Pilha eletroquímica

Pilha eletroquímica

Diariamente usamos pilhas e baterias em brinquedos, aparelhos eletrônicos, carros, etc. Mas como esses dispositivos funcionam? Nesse artigo vamos entender o funcionamento de uma pilha eletroquímica através do modelo formulado por Daniell, também conhecida por pilha de Daniell.
Se perguntarmos a uma criança para que serve uma pilha a resposta provavelmente seria simples: para alguma coisa funcionar. Mas o que isso significa?
Fazer funcionar significa fornecer energia elétrica a um equipamento para este desempenhar a sua função. Alguns equipamentos adquirem energia elétrica ligando-os na tomada outros através de pilhas e baterias, que podem ser recarregáveis ou não.
A primeira pilha foi idealizada por Alessandro Volta (1745-1827). No entanto o tal protótipo utilizava soluções ácidas que produziam gases tóxicos. Frederic Daniell (1790-1845) aprimorou o dispositivo utilizando soluções salinas.

Conceito

Uma pilha tem a capacidade de transformar energia química em energia elétrica através de um fluxo de elétrons promovido por uma reação de oxirredução espontânea. O fenômeno inverso onde a energia elétrica é convertida em energia química é conhecido por eletrólise.

A pilha de Daniell

Para uma pilha funcionar ela deve ser formada por dois eletrodos.
No caso da pilha de Daniell um eletrodo é formado pelo conjunto de uma placa de zinco metálico com uma solução que contenha os íons zinco (solução aquosa de sulfato de zinco – ZnSO4).
O outro eletrodo é formado pelo conjunto da placa de cobre metálico com uma solução de íons cobre dissolvidos (sulfato de cobre – CuSO4).
Modelo de pilha eletroquímica
Os dois eletrodos dever estar interligados por um fio metálico para possibilitar a transferência de elétrons, ou seja, a energia elétrica produzida pela pilha.
Se a pilha estiver funcionando adequadamente e colocarmos uma lâmpada conectada a esse fio, ela acenderá.
Em cada eletrodo ocorrerá a reação de redução ou de oxidação, a que chamamos de semi-reações. Ao somarmos as duas semi-reações chegamos à reação global.
reações de pilha
No ânodo temos a oxidação do zinco que doa elétrons para os íons cobre sofrerem redução no outro eletrodo. Com isso serão formados cátions de zinco no ânodo e cobre metálico no cátodo.
Visualmente podemos observar a corrosão da placa de zinco e o depósito de cobre na placa metálica.

Ponte salina

Ponte salina é um tubo de vidro em formato de U preenchido com uma solução salina diluída em uma mistura gelatinosa.
Nas extremidades coloca-se um material poroso para evitar a saída da solução sem interromper o trânsito de íons.
A solução deve conter um sal solúvel como cloreto de potássio (KCl) ou nitrato de amônio (NH4NO3). A ponte salina é necessária para equilibrar as espécies iônicas nas soluções dos eletrodos.
Após um período de funcionamento da pilha de Daniell (ponte salina preenchida com cloreto de potássio), haverá um aumento de íons zinco no ânodo e uma diminuição de íons cobre no cátodo.
Para manter a neutralidade elétrica os íons cloreto (Cl), migrarão para a solução de zinco e os íons potássio (K+) para o eletrodo do cobre.

Representação da pilha

Existe uma notação específica para representar a reação que ocorre em uma pilha.
Inicialmente colocamos as espécies do ânodo e depois as espécies do cátodo separadas por //. Segue a representação da pilha de Daniell:
Zn/Zn2+ // Cu2+/Cu

Histologia e Fisiologia Vegetal

Quando olhamos um jardim florido com a sua diversidade de cores e perfumes, muitas vezes não pensamos na variedade de estruturas que compõem os vegetais e como as plantas são capazes de responder aos diversos estímulos do ambiente. Neste texto vamos conhecer um pouco mais sobre histologia e  fisiologia vegetal. Vem com a gente!

Mas o que é Histologia?

Histologia é a área da Biologia que estuda a composição e função dos tecidos. Denominam-se tecidos um conjunto de células especializadas e com função importante para o ser vivo.
Nas plantas, os principais tecidos são:

Meristema:

Todos os tecidos que estão presentes em uma planta tiveram sua origem no meristema. As células meristemáticas se multiplicam e realizam diferenciação em tecidos que irão compor as estruturas vegetais. Os meristemas são divididos em:
Primário: que está relacionado com o crescimento primário (em comprimento). Esse tipo de meristema está presente no ápice do caule e nas raízes.
Secundário: esse tipo de meristema surge a partir de células diferenciadas, como por exemplo, as que estão presentes no parênquima. Um exemplo é felogênio, que produz células para a parte interna (feloderma) e externa da planta (súber).

