintetizada a altas temperaturas e pressões, os custos operacionais
são muito altos, pois há grande gasto de energia. Quanto maior for o tempo
desprendido na produção, maiores serão os gastos. O aumento da temperatura
diminui o tempo para que a reação de síntese da amônia entre em equilíbrio, porém a
extensão alcançada diminui. O aumento da pressão aumenta o rendimento, porém os
custos operacionais para que ocorra a compressão dos gases são altos. É importante
que se saiba escolher e controlar as condições de pressão e de temperatura na
produção da amônia para que os gastos de sua produção sejam os menores possíveis,
levando-se em conta as condições tecnológicas disponíveis.

Páginas 14 - 15
1. No frasco deve haver os gases nitrogênio, hidrogênio e amônia, pois, como a síntese
da amônia é uma transformação que atinge um estado de equilíbrio químico, ela se
processa até certa extensão; portanto, ainda restam reagentes, ou seja, coexistem
reagentes e produtos.

9

2. No frasco continuam presentes os gases nitrogênio, hidrogênio e amônia, pois se
trata de uma transformação que alcança um estado de equilíbrio químico. Mudando-
se as condições de temperatura e de pressão, a extensão muda e as proporções entre
as quantidades dos gases se modificam, porém os três gases continuam a coexistir.
3. Como a temperatura foi aumentada e a pressão foi mantida constante, a quantidade
de amônia no equilíbrio deve ter diminuído.
4. A quantidade de gás amônia deve ter aumentado, pois a temperatura diminuiu. A
quantidade de gás amônia deve ser igual à quantidade obtida inicialmente pelo
químico (antes de ter aumentado a temperatura para 450 oC).
Observação: As questões de 1 a 6 para análise do texto, assim como a Lição de casa,
solicitam aos alunos que observem, analisem e relacionem dados experimentais
apresentados em tabelas com o intuito de ampliar a ideia que já possuem sobre o
estado de equilíbrio químico e de compreender que mudanças nas condições de
pressão e de temperatura de um sistema gasoso em equilíbrio químico afetam as
quantidades de espécies nele presentes.

A questão 6, especificamente, permite aos alunos perceberem a importância de
se conhecer os fatores que podem influenciar na velocidade e na extensão com que uma
transformação química acontece, principalmente em se tratando de processos
industriais.

10


É POSSÍVEL ALTERAR A RAPIDEZ COM QUE UMA
TRANSFORMAÇÃO QUÍMICA OCORRE?

Páginas 20 - 23

Parte I

Espera-se que, nesta resposta, o aluno explicite o efeito que ele acredita que a
temperatura exerce sobre a rapidez das reações. Ele poderá responder que o aumento da
temperatura aumenta a rapidez, diminui a rapidez ou até mesmo que não tem efeito
nenhum. O importante é que ele registre suas ideias iniciais para, ao final do
experimento, poder discuti-las com seus colegas, compará-las e verificar se são
coerentes com os resultados experimentais obtidos. A discussão de todas as respostas
iniciais, corretas ou não, permite aos alunos confrontar suas ideias, tirar dúvidas,
reconstruir conceitos e aplicá-los à situação-problema.

1. Com água quente, as bolhas aparecem em menos tempo e a transformação termina
mais rapidamente.
2. Quanto menor o tempo da transformação, maior a sua rapidez.
3. Sim. A transformação feita a uma temperatura maior foi mais rápida; portanto, a
temperatura influencia na rapidez da transformação estudada.
4. O aluno deverá comparar os resultados do experimento com suas previsões,
verificando se estão coerentes ou não. Caso não estejam, deve-se discutir as
discrepâncias.

Parte II

Espera-se que, nesta resposta, o aluno explicite o efeito que ele acredita que a
superfície de contato exerce sobre a rapidez das reações. Ele poderá responder que o
aumento da superfície de contato aumenta a rapidez, diminui a rapidez ou até mesmo
que não tem efeito nenhum. O importante é que ele registre suas ideias iniciais para, ao
final do experimento, poder discuti-las com seus colegas, compará-las e verificar se são

11

coerentes com os resultados experimentais obtidos. A discussão de todas as respostas

1. Houve maior superfície de contato na situação em que o comprimido estava
triturado. Pelo fato de estar triturado, partes que se encontravam em seu interior antes
de ser triturado entram em contato com a água assim que são adicionadas a ela. Por
esse motivo, diz-se que a superfície de contato entre a água e o comprimido triturado
é maior do que a superfície de contato entre a água e o comprimido inteiro.
2. Quando o comprimido está triturado, as bolhas aparecem em menos tempo e a
transformação termina mais rapidamente.
3. Sim. Observa-se que, quanto maior a superfície de contato, maior será a rapidez da
transformação.
discrepâncias.

Experimento 2 – Estudando a rapidez da transformação química
envolvendo hidrogenocarbonato de sódio e vinagre

Páginas 23 - 25

Espera-se que, nesta resposta, novamente, o aluno reflita sobre o efeito que ele
acredita que a concentração de um dos reagentes tem sobre a rapidez das reações. Ele
poderá responder que o aumento da concentração aumenta a rapidez, diminui a rapidez
ou até mesmo que não tem efeito nenhum. O importante é que ele registre suas ideias
iniciais para poder discuti-las com seus colegas, compará-las e verificar se são
consistentes com os resultados experimentais obtidos. A discussão de todas as respostas

1. Diferentes. Como o volume de água era o mesmo nos dois copos, naquele em que
foram colocadas quatro colheres de vinagre a concentração é maior.
2. Quando a concentração de ácido é maior, a transformação é mais rápida.

12

discrepâncias.
4. Adicionando água à solução, a concentração iria diminuir; por esse motivo, a rapidez
da transformação deve diminuir. Se a quantidade de água adicionada for suficiente
para dobrar o volume, a concentração cairá pela metade e ficará igual à do copo 1.
5. Não, pois estaríamos modificando duas variáveis ao mesmo tempo e não daria para
saber se as mudanças observadas seriam decorrentes da variação da temperatura ou
da variação da superfície de contato.
6. Não, pois novamente estaríamos alterando duas variáveis ao mesmo tempo e não
daria para saber se as mudanças observadas seriam decorrentes da variação da
concentração ou da temperatura.

Desafio!

Página 26

Para analisar a influência da concentração de cada reagente, é necessário observar na
tabela que a concentração de um dos reagentes analisados muda e a do outro é mantida
constante. Sendo assim, temos:

• Nos experimentos 1, 2 e 3, a concentração do tiossulfato muda (cai pela metade) e a
concentração do ácido permanece a mesma. Quando a concentração do tiossulfato é
reduzida pela metade, o tempo de transformação aumenta. Pode-se, então, concluir
que um aumento na concentração do tiossulfato acarreta um aumento na rapidez da
transformação.
• Nos experimentos 4 e 5, a concentração de ácido muda (diminui três vezes) e a
concentração do tiossulfato permanece a mesma. Quando a concentração do ácido é
reduzida, o tempo de transformação permanece praticamente inalterado. Pode-se,
então, concluir que a variação na concentração do ácido não afeta a rapidez da
transformação.
• No experimento com o vinagre, verifica-se que o aumento da concentração de
vinagre aumenta a rapidez da transformação. No entanto, isso não é uma regra que
vale sempre. Existem transformações em que a variação da concentração de um ou

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mais reagentes não causa mudança na rapidez. Por isso, a importância de discutir este
exercício com os alunos.

