CAPÍTULO 2 Cargas elétricas e modelo atômico de Ruterfór

Fotografia. Abelha com o corpo e as asas cobertos por pó amarelo. Ela está sobre uma flor roxa.
Durante o voo, a abelha sofre eletrização. Ao pousar na flor, o pólen adere ao inseto porque ele está eletrizado. O que é eletrização? Como algo pode se eletrizar? Que relação existe entre a eletrização e os átomos que constituem os materiais? (Abelha da espécie Ápis mellífera coberta de grãos de pólen, em flor da planta , conhecida como margarida-do-cabo. Foto tirada em Sussex, no Reino Unido. Comprimento do animal: 1,3 centímetro.)

Motivação

Ícone. Vidraria de laboratório.

Objetivo

Observar uma situação de eletrização por atrito e evidenciar a atração entre corpos eletrizados com cargas elétricas de diferentes sinais.

Você vai precisar de:

  • um balão de borracha
  • ajuda de colegas
Versão adaptada acessível

Analisar uma situação de eletrização por atrito e evidenciar a atração entre corpos eletrizados com cargas elétricas de diferentes sinais.

Você vai precisar de:

• um balão de borracha

• ajuda de colegas

Procedimento

  1. Faça esse experimento em um dia sêco. Encha o balão e feche-o com um nó.
  2. Esfregue o balão vigorosamente no cabelo por cêrca de um minuto. O cabelo deve estar sêco e sem creme, gel ou outros produtos.
  3. Pare de esfregar o balão, mantenha-o encostado ao cabelo e posicione-se como na figura.
  4. Solte o balão e peça a seus colegas que observem o que ocorrerá. A seguir, é sua vez de observar e de outro colega fazer o mesmo que você fez. Tente explicar o que foi observado.
Ilustração. Menino de cabelo castanho, bermuda marrom e camiseta cinza. Ele está curvado para a frente e segura um balão verde cheio na cabeça.

Desenvolvimento do tema

1. Eletricidade

O experimento anterior tem a ver com a eletricidade. Para muitas pessoas, a palavra eletricidade faz lembrar coisas como eletrodomésti­cos, computadores, conta de energia elétrica, pilhas e baterias, iluminação e motores elétricos.

A eletricidade, no entanto, é muito mais do que isso. Fenômenos (acontecimentos) de origem elétrica são presenciados há muito tempo pela humanidade.

Neste capítulo, vamos estudar alguns dos fundamentos da Eletricidade, uma importante área científica cujas aplicações estão bastante presentes na vida dos seres humanos. Aprenderemos algo sôbre as cargas elétricas e as interações atrativas ou repulsivas que ocorrem entre elas.

2. Cargas elétricas

Cargas elétricas são de dois tipos: positivas e negativas

Um experimento relacionado aos primórdios do estudo da eletricidade pode ser realizado com um bastão de vidro pendurado por um barbante.

Se atritarmos esse bastão em um pedaço de lã, notaremos que ambos se atraem mutuamente. Veja a figura A.

ATENÇÃO!

Por razão de segurança, para realizar qualquer experimento de Eletricidade, você deve ter a AUTORIZAÇÃO e a SUPERVISÃO de seu professor, mesmo que aparente ser algo inofensivo.

Se atritarmos o bastão de vidro no tecido de lã, o deixarmos pendurado e aproximarmos dele outro bastão de vidro que tenha sido friccionado em outro pedaço de lã, notaremos que os bastões se repelem, conforme está esquematizado na figura B.

Esquema A. Bastão de vidro preso por um fio e a mão de uma pessoa segurando um pedaço de tecido de lã. Duas setas de sentidos opostos indicam atração mútua entre os materiais. Esquema B. Bastão de vidro preso por um fio e a mão de uma pessoa segurando um outro bastão de vidro. Duas setas de sentidos opostos indicam repulsão mútua entre os materiais.
Representações esquemáticas da atração (A) e da repulsão (B) entre corpos eletrizados. (Cores fantasiosas.)

Fonte: Elaborada a partir de , R. êti áli. Physics for scientists and engineers: an interactive approach. segunda edição Toronto: Nelson Education, 2019. página 659.

Essas observações demonstram a ocorrência de fenômenos elétricos. Ao atritarmos os materiais vidro e lã, o bastão de vidro passa a ser portador de carga elétrica positiva, e o pedaço de lã, de carga elétrica negativa (veja a figura C). Os sinais de positivo e negativo atribuídos a essas cargas nos esquemas são uma convenção científica.

Esquema C. Destaque para as mãos de uma pessoa passando um pano ao longo de um bastão de vidro. Texto: 'Ao serem atritados um contra o outro...' Na imagem ao lado, a pessoa segura o pano em uma mão, onde tem sinais de negativo, e o bastão na outra mão, onde tem sinais de positivo. Texto: '... o vidro se eletriza positivamente, e a lã, negativamente.'
Representação esquemática da eletrização por atrito. (Cores fantasiosas.)

Fonte: Elaborada a partir de , R. êti áli. . . página 659.

Fotografia 1. Mulher asiática de cabelo castanho, camiseta branca e terno preto. Ela segura a tampa de uma copiadora aberta e coloca uma folha de papel em cima do visor. Fotografia 2. Mulher loira de cabelo longo e liso passando um pente de plástico no cabelo. Fotografia 3. Mulher morena de cabelo cacheado, veste calça jeans e suéter vermelho, ela está sentada dentro de um carro, com a mão esticada para a porta.
1. O funcionamento das máquinas fotocopiadoras se baseia no princípio da atração entre cargas positivas e negativas. Em dias , a folha de papel pode sair da máquina levemente eletrizada e, por isso, tende a atrair cabelos soltos e fiapos de tecidos. 2. Quando um pente plástico é atritado no cabelo sêco, ambos ficam eletrizados e passam a se atrair mutuamente. 3. Em épocas de ar sêco, o atrito do agasalho de lã com o revestimento de tecido do banco do automóvel pode deixar ambos os materiais eletrizados. Um deles adquire carga positiva, e outro, carga negativa.

Cargas elétricas interagem

Quando atritados em outros, muitos materiais ficam eletrizados, isto é, adquirem carga elétrica. Nesse processo, um dos materiais adquire carga elétrica positiva, e o outro, carga elétrica negativa.

Por meio de experimentos semelhantes aos descritos anteriormente com o vidro e a lã, os cientistas concluíram que cargas elétricas de sinais diferentes se atraem e que cargas elétricas de sinais iguais se repelem. Quando vidro e lã são friccionados, passam a ter cargas elétricas de sinais diferentes e, portanto, passam a se atrair. Já os dois bastões de vidro, quando adquirem cargas elétricas de mesmo sinal, passam a se repelir. (Veja as figuras D e E.)

Esquema D. Bastão de vidro preso por um fio e a mão de uma pessoa segurando um pedaço de tecido de lã. No bastão, sinais positivos. Na lã, sinais negativos. Setas de sentidos opostos indicam atração entre cargas de sinais opostos. Esquema E. Bastão de vidro preso por um fio e a mão de uma pessoa segurando um outro bastão de vidro. Nos dois bastões há sinais positivos. Setas de sentidos opostos indicam repulsão entre cargas de sinais iguais.
Representações esquemáticas da atração (D) e da repulsão (E) entre cargas elétricas. (Cores fantasiosas.)

Fonte: iãng, H. D.; FREEDMAN, R. A. University Physics. décima quinta edição Harlow: Pearson, 2020. página 707.

A interação entre dois corpos portadores de cargas elétricas é um acontecimento mútuo, em que um deles atua sôbre o outro, exercendo uma fôrça sobre ele, e esse outro corpo atua simultaneamente sôbre o primeiro, também exercendo uma fôrça sôbre ele. Em outras palavras, sôbre cada um dos dois corpos atua uma fôrça que se deve à presença do outro.

Se os dois corpos apresentam cargas de sinais opostos, as fôrças tendem a fazê-los se aproximar (figura F). No entanto, se os dois corpos possuem cargas de mesmo sinal, as fôrças tendem a fazê-los se afastar (figura G).

Esquema F. Duas bolinhas, uma com sinal de positivo e outra com sinal de negativo, setas unindo as duas. Forças atrativas. Esquema G. Duas bolinhas com sinal de positivo, setas afastando as duas. Forças repulsivas.
Representações esquemáticas de fôrças de atração (F) e de repulsão (G) entre dois corpos. (Cores fantasiosas.)

