CAPÍTULO 2 Cargas elétricas e modelo atômico de RutherfordRuterfór

Este capítulo e seus conteúdos conceituais

• Interação entre cargas elétricas
• Eletrização por atrito
• Condutores elétricos e isolantes elétricos
• Eletrização por contato
• Aterramento de um objeto
• Descargas elétricas
• Noções sobresôbre a época em que foram descobertos elétron, próton e nêutron
• Modelo atômico proposto por RutherfordRuterfór
• Número atômico
• Número de massa
• Conceituação moderna de elemento químico
• Isótopos
• Estrutura da tabela periódica: períodos e grupos
• Metais e não metais
• Elementos representativos, de transição e de transição interna

Podemos reconhecer, dentro do capítulo, dois grandes blocos de conteúdos concei­tuais, que, por sua vez, podem ser subdivididos em outros menores.

O primeiro deles aborda as cargas elétricas e suas interações. Suas subdivisões são três:

• Na primeira, mostra-se a eletrização por atrito e introduzem-se os conceitos de carga elétrica e de interação entre cargas. O livro não faz um tratamento quantitativo da forçafôrça elétrica (Lei de Coulombcúlomb, assunto tradicionalmente abordado no Ensino Médio).
• Na segunda, são apresentados os conceitos de isolante elétrico, de condutor elétrico e de eletrização por contato.
• Na terceira, o capítulo discute o que é o aterramento de um objeto e o que são as descargas elétricas (propiciando a compreensão da origem dos raios e também dos choques que uma pessoa pode levar quando está eletrizada e toca em objetos metálicos).

O segundo grande bloco aborda o modelo atômico de RutherfordRuterfór, apresenta a conceituação atual de elemento químico (vinculada ao conhecimento de número atômico), introduz a tabela periódica dos elementos e discute o conceito de isótopos. Esse segundo bloco explora aspectos introdutórios da natureza elétrica da matéria. Para maior clareza, podemos subdividi-lo em blocos menores:

• Noções sobresôbre a estrutura elétrica da matéria, incluindo o modelo de átomo constituído por prótons, nêutrons e elétrons.
• Retomada do conceito de elemento químico (já abordado, de formafórma introdutória, no capítulo anterior), ampliando-o para o modo como é usado atualmente.
• Representação de um átomo na qual se utilizam símbolo, número atômico e número de massa.
• Apresentação da tabela periódica e terminologias a ela relacionadas.
• Discussão do conceito de isótopo, que permite reforçar o conceito de elemento químico.

Estimule os estudantes a responder em voz alta às perguntas da legenda da foto de abertura e aproveite-as para identificar as concepções prévias deles sobresôbre cargas elétricas.

Não se preocupe em formalizar conceitos ou corrigir erros neste momento. Ouça e registre os saberes manifestados pelos estudantes.

Cientificamente corretas ou não, as ideias pregressas servem de âncoras para novos conhecimentos, que, à medida que são construídos, podem provocar a reelaboração dos próprios saberes que serviram para sua ancoragem, modificando-os.

Nesse sentido, a identificação do que os estudantes pensam antes de iniciar o capítulo possibilita que você direcione a abordagem com maior eficiência, buscando aproveitar e reformular saberes.

Você pode retomar as respostas dadas após o item 7 do capítulo, convidando os estudantes a refletir sobresôbre elas e reformulá-las.

De olhoôlho na BNCCBê êne cê cê!

As perguntas motivadoras da legenda da foto de abertura do capítulo incentivam a analisar, compreender e explicar características, fenômenos e processos relativos ao mundo natural, exercitando a curiosidade para fazer perguntas e buscar respostas com base nos conhecimentos das Ciências da Natureza. Assim, favorecem o desenvolvimento da competência específica 3.

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

Caso haja estudantes cegos ou com baixa visão na turma, a atividade pode ser feita em grupos, em que os estudantes videntes descrevem o ocorrido e os orientam a tocar o cabelo do colega para perceber a alteração.

Motivação

Para realização da atividade prática proposta, peça aos estudantes que se organizem em grupos de três e leiam atentamente o procedimento.

Esteja atento à correta realização, circulando entre os grupos durante a execução e auxiliando-os caso tenham alguma dificuldade.

Essa atividade abre caminho para os conceitos inicialmente apresentados no capítulo, especialmente dos itens 1 a 5, e para desenvolver competências da BNCCBê êne cê cê (veja a seguir).

De olhoôlho na BNCCBê êne cê cê!

O experimento do balão de borracha, proposto na seção Motivação e retomado no item 3, favorece o desenvolvimento: da competência geral 2, por objetivar exercitar a curiosidade intelectual e recorrer à abordagem própria das ciências, incluindo a investigação, a reflexão, a análise crítica, a imaginação e a criatividade, para investigar causas, elaborar e testar hipóteses, formular e resolver problemas com base nos conhecimentos das diferentes áreas; e da competência específica 2, ao inspirar a compreensão dos conceitos fundamentais e estruturas explicativas das Ciências da Natureza, bem como dominar processos, práticas e procedimentos da investigação científica, de modo a sentir segurança no debate de questões científicas, tecnológicas e do mundo do trabalho e continuar aprendendo.

