Introdução ao estudo da Química

É comum ouvirmos pessoas dizerem preferir pão sem química. E você, prefere pão com química ou pão sem química?

Linguagem científica como meio facilitadorda comunicação

Caráter experimental da Química

Pesquisa pura x pesquisa aplicada

A Química relaciona-se a outras Ciências (caráter interdisciplinar)

Breves noções da evolução da Química ao longo do tempo

Distinção entre observações qualitativas e quantitativas

Distinção entre lei e teoria

Noções sobre método científico

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0 que você pensa a respeito? Sondagem de concepções prévias

Introdução ao estudo da Química Capítulo 1

Na lista abaixo estão relacionados alguns termos e conceitos. Indique no seu caderno aqueles que você julga que estejam relacionados à imagem e justifique sua escolha. Discuta com seus colegas e apresente as conclusões ao professor.

• reprodutibilidade (de um experimento)

• pesquisa pura

• pesquisa aplicada

• Alquimia

• teoria

• observações experimentais4 Astronauta Bruce McCandless il em missão da nave Challenger da NASA (EUA), em 1983.

Química, Física, Biologia, Matemática e Astronomia são exemplos de Ciências Naturais. O substantivo ciência designa um modo organizado de trabalho que visa ao estudo de algo, e o adjetivo natural é referente à natureza.

Assim, Ciências Naturais são aquelas ciências que têm por finalidade estudar objetos e fenômenos (acontecimentos) da natureza, quer esses fenômenos sejam observados em ambientes naturais, quer sejam produzidos ou reproduzidos em ambientes artificiais (isto é, ambientes criados pelo ser humano), como é o caso dos laboratórios.

As Ciências Naturais têm um modo organizado de trabalho que permite a criteriosa observação dos fenômenos, a interpretação das observações e, em determinados mo­mentos, a proposição de explicações para os fenômenos.

É difícil apresentar uma definição rápida e simples para a Química. De modo simplis­ta, podemos dizer que ela é a Ciência Natural que visa ao estudo das substâncias, da sua composição, da sua estrutura e das suas propriedades. Entre as propriedades das substâncias que mais interessam aos químicos está a tendência de elas tomarem parte, ou não, em transformações nas quais novas substâncias são formadas a partir de outras, denominadas reações químicas.

Assim como as outras Ciências, a Química teve uma evolução histórica até chegar ao seu estágio moderno e às suas atuais características. Ter noções de história da Química ajuda a compreender melhor como certos conceitos surgiram e por que seu surgimento foi importante. Este capítulo introdutório apresenta algumas características da Química, esboça brevemente sua evolução histórica e comenta, em linhas gerais, o método científico, que permite a descoberta de leis científicas e a proposição de teorias.

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Pare e situe-se! Texto introdutório ao capítulo

Aprender Química para o exercício da cidadaniaPara a população em geral, uma expressão do tipo "pão sem química" transmite a ideia de

um pão isento de substâncias prejudiciais à saúde. Tentando transmitir a ideia desejada, essa expressão é, além de infeliz, totalmente incorreta, porque a produção do pão utiliza a farinha de trigo como matéria-prima e parte dela sofre uma reação química (denominada fermentação). Mesmo sem saber Química, o padeiro executa, todos os dias, essa reação.

Ao utilizar a expressão "pão sem química", uma pessoa revela desconhecer várias coisas:• a Química não é um objeto para que possa ser colocada em um pão. A Química é uma

ciência, ou seja, um ramo do conhecimento humano que visa compreender melhor alguns fenômenos que ocorrem na natureza e/ou em laboratório, estudando-os com uma linha organizada de trabalho, denominada método científico;

• ao fazer o pão, o padeiro utiliza processos químicos (reações químicas);• todos os objetos e materiais existentes na Terra (incluindo os pães) são constituídos por

substâncias químicas.

Assim, o "pão sem química" é, na verdade, um pão obtido a partir de substâncias e reações químicas, mas sem a adição de substâncias que possam ser nocivas à saúde.

Analogamente, frases como "não tomo remédios, pois contêm muita química", "alimentos enlatados fazem mal porque os fabricantes adicionam muita química" ou "instalei em minha pis­cina um novo sistema de tratamento totalmente isento de química" também estão incorretamente elaboradas, pois confundem uma importante ciência com substâncias tóxicas ou com produtos e processos maléficos ao ser humano.