Fonte: , A. Physics. quinta edição Nova iórqueMcGraw-Hill, 2020. página 594.

3. Eletrização por atrito

Diferentes materiais têm diferentes tendências à eletrização

Quando vidro e lã são atritados, dizemos que ambos os materiais adquirem carga elétrica pelo processo de eletrização por atrito.

Com base em muitos experimentos similares, foi possível aos cien­tistas determinar a tendência dos materiais a adquirir carga elétrica positiva ou negativa, quando atritados uns com os outros. Essa tendência pode ser expressa por meio de uma sequência como a mostrada a seguir:

Esquema. Lista de palavras: vidro, lã, seda, algodão, borracha rígida. Seta para a esquerda indica aumento da tendência para adquirir carga positiva. Seta para a direita indica aumento da tendência para adquirir carga negativa.

Com base nessa sequência, podemos afirmar, por exemplo, que a lã adquire carga negativa se atritada com um bastão de vidro (figura A), mas carga positiva se atritada com um bastão de borracha rígida (figura B).

Esquema A. Mão de uma pessoa segurando um bastão de vidro em cima de um pedaço de lã. Na imagem ao lado, o bastão está com sinais positivos e a lã com sinais negativos. Texto: Ao atritar um bastão de vidro em um pedaço de lã, o vidro eletriza-se positivamente, e a lã, negativamente. Esquema B. Mão de uma pessoa segurando um bastão de borracha em cima de um pedaço de lã. Na imagem ao lado, o bastão está com sinais negativos e a lã com sinais positivos. Texto: Ao atritar um bastão de borracha rígida em um pedaço de lã, a borracha eletriza-se negativamente, e a lã, positivamente.
Representações esquemáticas da eletrização por atrito em materiais distintos. (Cores fantasiosas.)

Fonte: iãng, H. D.; FREEDMAN, R. A. University Physics. décima quinta edição Harlow: Pearson, 2020. página 707.

Ícone. Símbolo de internet.

Use a internet

Teste a eletrização por atrito entre um balão de borracha e uma roupa de lã no simulador disponível em: https://oeds.link/2tkHfA. Acesso em: 6 junho 2022.

O experimento do balão de borracha

Já é possível interpretar o resultado do experimento do início do capítulo. Quando o balão de borracha é atritado no cabelo, ocorre eletrização por atrito.

Uma vez eletrizados, o balão e o cabelo passam a ser portadores de cargas elétricas de sinais opostos e, por isso, passam a se atrair.

Ilustração. Menino de cabelo castanho, bermuda marrom e camiseta cinza. Ele está curvado para a frente e tem um balão verde cheio sobre sua cabeça, sem segurá-lo com as mãos.
Balão e cabelo, eletrizados com cargas de sinais opostos, atraem-se mutuamente.

4. Condutores elétricos e isolantes elétricos

Imagine duas esferas de metal um pouco afastadas entre si, uma delas eletrizada com carga negativa e a outra não eletrizada. Se um bastão de metal tocar as duas esferas simultaneamente, verifica-se que parte da carga elétrica é transferida para a outra esfera (figura A). Porém, se utilizássemos um bastão de madeira, a carga permaneceria na esfera eletrizada, e a outra não receberia nem um pouco dessa carga (figura B).

Esquema A. Situação inicial: duas esferas, uma com sinais negativos ao redor e uma sem sinal algum. Situação final: duas esferas encostadas a um bastão de metal. Há sinais negativos ao redor do bastão e das esferas. Esquema B. Situação inicial: duas esferas, uma com sinais negativos ao redor e uma sem sinal algum. Situação final: duas esferas encostadas a um bastão de madeira. Há sinais negativos apenas ao redor da primeira esfera.
Representações esquemáticas da atuação de material condutor elétrico (A) e isolante elétrico (B). (Cores fantasiosas.)

Fonte: Elaboradas a partir de iãng, D.; , S. Cutnell & Johnson Physics. décima primeira edição Hoboken: John Wiley, 2018. página 493.

Esse experimento evidencia que o metal é um material condutor elétrico e que a madeira é um material isolante elétrico.

De fato, os condutores elétricos mais conhecidos são os metais, tais como o cobre, o ferro, o alumínio, o ouro e a prata. Entre eles, o cobre, metal de aspecto marrom-avermelhado, é usado na fiação elétrica das casas e edifícios de apartamentos.

Entre os isolantes elétricos podemos citar, além da madeira, os plásticos em geral, o ar (a temperatura e pressão ambientes) e as borrachas.

A maioria dos materiais conhecidos se encaixa em um dêstes dois grupos: condutor elétrico ou isolante elétrico. Há, contudo, certos materiais que não se enquadram bem em nenhuma dessas duas categorias, mas, sim, em um grupo intermediário, conhecido como semicondutores. Dois exemplos são o silício e o germânio, empregados na indústria para elaborar alguns componentes usados em aparelhos eletrônicos.

Ícone. Tarja de fundo preto com texto branco escrito: ciência e tecnologia.
Fotografia. Placa vermelha com componentes eletrônicos.
Nos componentes de circuitos eletrônicos, são empregados condutores elétricos (cobre, por exemplo) nas partes que conduzem as cargas elétricas, e isolantes elétricos (como o material chamado baquelite) nas partes que não devem ser condutoras de eletricidade. Além disso, há alguns importantes componentes que são produzidos com semicondutores (silício, por exemplo).

ATENÇÃO!

A parte interna de equipamentos elétricos pode oferecer RISCO DE QUEIMADURAS, CHOQUE ELÉTRICO E MORTE, às vezes mesmo depois de desligados da tomada. Por isso, a abertura e o conserto dêsses equipamentos devem ser feitos por profissionais treinados para isso.

5. Eletrização por contato

Quando um corpo eletrizado toca um corpo eletricamente neutro (isto é, sem carga elétrica), parte de sua carga é transferida para ele, que também passa a ficar eletrizado. Esse processo é a eletrização por contato.

Na figura A, um bastão de vidro positivamente eletrizado toca uma pequena esfera de metal, eletricamente neutra, suspensa por um fio. Nesse contato, a carga positiva se distribui entre o bastão e a esfera, de modo que ela também fica eletrizada positivamente. Com isso, a esfera passa a ser repelida pelo bastão, como indica a figura B.

Na figura C, um bastão de borracha negativamente eletrizado toca uma pequena esfera de metal, eletricamente neutra, suspensa por um fio. Parte da carga negativa é transferida do bastão para a esfera, eletrizando-a negativamente. Com isso, ela passa a ser repelida pelo bastão, como mostra a figura D.

Esquema A. Mão de uma pessoa segurando um bastão com sinais positivos com a ponta encostada a uma esfera pendurada por um fio. Esquema B. Mão de uma pessoa segurando um bastão com sinais positivos ao lado de uma esfera com sinal positivo pendurada por um fio. A esfera se afasta do bastão. Esquema C. Mão de uma pessoa segurando um bastão com sinais negativos com a ponta encostada a uma esfera pendurada por um fio. Esquema D. Mão de uma pessoa segurando um bastão com sinais negativos ao lado de uma esfera com sinal negativo pendurada por um fio. A esfera se afasta do bastão.
Representações esquemáticas da eletrização por contato. (Cores fantasiosas.)

Fonte: Elaboradas a partir de Kraúskopf K. B.; Báiser, A. The physical universe. décima quinta edição Nova iórqueMcGraw-Hill, 2020. página 188-191.

Ícone. Letras A e Z.

ATIVIDADE

Amplie o vocabulário!

Hora de debater o significado de cada conceito, redigi-lo com nossas palavras e incluí-lo no nosso blog.

eletrização por atrito

eletrização por contato

condutor elétrico

isolante elétrico

6. Aterramento de um objeto

Verifica-se que, quando um corpo eletrizado positiva ou negativamente é colocado em contato com o solo terrestre, diretamente ou por meio de um material condutor, ele torna-se eletricamente neutro.

Sabe-se que o solo é um condutor elétrico devido à presença de água com sais minerais dissolvidos. Quando um objeto eletrizado toma contato com o solo, transfere para ele sua carga elétrica. É como se, por meio da eletrização por contato, a carga do objeto fosse repartida com o planeta. Como o planeta é muito maior do que o objeto, toda a carga do objeto acaba sendo transferida para a Terra.