Itens 1 a 3

Nos itens 1 e 2, apresente os conceitos introdutórios referentes às cargas elétricas e sua atração ou repulsão, conforme o texto do livro do estudante. Analise as imagens juntamente com os estudantes, pois elas são importantes na preparação para o restante do capítulo.

No item 2, aproveitando o quadro Atenção!, discuta, desde já, a necessidade de cuidados referentes à eletricidade e retome-os ao trabalhar os temas aterramento de objetos (item 6) e para-raios (item 7).

No item 3, explique, usando a sequência representada pelas setas, que diferentes materiais apresentam diferentes tendências à eletrização por atrito. (Para conhecimento do docente, a sequência apresentada é denominada série triboelétrica.)

Para ampliar o trabalho de interpretação da série apresentada, proponha questões aos estudantes:

1. O que vai acontecer se um bastão de borracha rígida for atritado em um pedaço de seda?

2. O que vai acontecer se um bastão de vidro for atritado em um pedaço de seda?

3. O que vai acontecer se um bastão de borracha rígida for atritado em um pedaço de pano feito de algodão?

4. O que vai acontecer se um bastão de vidro for atritado em um pedaço de pano feito de algodão?

As respostas esperadas, com base nas setas indicadas na série que está no livro do estudante, são:

1. O bastão de borracha rígida se eletrizará com carga negativa e o pedaço de seda, com carga positiva.

2. O bastão de vidro se eletrizará com carga positiva e o pedaço de seda, com carga negativa.

3. O bastão de borracha rígida se eletrizará com carga negativa e o pano de algodão, com carga positiva.

4. O bastão de vidro se eletrizará com carga positiva e o pano de algodão, com carga negativa.

Esse tipo de atividade permite que os estudantes percebam o caráter preditivo dos conhecimentos científicos acerca de um tema, no caso, a eletrização por atrito.

No final do item 3, dê especial atenção à explicação do resultado do experimento da abertura. Ao revisitar o resultado obtido e auxiliar os estudantes a explicá-lo, aproveite os resultados da simulação sugerida no Use a internet do item 3 (comentada à frente).

Use a internet

O simulador sugerido permite aos estudantes analisar diferentes formasfórmas de eletrização, visualizando as cargas. Deixe que explorem livremente e solicite, após a atividade, que descrevam o que descobriram.

Ao final, é interessante que você arremate a atividade ve­rificando o entendimento dos pontos mais relevantes. Para isso, se possível, projete o simulador (ou peça aos estudantes que acompanhem, divididos em grupos, cada qual em um dispositivo conectado ao simulador, repetindo os passos executados por você). Inicie clicando na opção Mostrar cargas resultantes. Atrite o balão no casaco de lã e peça que expliquem por que o balão fica aderido a ele. Note que, conforme a indicação do simulador, o balão fica eletrizado negativamente, e a lã, positivamente.

A seguir, clique na opção Sem parede e arraste o balão para longe do casaco. Ao soltá-lo, ele será atraído em direção à lã, caracterizando a forçafôrça elétrica entre objetos eletrizados como uma interação que ocorre à distância, independentemente do contato.

Clique no ícone para reiniciar a simulação (botão redondo que contém uma seta circular) e repita os procedimentos executados. Neste caso, como você manteve a opção Mostrar todas as cargas acionada, será possível mostrar que a matéria eletricamente neutra contém cargas elétricas positivas e negativas em quantidades iguais e que a eletrização por atrito transfere cargas negativas de um objeto para outro.

Em seguida, aproxime o balão eletrizado da parede (caso ela não esteja visível, clique na opção Com parede) e verifique se os estudantes entenderam que a aderência do balão à parede se deve a uma reorganização das cargas elétricas da superfície da parede provocada pela interação com o balão eletrizado.

De olhoôlho na BNCCBê êne cê cê!

Os boxes Use a internet dos itens 3, 7 e 9, ao sugerir links interativos complementares aos temas explorados, auxiliam no desenvolvimento da competência geral 5, estimulando a compreender e utilizar tecnologias digitais de informação e comunicação de formafórma crítica, significativa e reflexiva para se comunicar, acessar e disseminar informações, produzir conhecimentos, resolver problemas e exercer protagonismo e autoria na vida pessoal e coletiva.

Conteúdos procedimentais sugeridos

• Manipular materiais simples para realizar um experimento de eletrização por atrito.
• Montar um modelo de átomo que respeite as proporções entre raio do núcleo e raio da eletrosfera, escolhendo o objeto mais adequado para representar o núcleo, a fim de que o átomo representado caiba na sala de aula ou, pelo menos, no terreno da escola.
• Consultar a tabela periódica dos elementos de modo a obter informações sobresôbre nome, símbolo e número atômico dos elementos.
• De posse da tabela periódica, determinar, para certo átomo neutro, o número de prótons, o de elétrons e o de nêutrons.

Manipular materiais simples para realizar um experimento de eletrização por atrito é o que se pretende desenvolver com o experimento que abre o capítulo.