Em nosso dia a dia é muito freqüente encontrarmos indicações de substâncias químicas nas embalagens de alimentos, nos frascos de cosméticos, nos rótulos de produtos de limpeza, nas etiquetas de roupas, nas caixas e bulas de remédios e em tantos outros objetos.

Da imensa variedade de produtos colocados à venda, a maioria deles, se não todos, provém de indústrias químicas ou, então, entrou em contato durante sua manufatura com produtos delas provenientes (por exemplo, sabões, detergentes, remédios, cremes dentais, cosméticos, plásticos, borracha, metais, papel, colas, tintas, álcool, sal, açúcar, vinagre, aditivos alimentares, refrigerantes, CDs e DVDs etc.). Virtualmente, tudo o que encontramos à venda se relaciona de alguma forma com a indústria química. O produto usado nas embalagens — papel, plástico, vidro ou metal — e a tinta nelas utilizada são obtidos por meio de processos químicos.

Os materiais empregados na construção de casas, prédios, automóveis, aviões, embarcações, computadores e eletrodomésticos constituem outros exemplos que se relacionam com as indústrias de processos químicos, nas suas mais diferentes modalidades e especialidades.

< Notebooks e máquinas fotográficas digitais contêm materiais cuja obtenção se deve, entre outros, a avanços da Química. Alguns exemplos são as baterias recarregáveis, o display e o monitor de cristal líquido e os circuitos eletrônicos miniaturizados.

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Introdução ao estudo da Química j Capítulo 1

O conhecimento da Química, assim como de muitas outras áreas do saber humano, propicia um melhor entendimento do mundo e, consequentemente, ajuda a ter uma melhor qualidade de vida. Aprender nos permite exercer melhor nossos direitos e deveres de cidadão.

Os medicamentos são substâncias químicas devidamente extraídas da natu­reza ou fabricadas artificialmente, purificadas, dosadas e comercializadas.

Do mesmo modo que substâncias químicas podem contribuir para o bem- estar da humanidade, elas também podem — se usadas incorretamente (por ignorância, incompetência, ganância ou ideologias duvidosas) — acarretar do­enças, poluição do ar e das águas, desequilíbrios ecológicos e mortalidade de plantas e animais.

Assim, apesar de toda a importância desta ciência e de suas aplicações, há muita confusão no que diz respeito à palavra química. É comum ouvirmos seu nome sendo usado impropriamente como sinônimo de "substâncias tóxicas", "veneno" ou "poluição".

Aprender Química é se envolver num apaixonante estudo das substâncias ao nosso redor, de onde vêm, quais suas propriedades, que utilidades possuem e quais as vantagens ou os problemas que eventualmente podem trazer à hu­manidade. A principal meta deste livro é ajudá-lo a compreender melhor alguns conceitos fundamentais da Química e sua relação com o cotidiano.

Um cidadão participativo e capaz de tomar as melhores decisões para si e para sua comunidade precisa, entre outras coisas, ter noções claras sobre Ciência e Tecnologia. Assim, dominar os conceitos científicos e compreender os fenômenos que nos rodeiam são importantes condições para o exercício da cidadania.

Os vários aspectos da QuímicaA Química envolve uma linguagem própria

Diversos ramos do conhecimento humano, por vezes, se utilizam de códigos para expressar as ideias de maneira concisa.

A Química, assim como a Música, a Computação e a Eletrônica (apenas para citar alguns poucos exemplos), utiliza-se de representações que podem ser en­tendidas por qualquer pessoa familiarizada com elas. Ao longo deste curso de Química você vai adquirir informações que lhe permitirão entender essa lingua­gem. Assim, por exemplo, você em breve fará leituras do tipo:

C (graf.) + 0 2(g) -4 C02(g)

Carbono grafite reage com gás oxigênio produzindo gás car­bônico.

A A música tem linguagem própria, que é registrada nas partituras musicais. Da mesma maneira, a Química também tem linguagem própria.

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O conhecimento da Química e a correta utilização de seus princípios podem evitar problemas como o mostrado nesta foto. Rio Tietê, Pirapora do Bom Jesus, SP, 2001.