Quando um objeto é colocado em contato com o solo, podendo transferir para ele sua carga elétrica, dizemos que está eletricamente aterrado. O aterramento pode ser feito por meio de um fio metálico que, nesse caso, é denominado fio terra.

Esquema.  Esfera com sinais positivos ao redor. Texto: Esfera metálica eletrizada positivamente. Ao lado, imagem de uma esfera ligada por um fio metálico ao solo. Linha de chamada: Fio metálico ligado ao solo, denominado fio terra. Abaixo, na extremidade do fio, três linhas horizontais representando o símbolo que indica aterramento. Texto: A esfera fica neutra. Esquema. Esfera com sinal negativo ao redor. Texto: Esfera metálica eletrizada negativamente. Ao lado, imagem de uma esfera ligada por um fio ao solo. Linha de chamada: Fio terra. Texto: A esfera fica neutra.
Representações esquemáticas de aterramento de condutores eletrizados. (Cores fantasiosas.)

Fonte: iãng, H. D.; FREEDMAN, R. A. University Physics. décima quinta edição Harlow: Pearson, 2020. página 711.

7. Descargas elétricas no ar

Raios

O ar, quando está na pressão e na temperatura ambientes, é um isolante elétrico. Se um corpo eletrizado está separado pelo ar de um corpo não eletrizado, não haverá transferência de carga elétrica do primeiro para o segundo, porque o ar é isolante. Se, no entanto, um fio de cobre tocasse os dois corpos simultaneamente, então haveria transferência de carga, porque o metal é um condutor elétrico.

Um condutor elétrico (cobre, por exemplo) oferece baixa re­sistência à passagem de cargas elétricas. Já um material isolante elétrico (ar, por exemplo) oferece alta resistência à passagem de carga elétrica. Porém, quando corpos estão eletrizados com cargas muito elevadas ou quando estão muito próximos, a resistência que um material isolante elétrico oferece pode não ser suficiente para impedir a transferência de cargas elétricas de um corpo para outro. Essa transferência pode acontecer, acompanhada de luz e ruído, na fórma de uma faísca momentânea conhecida como descarga elétrica.

Um exemplo são os raios que ocorrem nas tempestades. As nuvens podem ficar altamente eletrizadas durante uma tempestade e, em decorrência disso, pode acontecer uma descarga elétrica que transfere carga da nuvem para o solo. Essa descarga elétrica produz uma luminosidade, que conhecemos como relâmpago, e um forte ruído, ao qual nos referimos como trovão.

ATENÇÃO!

NUNCA TOQUE NO FIO METÁLICO DO PARA-RAIOS SE ESTIVER CHOVENDO OU AMEAÇANDO CHUVA, pois, se um raio atingir o para-raios, isso poderá ser fatal.

Fotografia. Parte de um centro urbano, com diversos prédios, durante a noite. Dois relâmpagos saindo de nuvens iluminam o céu noturno.
As descargas elétricas entre nuvem e solo, que podem ocorrer durante as tempestades, originam um efeito luminoso, o relâmpago, e um efeito sonoro, o trovão. (Londrina, Paraná, 2019.)
Ícone. Tarja de fundo preto com texto branco escrito: ciência e tecnologia.
Fotografia. Telhado de uma edificação com uma haste metálica vertical, indicado por uma seta amarela, e um fio que desce paralelo à parede do prédio, indicado por uma seta vermelha.
Um para-raios consiste em uma haste metálica (indicada pela seta amarela), posicionada em local mais elevado do que os prédios e as pessoas que visa proteger, ligada à terra por um grosso fio metálico (indicado pela seta vermelha). Um raio tem maior tendência a atingir essa haste do que os prédios e as pessoas, propiciando a transferência das cargas elétricas para o solo.
Fotografia. Pintura de homem calvo, com cabelo branco, colete e casaco vermelhos.
O cientista estadunidense benjamin Frânclin (1706­‑1790) dedicou­‑se, entre outras atividades, ao estudo de fenômenos elétricos. Atribuem­‑se a ele a invenção do para­‑raios e a introdução dos termos positiva e negativa para referir­‑se às cargas elétricas.

Choques ao tocar em objetos de metal

Outro exemplo de situação em que pode haver descarga elétrica é quando nosso corpo está eletrizado e aproximamos a mão de algum objeto de metal. Nesse caso, quando a ponta do dedo está quase tocando o metal, a distância entre ambos é muito pequena e, antes de haver o toque, uma pequena descarga elétrica “salta” entre ambos, transferindo carga elétrica do dedo para o metal. Essa descarga provoca uma sensação dolorosa e desagradável no local. É, de fato, um pequeno choque elétrico.

Nosso corpo pode se eletrizar, por exemplo, por causa do atrito com o tecido de assentos de automóvel e de certas roupas, especialmente de material sintético, ou pelo raspar dos calçados em um carpete. E a descarga elétrica pode ocorrer, por exemplo, ao tocarmos em uma maçaneta de metal ou na lataria de um automóvel.

A probabilidade de levar esses pequenos choques ao tocar objetos de metal é maior em dias e menor em dias muito úmidos.

Nos dias muito úmidos, a água que está presente no ar sofre eletrização por contato na superfície de objetos eletricamente carregados. Por isso, a carga elétrica dêsses objetos pode passar gradualmente para a água atmosférica, até que o objeto eventualmente fique neutro. Portanto, a chance de o nosso corpo eletrizar-se e manter-se eletrizado é bem menor quando o ar está úmido, e a chance de levar choques em maçanetas e latarias de carro também.

Esquema. Dedo de uma pessoa encostando em uma maçaneta metálica. Ao lado, destaque para um raio entre o dedo e a maçaneta. Texto: Descarga elétrica entre o dedo e o metal.
Representação esquemática de descarga elétrica entre mão eletrizada e maçaneta metálica. A seta indica ampliação. (Cores fantasiosas.)

Fonte: Bloomfíild, L. A. How things work: the Physics of everyday life. sexta edição Hoboken: John Wiley, 2016. página 284.

Ícone. Símbolo de internet.

Use a internet

Há endereços na internet que fornecem a umidade relativa do ar, como em: https://oeds.link/OFTK4E e https://oeds.link/fNoJr8. Acesso em: 16 agosto 2022.

Quando a umidade relativa está muito baixa (30% ou menor), aumenta a chance de levar pequenos choques elétricos, conforme explicado.

8. Modelo atômico de Ruterfór

Vimos, neste capítulo, que a matéria participa de fenômenos elétricos. Materiais como lã, plástico, vidro e seda podem ser eletrizados se forem atritados uns nos outros. Mas o modelo atômico de — isto é, a concepção científica elaborada por de como é o átomo —, que estudamos no capítulo anterior, não leva em conta aspectos elétricos da matéria.

Gases, de modo geral, não conduzem corrente elétrica quando à pressão ambiente. No entanto, na segunda metade do século dezenove, alguns cientistas demonstraram que, quando submetidos a baixas pressões, os gases podem se tornar condutores elétricos. Realizando elaborados experimentos com descargas elétricas em gases, o cientista inglês Joséf Djón Tonsson (1856-1940) concluiu em 1897, que exis­te uma partícula menor que o átomo, dotada de carga elétrica negativa. Essa partícula subatômica, isto é, menor que o átomo, passou a ser denominada elétron.

Após essa descoberta, ficou evidenciado que um átomo não é indivisível, diferentemente do que propõe o modelo de . Ainda no final do século dezenove, novos experimentos conduziram à descoberta de outra partícula subatômica, que tem massa .1836 vezes maior que a do elétron e é dotada de carga elétrica equivalente à dele, só que positiva. Para designar essa partícula é utilizado o nome próton.

Em 1911, o cientista neozelandês Êrnest Ruterfór (1871-1937) concluiu, com base em evidências experimentais, que:

  • o átomo não é maciço; ele apresenta muito mais espaço vazio que preenchido;
  • a maior parte da massa de um átomo se encontra em uma pequena região central (que chamamos núcleo), onde estão os prótons;
  • na região ao redor do núcleo (que chamamos eletros­fera) movimentam-se os elétrons;
  • o raio da eletrosfera é milhares de vezes maior que o raio do núcleo.