O segundo conteúdo procedimental listado para este capítulo pode ser realizado com a Sugestão de atividade, mais à frente.

Os demais podem ser desenvolvidos com as atividades do final do capítulo, das seções Use o que aprendeu e Explore diferentes linguagens.

Amplie o vocabulário!

Redações possíveis, conside­rando o nível de compreensão atual dos estudantes:

• eletrização por atrito Fe­nômeno em que dois materiais, atritados um contra o outro, adquirem cargas elé­tricas de sinais opostos.
• eletrização por contato Fe­nômeno em que par­te da carga de um objeto eletrizado é transferida para outro que o toque.
• condutor elétrico Material através do qual cargas elétricas podem se movimentar com facilidade.
• isolante elétrico Material que oferece grande resistên­cia à movimentação de cargas elétricas através dele.

Itens 4 a 6

No item 4, utilize os esquemas do livro do estudante para elucidar a diferença entre um condutor elétrico e um isolante elétrico.

Retome, do 8º ano (capítulo 12), a discussão sobresôbre circuitos elétricos, aproveitando para relacioná-los ao que está sendo estudado. Os circuitos elétricos são elaborados com materiais que conduzem corrente elétrica, ou seja, que possibilitam a movimentação de cargas elétricas por eles.

No item 5, se julgar conveniente, volte ao simulador sugerido no Use a internet do item 3 e explore a opção com dois balões. Eletrize cada um deles com carga negativa por atrito com o casaco de lã e, a seguir, mostre a repulsão entre os dois (faça isso usando a opção Sem parede, para facilitar).

No item 6, utilize os esquemas do livro do estudante para explicar como funciona o aterramento elétrico (ele conduz as cargas elétricas para a terra) e retome, do 8º ano, a discussão sobresôbre a importância do correto aterramento elétrico de equipamentos para a segurança do usuário.

TCTtê cê tê Ciência e Tecnologia

A temática de materiais condutores e semicondutores é de grande importância no campo tecnológico contemporâneo. Assim, o TCTtê cê tê Ciência e Tecnologia (da macroárea de mesmo nome) é pertinente à imagem presente no item 4 e à sua legenda.

Atividades

Ao final do item 4, são indicados os exercícios 1 a 3 do Use o que aprendeu.

Ao final do item 5, pode-se propor aos estudantes o exercício 4 do Use o que aprendeu.

E, ao final do item 6, os estudantes já têm condições de fazer o exercício 5 do Use o que aprendeu.

Item 7

Nesse item, dois aspectos precisam ser discutidos com os estudantes. O primeiro é que, quando dois materiais eletrizados têm cargas muito elevadas e/ou estão muito próximos, o material isolante elétrico que está entre eles pode não ser suficiente para impedir a transferência de cargas elétricas de um para o outro por meio de uma descarga elétrica, acompanhada de luz e ruído. Os raios durante tempestades exemplificam esse fenômeno.

Aproveite essa discussão para explicar o funcionamento do para-raios, conforme descrito no livro do estudante.

Um segundo aspecto que precisa ser discutido por você são os choques que podemos tomar em dias secos, ao aproximar os dedos de objetos metálicos. Ao falar sobresôbre o assunto, não deixe de explicar que isso é decorrência da eletrização da superfície do nosso corpo (ao ser atritada em roupas, tapetes ou cadeiras, por exemplo), que possibilita a transferência de cargas elétricas entre nossa pele e um objeto metálico. Saliente que o fenômeno é mais frequente nas épocas do ano em que o ar fica mais secosêco. A presença de umidade atmosférica diminui a tendência de os materiais se eletrizarem por atrito.

Aprofundamento ao professor

Veja, na parte inicial destedêste Manual do professor, na seção Aprofundamento ao professor, o texto “Por que os para-raios são pontudos?”.

TCTtê cê tê Ciência e Tecnologia

O exemplo do para-raios, que está presente no cotidiano de muitos estudantes, é mais uma oportunidade de abordar o TCTtê cê tê Ciência e Tecnologia e trazer ao dia a dia a relação entre descobertas científicas e suas aplicações na tecnologia.

Atividades

Ao final do item 7, o momento é oportuno para os estudantes fazerem os exercícios 6 a 8 do Use o que aprendeu e as atividades 1 a 7 do Explore diferentes linguagens.

Conteúdos atitudinais sugeridos

• Ser consciente da origem dos choques que podem acontecer, em épocas de ar secosêco, ao se tocar em objetos metálicos, tais como maçanetas e carcaças de automóvel.
• Reconhecer a importância dos para-raios na prevenção de acidentes.
• Perceber que, na história da Ciência, teorias e modelos são aprimorados ou substituídos.
• Compreender que a Ciência é um construto humano.

Ao ensinar o tema eletricidade neste nível de escolaridade, é importante desenvolver no estudante atitudes de segurança relativas à eletricidade, e há vários momentos do capítulo que fornecem a oportunidade de enfatizar tais atitudes.

A abordagem dos cuidados com eletricidade teve início no 2º ano do Ensino Fundamental: “Discutir os cuidados necessários à prevenção de acidentes domésticos (objetos cortantes e inflamáveis, eletricidade, produtos de limpeza, medicamentos etc.etcétera” (habilidade EF02CI03ê éfe zero dois cê ih zero três).