Páginas 27 - 29
1. Catalisador é uma substância que aumenta a rapidez de uma transformação química e
é regenerado no final da transformação.
Aqui é importante não exigir que o aluno defina catalisador exatamente desse modo,
mas que ele explique com suas palavras o que é catalisador.
2. O uso de catalisadores é importante nos processos industriais, como na síntese da
amônia e na hidrogenação de óleos; na transformação do CO(g) em CO2(g) em
escapamentos de automóveis; na etapa da coagulação do leite durante a fabricação de
queijos etc.
Nesta resposta poderão aparecer outras aplicações de catalisadores. É importante
verificar se elas são condizentes com o seu significado. Inúmeros processos
industriais utilizam catalisadores.
3. Foram mantidos constantes a massa dos metais, o volume da solução de ácido
clorídrico e a concentração de ácido clorídrico. O que variou foi o metal usado: em
um experimento usou-se zinco e, em outro, cobre.
4. Sim. Percebe-se a ocorrência de uma transformação química quando há interação do
zinco com a solução de ácido clorídrico, mas não se percebe a ocorrência de
transformação química quando há interação do cobre com a solução de ácido
clorídrico.
5. Foram mantidos constantes a massa de zinco, o volume e a concentração da solução
de ácido clorídrico. O que variou foi a presença de cobre: no primeiro experimento
não havia cobre e, no segundo, esse metal estava presente.
6. Sim. No primeiro experimento o tempo gasto para a formação de 30 cm3 de gás
hidrogênio foi bem maior do que no segundo experimento, em que o cobre estava
presente.
7. Para mostrar que o metal zinco reage com a solução de ácido clorídrico em um
tempo mensurável e que o metal cobre, nesse tempo, não reage. Se o cobre reagisse,
não poderia ser usado como catalisador.
14

8. O cobre agiu como catalisador. Pode-se chegar a essa conclusão observando-se
que o tempo gasto para a obtenção de um mesmo volume de H2(g) foi menor no
experimento que continha cobre.

Páginas 29 - 30

Nesta pesquisa, espera-se que os alunos busquem informações para ampliar seus
conhecimentos sobre catalisadores automotivos. No texto estudado em sala de aula já
existem algumas informações sobre esses catalisadores, mas, com a pesquisa, eles vão
poder encontrar várias outras, como, por exemplo:

• Além da platina e do paládio também pode-se usar outros metais, como ródio e
molibdênio.
• O conversor catalítico dos automóveis, em geral, tem estrutura em forma de colmeia
para aumentar a superfície de contato entre os gases e o catalisador.
• O conversor catalítico dos automóveis é chamado de “três vias”, pois transforma
monóxido de carbono, hidrocarbonetos voláteis e óxidos de nitrogênio em
substâncias como gás nitrogênio e gás carbônico. Aqui, é interessante discutir que,
apesar do gás carbônico ser menos nocivo do que o monóxido de carbono, ele é
considerado poluente por ser um dos gases responsáveis pelo efeito estufa.
• O catalisador não elimina totalmente os gases poluentes emitidos pelos automóveis
porque parte dos gases tóxicos não é convertida e também porque o automóvel
continua emitindo gás carbônico, que causa o efeito estufa.
• Recentemente, alguns cientistas publicaram que provavelmente o mecanismo de
atuação dos catalisadores de automóveis é diferente do que se imaginava e que eles
são mais eficientes do que se pensava.

15

1.
a) Porque na geladeira a temperatura é menor; portanto, as transformações
químicas que levam à deterioração dos alimentos ocorrem de maneira mais lenta.
b) 500 g de carne moída vão estragar mais rapidamente, pois, nesse caso, existe
uma superfície de contato maior entre a carne e as substâncias ou os microrganismos
presentes no ambiente, o que aumenta a rapidez com que as transformações químicas
que levam à deterioração se processam.
2. Pode-se colocar mais vinagre no prato sem mudar o volume de água. Dessa maneira,
haverá um aumento da concentração do vinagre, o que pode levar a um aumento na
rapidez de transformação. Pode-se também usar água quente, pois o aumento da
temperatura aumenta a velocidade das reações.

Páginas 32 - 33

As respostas obtidas nas entrevistas podem ser organizadas de forma a mostrar quais
as porcentagens das pessoas entrevistadas que consideram ou não importante observar
os prazos de validade e as condições de armazenamento de alimentos. Podem também
ser destacadas as respostas que contenham conhecimentos sobre os fatores que afetam a
velocidade de degradação dos alimentos, tais como temperatura ou superfície de contato
com o ar.

Na resposta da questão proposta ao final da pesquisa, pretende-se que o aluno discuta
que é importante verificar os prazos de validade dos alimentos, mas que esses prazos só
valem se forem seguidas as recomendações de armazenamento. Por exemplo, quando
um produto com prazo de validade de seis meses se conservado em congelador
(T  -18 oC) for armazenado em geladeira (T = - 4 oC), seu prazo de validade diminui,
pois, como foi discutido anteriormente, o aumento da temperatura acelera a rapidez das
transformações químicas.

16


COMO UTILIZAR MODELOS MICROSCÓPICOS PARA EXPLICAR
AS DIFERENÇAS NA RAPIDEZ DAS TRANSFORMAÇÕES?

Atividade 1 – Exercícios em sala de aula

Páginas 34 - 35
1. Para que ocorra a quebra de ligações nos reagentes e a formação de novas ligações
para dar origem ao produto, é necessário que a colisão ocorra com uma energia
suficiente para quebrar ligações nos reagentes e também com uma orientação
adequada.
2. Quando a temperatura é aumentada, a rapidez com que as partículas se movimentam
e suas energias vibracionais também aumentam, o que ocasiona um acréscimo na
probabilidade de ocorrência de colisões interpartículas com energia suficiente e
orientação adequada para que ocorra a transformação química.
3. Quando aumenta a concentração do reagente, aumenta a probabilidade das partículas
se chocarem. Se ocorrer mais choques, a rapidez da transformação pode aumentar,
porque há mais chances de ocorrerem colisões efetivas.
4. Quando aumenta a superfície de contato, mais moléculas “ficam expostas”,
aumentando a probabilidade da ocorrência de colisões. Quanto maior o número de
colisões, maior a probabilidade de colisões efetivas, o que aumenta a rapidez da
transformação química.

Páginas 35 - 40
1. Deve ter energia suficiente e orientação adequada.
2. É a energia mínima necessária para que a transformação ocorra.
3. A transformação que tem a menor energia de ativação (Ea2) será mais rápida, pois,
como a energia mínima necessária para que a reação ocorra é menor, mais choques
efetivos podem ocorrer justamente por haver esse tanto de energia mínima.

17

4. O catalisador funciona mudando o “caminho percorrido pela reação”. Nesse novo
“caminho”, são necessárias energias de ativação mais baixas do que a energia de
ativação da etapa lenta da reação sem a adição do catalisador. Dessa forma, a
transformação é mais rápida.
Uma ideia indesejável que pode ser associada à expressão “caminho percorrido pela
reação” é a de que as substâncias, ao reagirem, vão se deslocando em certa direção.
Alguns alunos chegam a acreditar que as substâncias se deslocam da esquerda para a
direita, talvez influenciados pela maneira como as equações químicas são escritas:
reagentes → produtos. É recomendável tomar cuidado para que essa ideia não seja
formada, além da ideia das etapas ser reforçada.

Páginas 40 - 41
1. Alternativa e.
2. Alternativa d.
3. Observa-se na tabela que as quantidades de ácido, tiossulfato e água foram colocadas
totalizando um volume de 10 mL. Desse modo, pode-se perceber que a concentração
de ácido se mantém constante, enquanto a concentração de tiossulfato varia.
Observa-se que, quando a concentração de tiossulfato aumenta, ocorre uma
diminuição no tempo de transformação, o que nos leva a concluir que, quanto maior
a concentração desse reagente, maior a rapidez da reação. Uma reação mais rápida
significa que o produto (enxofre, no caso) leva menos tempo para aparecer.
Na segunda tabela, todas as concentrações foram mantidas constantes e variou-se a
temperatura. Percebe-se que as concentrações são iguais às do último experimento da
primeira tabela. Na segunda tabela, o tempo que mais se aproxima do obtido para
essas concentrações é o que corresponde ao experimento feito à temperatura de
30 ºC.