Essas ideias constituem o modelo atômico de Ruterfór.

Em 1932, o inglês Djeimes (1891-1974) concluiu que existe outra partícula subatômica de massa muito próxima à do próton, porém eletricamente neutra, ou seja, sem carga elétrica. Essa partícu­la é denominada nêutron. Os nêutrons localizam-se no núcleo do átomo, juntamente com os prótons.

Representação esquemática de um átomo

Esquema. Um átomo. No centro, esferas pretas e amarelas. Linha de chamada: Núcleo. Esferas amarelas: próton, partícula com carga elétrica positiva. Esferas pretas: nêutron, partícula eletricamente neutra e de massa aproximadamente igual à do próton. Ao redor do núcleo, diversas linhas orbitando o núcleo. Linha de chamada: Eletrosfera. Algumas esferas azuis nas órbitas: Elétron, partícula com carga elétrica negativa e com massa aproximadamente 1.836 vezes menor que a do próton.
Esquema em cores fantasiosas e fóra de proporção. O diâmetro da eletrosfera é milhares de vezes maior que o do núcleo. O núcleo está representado ampliado aproximadamente 590 bilhões de vezes, e a eletrosfera, cêrca de 180 milhões de vezes. Um átomo apresenta, portanto, muito mais espaço vazio que preenchido.

Fonte: , H. S. General, Organic, and Biological Chemistry. sétima edição Boston: Cengage, 2016. página 61.

Esquema em cores fantasiosas e fóra de proporção. O diâmetro da eletrosfera é milhares de vezes maior que o do núcleo. O núcleo está representado ampliado aproximadamente 590 bilhões de vezes, e a eletrosfera, cêrca de 180 milhões de vezes. Um átomo apresenta, portanto, muito mais espaço vazio que preenchido.

Ícone. Letras A e Z.

ATIVIDADE

Amplie o vocabulário!

Hora de debater o significado de cada conceito, redigi-lo com nossas palavras e incluí-lo no nosso blog.

elétron

próton

nêutron

modelo atômico

EM DESTAQUE

A explicação da eletrização por atrito

Neste capítulo, foi apresentado o fenômeno da eletrização por atrito, no qual dois materiais adquirem cargas elétricas de sinais opostos quando atritados um contra o outro. Como explicar tal acontecimento? A explicação científica para a eletrização por atrito considera que, quando dois materiais são atritados, alguns elétrons são transferidos de um para outro.

Assim, por exemplo, quando um bastão de vidro é esfregado em um tecido de lã, alguns elétrons do vidro são transferidos para a lã. Antes da eletrização, ambos os materiais estavam eletricamente neutros, ou seja, tinham carga total igual a zero. Neles, o total de prótons (que são positivos) era igual ao de elétrons (que são negativos). Após a eletrização, um dos materiais ficará com mais elétrons do que prótons (a lã) e terá, portanto, carga elétrica total negativa. O outro terá menos elétrons do que prótons (o vidro) e apresentará carga elétrica total positiva.

Esquema. Mão de uma pessoa esfregando um bastão sobre um pano de lã verde. Texto: Quando o vidro é atritado na lã... Esquema. Mão de uma pessoa segurando um pano de lã verde com sinais negativos e um bastão com sinais positivos. Texto: ... elétrons do vidro são transferidos para a lã. O bastão fica eletrizado positivamente e o tecido negativamente.
(Representação esquemática.)

Elaborado com dados obtidos de: Seruêi, R. A.; Djiuet, J. W. Physics for scientists and engineers; with Modern Physics. décima edição Boston: Cengage, 2019.

9. Elemento químico e número atômico

O núcleo atômico dificilmente tem sua estrutura alterada por fatores externos. Os fenômenos relacionados às mudanças do núcleo são chamados fenômenos nucleares ou radioativos e são estudados pela Física Nuclear. Esses acontecimentos estão associados a processos que ocorrem em estrelas, em usinas nucleares e em explosões de armamentos nucleares.

Os químicos observaram que, durante as reações químicas, o núcleo dos átomos permanece inalterado e que, quando um átomo se une a outro, essa união acontece por meio de modificações na eletrosfera. Assim, os acontecimentos estudados pelos químicos estão relacionados a alterações na eletrosfera dos átomos, não no núcleo.

Os cientistas perceberam, nas primeiras décadas do século vinte, que o número de prótons determina as propriedades químicas de um átomo. Assim, entende-se atualmente que elemento químico é o conjunto de todos os átomos que possuem o mesmo número de prótons.

Número atômico e número de massa

O número de prótons no núcleo de um átomo é chamado número atômico e é representado por Z.

Cada elemento químico possui um nome, um símbolo e um número atômico, que lhe são característicos.

Já o número de massa de um átomo, representado por A, é definido como total de prótons (Z) e de nêutrons (N) em seu núcleo.

Em palavras. O número de massa de um átomo é igual à soma dos seus números de prótons e de nêutrons.
Em equação. A igual Z mais N
Ícone. Pessoa lendo um livro.

ATIVIDADE

Tema para pesquisa

O professor atribuirá, por sorteio, um elemento químico para cada estudante. Pesquise a origem do nome (isto é, o significado dêsse nome na língua de origem) e do símbolo do elemento que lhe for atribuído, e prepare-se para expor os resultados aos colegas em uma roda de conversa mediada pelo professor.

Fluxograma. Elemento químico apresenta um nome, um símbolo e um número atômico.

Representação para um átomo

Ao representar um átomo, os químicos convencionaram escrever o número atômico (Z) na parte inferior esquerda do símbolo e o número de massa (a) na parte superior esquerda. Vejamos alguns exemplos:

C. Sobrescrito à esquerda: 12; subscrito à esquerda: 6. representa um átomo do elemento químico carbono com 6 pró­tons, 6 nêutrons e, se estiver eletricamente neutro, 6 elétrons.

N a. Sobrescrito à esquerda: 23; subscrito à esquerda: 11. representa um átomo do elemento químico sódio com 11 pró­tons, 12 nêutrons e, se estiver eletricamente neutro, 11 elétrons.

C l. Sobrescrito à esquerda: 37; subscrito à esquerda: 17. representa um átomo do elemento químico cloro com 17 pró­tons, 20 nêutrons e, se estiver eletricamente neutro, 17 elétrons.

Os prótons têm carga elétrica positiva, e os elétrons têm carga negativa. Se, em um átomo, o número de elétrons for igual ao de prótons, então a carga negativa (de todos os elétrons) anulará a carga positiva (de todos os prótons), e a carga total será nula (zero). Nesse caso, dizemos que o átomo é eletricamente neutro.

Fotografia. Bola de futebol sobre um gramado.
Se fosse possível ampliar 1 bilhão de vezes um átomo de ouro, sua eletrosfera teria um diâmetro de 30 centímetros, um pouco maior que uma bola oficial de futebol. O núcleo teria um diâmetro de 0,03 milímetro, cêrca de 10 vezes menor que o ponto final desta frase. O átomo tem praticamente todo o seu espaço vazio!

Porém, se o número de elétrons for maior ou menor que o de prótons, então o átomo terá carga total não nula; ele será eletricamente carregado. Veremos, mais à frente, situações em que átomos não estão eletricamente neutros.

Ícone. Letras A e Z.

ATIVIDADE

Amplie o vocabulário!

Hora de debater o significado de cada conceito, redigi-lo com nossas palavras e incluí-lo no nosso blog.

número atômico

elemento químico

número de massa

Ícone. Símbolo de internet.

Use a internet

Se você precisar de informações específicas sôbre os elementos, há na internet tabelas periódicas interativas, como em: https://oeds.link/sZ78M3. Acesso em: 13 abril 2022.

Dê uma busca por tabela periódica e você poderá encontrar outras.

Ícone. Caderno.

atividade

Para fazer no seu caderno

Analise o algoritmo representado pelo seguinte fluxograma:

Fluxograma. Início. Atribua o valor 11 à variável Z. Procure o símbolo do elemento químico cujo número atômico é igual a Z. Escreva o símbolo desse elemento no papel e pule para a linha seguinte. O valor de Z é igual a 18? Sim: fim. Início. Atribua o valor 11 à variável Z. Procure o símbolo do elemento químico cujo número atômico é igual a Z. Escreva o símbolo desse elemento no papel e pule para a linha seguinte. O valor de Z é igual a 18? Não: Adicione 1 ao valor de Z e o resultado passa a ser o novo valor da variável Z. Procure o símbolo do elemento químico cujo número atômico é igual a Z. Escreva o símbolo desse elemento desse elemento no papel e pule para a linha seguinte. O valor de Z é igual a 18? SIM. Fim.