Essa abordagem prosseguiu no volume do 8º ano desta coleção (capítulo 12), com a discussão dos diversos riscos potencialmente associados ao uso da energia elétrica e de atitudes associadas à prevenção dessesdêsses acidentes.

Aproveite o tema em estudo, neste capítulo do 9º ano, para retomar e destacar atitudes de segurança relativas à eletricidade. Há vários momentos destedêste capítulo que oportunizam essa retomada.

Itens 8 e 9

São muitos os eventos que conduziram ao modelo atômico apresentado no capítulo. Experimentos com descargas elétricas em gases a baixa pressão realizados por diversos pesquisadores no século XIXdezenove possibilitaram as descobertas do elétron e do próton.

No início do século XXvinte, diver­sos pesquisadores – como o irlan­dês JosephJoséf Larmor (1857­‑1942), o japonês Hantaro Nagaoka (1865­‑1950), o inglês JohnDjón WilliamUilian Nicholson (1881­‑1955) e o neozelandês Ernest Rutherford (1871‑1937) – propuseram diferentes modelos atômicos buscando elucidar fenômenos experimentais que estavam sendo observados. Nenhum dessesdêsses modelos era capaz de explicar, simultaneamente, todos os fenômenos observados. Para exemplificar, comentaremos aqui, ao docente, como foi desenvolvido o modelo de RutherfordRuterfór.

Em 1909, o alemão HansRâns Geigergaiguer (1882­‑1945) e o inglês ErnestÊrnest Marsden (1889­‑1970), que trabalhavam na Universidade de Manchester (Inglaterra) sob orientação de ErnestÊrnest RutherfordRuterfór, realizaram, por sugestão destedêste, uma série de experimentos para investigar a dispersão (o espalhamento) de partículas alfa ao incidirem sobresôbre folhas metálicas de diferentes espessuras, milhares de vezes mais finas que 1 mmmilímetro. Eles usaram um elemento radioativo que emite partículas alfa a velocidades de até 30 mil km/squilômetros por segundo.

Entre outras, foi utilizada uma folha de ouro de espessura 0,00004 cmcentímetro, correspondendo a cercacêrca de 300 a 350 átomos dessedêsse metal enfileirados. As partículas alfa, como já se sabia na época, são aproximadamente 50 vezes mais leves que os átomos de ouro e apresentam carga elétrica positiva. As partículas alfa atravessam papel ou tecidos bem finos. Assim, os experimentadores esperavam que praticamente todas as partículas alfa deveriam atravessar a folha de ouro em linha reta.

Porém, imaginavam também que algumas partículas poderiam ter pequenos desvios, por interagirem com as cargas elétricas existentes nos átomos de ouro. Para observar o destino das partículas (que não são visíveis), usaram uma superfície fluorescente. Cada vez que uma partícula alfa atingia essa superfície, uma cintilação era vista no local do impacto por fração de segundo. O resultado experimental evidenciou que algumas partículas alfa não atravessavam em linha reta, mas eram desviadas de sua trajetória, às vezes de modo bastante acentuado!

Os resultados do experimento de dispersão de partículas alfa foram analisados por RutherfordRuterfór. Ele utilizou recursos de Física e Matemática para interpretar os dados obtidos e, para explicá­‑los, propôs, em 1911, um modelo atômico segundo o qual (1) o átomo apresenta muito mais espaço vazio que preenchido; (2) a maior parte da massa de um átomo encontra­‑se em uma pequena região central (à qual chamamos núcleo), onde está concentrada a carga positiva do átomo; (3) na região ao redor do núcleo (que chamamos eletrosfera) encontram­‑se os elétrons; e (4) o raio da eletrosfera é de dez a cem mil vezes maior que o raio do núcleo (relação que foi inferida da fração de partículas alfa desviadas).

O modelo de RutherfordRuterfór explicava o fato de a maioria das partículas alfa não se desviar supondo a existência de muitos espaços vazios nos átomos. Para explicar por que poucas partículas alfa eram tão desviadas a ponto de quase retornarem na mesma direção de que vieram, RutherfordRuterfór propôs que toda a carga positiva do átomo, e quase toda sua massa, estaria concentrada em um espaço pequeno (núcleo), de modo a repelir as partículas alfa (também positivas) que viessem em sua direção.

Ao longo da década de 1920, os estudos sobresôbre fenômenos radioativos e a estrutura dos átomos prosseguiram. Foi observado que, para um núcleo atômico com carga correspondente à de x prótons, sua massa correspondia à de aproximadamente 2duasx prótons. Muitas tentativas de explicação esbarravam em inconsistências teóricas e experimentais. A solução veio após a observação, em 1930, de um tipo de radiação que não tinha carga positiva (como as partículas alfa) nem negativa (como as partículas beta, outro tipo de partícula radioativa conhecida à época), mas que também não era radiação gama (uma emissão radioativa, esta constituída de ondas eletromagnéticas). Em 1932, o físico inglês JamesDjeimes Chadwick (1891‑1974) caracterizou essa radiação como sendo constituída de partículas subatômicas de massa muito próxima à do próton, porém eletricamente neutra. Essa partícula, que foi denominada nêutron, localiza­‑se no núcleo dos átomos, juntamente com os prótons.