Em equação:

Em palavras:

Uma sonata para piano escrita por Mozart (músico austríaco) pode ser entendida e in­terpretada tanto por um pianista chinês quanto por um brasileiro porque a linguagem das partituras musicais é universal. O mesmo acontece com a linguagem química. Isso é impor­tantíssimo no que diz respeito à comunicação científica ao redor do mundo.

A Química utiliza ferramentas de outras áreas

No decorrer deste curso, você perceberá que, muitas vezes, a Química utiliza conceitos de outras áreas, principalmente da Matemática e da Física. Quando necessário, faremos um comentário preliminar sobre eles, para que você possa dominar todos os pré-requisitos necessários e entender a Química do ensino médio.

O caráter experimental da Química

Assim como acontece com as outras Ciências Naturais (Física, Biologia etc.), a Química baseia-se na observação de acontecimentos (fenômenos) da natureza. Mais do que isso, a pes­quisa química envolve a execução de experiências em laboratório e a cuidadosa observação e interpretação dos resultados.

Quando um cientista realiza algumas experiências e obtém resultados importantes, geralmente ele os publica em revistas especializadas de circulação mundial. Sua descrição deve ser precisa o suficiente para que outros cientistas possam reproduzi-las e chegar aos mesmos resultados. Caso contrário, suas conclusões não serão aceitas pela comunidade cien­tífica mundial. Assim, uma preocupação importante relacionada com as experiências é a sua reprodutibilidade.

O caráter puro e aplicado da Química

Uma pesquisa química pode estar voltada apenas para o melhor entendimento de algum fato da natureza; nesse caso temos uma pesquisa pura. Por sua vez, ela pode estar focada em resolver um problema prático, tratando-se, então, de uma pesquisa aplicada.

Ao redor do > mundo, milhares de

químicos realizam constante trabalho

experimental. Centenas de

novas descobertas são feitas a cada

ano e muitas delas provocarão

mudanças na vida das pessoas.

A A pesquisa pura permitiu a descoberta do elemento químico silício. A pesquisa aplicada possibilitou que, com ele, se fizessem as modernas células fotovoltaicas como a indicada pela seta na foto. Tais dispositivos convertem energia luminosa em energia elétrica e já são largamente usados em calculadoras portáteis.

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O caráter interdisciplinar da Química

Como já dissemos, essa ciência possui caráter aplicado. Muitas vezes, para a resolução de um problema prático, é necessário que ela atue em conjunto com outras ciências.

Ao se aliar à Engenharia, a Química tem propiciado a elaboração de novos materiais, como, por exemplo, as cerâmicas que suportam altas temperaturas, os plásticos altamente resistentes e os materiais supercondutores.

A Medicina, talvez a mais antiga das ciências associadas à Química, é uma das maiores beneficiadas com os modernos avanços dessa área. Anualmente, são descobertas centenas de novas substâncias que podem atuar como medicamentos.

Todas essas fascinantes aplicações que descrevemos representam apenas parte do que existe em termos de avanço científico e tecnológico ligado à Química.

introdução ao estudo da Química Capítulo 1

É importantíssimo salientar que nenhum progresso nesse campo será possível se os conceitos básicos da Química não forem bem compreendidos. São esses conceitos, discutidos ao longo deste livro, que formam o alicerce de todo o conhecimento químico atual. Embora se trate de conhecimentos básicos, você poderá perceber a grande diversidade de aplicações práticas que eles possuem.

Breve panorama históricoEntre as Ciências Naturais, pode-se dizer que a Química é uma das mais recentes. Astro­

nomia, Física e Matemática têm uma história que remonta a muitos séculos antes de Cristo.

Não há uma data específica que possamos estabelecer como "início" da Química. Podemos dizer, entretanto, que ela só se firmou como ciência no transcorrer dos séculos XVII e XVIII. Vamos, a seguir, dar uma ideia sobre isso.

A Antiguidade

Há mais de 3.500 anos, os egípcios já utilizavam técnicas em que estavam envolvidas transformações químicas. Dentre elas, podemos citar a fabricação de objetos cerâmicos por meio do cozimento da argila, a extração de corantes de certos animais e vegetais, a obtenção de vinagre e bebidas alcoólicas não destiladas (vinho, cerveja) e a produção de vidro e de alguns metais. Destaca-se também a arte da conservação das múmias, na qual os egípcios atingiram alto grau de perfeição.