18

Páginas 42 - 45
1. Nitrogênio: preservação de alimentos, medicamentos, sêmen e sangue; matéria-prima
na produção da amônia e do ácido nítrico; manutenção de atmosferas inertes.
Oxigênio: soldas e cortes metálicos; obtenção do gás hidrogênio do metano por
reforma catalítica; produção do acetileno; tratamento de esgoto; terapias
hiperbáricas.
Hélio: balões e dirigíveis; mistura com oxigênio para uso em mergulhos e trabalhos
em minas profundas; pesquisas sobre supercondutividade.
2.
a) É esperado um rendimento em torno de 35,9% de amônia.
b) Para que o rendimento fosse o maior possível, faria a síntese em temperaturas
próximas a 400 oC.
c) Podem ser encontrados os gases nitrogênio, hidrogênio e amônia, pois, como o
sistema está em equilíbrio químico, há coexistência entre reagentes e produtos. Como
a porcentagem de amônia formada é de 8,8, esta se encontrará em menor proporção
em relação aos gases nitrogênio e hidrogênio.
3. Porque a mastigação diminui o estado de agregação dos alimentos, aumentando a
superfície de contato entre eles e as substâncias químicas que farão parte do processo
de digestão.
4. Na experiência III, pois utiliza a maior temperatura, possui maior superfície de
contato entre o magnésio e o ácido clorídrico e maior concentração da solução de
ácido clorídrico.
5. Alternativa a. Pois, observando as etapas da transformação, percebe-se que o iodeto
(I-) atua como catalisador, já que ele participa da reação, mas é regenerado no final
do processo.
6. Alternativa a. Pois, nas soluções aquosas a possibilidade de colisões é muito maior. É
importante lembrar que no estado sólido a mobilidade das partículas é praticamente
nula e se os dois reagentes estiverem sólidos a probabilidade de ocorrerem colisões
efetivas é muito baixa.

19

AJUSTES

Caderno do Professor de Química – 3ª série – Volume 1

Professor, a seguir você poderá conferir alguns ajustes. Eles estão sinalizados a cada
página.

20

Química – 3a série, 1o bimestre

Texto e questões
Nessas máscaras, o ar atmosférico é misturado
O ar atmosférico, o ar que nos rodeia, por ser com gás oxigênio puro. O resultado é um ar mais
transparente e muitas vezes inodoro, é tomado rico em oxigênio, o que facilita a respiração dos
como um nada, como um espaço vazio. Mesmo doentes. Poucos sabem como esse oxigênio puro
quando sopra um vento, quando se ouvem notícias é obtido pelas empresas que o comercializam.
de furacões, quando as previsões do tempo apre-
sentam falas como “Uma massa de ar fria vinda Nas aulas de Ciências, aprendemos que o ar
do litoral deverá atingir a costa...”, não pensamos atmosférico é composto principalmente pelos
no ar como matéria, como uma mistura de gases. gases nitrogênio e oxigênio. A tabela a seguir
apresenta dados sobre a composição média do
Em hospitais são usadas máscaras de oxigê- ar seco e as temperaturas de ebulição dos com-
nio por pacientes com dificuldades respiratórias. ponentes do ar à pressão de 1 atm.

Composição do ar atmosférico seco e propriedades de seus constituintes
à pressão de 1 atm
Componente Volume (%) Temperatura de ebulição (oC) Temperatura de fusão (oC)
Nitrogênio 78,08 -196 -210
Oxigênio 20,95 -183 -219
Argônio 0,934 -186 -189
Neônio 0,001818 -246 -249
Hélio 0,0005239 -269 -272*
Hidrogênio 0,00005 -253 -259
Xenônio 0,0000086 -107 -112
Criptônio 0,0001139 -153 -157
* A temperatura de fusão do hélio é determinada a 26 atm.
Extraído de: GEPEQ. Interações e transformações III: a química e a sobrevivência: atmosfera, fonte de materiais. São Paulo:
Edusp, 2000, p. 54.

ff O que é temperatura de ebulição? expressão “temperatura de ebulição” e, às ve-
zes, usarmos “temperatura de liquefação”.
ff Para uma mesma substância nas mesmas con-
dições de temperatura e de pressão, o valor da ff A temperatura de ebulição do nitrogênio, de
temperatura de ebulição é igual ao valor da acordo com a tabela acima, é de -196 oC.
temperatura de liquefação, ou seja, a TE = A -200 oC, o nitrogênio encontra-se em
TF. Explique a razão de, às vezes, usarmos a que estado físico?

13


Esquema de uma Sugestão para o aprofundamento
coluna de fracionamento do estudo relacionando forças
interpartículas e ponto de ebulição:

Neste estudo, serão retomadas e aprofunda-
das as relações entre as forças interpartículas e
a estrutura da matéria para explicar as tempe-
raturas de ebulição (2a série, 2o e 3o bimestres).

Detalhe Retome algumas informações importantes:
do prato
que o gás argônio é monoatômico; que os ga-
ses nitrogênio e oxigênio são diatômicos; que,
no estado gasoso, as partículas estão afasta-
das umas das outras e não apresentam inte-
rações; e que no estado líquido há interações
entre as partículas.

A aula poderá ser encaminhada com per-
guntas como: “As moléculas de nitrogênio, de
oxigênio e de hidrogênio são polares ou apo-
lares? Pode haver forças elétricas agindo entre
essas partículas (entenda-se por partículas as
moléculas e o átomo de argônio)? Vocês lem-
bram qual a diferença entre o estado líquido e
o gasoso? Então, como explicar que a mistu-
Extraído de: GEPEQ. Interações e transformações III: a
química e a sobrevivência: atmosfera, fonte de materiais. ra acima pode ser liquefeita? Vocês se lembram
São Paulo: Edusp, 2000, p. 54. do que são forças de London? O que é um di-
polo instantâneo? Como pode aparecer? Vocês
acham que eletrosferas grandes, com muitos elé-
trons, são mais ou menos deformáveis que ele-
O ar atmosférico é considerado fonte de trosferas pequenas, com poucos elétrons? Qual
materiais úteis ao ser humano. Segundo o o número atômico do nitrogênio, do oxigênio,
texto, quais seriam esses materiais? Como são do hidrogênio e do argônio? O que precisa acon-
úteis ao ser humano? Essa pergunta será res- tecer para que a mistura líquida de ar atmosféri-
pondida em parte por meio da pesquisa que co passe para o estado gasoso?”. Olhem a tabela
será feita a seguir. apresentada no texto da página 13 – “Composi-
ção do ar atmosférico seco e propriedades de

15


As informações pesquisadas serão apre- teriais de outras fontes para que a consulta
sentadas na aula seguinte, ou na mesma, caso seja possível. A socialização das informações
se opte por uma pesquisa rápida em sala. pode ser feita mediante o preenchimento de
Nesse caso, você deve levar para a sala livros, uma tabela na lousa, conforme a sugestão a
revistas e artigos de jornal, bem como ma- seguir.