Qual será o resultado registrado no papel ao executar essas instruções?

A que período da tabela periódica pertencem os elementos químicos cujos símbolos serão escritos?

10. A tabela periódica

Períodos

A seguir, aparece a tabela periódica. Nela, os elementos estão relacionados, um em cada quadradinho, em ordem crescente de número atômico.

Existem sete linhas (sequências horizontais), cada uma denominada período. A tabela periódica atual apresenta sete períodos. Os elementos com números atômicos de 57 a 71, chamados lantanídios, e os de 89 a 103, chamados actinídios, aparecem à parte dos demais, abaixo da tabela. Os lantanídios pertencem ao sexto período e os actinídios ao sétimo. Note que, nesses períodos, há um quadradinho que indica a localização dêsses elementos.

Famílias ou grupos

Cada uma das dezoito colunas (sequências verticais) é denominada grupo ou família de elementos. Por determinação da União Internacional de Química Pura e Aplicada (iupáqui), os grupos são numerados atualmente de 1 a 18, mas ainda há quem utilize a representação anterior com letras e números (1A, 2A etcétera).

Elementos com propriedades semelhantes ficam num mesmo grupo. Alguns dos grupos, por sua importância para a Química, recebem nomes especiais:

  • O grupo 1, ou 1A, é o grupo dos metais alcalinos.
  • O grupo 2, ou 2A, é o grupo dos metais alcalinoterrosos.
  • O grupo 16, ou 6A, é o grupo dos calcogênios.
  • O grupo 17, ou 7A, é o grupo dos halogênios.
  • O grupo 18, ou 0 (zero), é o grupo dos gases nobres.

Elementos representativos e de transição

Os elementos dos grupos 1, 2, 13, 14, 15, 16, 17 e 18 são denominados elementos representativos. Os dos grupos de 3 a 12 são chamados elementos de transição, sendo que os lantanídios e os actinídios são especificamente denominados elementos de transição interna.

Tabela periódica. 18 colunas (grupos), 7 linhas (períodos). As colunas têm um número em vermelho, representando a numeração dos grupos de acordo com a União Internacional de Química Pura e Aplicada e um número em azul, representando a numeração antiga dos grupos, não recomendada pela IUPAC, porém ainda usada por alguns autores. Primeira linha: 1, H, Hidrogênio, 1,0. 2, He, Hélio, 4,0. Segunda linha: 3, Li, Lítio, 6,9. 4, Be, Berílio, 9,0. 5, B, Boro, 10,8. 6, C, Carbono, 12,0. 7, N, Nitrogênio, 14,0. 8, O, Oxigênio, 16,0. 9, F, Flúor, 19,0. 10, Ne, Neônio, 20,2. Terceira linha: 11, Na, Sódio, 23,0. 12, Mg, Magnésio, 24,3. 13, Al, Alumínio, 27,0. 14, Si, Silício, 28,1. 15, P, Fósforo, 31,0. 16, S, Enxofre, 32,1. 17, Cl, Cloro, 35,5. 18, Ar, Argônio, 39,9. Quarta linha: 19, K, Potássio, 39,1. 20, Ca, Cálcio, 40,1. 21, Sc, Escândio, 45,0. 22, Ti, Titânio, 47,9. 23, V, Vanádio, 50,9. 24, Cr, Crômio, 52,0. 25, Mn, Manganês, 54,9. 26, Fe, Ferro, 55,8. 27, Co, Cobalto, 58,9. 28, Ni, Níquel, 58,7. 29, Cu, Cobre, 63,5. 30, Zn, Zinco, 65,4. 31, Ga, Gálio, 69,7. 32, Ge, Germânio, 72,6. 33, As, Arsênio, 74,9. 34, Se, Selênio, 79,0. 35, Br, Bromo, 79,9. 36, Kr, Criptônio, 83,8. Quinta linha: 37, Rb, Rubídio, 85,5. 38, Sr, Estrôncio, 87,6. 39, Y, Ítrio, 88,9. 40, Zr, Zircônio, 91,2. 41, Nb, Nióbio, 92,9. 42, Mo, Molibdênio, 95,9. 43, Tc, Tecnécio. 44, Ru, Rutênio, 101,1. 45, Rh, Ródio, 102,9. 46, Pd, Paládio, 106,4. 47, Ag, Prata, 107,9. 48, Cd, Cádmio, 112,4. 49, In, Índio, 114,8. 50, Sn, Estanho, 118,7. 51, Sb, Antimônio, 121,8. 52, Te, Telúrio, 127,6. 53, I, Iodo, 126,9. 54, Xe, Xenônio, 131,3. Sexta linha. 55, Cs, Césio, 132,9. 56, B , Bário, 137,3. 57 a 71 – linha externa – 57, La, Lantânio, 138,9. 58, Ce , Cério, 140,1. 59, Pr, Praseodímio, 140,9. 60, Nd , Neodímio, 144,2. 61, Pm, Promécio. 62, Sm, Samário, 150,4. 63, Eu, Európio, 152,0. 64, Gd, Gadolínio, 157,3. 65, Tb, Térbio, 158,9. 66, Dy, Disprósio, 162,5. 67, Ho, Hólmio, 164,9. 68, Er, Érbio, 167,3. 69, Tm, Túlio, 168,9. 70, Yb, Itérbio, 173,0. 71, Lu, Lutécio, 175,0. – 72, Hf, Háfnio, 178,5. 73, Ta, Tântalo, 180,9. 74, W, Tungstênio, 183,8. 75, Re, Rênio, 186,2. 76, Os, Ósmio, 190,2. 77, Ir, Irídio, 192,2. 78, Pt, Platina, 195,1. 79, Au, Ouro, 197,0. 80, Hg, Mercúrio, 200,6. 81, Tl, Tálio, 204,4. 82, Pb, Chumbo, 207,2. 83, Bi, Bismuto, 209,0. 84, Po, Polônio. 85, At, Astato. 86, Rn , Radônio. Sétima linha. 87, Fr, Frâncio. 88, Ra, Rádio. 89 a 103 – linha externa – 89, Ac, Actínio. 90, Th, Tório, 232,0. 91, Pa, Protactínio, 231,0. 92, U, Urânio, 238,0. 93, Np, Netúnio. 94, Pu, Plutônio. 95, Am, Amerício. 96, Cm, Cúrio. 97, Bk, Berquélio. 98, Cf, Califórnio. 99, Es, Einstéinio. 100, Fm, Férmio. 101, Md, Mendelévio. 102, No, Nobélio. 103, Lr, Laurêncio. – 104, Rf, Rutherfórdio. 105, Db, Dúbnio. 106, Sg, Seabórgio. 107, Bh, Bóhrio. 108, Hs, Hássio. 109, Mt, Meitnério. 110, Ds, Darmstadtio. 111, Rg, Roentgênio. 112, Cn, Copérnico. 113, Nn, Nihônio. 114, Fl, Fleróvio. 115, Mc, Moscóvio. 116, Lv, Livermório. 117, Ts, Tennessino. 118, Og, Oganessônio.
Tabela periódica da iupáqui (União Internacional de Química Pura e Aplicada), com as massas atômicas aqui apresentadas com um algarismo após a vírgula. A massa atômica não está apresentada no caso de elementos que não têm isótopos estáveis. Os dados são provenientes de https://oeds.link/tBuTNX (acesso: março 2022), onde atualizações são periodicamente disponibilizadas.

Clique no play e acompanhe a reprodução do Áudio.