Ao trabalhar o item 9, atente ao desfecho da conceituação de elemento químico, iniciada no capítulo anterior. A conceituação moderna está associada ao conceito de número atômico.

Para o docente conhecer outros modelos atômicos do início do século XXvinte, sugerimos duas publicações: LOPES, C. V. M. Modelos atômicos no início do século XXvinte: da física clássica à introdução da teoria quântica. 2009. São Paulo: Pontifícia Universidade Católica de São Paulo, 2009. (Tese de Doutorado em História da Ciência.); MELZER, E. E. A.; AIRES, J. A. A História do desenvolvimento da teoria atômica: um percurso de Dalton a BohrBór. Amazônia ­– Revista de Educação em Ciências e Matemática. v.volume 11 (22), p.página 62­‑77, jan.janeiro­‑jun.junho 2015. Os textos sugeridos são disponibilizados na internet e podem ser encontrados buscando por título e nome dos autores.

De olhoôlho na BNCCBê êne cê cê!

O texto Em destaque do item 8 contribui para continuar desenvolvendo a competência geral 2 e a competência específica 3.

Amplie o vocabulário!

Redações possíveis, conside­rando o nível de compreensão atual dos estudantes:

• elétron Partícula subatômica de carga negativa.
• próton Partícula subatômica de carga positiva e de massa 1uma.836oitocentas e trinta e seis vezes maior que a do elétron.
• nêutron Partícula subatômica sem carga elétrica e com massa aproximadamente igual à do próton.
• modelo atômico Concepção científica de como é a estrutura do átomo.

História da Ciência

A pesquisa de eventos da história das Ciências da Natureza, como a que é proposta no Tema para pesquisa do item 9, permite aos estudantes perce­ber que o sucessivo aprimoramento do pensamento científico decorre da atuação colaborativa de muitos membros da comunidade. A atividade já adianta parte do que será solicitado no fechamento desta unidade.

De olhoôlho na BNCCBê êne cê cê!

O boxe Tema para pesquisa oportuniza compreender as Ciências da Natureza como empreendimento humano, e o conhecimento científico como cultural e histórico, de modo a favorecer o desenvolvimento da competência específica 1.

Sugestão de atividade

Use a simulação a seguir para mostrar aos estudantes estruturas com diferentes ordens de grandeza de tamanho, favorecendo a aquisição da noção da dimensão dos átomos. Disponível em: https://oeds.link/GXyNPr. Acesso em: 22 jul.julho 2022.

Use a barra de zoom para navegar por diferentes ordens de grandeza. Cada objeto é clicável, fornecendo tamanho e outras informações. A atividade permite retomar a habilidade de Matemática EF06MA12ê éfe zero seis ême ah um dois (“Fazer estimativas de quantidades e aproximar números para múltiplos da potência de 10 mais próxima.”).

Amplie o vocabulário!

Redações possíveis, conside­rando o nível de compreensão atual dos estudantes:

• número atômico Número de prótons existente no núcleo de um átomo.
• elemento químico Conjunto de átomos com o mesmo número atômico.
• número de massa Valor que resulta da adição do número de prótons e do número de nêutrons de um átomo.

Atividades

Ao final do item 9, o momento é oportuno para que os estudantes façam os exercícios 9 a 12 do Use o que aprendeu e as atividades 8 a 13 do Explore diferentes linguagens.

De olhoôlho na BNCCBê êne cê cê!

• EF09CI03ê éfe zero nove cê ih zero três

“Identificar modelos que descrevem a estrutura da matéria (constituição do átomo e composição de moléculas simples) e reconhecer sua evolução histórica.”

O desenvolvimento dessa habilidade se iniciou no capítulo anterior, prossegue neste e continuará no seguinte.

Neste capítulo, os estudantes conheceram alguns fatos que revelam a natureza elétrica da matéria, o que abre caminho para a percepção de que um modelo atômico deve incluir essa natureza, como é o caso do modelo apresentado neste capítulo.

Uma outra característica dessedêsse modelo é a de que o átomo não é indivisível, mas sim constituído de partículas subatômicas.

Um ponto já comentando neste capítulo e que precisa ser enfatizado ao educador é que a proposição do modelo de RutherfordRuterfór (1911) é anterior à descoberta do nêutron (1932). Assim, originalmente, esse modelo considerava o átomo constituído de prótons (no núcleo) e elétrons (na eletrosfera).

Sugestão de atividade

Construir um modelo de átomo, respeitando a proporção entre o raio do núcleo e o da eletrosfera. O que seria mais sensato empregar para representar o núcleo, de modo a ter um átomo com dimensões que caibam na sala ou, pelo menos, no terreno da escola: bola de pingue-pongue, bola de gude, grão de feijão, grão de areia ou o quê? A que distância dessedêsse objeto que representa o núcleo estariam os elétrons mais afastados, respeitando-se a proporção entre o raio do núcleo e o raio da eletrosfera?