Métodos
Gás de obtenção Usos
industrial

Oxigênio (O2)

Nitrogênio (N2)

Argônio (Ar)

Neônio (Ne),
criptônio (Kr)
e xenônio (Xe)

Grade de avaliação da Situação de frações cada vez mais ricas no componente
Aprendizagem 1 mais volátil e que os gases assim obtidos são
mais puros ou menos puros, dependendo do
Após a realização desta Situação de Apren- dimensionamento das torres de destilação.
dizagem, espera-se que os alunos reconheçam
o ar atmosférico como sendo formado por É desejável também que eles consigam ler e
uma mistura de gases. Não se deve esperar que extrair informações da tabela da composição
todos entendam como os gases são separados média das temperaturas de ebulição dos compo-
nas torres de destilação. Basta que saibam que nentes do ar atmosférico. Os alunos costumam
a separação industrial dos gases a partir do apresentar muitas dificuldades em entender o
ar atmosférico é feita com base nas diferen- significado físico de valores negativos de tempe-
ças de suas temperaturas de ebulição e que, raturas; muitos custam a entender que, quanto
quando se destilam misturas de componentes maior o valor numérico (o valor em módulo),
com temperaturas de ebulição muito próxi- mais baixa é a temperatura de ebulição e mais
mas, não se consegue uma boa separação, e volátil é o componente. Por esse motivo, sugeri-
sim uma mistura de gases mais rica no compo- mos que, ao analisar a tabela, se forem notadas
nente mais volátil. É interessante entender que dificuldades, que sejam propostas mais questões
destilações sucessivas permitem a obtenção de de análise, mesmo que sejam repetitivas.

17

é aplicada a outras transformações quími- a) Você diria que essa reação atingiu um
cas. Isso se dá por intermédio da questão 3, equilíbrio químico? Justifique.
que analisa se a reação de queima de álcool
etílico é um equilíbrio químico, e a seguir b) Quantos mols de A e de B coexistem
pela questão 4, a qual pede que se reconheça com C e D?
qual entre as duas transformações químicas
– a queima do carvão ou a formação do te- Ao prosseguir com a discussão, podem-se
tróxido de dinitrogênio – atingiu um estado retomar as conclusões anteriores, em que no es-
de equilíbrio químico. tado de equilíbrio químico coexistem reagentes
e produtos em quantidades constantes, mas não
Caso você ache necessário, outras pergun- necessariamente iguais, e pode-se continuar a
tas e exercícios podem ser propostos para que leitura do texto ou sua aula, destacando os pas-
se reflita sobre o que foi estudado até aqui. sos de Haber para tentar achar uma maneira de
Por exemplo: obter maior quantidade de amônia a partir da
reação entre os gases hidrogênio e nitrogênio.
ff Foram colocadas para reagir uma substân-
cia A e uma substância B em um sistema Os pontos a ser considerados seriam:
fechado. Após certo tempo, não se pode
mais detectar a presença nem de A nem de ff Fritz Haber, cientista alemão (1868-1934),
B, mas pode-se detectar a presença de uma verificou que, se a síntese fosse realizada a
nova substância X. Considerando que, du- temperaturas baixas (cerca de 100 oC), essa
rante todo o processo, a massa do sistema transformação seria muito lenta, porém for-
se manteve constante, você diria que essa maria bastante amônia, ou seja, o rendimento
transformação atingiu um equilíbrio quí- da reação seria alto. Porém, a transformação
mico? Justifique. química é tão lenta que se tornaria inviável
em termos de produção industrial.
ff Num recipiente vazio, de capacidade de 1
litro, é introduzido 0,8 mol de um compos- ff Se a síntese fosse realizada a temperaturas
to A e 0,8 mol de um composto B. Esses altas (cerca de 1 000 oC), essa transformação
compostos reagem lentamente segundo a seria muito rápida. Entretanto, obter-se-ia
equação: muito pouca amônia gasosa, ou seja, o ren-
dimento da reação seria muito baixo. Nes-
1A + 1B 1C + 1D sas condições, a transformação também
não seria viável em escala industrial.
Após certo tempo, verifica-se que se for-
mou 0,6 mol de C e 0,6 mol de D, e que essas ff Haber testou em laboratório diferentes
quantidades se mantêm constantes. combinações de pressões e temperaturas,

22

mundial e para produzir matéria-prima para que tentem explicar o significado da sigla NPK.
os biocombustíveis, o que pode acarretar uma Serão encontrados diferentes sais de potássio, de
alta no preço dos fertilizantes, a qual se refle- amônio e de fósforo, fundamentais para uma boa
tiria no preço final dos alimentos. O Brasil é o fertilização dos solos. Como o foco do estudo são
quarto país consumidor de fertilizantes, tendo o nitrogênio e a amônia, pode-se então destacar
consumido em 2006 cerca de 7% da produção algumas substâncias nitrogenadas fabricadas a
mundial, dos quais 74% representam impor- partir da amônia e presentes em fertilizantes, tais
tações. Essa dependência econômica pode ser como a ureia (NH2)2 CO), o nitrato de amônio
discutida, assim como o impacto de uma alta (NH4NO3), o sulfato de amônio ((NH4)2SO4), o
nos preços de alimentos na qualidade de vida cloreto de amônio (NH4Cl), o fosfato de cálcio
da população. e amônio (CaNH4PO4) e o nitrato de amônio e
cálcio (CaNH4(NO3)3), entre outras. Seguem as
Para que se conheçam quimicamente as subs- reações envolvidas na obtenção de duas delas:
tâncias presentes nos fertilizantes, você pode tra-
zer rótulos desses produtos e pedir aos alunos Obtenção do sulfato de amônio:

2NH3(g) + 2H+(aq) + SO4 (aq)
2–
2NH4 (aq) + SO4 (aq)
+ 2–

2NH+ (aq) + SO4 (aq) evaporação (NH4)2SO4(s)
4
2–

Obtenção do fosfato de cálcio e amônio:

2NH3(g) + 2H+(aq) + PO4 (aq)  2NH4 (aq) + PO4 (aq)
3– + 3–

NH+4 (aq) + Ca2+ (aq) + PO43– (aq) evaporação CaNH4 PO4(s)

A amônia também é importante matéria-pri 4NH3(g) + 5O2 (g)  4NO(g) + 6H2O(g)
ma na fabricação de plásticos, de barrilha –
processo Solvay, que será estudado com detalhes 2NO(g) + O2(g)  2NO2(g)
no próximo bimestre – e do ácido nítrico.
3NO2(g) + H2O(l)  2HNO3(aq) + NO(g)
O ácido nítrico era inicialmente obtido a
partir da reação do salitre do Chile com áci- O ácido nítrico é importante matéria-prima
do sulfúrico. Atualmente, é obtido a partir da industrial. É usado diretamente na decapagem
oxidação da amônia. As reações envolvidas de metais, na síntese de ácido sulfúrico, para
encontram-se abaixo representadas: fazer gravações em metais, entre outras aplica-

30

Para iniciar a atividade, pode-se solicitar água. Essa transformação pode ser assim re-
que os alunos retomem as ideias discutidas presentada:
na Situação de Aprendizagem 2. Isso pode ser
feito com a seguinte questão: retome o texto HCO– (aq) + H+(aq)  H2O(l) + CO2(g)
3
lido na atividade anterior e aponte os fato-
res que podem afetar a rapidez da síntese da É possível modificar a rapidez dessa trans-
amônia. Pode também perguntar: “Será que formação química? Como isso poderia ser
existem outros fatores que podem modificar a feito? Neste experimento, encontraremos res-
rapidez de transformações químicas?”. postas para essas questões.