Por volta de 478 a.C., o filósofo grego Leucipo, que vivia na costa norte do Mar Egeu, apresentou a primeira teoria atômica de que se tem notícia, e seu discípulo Demócrito a aperfeiçoou e propagou. A ideia envolvida era a seguinte: considere, por exemplo, a areia de uma praia. Vista de longe ela parece contínua, porém, observada de perto, notamos que é formada por pequenos grãos. Na realidade, todas as coisas no universo são formadas por "grãozinhos" tão pequenos que não podemos enxergar e, dessa forma, temos a impressão de que elas são contínuas. A esses "grãozinhos" foi dado o nome de átomos (do grego a, que significa "não", e tomos, que quer dizer "divisível").

Contudo, entre os gregos, acabaram predominando as ideias de outro filósofo, Aristóte­les (384-322 a.C.). Segundo ele, tudo é constituído de quatro "elementos" básicos: fogo, terra, ar e água. Essa maneira de pensar influenciou muito a evolução da Ciência ocidental, que conseguiu desvencilhar-se totalmente dessas ideias somente no século XVI, a partir do qual a Química teve considerável impulso.

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Alquimia, a precursora da Química

Após Aristóteles, a Grécia passou por um agitado período po­lítico e, gradualmente, a cidade egípcia de Alexandria assumiu a liderança científica da época. Lá, encontraram-se frente a frente a fi­losofia grega, a tecnologia egípcia e as místicas religiões orientais.

Disso tudo nasceu a Alquimia, uma mistura de ciência, arte e magia, que floresceu durante a Idade Média, tendo uma dupla preocupação: a busca do "elixir da longa vida", que garantiria a imortalidade e a cura das doenças do corpo, e a descoberta de um método para a transformação de metais comuns em ouro (trans­mutação), que ocorreria na presença de um agente conhecido como "pedra filosofal".

A procura pelo ouro não era motivada por razões econômicas, mas porque ele, devido à resistência à corrosão, representava a perfeição divina. Contudo, muitos charlatães se aproveitaram de encenações simulando a transmutação para enriquecer à custa da boa-fé de alguns adeptos da Alquimia.

Na China, as especulações dos alquimistas conduziram ao domínio de muitas técnicas de metalurgia e à descoberta da pólvora. Os chine­ses foram os inventores dos fogos de artifício e os primeiros a usar a pólvora em combates no século X.

Nenhum dos dois objetivos da Alquimia foi atingido, contudo, muitos progressos no co­nhecimento das substâncias provenientes de minerais e vegetais foram obtidos no Ocidente e no Oriente. Prepararam-se substâncias como, por exemplo, ácido nítrico (chamado na época de aquafortis) e ácido sulfúrico (oleum vitriolum). Materiais de laboratório foram sendo gradual­mente aperfeiçoados.

No século XVI, o suíço Theophrastus Bombastus Paracelsus propôs que a Alquimia deveria preocupar-se principalmente com o aspecto médico em suas investigações. (Isso ficou conhecido como latroquímica.) Segundo ele, os processos vitais podiam ser interpretados e modificados com o uso de substâncias químicas. Sua contribuição no diagnóstico e no tratamento de algumas doenças foi digna de nota.

Reconstrução dc um laboratório alquímico da Idade Media. Collegium Maius, Cracóvia, Polônia, em 2001.

Da Alquimia surge a Química

Em 1597, o alemão Andreas Libavius publicou o livro Alchemia, no qual afirmava que a Alqui­mia tem por objetivo a separação de misturas em seus componentes e o estudo das propriedades desses componentes.

Em 1661, o irlandês Robert Boyle publicou The sceptical chemist (O químico cético — cético sig­nifica desconfiado, que só acredita mediante provas), no qual atacava violentamente a concepção aristotélica de quatro "elementos". Para Boyle, elemento é tudo aquilo que não pode ser decomposto por nenhum método conhecido. Esses dois livros são considerados, por alguns estudiosos, o marco inicial da Química.

Há outros estudiosos que creditam a Antoine Laurent Lavoisier o mérito de ser o "pai" da Química. Os trabalhos desse cientista francês, realizados no século XVIII, deram à Química bases mais sólidas. Ele realizou experimentos controlados envolvendo medidas da massa de frascos (incluindo a dos materiais neles contidos) antes e depois de acontecerem reações químicas den­

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tro deles. Uma de suas conclusões, a de que a massa se conserva durante as reações químicas, é considerada por alguns o marco inicial da Química.