Transcrição do áudio

[LOCUTOR] Influência brasileira na descoberta do elemento químico lítio

[Efeito sonoro de passagem]

[Mafê] Joca, você já ouviu falar sobre o José Bonifácio, o “Patrono da Independência”? [Joca] Já, sim! Em uma das aulas de História, a professora comentou que ele participou das articulações políticas que levaram dom Pedro I a proclamar a Independência do Brasil. Ah, ela disse também que, além de conselheiro de dom Pedro I, ele foi tutor de dom Pedro II. [Mafê] Isso mesmo! Na minha turma, estávamos estudando o período regencial no Brasil, e o professor explicou que, em 1831, dom Pedro I encarregou José Bonifácio da educação de seu filho de 5 anos, Pedro de Alcântara, que se tornou o imperador do Brasil conhecido como dom Pedro II. [Joca] Eu me lembrava disso também. Mas por que você perguntou dele? Vamos estudar para a avaliação de História? [Mafê] [Rindo] Ainda não... É que estou pesquisando a biografia dele para um trabalho de Química, sobre elementos químicos. [Joca] De Química?! E qual seria a relação de José Bonifácio com elementos químicos? [Mafê] Pois é! Na aula de História, o professor comentou que, embora José Bonifácio tenha se destacado na política, grande parte de sua vida foi dedicada às Ciências. Ele nasceu em 1763, na Vila de Santos, a atual cidade de Santos, no litoral paulista, e aos 20 anos foi para Portugal. [Joca] Agora estou lembrando... a professora disse em uma das aulas que José Bonifácio estudou na Universidade de Coimbra. [Mafê] Isso mesmo! Naquela época, havia a preocupação de usar a ciência como um instrumento para transformar a sociedade. E essa ideia era também compartilhada por José Bonifácio. [Joca] Ah, então ele pensava em aplicar a ciência... [Mafê] Sim. Olha só... Segundo as fontes que pesquisei para o meu trabalho, José Bonifácio concluiu a universidade, tornou-se membro da Academia das Ciências de Lisboa e obteve uma bolsa para viajar pela Europa e aprimorar seus conhecimentos no estudo de minerais. Durante essa viagem, que duraria dez anos, ele descobriu quatro minerais, entre eles a petalita. Dezessete anos mais tarde, o químico sueco Johan August Arfwedson, analisando uma amostra de petalita, descobriu o lítio. [Joca] Uau! Então José Bonifácio participou da descoberta de um novo elemento químico! E eu nem sabia que ele havia sido cientista! [Mafê] Não é incrível? Foi uma surpresa para mim também. Essa pesquisa tem me estimulado a estudar mais, sobre Química e sobre a história do Brasil! [Joca] Sem dúvida há muito a aprender! Quer saber? Agora fiquei curioso sobre o lítio. Vou aproveitar para pesquisar sobre os usos e aplicações desse elemento químico. Depois a gente volta a conversar... Valeu, Mafê! [Mafê] Até mais, Joca! Ah, e não esquece que ainda temos que estudar para a avaliação de História, hein?!

Metais, não metais e semimetais

Os elementos conhecidos como metais formam substâncias simples que, de modo geral, conduzem bem a corrente elétrica e o calor. Essas substâncias são facilmente transformadas em lâminas e em fios e são sólidas nas condições ambientes, isto é, a 25 graus Célsius de temperatura e pressão atmosférica do nível do mar. A substância simples formada pelo mercúrio (agá gê), que é líquida nessas condições, é a única exceção entre os metais.

Os elementos denominados não metais (alguns os chamam ametais) formam substâncias simples que, ao contrário dos metais, não conduzem bem o calor nem a corrente elétrica (exceção importante é o carbono na fórma da substância simples grafite) e não são facilmente transformadas em lâminas ou em fios. Dos não metais, alguns formam substâncias simples gasosas nas condições ambien­tes (hidrogênio, nitrogênio, oxigênio, flúor e cloro), um fórma substância simples líquida (bromo), e os demais formam substâncias simples sólidas.

Alguns autores chamam de semimetais alguns elementos que apresentam propriedades “intermediárias” entre as dos metais e as dos não metais. São eles o boro (), o silício (ésse Í), o germânio (gê é), o arsênio (á ésse), o antimônio (Ésse bê), o telúrio (tê e) e o polônio (pê ó). Eles formam substâncias simples sólidas a 25 graus Célsius ao nível do mar. Dois semimetais de importância prática são o silício e o ger­mâ­nio, empregados em componentes eletrônicos. Existe, contudo, uma tendência crescente na literatura de não se empregar a terminologia semimetais. Há vários anos, por exemplo, a tabela periódica da Sociedade Brasileira de Química (ésse bê quê) classifica , ésse Í, á ésse e tê e como não metais e gê é, Ésse bê e pê ó como metais.

Exemplos de metais (cobre e alumínio)

Fotografia. Panela de cobre com duas alças.
Tacho de cobre com 40 centímetros de diâmetro.
Fotografia. Três latas de alumínio, uma vermelha, uma amarela e uma azul.
Latas de alumínio.

Exemplos de não metais (enxofre e carbono)

Fotografia. Fragmento de rocha amarela.
Pedaço de enxofre com cêrca de 10 centímetros.
Fotografia. Um diamante em cima de uma rocha cinza-escura.
Carbono em duas de suas variedades de substância simples, diamante e grafite (diâmetro do diamante: 5 milímetros).

Exemplo de semimetal (silício)

Fotografia. Destaque para a mão de uma pessoa segurando um fragmento de rocha prateada.
Silício.
Ícone. Caderno.

ATIVIDADE

Para fazer no seu caderno

Esta atividade também é sôbre pensamento computacional e envolve o algoritmo expresso pelo fluxograma da atividade Para fazer no seu caderno proposta anteriormente.

Esse algoritmo pode ser adaptado para que apresente, como resultado, os símbolos dos elementos denominados lantanídios.

Faça as adaptações necessárias no fluxograma, em seu caderno, e simule a execução do algoritmo para verificar se o resultado é o pretendido. Se não for, modifique-o até atingir o objetivo pretendido.

11. Isótopos

O hidrogênio é o elemento químico com Z = 1. Será que todos os átomos de hidrogênio que existem na natureza são exatamente iguais?

A resposta é não. A maioria dos átomos de hidrogênio pode ser representada por

H. Sobrescrito à esquerda: 1; subscrito à esquerda: 1.

. Contudo, além deles, existem também outros, em menor quantidade, representados por

H. Sobrescrito à esquerda: 2; subscrito à esquerda: 1.

e

H. Sobrescrito à esquerda: 3; subscrito à esquerda: 1.

.

Que semelhança e que diferença há entre eles?

Os três possuem em comum o número de prótons (Z) (e, considerando-os eletricamente neutros, também o número de elétrons). A diferença está no número de nêutrons.

Já que possuem o mesmo número atômico, são átomos do mesmo elemento químico: o hidrogênio. Dizemos que esses três átomos são isótopos.

Isótopos são dois ou mais átomos que possuem o mesmo número atômico (Z) e diferentes números de massa (A). Isótopos sempre pertencem ao mesmo elemento químico, pois possuem o mesmo Z, e são, portanto, representados por um mesmo símbolo. A maioria dos elementos químicos é constituída por dois ou mais isótopos presentes na natureza, geralmente, em diferentes quantidades.

Ícone. Letras A e Z.

ATIVIDADE

Amplie o vocabulário!

Hora de debater o significado de cada conceito, redigi-lo com nossas palavras e incluí-lo no nosso blog.

tabela periódica

grupo

período

isótopos

Ícone. Símbolo de internet.

Use a internet

Acesse uma tabela periódica interativa na qual, clicando no quadradinho do elemento, você terá uma lista de suas principais aplicações, onde é encontrado e o ano e local da descoberta: https://oeds.link/AkL2ob. Acesso em: 13 abril 2022.

EM DESTAQUE

Isótopos na água

Quando dizemos que os isótopos pertencem ao mesmo elemento químico (pois têm o mesmo Z), estamos dizendo que eles possuem propriedades químicas semelhantes.

Assim, por exemplo, os átomos de hidrogênio que existem numa molécula de água, agáóh, podem ser qualquer um de seus isótopos. O átomo de oxigênio também pode ser qualquer um de seus isótopos.

Isótopos do hidrogênio:

H. Sobrescrito à esquerda: 1; subscrito à esquerda: 1.

,

H. Sobrescrito à esquerda: 2; subscrito à esquerda: 1.

ou

H. Sobrescrito à esquerda: 3; subscrito à esquerda: 1.

Isótopos do oxigênio:

O. Sobrescrito à esquerda: 16; subscrito à esquerda: 8.

,

O. Sobrescrito à esquerda: 17; subscrito à esquerda: 8.

ou

O. Sobrescrito à esquerda: 18; subscrito à esquerda: 8.

Todos os isótopos de um certo elemento, por possuírem proprieda­des químicas semelhantes, podem tomar parte na composição das mesmas substâncias.