Dando continuidade ao estudo, você poderá Parte I – Como a temperatura pode afetar
propor experimentos que os levem a reconhecer e a rapidez de uma transformação química?
a analisar como as variações da temperatura e do
estado de agregação dos materiais podem afetar Antes de iniciar o experimento, reflita e
a rapidez de uma transformação química. responda por escrito:

Cópias dos procedimentos experimentais ff Um comprimido efervescente leva o mes-
poderão ser distribuídas para grupos de três ou mo tempo para reagir completamente na
quatro alunos. Nesse caso, os comprimidos efer- água quente e na água gelada? Justifique.
vescentes podem ser cortados previamente em
quatro partes, de forma a usar dois quartos na Agora, leia o procedimento a seguir com
parte I e o restante na parte II. Se não se dispuser atenção e execute o que for pedido.
de laboratório, pode-se fazer o experimento na
sala de aula, pedindo o auxílio de alguns alunos. Materiais
A água quente e a água gelada podem ser arma- ff 1 comprimido efervescente;
zenadas em garrafas térmicas. É importante pe-
dir o registro por escrito das respostas às questões ff 2 copos transparentes e incolores;
propostas nos roteiros para posterior discussão.
ff Água gelada;
Experimento 1 – Estudando a rapidez
da transformação química envolvendo ff Água quente.
comprimido efervescente1 e água
Procedimento
Certos comprimidos antiácidos contêm ff Divida o comprimido efervescente em qua-
hidrogenocarbonato de sódio2 e ácido cítri- tro partes iguais. Preserve duas partes para
co, que reagem entre si quando colocados em a Parte II deste experimento.
1
O comprimido pode ser de sal de fruta ou vitamina C efervescente.
2
Em todas as ocorrências, onde se lê “bicarbonato de sódio” leia-se “hidrogenocarbonato de sódio”.

34


ff Coloque água quente em um dos copos até Agora, leia o procedimento a seguir com
metade de sua capacidade. atenção e execute o que for pedido.
Materiais
ff Faça o mesmo com a água gelada no outro
copo. ff Duas partes do comprimido efervescente
reservadas na parte I do experimento;
ff Adicione, simultaneamente, um pedaço do
comprimido em cada copo. Observe e res- ff Água à temperatura ambiente;
ponda às questões a seguir em seu caderno.
ff 2 copos transparentes e incolores;
Questões
ff Colher de sopa;
1. Quais diferenças você observa na transfor-
mação química estudada quando se utiliza ff Pires.
água em diferentes temperaturas?
Procedimento
2. Qual é a relação que pode ser estabelecida
entre o tempo de ocorrência de uma trans- ff Coloque água à temperatura ambiente nos
formação química e sua rapidez? dois copos até a metade da sua capacidade.

3. A variação da temperatura da água afetou ff Utilizando a colher, triture um dos pedaços
a rapidez da reação estudada? Por quê? do comprimido efervescente sobre um pires.

4. Suas previsões foram coerentes com os re- ff Adicione simultaneamente o pedaço do
sultados? Se isso não ocorreu, explique as comprimido inteiro em um dos copos e o
diferenças. pedaço triturado no outro. Observe e res-
ponda às questões a seguir em seu caderno.
Parte II – Como a superfície de contato
pode afetar a rapidez de uma transformação Questões
química?
1. Em qual das situações houve maior superfí-
Antes de iniciar o experimento, reflita e cie de contato entre os reagentes? Justifique.
responda por escrito:
2. Quais diferenças você observa na transfor-
Um comprimido efervescente triturado leva mação química estudada quando se utiliza
o mesmo tempo para reagir completamente que comprimido efervescente em diferentes es-
um comprimido efervescente inteiro? Justifique. tados de agregação?

35

2. Baseado nos tempos de transformação ob- Pode-se também perguntar o que aconte-
servados, o que você conclui a respeito das ceria com a concentração da solução 2 se ela
velocidades dessa transformação quando a recebesse adição de água de forma que seu
concentração do ácido é alterada? volume dobrasse, e se isso modificaria a rapi-
dez da reação. A discussão da resposta a ser
3. Suas previsões (respostas à questão 1) fo- dada para esta questão permitirá relembrar
ram coerentes com os resultados? Se isso que, no processo de diluição, ocorre adição
não ocorreu, tente explicar as diferenças. de solvente a uma solução, causando dimi-
nuição na sua concentração. Nesse caso, a
4. Faça uma previsão do que aconteceria concentração cairá para a metade, pois o vo-
com a concentração da solução no copo 2 lume da solução terá dobrado, o que causará
se fosse adicionada água de forma que seu a diminuição na rapidez da reação. A reação
volume dobrasse. A velocidade da reação no copo 2 acontecerá com a mesma rapidez
seria modificada? Justifique. da do copo 1.

Neste momento, podem ser realizadas a sín- A realização do Experimento 2 deve
tese e a análise das observações feitas. Podem-se levá-los a compreender que a solução que
colocar na lousa os resultados obtidos pelos dife- contém a maior quantidade de vinagre é a
rentes grupos. Devem ser retomadas as previsões mais concentrada e que, nesse caso, maior
feitas antes do experimento, podendo os alunos concentração da solução faz com que a rea-
ser estimulados a explicar possíveis incoerências. ção ocorra em menor tempo; portanto, será
Para ajudá-los, você pode perguntar em qual mais rápida.
copo a transformação química se deu em menos
tempo, e em seguida, perguntar se diriam que a Dessa forma, pode-se dizer que o au-
rapidez da transformação química foi maior no mento da concentração dos reagentes pode
copo 1 ou no 2. Deve-se chegar à conclusão de aumentar a rapidez das transformações
que o desprendimento de gás carbônico foi mais químicas. É importante alertá-los que exis-
rápido na reação que utilizou como reagente uma tem transformações químicas nas quais
solução de vinagre de maior concentração. É in- mudanças na concentração de um ou mais
teressante também ressaltar a ideia de que a con- reagentes podem não influir em sua rapi-
centração da solução do copo 2 é o dobro da do dez. Como exemplo, pode ser citada a re-
copo 1, pois contém o dobro da quantidade de ação entre os íons S2O3 e H+, descrita pela
2–

soluto para uma mesma quantidade de solução. equação a seguir:

S2O3 (aq) + 2H+(aq)  SO2(g) + H2O(l) + S(s)
2–

38


1. O que se manteve constante quando se A Tabela 2 apresenta as observações feitas
comparam os experimentos 1 e 2? O que quando zinco (Zn) e ácido clorídrico (HCl –
foi variado? 0,5 mol/L) são misturados na presença e na
ausência de cobre. Foram feitas medidas do
2. Foram observadas diferenças nos resulta- tempo necessário para a formação de 30 cm3
dos? Quais? do gás hidrogênio (H2).

Tabela 2 - Observações para os sistemas Zn/HCl e Zn/HCl/Cu
Tempo para liberar 30
Experimento Reagentes Observações
cm3 de H2(s)
0,5 g de Zn + 10 cm3 de
3 315 _
HCl (0,5 mol/L)
0,5 g de Zn + 10 cm3 de HCl Massa de cobre não
4 144
(0,5 mol/L) + 0,5 g de Cu se altera

1. O que se manteve constante quando se com- catalisador em uma transformação aumentará
param os Experimentos 3 e 4? O que variou? a sua rapidez. Podem também ser dados outros
exemplos da ação de catalisadores, como a que
2. Foram observadas diferenças nos resulta- ocorre na decomposição da água oxigenada em
dos? Quais? presença de sangue ou a da digestão de alimen-
tos em presença de enzimas.
3. O que se pode dizer sobre a ação do cobre
na transformação? Para finalizar esta Situação de Apren-
dizagem, pode ser proposta uma atividade
Uma apresentação oral das respostas per- extraclasse na qual os alunos levantem os co-
mite retomar a discussão sobre a importância nhecimentos da comunidade em que vivem
do controle de variáveis ao se planejar uma ati- sobre os fatores que podem afetar o processo
vidade experimental. A análise dos resultados de degradação dos alimentos. Um exemplo de
deve levar à conclusão de que a presença de um roteiro está apresentado a seguir:

Sugestão de roteiro para a entrevista degradação dos alimentos e o que sabem sobre o as-
sunto. Podem ser utilizadas as seguintes questões:
Faça uma entrevista com seus familiares e ami-
gos para avaliar que importância eles atribuem ao Você costuma observar as datas de validade
conhecimento dos fatores que afetam a rapidez de quando compra um alimento?