No século XIX, os trabalhos de Gay-Lussac, Dalton, Wõhler, Avogadro, Kekulé e outros, cujas conclusões também estudaremos neste livro, deram origem à chamada Química clássica.

No século XX, com o grande avanço tecnológico, presenciou-se uma vertiginosa evolução do conhecimento químico. O átomo teve sua estrutura interna pesquisada, elementos artificiais foram sintetizados e modernas técnicas de investigação foram desenvolvidas, utilizando conceitos de Química, Física, Matemática, Computação e Eletrônica.

Introdução ao estudo da Química

Alguns recentes progressos da pesquisa química aplicada:

® Chip plástico para identificação por radiofreqüência (RFID), usado em lojas para evitar furtode mercadorias. Tais dispositivos também podem armazenar informações, como preço e data de validade.

(B) Caneca revestida com camada de material termocrômico (muda de cor com a temperatura). À medida que o líquido quente provoca seu aquecimento, a coloração escura passa a transparente, revelando a imagem que existe na camada abaixo dela.

A Química é dinâmica

Um cientista decidido a atuar em certo ramo da Química precisa, antes de mais nada, estudar o que já se descobriu a respeito do assunto escolhido. A partir daí, deve decidir qual será o problema a investigar e elaborar experiências de laboratório, que lhe permitirão executar observações experimentais. Essas observações podem ser de dois tipos:

• qualitativas: aquelas que não envolvem dados numéricos;

• quantitativas: as que provêm de medidas, com a utilização de instrumentos, e constituem-se de dados numéricos.

Após a execução das experiências, é possível notar quais as regularidades observadas e, a partir delas, enunciar um princípio ou uma lei, ou seja, uma frase ou uma equação matemática que expresse a regularidade observada.

Em seguida, pode-se apresentar uma teoria, ou seja, uma proposta de explicação para os fatos experimentais e as leis. Uma teoria é considerada satisfatória quando, ao ser testada em novas situações, obtém sucesso em suas previsões. Quando tal sucesso não é conseguido, ela deve ser modificada ou, dependendo do caso, aban­donada e substituída por outra melhor.

Todo esse processo não para de acontecer. A Química é uma Ciência e, como tal, está em contínuo processo de evolução e aperfeiçoamento.

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Experimentos

permitem fazerObservações

que revelamRegularidades da natureza

enquanto continuar a explicar as

quando não mais explicar as

enunciadas comoPrincípios ou leis

que se pretendem explicar com uma

Teoriaque é Aceita

Substituída ou aprimorada

▲ Esse tipo de esquema é denominado mapa conceituai. Trata-se de uma maneira de representar a relação lógica entre conceitos. Você encontrará outros mapas conceituais ao longo deste livro.

Você entendeu a leitura? Responda em seu caderno

1. Pense em um experimento que envolva observar o movimento dos carros na sua cidade ou na sua rua. Liste algumas observações experimentais qualitativas e quan­titativas que você poderia fazer. Você precisaria de instrumentos para fazer essas observações?

2. Observe as pessoas que entram e saem da sua escola. Quais regularidades você é capaz de apontar sobre essas pessoas? Nesse caso, ficaria mais fácil realizar este experimento em grupo? Justifique.

3 . Leia com atenção, juntamente com seus colegas de sala, uma receita de bolo. Reescre- va em grupo a mesma receita pensando em fazer um bolo com o dobro do tamanho. Discutam em grupo sobre alguma regularidade observada nas duas receitas. Seria possível elaborar uma equação matemática que pudesse expressar a regularidade observada?

4 . Toda teoria deve ser imutável já que ela tem por finalidade explicar regularidades obser­vadas na execução de determinados experimentos. Você julga essa afirmação correta? Discuta com seus colegas a respeito.

Reavalie o que você pensa a respeito Verifique em que mudaram suas concepções prévias

Reveja sua resposta à atividade da segunda página deste capítulo, reavalie o que escreveu, discuta com seus colegas e, se julgar necessário, elabore novas justificativas ou aprimore as que tinha escrito. Apresente-as ao professor.

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