A abundância dos isótopos (a quantidade de cada um deles que existe na natureza) é normalmente diferente. Assim, por exemplo, de cada .10000 átomos de oxigênio, os químicos concluíram que .9976 são de

O. Sobrescrito à esquerda: 16; subscrito à esquerda: 8.

, 4 são de

O. Sobrescrito à esquerda: 17; subscrito à esquerda: 8.

e 20 são de

O. Sobrescrito à esquerda: 18; subscrito à esquerda: 8.

.

Fotografia. Homem negro de cabelo raspado e camiseta regata vermelha e preta. Ele está de perfil e bebe um copo de água.
Em uma amostra de água, podem existir três isótopos diferentes de hidrogênio e três de oxigênio.

Elaborado com dados obtidos de: HAYNES, W. M. (edição). CRC handbook of Chemistry and Physics. nonagésima sétima edição Boca Raton: CRC Press, 2016.

Organização de ideias

MAPA CONCEITUAL

Fluxograma. Objeto constituído de átomos, cada um tem eletrosfera e núcleo. Eletrosfera: com elétrons, tem carga elétrica negativa. Núcleo: com nêutrons que são eletricamente neutros e prótons, que tem carga elétrica positiva. Elétron(s) e próton(s) podem estar em igual número, isso ocorre em átomo neutro. Elétron(s) e próton(s) podem estar em números diferentes, isso ocorre em íon (capítulo 4). Objeto constituído de átomos caracterizados por  número atômico (Z) é o número de prótons, característica fundamental de um elemento (químico), pode ter isótopos. Número atômico, nome e símbolo aparecem na tabela periódica. Objeto constituído de átomos caracterizados por número de massa (A) é número de prótons mais número de nêutrons. Objeto pode ser eletricamente carregado, pode ter sido carregado por eletrização, por exemplo, por atrito ou por contato. Objeto pode ser eletricamente carregado, portador de carga elétrica, pode ser positiva ou negativa; transferida bruscamente em uma descarga elétrica, por exemplo, raios; transferida ao solo se o objeto sofrer aterramento, possibilita que o objeto fique eletronicamente neutro. Objeto pode ser eletricamente carregado, portador de carga elétrica é conduzida por material condutor elétrico e não é conduzida por material isolante elétrico. Objeto pode ser eletricamente neutro.
Ícone. Lâmpada.

Atividades

Use o que aprendeu

1. Após atritar vigorosamente um balão de borracha nos cabelos e afastá-lo alguns centímetros, uma pessoa observou o que está na foto. Qual é a explicação científica para os cabelos serem atraídos pelo balão?

Fotografia. Mulher morena de cabelo preto e liso. Ela  segura um balão vermelho cheio ao lado da cabeça. Algumas mexas do cabelo estão grudadas no balão.
  1. Algumas marcas de biscoitos salgados são comercializadas em pacotes com poucas unidades, em embalagens de plástico. Ao abrir algumas dessas embalagens, é comum pequenos pedaços do plástico rasgado grudarem na mão da pessoa. Proponha uma explicação para esse acontecimento.
  2. Duas esferas de plástico de diâmetro 1 centímetro foram penduradas a 3 centímetros de distância entre elas, usando um fio isolante, como mostra o desenho.
Esquema. Duas esferas verdes penduradas.

Separadamente, cada uma delas foi atritada em um pedaço de tecido de lã.

  1. As cargas elétricas adquiridas pelas esferas têm sinais iguais ou diferentes?
  2. Faça um desenho que esboce a situação do experimento logo após as esferas serem atritadas na lã.
  3. Como se chama o processo que fez com que elas adquirissem carga elétrica?
Versão adaptada acessível
  1. As cargas elétricas adquiridas pelas esferas têm sinais iguais ou diferentes?
  2. Represente a situação do experimento logo após as esferas serem atritadas na lã.
  3. Como se chama o processo que fez com que elas adquirissem carga elétrica?

4. Um bastão de vidro foi eletrizado por atrito com um pedaço de tecido de seda. Uma pequena esfera plástica A foi eletrizada por contato com esse bastão.

Um bastão de borracha rígida foi eletrizado por atrito com outro pedaço de tecido de seda. Uma pequena esfera plástica B foi eletrizada por contato com esse bastão.

Consulte as informações necessárias no capítu­lo e responda: a fôrça entre as esferas A e B é de atração ou de repulsão? Por quê?

5. Em um experimento escolar, um grupo de estudantes construiu o seguinte dispositivo, denominado eletroscópio.

Esquema. Um recipiente de vidro fechado por uma rolha de cortiça. Um arame ultrapassa a rolha. Texto: Arame de metal, também bem lixado para estar isento de sujeira ou oxidação. Na parte superior do arame, fora do recipiente, há uma esfera de metal. Texto: Esfera de metal bem lixada para remover qualquer sujeira ou oxidação (pode ser um puxador de gaveta metálico). Na outra extremidade do arame, dentro do recipiente, um pedaço de papel-alumínio. Texto: Recorte de folha de papel-alumínio, dobrado ao meio e pendurado no arame.

Um bastão de vidro foi eletrizado por atrito com um pedaço de lã. A seguir, o bastão foi encostado na parte de cima do eletroscópio, o que fez com que as metades do pedaço de papel-alumínio se afastassem, como mostrado na ilustração.

Esquema. Texto: Situação após tocar na esfera com um bastão de vidro eletrizado. Desenho de um recipiente de vidro fechado por uma rolha de cortiça. Um arame ultrapassa a rolha. Na parte superior do arame, fora do recipiente, há uma esfera de metal. Na outra extremidade, dentro do recipiente, há um pedaço de papel-alumínio dobrado ao meio. Cada uma das metades vai para um lado. Texto: Afastamento de ambos os lados do pedaço de papel-alumínio.
  1. Os metais são condutores elétricos ou isolantes elétricos?
  2. Tendo em mente sua resposta à pergunta anterior, explique por que as metades da folha de papel-alumínio se afastaram.
  3. Se um fio terra for ligado à parte metálica do eletroscópio, o que acontecerá com as metades da folha de papel-alumínio? Por quê?

6. Durante a reforma de um prédio, o grosso fio de metal que liga um para-raios ao solo foi cortado. Explique por que isso tornará esse dispositivo ineficiente na proteção contra os raios.

  1. Quando um técnico que faz manutenção de computadores vai tocar em algum componente interno do aparelho (que está desligado e desconec­tado da tomada), ele primeiro encosta firmemente as mãos na carcaça metálica do aparelho para, só então, tocar no componente eletrônico. Caso contrário, há o risco de danificar tal com­­ponente.
    1. O que poderia danificar o componente?
    2. Por que o procedimento adotado pelo técnico evita o dano?

ATENÇÃO!

A parte interna de equipamentos elétricos pode oferecer RISCO DE QUEIMADURAS, CHOQUE ELÉTRICO E MORTE, às vezes mesmo depois de desligados da tomada. Por isso, a abertura e o conserto dêsses equipamentos devem ser feitos por profissionais treinados para isso.

8. (Extraído do vestibular da púqui-São Paulo – Pontifícia Universidade Católica de São Paulo.) Leia com atenção a tira do gato gárfild e analise as afirmativas que se seguem.

Tirinha. Tirinha colorida em quatro quadros. Gato laranja com listras pretas. Quadro 1: O gato está esfregando as patas no carpete de lã. Ele pensa: Adoro carpetes de lã. Quadro 2: O gato estica a pata atrás do pescoço de um homem que está sentado em uma poltrona. Ele tem o cabelo castanho e usa uma camisa azul. Há raios saindo do local onde o gato encostou no homem. Quadro 3: O gato esfrega as patas no carpete. Ele pensa: Adoro eletricidade estática. Quadro 4: O gato encosta em um cachorro bege e marrom, que salta. Há raios saindo do local onde o gato encostou no cachorro.
  1.  gárfild, ao esfregar suas patas no carpete de lã, adquire carga elétrica. Esse processo é conhecido como eletrização por atrito.
  2.  gárfild, ao esfregar suas patas no carpete de lã, adquire carga elétrica. Esse processo é conhecido como eletrização por indução.
  3.  O estalo e a eventual faísca que gárfild pode provocar, ao encostar em outros corpos, são devidos à movimentação da carga acumulada no corpo do gato, que é transferida de seu corpo para os outros corpos.