41

ff Em qual dos casos a água não terá forma trando que, no sólido, a interação é a maior
fixa, mas ocupará um espaço definido? e, no gasoso, é a menor. É comum apresen-
tarem concepções a respeito de espaços va-
ff Em qual dos casos a água não terá forma zios entre as partículas, que seriam sempre
fixa e ocupará todo o espaço disponível? menores no estado sólido ou sempre maio-
res no estado líquido.
Imagine como estariam as moléculas de
água em cada um dos béqueres e faça um de- Essas concepções podem levar a conclu-
senho representando o seu comportamento sões incorretas, como no caso da água, que,
nos três estados. no estado sólido, apresenta uma organização
de moléculas que ocupa um volume maior do
Podem-se colocar essas questões na lousa, que no estado líquido, embora a interação en-
dividir os alunos em grupos de 4 ou 5 e pe- tre elas seja maior no estado sólido.
dir que, após uma breve discussão, deem as
respostas por escrito. Os desenhos podem ser Um exemplo de desenho que pode ser feito
transcritos na lousa por eles. para orientar a discussão é apresentado a seguir:

Em seguida, proponha uma discussão

© Claudio Ripinskas/R2-Criações
sobre as diferenças de comportamento das
moléculas de água com a variação de tem-
peratura do material. Para iniciá-la, é im-
portante resgatar o que foi estudado sobre o
comportamento das partículas e átomos que
compõem os materiais nos estados sólido, lí-
quido e gasoso.
Dessa forma, deve-se chegar à conclusão de
Devem ser apresentadas inicialmente as que a matéria é constituída de partículas que
características macroscópicas que diferen- se movem incessantemente, com certa rapidez
ciam os três estados: os sólidos têm forma a cada temperatura. O aumento na temperatu-
e volume definidos, os líquidos só têm volu- ra significa aumento na rapidez de movimen-
me definido e os gases não têm nem forma tação das partículas, aumentando sua energia
nem volume definidos, assumindo a forma e cinética e diminuindo sua interação.
o volume do recipiente que os contém. Em
seguida, podem ser analisados os desenhos Para retomar a visão microscópica a respei-
feitos por eles, e você deverá chamar a aten- to da ocorrência das transformações químicas,
ção para as diferenças de interação entre as pode ser proposta a seguinte questão, a ser res-
moléculas de água nos três estados, mos- pondida em pequenos grupos, por escrito:

44


Conforme estudado na Situação de Apren- animações encontradas na internet. Seguem
dizagem 2, sabemos que o gás hidrogênio re- duas sugestões de animações disponíveis em:
age com o gás nitrogênio formando amônia. <http://www.chem.iastate.edu/group/Greenbo-
Essa transformação está representada pela we/sections/projectfolder/animations/HCl(aq).
equação abaixo: htm> e <http://www.chem.iastate.edu/group/
Greenbowe/sections/projectfolder/animations/
3H2 (g) + N2(g) → 2NH3(g) H2Osingleeq.html>. Acesso em: 6 ago. 2009.

Represente, por meio de desenhos, o com- Dando continuidade à abordagem, é im-
portamento das moléculas de hidrogênio e de portante que se estabeleçam relações entre a
nitrogênio durante a transformação. rapidez de movimentação das partículas e a
rapidez das transformações. Para iniciar essa
Alguns dos desenhos feitos podem ser reprodu- discussão, pode-se propor a seguinte questão:
zidos na lousa pelos próprios alunos. Em seguida,
deve-se relembrar que a transformação química en- Considerando o que já foi estudado sobre
volve um rearranjo de átomos e que há quebra das a formação da amônia a partir dos gases hi-
ligações existentes entre os átomos dos reagentes drogênio e nitrogênio, podemos dizer que a
e formação de novas ligações entre esses átomos, rapidez com que ocorre essa transformação é
formando os produtos. Para iniciar essa discussão modificada quando aumentamos a tempera-
podem ser utilizadas algumas questões, como: O tura do sistema. Por que isso ocorre?
que ocorre com as ligações entre os átomos que
compõem os reagentes durante uma transforma- Após a elaboração das respostas pelos alu-
ção? Como esses átomos formam os produtos? nos, pode-se retomar a questão, dizendo que
a transformação ocorreria mais rapidamente
Nesse momento, pode ser lançada a ideia com o aumento da temperatura, pois as molé-
de que a quebra das ligações entre os áto- culas dos reagentes estariam se movendo com
mos que compõem os reagentes pode ocorrer maior rapidez e colidindo com mais força e
quando as partículas colidem e que essa coli- mais frequentemente. Dessa forma, seriam fa-
são, chamada choque efetivo, deve ter certas cilitadas as quebras das ligações entre os áto-
características que serão vistas mais adiante. mos dos reagentes e as formações das ligações
entre os átomos do produto.
A ideia de que choques entre partículas
podem provocar rupturas e formação de no- Para introduzir o conceito de choque efeti-
vas ligações não é de difícil compreensão. vo, você poderia continuar perguntando: “To-
Pode-se concretizá-la por meio de simulações das as colisões entre partículas possibilitam a
(usando-se bolas de isopor ou outros objetos), quebra das ligações entre os reagentes e a for-
dramatizações e mesmo, se houver condições, mação de novas ligações nos produtos?”.

45


ff Formule uma explicação para o fato de que utilizando zinco em raspas e zinco em pó, para
a rapidez da reação em estudo aumenta avaliar a influência da superfície de contato
quando são utilizadas soluções de HCl de entre os reagentes sobre a rapidez da reação.
concentrações crescentes. O experimento mostrou que o aumento da su-
perfície de contato entre o zinco e a solução de
A discussão das respostas deve auxiliá-los a HCl causa aumento na rapidez de formação
perceber que o experimento foi feito à tempera- dos produtos. Novamente, caso se disponha
tura constante e que os dois esquemas procu- de material, sugere-se que esse experimento
ram representar que o estado de agregação do seja demonstrado.
zinco e sua massa também são mantidos cons-
tantes. Ao considerar que o número de íons H+ Para que se possa dar uma explicação mi-
e Cl- é igual nos dois recipientes e que o número croscópica para esse fato, novamente se sugere
de moléculas de água é maior no segundo, po- que seja feita uma análise dos esquemas 1 e 2,
derão concluir que a solução de HCl está mais apresentados a seguir.
concentrada no recipiente 1. Deverão, então,
concluir que o fato de a rapidez da reação es- Considere que os esquemas representam a
tudada aumentar quando há um aumento da situação imediatamente anterior ao início da
concentração de HCl se deve à maior probabi- reação, ou seja, leve em consideração que os
lidade das partículas dos reagentes colidirem. reagentes acabaram de ser misturados e que
ainda não houve a formação dos produtos em
Dessa forma, poderão concluir que o au- nenhum dos dois recipientes.
mento na concentração dos reagentes envolvi-

© Claudio Ripinskas/R2-Criações
dos em uma transformação pode aumentar a
rapidez com que esta ocorre, dado as partícu-
las terem mais chance de se encontrar.

Para que sejam estabelecidas relações entre
a superfície de contato entre os reagentes, as
colisões entre partículas e a rapidez das trans-
formações, pode ser feita outra análise da
transformação envolvendo zinco e solução de
ácido clorídrico.