Esta atividade propicia o entendimento do motivo pelo qual as ilustrações esquemáticas do átomo, no modelo de RutherfordRuterfór (ou no de BohrBór, apresentado no próximo capítulo), que aparecem em livros, estão sempre forafóra de proporção. É virtualmente impossível representar núcleo e eletrosfera, em escala, em uma folha de papel comum, de tal formafórma que o núcleo esteja bem visível. Se o diâmetro da eletrosfera for 20 cmcentímetros, o do núcleo será, no máximo, dez mil vezes menor, isto é, 0,02 mmmilímetro!

Outra atividade sugerida é construir o eletroscópio da questão 5 do Use o que aprendeu e realizar o experimento descrito naquela questão.

Item 10

O item apresenta a estrutura geral da tabela periódica. Esta, a nosso ver, deve ser considerada instrumento de consulta, a qualquer tempo, inclusive em avaliações. A tabela periódica apresentada no livro é a disponibilizada pela União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPACiupáqui). Considerando que a entidade não utiliza cores em sua tabela periódica e que todo e qualquer esquema classificatório esbarra em dificuldades e na possibilidade de questionamentos frente à imensa gama de propriedades dos elementos, optou­‑se, na obra, por utilizar o esquema de cores da Sociedade Brasileira de Química (SBQésse bê quê), com o qual muitos docentes estão familiarizados no Brasil.

Noções de pensamento computacional

A representação apresentada no primeiro Para fazer no seu caderno do item 10 é um fluxograma, uma representação gráfica da sequência de etapas que constituem um algoritmo. Algoritmos e fluxogramas já foram objeto de atividades no volume anterior e também no capítulo 1 destedêste volume. Habilidades de Matemática de anos anteriores também envolvem esses dois conceitos (por exemplo, EF06MA04ê éfe zero seis ême ah zero quatro, EF06MA23ê éfe zero seis ême ah dois três, EF07MA26ê éfe zero sete ême ah dois seis, EF07MA28ê éfe zero sete ême ah dois oito e EF08MA16ê éfe zero oito ême ah um seis).

Para a análise do fluxograma proposto, os estudantes devem perceber que, inicialmente, o valor da variável Z é 11. O primeiro elemento cujo símbolo será procurado na tabela periódica e escrito no papel é o sódio.

Ao chegar ao bloco de decisão (losango amarelo), como Z (ainda) não vale 18, será acrescido de uma unidade, passando a valer 12, o que conduzirá a procurar o símbolo do magnésio e a escrevê-lo no papel.

Um loop é um conjunto de instruções de um algoritmo que é executado repetidamente até que sejam alcançadas uma ou mais condições desejadas. O conjunto reproduzido a seguir é o loop que existe no algoritmo.

Esse loop será repetido até que Z seja aumentado para 18, o que, em seguida, conduzirá a procurar o símbolo do argônio e a escrevê-lo no papel. Imediatamente após isso, a resposta à pergunta que está no bloco de decisão (losango amarelo) será “SIM” e o conjunto de instruções do algoritmo chegará ao fim.

Assim, como resultado, serão registrados no papel, em 8 linhas consecutivas, os símbolos do sódio (Naêne á) ao argônio (Ará érre), ou seja, dos elementos que integram o terceiro período da tabela periódica.

O segundo Para fazer no seu caderno do item 10 propõe uma adaptação do fluxograma para expressar um novo algoritmo que, ao ser executado, resulte nos símbolos dos elementos lantanídios.

Consultando a tabela periódica, verifica-se que os lantanídios têm números atômicos de 57 (lantânio) a 71 (lutécio). A adaptação do fluxograma de­ve, portanto, ser feita de modo que a variável Z seja inicializada com o valor 57. Além disso, o loop deve ser interrompido quando, no teste do valor da variável Z, esta igualar 71. O fluxograma solicitado é:

Aproveite essa atividade para salientar aos estudantes uma das características do pensamento computacional: uma vez que se criou um algoritmo que resolve determinado problema, ele pode ser adaptado para a resolução de problemas similares.

[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?!

De olhoôlho na BNCCBê êne cê cê!

Os dois boxes Para fazer no seu caderno do item 10 possibilitam o desenvolvimento da competência geral 4, pois propõem utilizar conhecimentos das linguagens matemática e científica para se expressar e partilhar informações e ideias e produzir sentidos que levem ao entendimento mútuo.

Com essas atividades, pode também ser desenvolvida a competência específica 6, no tocante a utilizar tecnologias digitais de informação e comunicação para se comunicar, produzir conhecimentos e resolver problemas das Ciências da Natureza de formafórma crítica, significativa e reflexiva.

Atividades

Ao final do item 10, proponha os exercícios 13 a 15 do Use o que aprendeu.

Item 11

A palavra isótopo vem do grego “lugar igual”, em referência ao fato de os isótopos ocuparem posição coincidente na tabela periódica (mesmo elemento).