Estão certas:

  1. um, dois e três
  2. um e dois
  3. um e três
  4. dois e três
  5. apenas um

A tabela periódica existe para consulta.Utilize-a sempre que julgar necessário.

  1. Tudo ao nosso redor é formado por átomos de elementos quí­micos.
    1. Quais são as partículas que formam um átomo?
    2. Como se conceitua, atualmente, elemento químico?

10. Os médicos utilizam átomos de

C o. Sobrescrito à esquerda: 57; subscrito à esquerda: 27. no diagnóstico de problemas no metabolismo da vitamina .

a. Pesquise qual é o nome do elemento químico de símbolo cê ó.

b. Explique o significado do número 27 que aparece em

C o. Sobrescrito à esquerda: 57; subscrito à esquerda: 27..

c. Explique o significado do número 57 que aparece em

C o. Sobrescrito à esquerda: 57; subscrito à esquerda: 27..
  1. Um átomo muito importante para a saúde humana apresenta núcleo com 11 prótons e 12 nêutrons.
    1. Qual é seu número atômico?
    2. Qual é seu número de massa?
    3. Após consultar a tabela periódica, represente o átomo em questão, escrevendo seu símbolo acompanhado do número atômico e do número de massa.

12. Em 1986, um acidente nuclear muito grave aconteceu na usina nuclear de xernobíl, na Ucrânia. Tal acidente liberou vários átomos perigosos na atmosfera, entre os quais

Sr. Sobrescrito à esquerda: 90; subscrito à esquerda: 38.,
I. Sobrescrito à esquerda: 131; subscrito à esquerda: 53. e
C s. Sobrescrito à esquerda: 137; subscrito à esquerda: 55.. Quantos prótons e quantos nêutrons pos­sui cada um dêsses átomos?

13. Copie as frases em seu caderno e complete-as para que fiquem corretas.

Na tabela periódica, os elementos estão colocados em ordem crescente de . As linhas (horizontais) são denominadas , e as colunas (verticais) são chamadas de ou .

  1. Consultando a tabela periódica, localize o grupo a que pertencem os elementos químicos que têm os seguintes símbolos:
    1. agá ê, êne ê, á érre
    2. éfe, cê éle, Bê érre
    3. éle í, êne á,
    4. , ésse êne, pê bê
    5. ême gê, cê á , bê á
    6. óh, ésse, ésse ê
    7. êne, , á ésse
    8. , a éle, gê á
  2. Consultando a tabela periódica, escreva em seu caderno o nome dos elementos envolvidos na questão anterior.
Ícone. Lupa.

Atividade

Explore diferentes linguagens

A critério do professor, estas atividades poderão ser feitas em grupos.

FOTOGRAFIA

As três atividades a seguir referem-se à fotografia, tirada durante a transferência de combustível de um caminhão-tanque para o tanque de um avião. Antes de iniciar a trans­ferência e durante todo o processo, a parte metálica do avião é ligada ao solo por meio de um fio, indicado pela seta vermelha.

Fotografia. Uma pessoa com colete de proteção amarelo e abafador nos ouvidos. Ela coloca combustível na asa de um avião. Da roda do avião sai um fio vermelho, indicado por uma seta vermelha.
  1. Como se chama o procedimento de ligar um objeto ao solo com um fio condutor?
  2. Que nome se dá ao fio usado para tal fim?
  3. Por que é necessário esse contato da parte metálica do avião com o solo durante a transferência do combustível?

CHARGE

Observe a charge e, a seguir, realize as atividades 4 a 7.

Charge. Homem loiro de cabelo arrepiado e camisa marrom. Na frente dele, mulher de cabelo castanho liso com franja e blusa com gola azul. Ela diz: você acabou de tirar sua blusa de lã com gola olímpica? Ele responde: Sim. Por quê?
  1. Explique a razão de os cabelos do personagem terem se arrepiado.
  2. Com base na resposta que você apresentou para a atividade 4, o que você acha que aconteceu com a blusa de lã?
  3. O homem da charge escureceu a sala, aproximou a blusa de uma maçaneta de metal e viu uma pequena faísca saltar entre esses objetos. Explique por que isso ocorreu.
  4. Por que, em um dia chuvoso, provavelmente não aconteceria o que está retratado na charge?

TIRINHA E TABELA PERIÓDICA

As atividades 8 a 10 se referem à tirinha.

Tirinha. Tirinha colorida em quatro quadros. Duas meninas loiras conversam sentadas na frente de uma mesa. Uma usa camiseta rosa e a outra usa camiseta preta e óculos. Quadro 1: A menina de rosa está com o rosto apoiado nas mãos e diz: Eu sempre esqueço a combinação do cadeado do meu armário. Ao lado dela, a outra menina responde: Faça como eu. Quadro 2: A menina de camiseta preta diz: Eu associo cada número com algo fácil de lembrar. Quadro 3: A menina de camiseta preta continua: Minha combinação é a sequência formada pelos números atômicos de carbono, fósforo e manganês. Quadro 4: A menina de rosa diz: Eu sempre esqueço de não discutir esses assuntos com você. A menina de preto responde: Ano passado era criptônio, nitrogênio e titânio.
  1. No terceiro quadrinho, o estudante se refere a um conceito químico. Explique o significado dêsse conceito e que relação tem com os elementos químicos.
  2. Consultando a tabela periódica, deduza a combinação atual do cadeado do estudante.
  3. Também com base na tabela periódica, deduza a combinação do cadeado dele no ano anterior.

TIRINHA E TABELA

Observe a tirinha e a tabela seguinte para realizar as atividades 11 a 13.

Tirinha. Tirinha colorida em dois quadros. Menino loiro de cabelo liso, calça azul e camiseta laranja. Ele está parado na frente de um microfone. Ao lado dele, homem careca de terno e gravata atrás de um púlpito com microfone. Quadro 1: E no questionamento a um político em campanha... O menino está com um dedo erguido, ele diz: Na sua opinião, candidato, o que é importante para um cidadão? Na frente dele, o homem segura a gola da roupa. Quadro 2: O homem olha para o menino e responde: Oxigênio, carbono, hidrogênio, nitrogênio, cálcio, fósforo, potássio, enxofre, sódio, cloro...
Informações sobre elementos químicos responsáveis por mais de 99% da massa do corpo humano e da crosta terrestre

Símbolo do elemento

Número atômico

Porcentagem em massa no corpo humano

Porcentagem em massa na crosta terrestre

H

1

10

0,9

C

6

23

0,08

N

7

2,6

0,03

O

8

61

49,3

Na

11

0,14

2,7

Mg

12

0,027

1,9

Al

13

7,6

Si

14

25,8

P

15

1,1

0,12

S

16

0,2

0,06

Cl

17

0,12

0,2

K

19

0,2

2,4

Ca

20

1,4

3,4

Fe

26

0,0060

4,7

Fonte: Emislee, J. Nature's building blocks: an A-Z guide to the elements. New edition. Oxford: Oxford University Press, 2011. página 8; Bettelrim, F. A. êti áli. Introduction to General, Organic, and Biochemistry. décima segunda edição Boston: Cengage, 2020. página 32.

  1. O político entendeu corretamente a pergunta que lhe foi dirigida? Justifique, explicando a que o perguntador se referiu ao realizar seu questionamento e a que o político se referiu ao responder.
  2. No último quadrinho, o elaborador da tirinha empregou um critério para ordenar a lista. Que critério é esse?
  3. Se fôssemos citar mais um item na lista, qual seria ele? Por quê?

Seu aprendizado não termina aqui

Dependendo do local em que você mora, em certas épocas do ano, podem ser frequentes pequenos “choques elétricos” ao tocar em objetos metálicos, tais como maçanetas, chaves e carcaça de automóveis.

Quando esse fenômeno acontecer, procure avaliar as circunstâncias envolvidas (roupa, piso, calçado, umidade do ar etcétera) e, usando o que aprendeu neste capítulo, tente encontrar uma explicação para o ocorrido.