Zn(s) + 2HCl (aq)  H2 (g) + ZnCl2 (aq)

É importante informar que foi feito um es-
tudo experimental, à temperatura constante,

47

Sugestões de perguntas que podem auxiliar ff Formule uma explicação para o fato de
a análise dos esquemas: a rapidez da reação em estudo aumentar
quando o zinco está mais desagregado.
ff A temperatura foi mantida constante du-
rante o experimento? Após as respostas, pode-se explicar que o
esquema procura demonstrar que a superfí-
ff O número de íons H+ e Cl- e de átomos de cie de contato entre os reagentes variou, en-
Zn é igual nos dois recipientes? quanto todos os outros fatores (temperatura,
massa de zinco e concentração de HCl) foram
ff O número de moléculas de água é igual nos mantidos constantes.
dois recipientes?
Pode-se dizer que o zinco está menos agre-
ff A massa de zinco é igual nos dois recipientes? gado no recipiente 2 e que há maior facilidade
das partículas colidirem nesse caso. Dessa for-
ff A concentração de H+ e de Cl- é igual nos ma, deve-se concluir que o aumento na super-
dois recipientes? Por que isso é importante? fície de contato entre os reagentes envolvidos
em uma transformação pode aumentar a ra-
ff Em qual dos recipientes há maior superfí- pidez com que esta ocorre em razão da maior
cie de contato entre os átomos de zinco e os chance das partículas colidirem.
íons H+ e Cl-?
Para iniciar a discussão sobre a ação dos ca-
ff Em qual dos recipientes é mais fácil que os talisadores, pode-se apresentar o texto a seguir.
átomos de Zn e os íons H+ e Cl- se encon- Pode ser feita uma leitura em conjunto com a
trem? classe, destacando os pontos mais importantes.

Texto 1 – Retomando o conceito de choque tivos e devem possuir energia suficiente e orien-
efetivo e estudando o caminho percorrido du- tação adequada.
rante uma transformação química

Conforme visto nas aulas anteriores, não é Dessa forma, podemos supor que a trans-
qualquer colisão entre partículas de reagentes formação química se desenvolve percorrendo
que vai causar a quebra de ligações entre os um caminho onde exista um obstáculo, uma
seus átomos e propiciar a formação de novas li- barreira de energia a ser vencida. Essa barreira
gações, formando os produtos. As colisões que representa a energia mínima necessária para que
possibilitam a ocorrência das transformações a transformação ocorra e é chamada energia de
são chamadas colisões efetivas ou choques efe- ativação.

48


Quanto maior a energia de ativação de uma Quando ocorre uma colisão com energia
transformação, mais lenta ela tenderá a ser, pois suficiente e orientação adequada, forma-se um
será menor o número de partículas que terão aglomerado dos átomos dos reagentes, que é
condições de colidir de modo a superar essa bar- chamado complexo ativado. Quando o com-
reira energética. plexo é formado pela orientação adequada do
choque, as ligações entre os átomos que com-
Com relação à orientação do choque, é ne- põem os reagentes poderão ser rompidas e, neste
cessário que as partículas colidam de forma a caso, se formarão novas ligações, formando os
atingir certas regiões das partículas, como mos- produtos. Neste caso, a transformação química
tra a figura a seguir, que ilustra a ocorrência de ocorrerá. Se, por outro lado, o complexo ativado
choques para a transformação H2 + I2 → 2HI. for malformado, a transformação química não
ocorrerá.
Claudio Ripinskas/R2-Criações

No esquema ao lado, foi considerada a coli-
são envolvendo duas partículas. O que ocorreria
se a transformação envolvesse um número maior
de partículas de reagentes? Seria muito mais di-
fícil ocorrer uma colisão efetiva se mais de duas
a) olisão efetiva com orientação
C partículas se chocassem de uma só vez, pois a
adequada e energia suficiente chance do choque ter uma orientação adequada
seria muito pequena.

Dessa forma, quando a transformação en-
volve mais de duas partículas, podemos supor
que ela ocorre em etapas, nas quais as par-
tículas colidem duas a duas. Em cada etapa
malformado haverá a formação de um complexo ativado
b) olisão não efetiva sem orientação
C diferente e cada uma terá uma energia de ati-
adequada
vação própria.

Considere a reação global representada a se-
guir:

Comparação entre as orientações de uma colisão efeti-
va e de uma colisão não efetiva para a transformação:
H 2 + I2 → 2HI.

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Claudio Ripinskas/R2-Criações
3

1

D D

Ausência de catalisador: a decomposição ocorre em uma Presença de catalisador: a decomposição ocorre em 3
única etapa etapas

1. CH2O 2 + H+  (CH3O2) + etapa rápida
CH2O 2  H 2O + CO 2. (CH3O2)  H2O + (COH)
+ +
etapa lenta
3. (COH)  CO + H
+ +
etapa rápida

Extraído de: GEPEQ. Interações e transformações II: re-elaborando conceitos sobre transformações químicas: ciné-
tica e equilíbrio. 3. ed. São Paulo: Edusp, 2005, p. 77.

Nota-se que, no sistema sem catalisador, a de- Deve-se observar que o H+ é o catalisador
composição do ácido metanoico ocorre em uma dessa transformação, pois dela participa (é
única etapa, envolvendo somente um complexo consumido na etapa 1), modifica o caminho da
ativado que exige, para se formar, uma energia transformação (seu mecanismo), diminui o tem-
de ativação (Ea). Por outro lado, no sistema com po de decomposição do ácido fórmico e se rege-
catalisador, a decomposição ocorre por outro ca- nera no final do processo (etapa 3).
minho, que envolve três etapas nas quais se for-
mam complexos ativados que exigem energias de Os químicos chamam de mecanismos de
ativação menores do que Ea. Como as energias de reação a uma descrição pormenorizada de como
ativação Ea1, Ea2 e Ea3 são mais baixas do que Ea, uma transformação química acontece. Trata-se
maior será o número de partículas que conseguirão de uma hipótese que se faz para explicar fatos
atingir essas energias mais rapidamente, possibili- observados como, por exemplo, explicar a ação
tando que um maior número de choques efetivos de catalisadores. Alguns mecanismos já estão bem
aconteça em menos tempo. Dessa maneira, a rapi- estabelecidos, ou seja, explicam satisfatoriamente
dez total da decomposição do CH2O2 será maior se muitos fatos, permitindo que se façam previsões
o catalisador tomar parte na transformação. que se verificam na realidade. Entretanto, é impor-

51

Reações foram substituídas pelas
que constam no CA, pg. 39.

tante ter claro que, à medida que novos fatos são 4a) NHads + Hads → NH2ads ou Fe – NHads + Fe –
descobertos, os mecanismos podem ser modifica- Hads → Fe – NH2ads (representação da segunda
dos e mesmo descartados, ou seja: um mecanismo etapa da reação entre nitrogênio (do Fe –
não é uma descrição da realidade, e sim uma ten- NHads) e hidrogênio adsorvidos na superfície
tativa de explicação de uma série de fatos relativos do ferro)
a como ocorrem as transformações químicas.
5a) NH2ads + Hads → NH3ads ou Fe – NH2ads +
Hoje, acredita-se que a síntese da amônia na Fe – Hads → Fe – NH3ads (representação da
presença de ferro aquecido (catalisador) se dá de terceira etapa da reação entre nitrogênio (do
acordo com as etapas: Fe – NH2ads) e hidrogênio adsorvidos na su-
perfície do ferro ocorrendo a formação da
1 ) N2(g) + 2 Fe(g) → 2 Fe – Nads (etapa lenta)
a
amônia)

(representação do composto intermediário 6a) NH3ads → NH3dessorv ou Fe – NH3ads → Fe +
formado pelo metal ferro com gás nitrogê- NH3dessorv (representação da dessorção do gás
nio adsorvido em sua superfície) amônia da superfície do ferro; observem que
o metal ferro participa da transformação,
2 ) H2(g) + 2 Fe → 2 Fe – Hads
a
mas se regenera no final)