Dos elementos químicos que têm ocorrência natural, vinte (Bebê ê, Féfe, Naêne á, Ala éle, Ppê, Sc, Mn, Cocê ó, Asá ésse, Yípsilon, Nb, Rhérre agá, Iih, Cscê ésse, Prpê érre, Tbtê bê, Hoagá ó, Tmtê ême, Auá ú e Bibê í) são encontrados como um único tipo de átomo; todos os outros apresentam dois ou mais isótopos naturais.

O ponto central dessedêsse item é a percepção de que isótopos pertencem a um mesmo elemento químico e, por isso, são designados por mesmo nome e mesmo símbolo.

A seu critério, você pode mencionar que o único caso de isótopos que têm símbolos e nomes alternativos é o do elemento hidrogênio:

Saliente aos estudantes que o hidrogênio leve (cuja abundância isotópica é 99,99%) é o único átomo que não apresenta nêutrons.

Amplie o vocabulário!

Redações possíveis, conside­rando o nível de compreensão atual dos estudantes:

• tabela periódica Arranjo no qual os elementos químicos estão dispostos em ordem crescente de número atômico e de acordoacôrdo com a repetição regular de suas propriedades.
• grupo Coluna (vertical) da tabela periódica. Também chamado de família.
• período Linha (horizontal) da tabela periódica.
• isótopos Átomos de mesmo número atômico e diferentes números de massa.

Sugestão de atividade

Você pode propor aos estudantes que elaborem um pequeno texto sobresôbre o seguinte: O modelo atômico de Dalton afirma que todos os átomos são indivisíveis e que átomos de um mesmo elemento têm a mesma massa. Proponha duas críticas a esse modelo, embasando­‑as em argumentos científicos.

Espera­‑se que os estudantes comentem, no texto, que os átomos são constituídos de partículas subatômicas (elétrons, prótons e nêutrons) e, por isso, não são indivisíveis. Além disso, a existência de isótopos evidencia que os átomos de um mesmo elemento não são necessariamente idênticos. No caso, diferem no número de nêutrons e, consequentemente, na massa.

Interdisciplinaridade

Uma atividade diferente e motivadora pode ser denominada Fazendo arte com a tabela periódica.

Nela, a critério do docente de Arte, podem ser exploradas diferentes formasfórmas de expressão plástica, bi ou tridimensional, em que a tabela periódica e/ou os símbolos dos elementos sejam usados como parte da composição visual da produção. A ideia que aqui se sugere não é a construção de uma tabela artística, mas a “desconstrução” da tabela periódica como parte de um trabalho de criação artística que, espera-se, seja um meio não verbal de estabelecer afeição a esse importante construto científico.

De olhoôlho na BNCCBê êne cê cê!

A atividade interdisciplinar com Arte, proposta anteriormente, vai ao encontro do desenvolvimento da competência geral 3, posto que constitui estímulo para valorizar e fruir as diversas manifestações artísticas e culturais e também participar de práticas diversificadas da produção artístico-cultural.

Também oportuniza o desenvolvimento da competência geral 4, na medida em que propõe utilizar conhecimentos da linguagem artística para se expressar e partilhar informações, experiências, ideias e sentimentos em diferentes contextos.

A atividade sobresôbre produção artística envolvendo a tabela periódica pode abranger diversas técnicas e ir ao encontro das seguintes habilidades de Arte: EF69AR06ê éfe seis nove á érre zero seis (“Desenvolver processos de criação em artes visuais, com base em temas ou interessesinterêssis artísticos, de modo individual, coletivo e colaborativo, fazendo uso de materiais, instrumentos e recursos convencionais, alternativos e digitais”); EF69AR07ê éfe seis nove á érre zero sete (“Dialogar com princípios conceituais, proposições temáticas, repertórios imagéticos e processos de criação nas suas produções visuais”); EF69AR31ê éfe seis nove á érre três um (“Relacionar as práticas artísticas às diferentes dimensões da vida social, cultural, política, histórica, econômica, estética e ética”).

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?

Caso haja estudantes cegos ou com baixa visão na turma, oriente-os a realizar esta atividade em duplas com um colega vidente.

Respostas do Use o que aprendeu

1. Ao serem atritados, o balão e os cabelos adquiriram cargas elétricas de sinais opostos (eletrização por atrito). Assim, os dois objetos passam a se atrair mutuamente.

2. Enquanto a pessoa está abrindo a embalagem, a pe­le e o plástico eletrizam-se por atrito, adquirindo cargas de sinais opostos. Por isso, o plástico pas­sa a ser atraído pela mão (e a atraí-la, também).

3. a) As cargas elétricas adquiridas pelas esferas têm sinais iguais.

b)

c) As esferas adquiriram carga elétrica pelo processo de eletrização por atrito.

4. O texto do capítulo informa que, ao atritar­mos vidro e seda, o vidro adquire carga positiva e a seda, carga negativa. Assim, a esfera A, eletriza­da por contato com o vidro, fica positivamente car­re­ga­da. O texto também informa que, ao atri­tar­mos borracha rígida e seda, a borracha adquire carga negativa e a seda, carga positiva. A esfera B, eletrizada por contato com a borracha, fica negativamente carregada. Portanto, a forçafôrça entre A (positiva) e B (negativa) é de atração.