(representação do composto intermediário Quando uma molécula se adsorve (ou se fixa)
formado pelo metal ferro com gás hidrogênio à superfície do catalisador, suas ligações ficam
adsorvido em sua superfície) mais fracas e mais fáceis de quebrar. No pro-
cesso Haber, a adsorção de moléculas do gás ni-
3 ) Nads + Hads → NHads ou Fe – Nads + Fe – Hads
a
trogênio sobre o ferro é muito importante, pois,
→ Fe – NHads(representação da primeira eta- dessa maneira, a tripla ligação entre os átomos
pa da reação entre nitrogênio e hidrogênio N2(g) é enfraquecida.
adsorvidos na superfície do ferro)

Depois da leitura do texto, pode-se respon- ff O que é energia de ativação?
der às seguintes questões:
ff Considere duas transformações com di-
ff Quais as características de uma colisão efe- ferentes energias de ativação (Ea), sendo
tiva? Ea1 Ea2. Considerando somente esse as-

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pecto, qual transformação será mais rápi- que o catalisador possibilita que a transfor-
da? Por quê? mação ocorra por outro caminho, com ener-
gias de ativação menores, possibilitando que
ff Como funciona um catalisador? Para res- um maior número de choques atinja a energia
ponder, considere a sua ação sobre o ca- mínima necessária para ocorrer a reação.
minho percorrido em uma transformação
química. Grade de avaliação da Situação de
Aprendizagem 4
Na primeira questão, os alunos devem
dizer que a colisão efetiva precisa ter uma Ao responder às questões propostas nas
orientação correta e uma energia suficiente diferentes atividades, o aluno desenvolverá as
para que sejam rompidas as ligações entre os habilidades de leitura e interpretação de textos
átomos dos reagentes e formadas as novas li- e diagramas. Será também levado a elaborar
gações dos produtos. Na segunda questão, e, em seguida, a analisar modelos propostos
devem ter dito que a energia de ativação é o para explicar os efeitos de cada um dos fatores
valor de energia mínimo que deve ser atingi- estudados sobre a rapidez das transformações
do pelo choque entre as partículas para que a químicas. Dessa forma, espera-se que ele de-
transformação aconteça. Na terceira questão senvolva sua capacidade de abstração de for-
pode-se responder que a transformação que ma a interpretar fenômenos tanto do ponto de
possui menor energia de ativação será a mais vista macroscópico quanto do ponto de vista
rápida. Na quarta questão, deve-se explicar microscópico de forma clara e plausível.

proposta de Questões para aplicação em avaliação

Seguem algumas sugestões de questões Nitrogênio: matéria-prima para síntese da
amônia.
para sua escolha e aplicação em avaliação.

Oxigênio: uso médico (para auxiliar na res-
1. Dê um exemplo de como cada um dos se- piração).
guintes gases são usados pelo ser humano:
nitrogênio, oxigênio e hélio. Hélio: em balões e dirigíveis

53


3. Considerando seus estudos sobre os fa- que farão parte do processo de sua digestão, re-
tores que podem afetar a velocidade das duzindo o tempo em que ela acontece.
transformações químicas, explique por que
mastigar bem os alimentos é indispensável 4. No laboratório, o gás hidrogênio pode ser
para que sejam bem digeridos. preparado pela reação de magnésio com
solução de ácido clorídrico. Em qual das
Porque a mastigação diminui o estado de agre- experiências apresentadas na tabela a ra-
gação dos alimentos, aumentando a superfície pidez de formação de gás hidrogênio será
de contato entre eles e as substâncias químicas maior? Justifique sua resposta.

Experiência Temperatura (oC) Magnésio Concentração de ácido clorídrico (mol/L)

I 25 granulado 1,0

II 25 granulado 0,5

III 30 em pó 1,0

IV 30 em pó 0,5

V 30 em raspas 1,0

Na experiência III, pois utiliza a maior tem- Assinale a afirmativa correta:
peratura, possui maior superfície de contato
do magnésio e maior concentração da solu- a) o processo descrito utiliza catalisador;
ção de ácido clorídrico.
b) a energia de ativação da primeira etapa é
5. O peróxido de hidrogênio, H2O2, comumen- menor do que a energia de ativação da se-
te chamado de água oxigenada, pode reagir gunda etapa;
com íons I- em solução aquosa, segundo uma
reação que se processa em duas etapas: c) a equação global correspondente ao
processo é 2 H2O2 → 2 H2O;
(1ª etapa, lenta)
H2O2(aq) + I-(aq) → H2O(l) + IO-(aq) d) o peróxido de hidrogênio (H2O2) não se
transforma em água (H2O) e gás oxigê-
(2ª etapa, rápida) nio (O2);
H2O2(aq) + IO-(aq) → H2O(l) + O2(g) + I-(aq)
e) o íon IO– produzido na primeira etapa
não é consumido na segunda etapa.

55


Na Situação de Aprendizagem 2, deve- fica ainda mais difícil. Para a recuperação da
rão ser exploradas transformações químicas Situação de Aprendizagem 3, por exemplo,
reversíveis. Sugere-se que seja indicado por pode-se solicitar que seja feito um resumo
que foi importante o controle da pressão e enumerando quais os fatores que modificam a
da temperatura no desenvolvimento do pro- rapidez das transformações químicas e que se
cesso da síntese da amônia e que refaçam os encontrem pelo menos dois exemplos do co-
exercícios, novamente modificados. Pode-se tidiano nos quais a influência desses fatores é
pedir que copiem a síntese final apresentada perceptível.
no texto e que busquem nele as situações que
permitiram as conclusões apresentadas na A recuperação da Situação de Aprendiza-
síntese. Por exemplo: “Resumindo o que foi gem 4 também é difícil, pois se trata de uma
estudado, podemos dizer que existem trans- abordagem microscópica, que exige maior
formações químicas que são reversíveis”. O abstração, tarefa difícil para ser realizada au-
aluno poderá dizer algo como: “O experi- tonomamente. Talvez possam ser aplicados
mento realizado pelo analista químico que questionários baseados em questões do pró-
repetiu o experimento de Haber mostra isso, prio texto, que busquem estabelecer mais re-
pois aumentou a temperatura e a quantida- lações entre aspectos macro e microscópicos.
de de amônia, por sua vez, diminuiu. Como Por exemplo: Para discutir a ideia de choque
não saiu amônia do frasco (o sistema estava efetivo, faça uma analogia com batidas de
fechado), a amônia só pode ter se decompos- automóveis: compare as consequências en-
to”. Você pode redimensionar essa sugestão tre batidas frontais com batidas de raspão.
de acordo com seus alunos. Essa proposta Dê um exemplo do seu cotidiano que ajude
exige bom poder de síntese e de argumen- no entendimento de choque efetivo. “O que
tação. Outra sugestão seria a elaboração de são choques efetivos?” Outro exemplo: “Se-
perguntas mais diretivas, solicitando-se a lecione no texto as figuras que representam
busca por respostas no texto. Se achar que soluções que acabaram de ser preparadas, no
essa recuperação exige mais poder analítico momento imediatamente antes de começa-
do que eles são capazes, talvez seja bom mo- rem a reagir, e que mostram concentrações
dificar as perguntas do texto e pedir que se- diferentes dos reagentes. Procure explicar
jam respondidas. com suas próprias palavras como o aumento
da quantidade (da concentração, já que esta-
As Situações de Aprendizagem 3 e 4 estão mos trabalhando em um determinado volu-
relacionadas. Como foram realizadas a par- me) dos reagentes pode modificar a rapidez
tir de práticas experimentais, a recuperação das transformações químicas”.

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