5. a) Os metais são condutores elétricos.

b) O bastão de vidro está eletrizado (positivamente) por causa do atrito com a lã. Ao tocar com ele no metal do eletroscópio, parte dessa carga é transferida para o metal e espalha-se por ele, pois trata-se de um material condutor elétrico. Os dois lados do pedaço de papel-alumínio passam a ter carga elétrica de mesmo sinal e, por isso, passam a se repelir.

c) Os dois lados do papel-alumínio voltam à posição inicial porque o fio terra faz o metal ficar neutro.

6. O fio citado permite que as cargas sejam transferidas para o solo, caso o para-raios seja atingido por uma descarga. Se o fio estiver cortado, essa transferência não acontecerá e o dispositivo será ineficiente.

7. a) Uma descarga elétrica proveniente da mão, caso ela esteja eletrizada.

b) Porque, ao tocar no metal da carcaça metálica, a carga elé­trica presente na mão se transferirá para ele.

8. Alternativa C.

I.um Certa. A situação é de eletrização por atrito.

II.dois Errada. A eletrização descrita ocorre por atrito.

III.três Certa. A descarga elétrica transfere carga entre os dois corpos.

b) Conjunto de todos os átomos que apresentam o mesmo número atômico (número de prótons no núcleo).

10. a) Consultando a tabela periódica, determina-se o nome: cobalto.

b) É o número atômico do cobalto, que indica quantos prótons há no núcleo de cada átomo dessedêsse elemento.

11. a) Seu número atômico é 11, pois tem 11 prótons.

b) Seu número de massa é 23, que corresponde à soma do número de prótons (11) e de nêutrons (12).

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

14. a) Grupo 18.

b) Grupo 17.

c) Grupo 1.

d) Grupo 14.

e) Grupo 2.

f) Grupo 16.

g) Grupo 15.

h) Grupo 13.

15. a) Hélio, neônio, argônio.

b) Flúor, cloro, bromo.

c) Lítio, sódio, potássio.

d) Carbono, estanho, chumbo.

e) Magnésio, cálcio, bário.

f) Oxigênio, enxofre, selênio.

g) Nitrogênio, fósforo, ar­sênio.

h) Boro, alumínio, gálio.

De olhoôlho na BNCCBê êne cê cê!

Na seção Use o que aprendeu, encontra-se oportunidade de trabalhar novamente a competência específica 3, na atividade 1, e a competência específica 2, na atividade 7.

Respostas do Explore diferentes linguagens

1. Aterramento.

2. Fio terra.

3. Porque, se ela estiver eletrizada, poderá haver uma descarga elétrica para algum objeto ou pessoa que dela se aproxime, e a faísca poderá incendiar o vapor do combustível.

4. O atrito da blusa de lã com os cabelos (limpos e secos) faz com que a blusa e os cabelos se eletrizem por atrito. Como os fios de cabelo passam a estar eletrizados com cargas de mesmo sinal, eles se repelem mutuamente.

5. Considerando que a eletrização dos cabelos se deu por atrito, então a blusa de lã ficou eletrizada com carga de sinal oposto ao da carga elétrica dos cabelos.

6. Quando a blusa eletrizada chega bem perto da maçaneta, ocorre uma pequena descarga elétrica (faísca) entre a lã e o metal, transferindo carga para o metal.

7. A carga adquirida pelos cabelos (e também pela blusa) é transferida para a água atmosférica (eletrização por contato). Isso diminui a chance de os cabelos permanecerem eletrizados.

8. O estudante se refere ao conceito de número atômico, que corresponde ao número de prótons no núcleo de um átomo. Cada elemento químico é caracterizado pelo número de prótons no núcleo de seus átomos, ou seja, cada elemento químico tem seu próprio número atômico.

9. Ccê (Z = 6); Ppê (Z = 15); Mn (Z = 25).

A combinação é 61525.

10. Kr (Z = 36); Nêne (Z = 7); Titê Í (Z = 22).

A combinação era 36722.

11. Ao fazer o questionamen­to, o perguntador se referiu às necessidades do cidadão, àquilo que tem importância fundamental para a qualidade de vida de cada indivíduo. O político falou de elementos químicos presentes no corpo humano. Portanto, ele não entendeu a pergunta (ou não quis responder ao questionamento).

12. Ordem decrescente de abundância no corpo humano (considerando porcentagem em massa).

13. Magnésio, pois é o próximo em ordem decrescente de abundância no corpo humano.

De olhoôlho na BNCCBê êne cê cê!

As atividades 11 a 13 da seção Explore diferentes linguagens oferecem novamente a oportunidade para desenvolvimento da competência geral 4, já citada anteriormente neste capítulo.

Há também, neste conjunto de atividades, a possibilidade de desenvolver a competência específica 4, que envolve avaliar aplicações e implicações políticas e culturais da ciência e de suas tecnologias para propor alternativas aos desafios do mundo contemporâneo.

A seção Seu aprendizado não termina aqui, ao estimular os estudantes a explicar fenômenos elétricos ocorridos no cotidiano, possibilita, mais uma vez neste capítulo, o desenvolvimento da competência específica 2.