Tecidos de revestimento:

São aqueles que protegem o vegetal. O tecido mais externo com essa função é chamado de epiderme, a qual é composta por uma única camada de células. A epiderme pode apresentar diversas estruturas como, por exemplo:
Estômatos: importante para a realização da fotossíntese e transpiração. É responsável por fazer as trocas gasosas entre a planta e o ambiente;
Cutícula: reveste a folha e a torna impermeável;
Tricomas: função de proteção das folhas contra a perda de água pelo tecido e ataque de herbívoros
A periderme é o tecido que substitui a epiderme em caules e raízes que apresentam crescimento secundário, ou seja, naquelas plantas que apresentam crescimento em diâmetro.

Tecidos de preenchimento:

Esses tecidos também são denominados de parênquimas, apresentam como característica preencher os espaços internos da planta.
A função desse tecido pode variar de acordo com o local em que está presente o tecido.
Ex: o parênquima paliçádico é rico em cloroplastos e por isso é muito importante durante a fotossíntese.

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Tecidos de sustentação:

São responsáveis pela estrutura da planta. Podem ser compostos por células mortas impregnadas por lignina (é impermeável e dá resistência ao tecido) como o esclerênquima; ou podem ser impregnados por celulose e composto por células vivas como o colênquima.

Tecidos de condução:

São responsáveis pelo transporte de seiva. Podem ser de dois tipos:
Xilema ou lenho que é composto por células mortas impregnadas de lignina, esse tecido faz o transporte de seiva bruta.  
Já o floema ou líber transporta a seiva elaborada, também conhecida como seiva orgânica.
As imagens abaixo mostram um pouco dos tecidos vegetais:

Celulas dos tecidos vegetais
Figura 1: Esquema mostrando as células dos diferentes tecidos vegetais. Fonte: www.sobiologia.com.br
tecidos vegetais
Figura 2: Tecidos vegetais. Fonte: www.sobiologia.com.br

Fisiologia Vegetal:

A fisiologia vegetal estuda o funcionamento das plantas. No nosso texto, vamos abordar mais o tema da transpiração e condução de seiva nas plantas, visto que são muito cobrados nas principais provas.
Porém, existem a respiração, a nutrição, a fotossíntese e outros que são importantes processos fisiológicos dos vegetais.

Transpiração Vegetal:

A transpiração é um importante processo fisiológico dos vegetais, visto que ele está intimamente ligado ao transporte de seiva bruta – seiva inorgânica – pelo xilema.
É um processo que ocorre principalmente através dos estômatos, embora ele também possa ocorrer através da cutícula. A transpiração estomática ocorre quando há abertura dos estômatos – quando as células guarda ficam túrgidas.
Isso permite que haja trocas gasosas com o meio, junto com os gases ocorre também a perda de água pelo processo de transpiração. O fechamento dos estômatos é gerado pela flacidez das células-guarda.
Entre os fatores que podem influenciar a abertura e fechamento dos estômatos estão: a intensidade da luz, concentração de gás carbônico e quantidade de água presente dos tecidos da planta.

Condução da seiva:

A seiva bruta é formada principalmente por água e sais minerais e é transportada pelo xilema das raízes até as folhas.
Isso é possível pela teoria de Dixon (tensão-coesão): a ascensão da seiva ocorre devido à coesão entre as moléculas de água e a sucção gerada pela transpiração que ocorre nas folhas.
A seiva elaborada é produzida nas folhas através da fotossíntese, é rica em matéria orgânica e é transportada pelo floema. É levada das folhas em direção à raiz.

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Reações de Oxirredução

Mesmo sem percebermos, as reações de oxirredução ocorrem a todo o momento ao nosso redor. Como em um portão que enferruja, na reação de fotossíntese das plantas, em uma maçã que escurece depois de aberta e por aí vai…
Nesse artigo vamos aprender o conceito de reações de oxirredução, a atribuir o número de oxidação e a empregar corretamente alguns termos essenciais, como oxidação, redução, agente oxidante e agente redutor.

Conceito

Uma reação de oxirredução é caracterizada pela transferência de elétrons entre átomos, íons ou moléculas.  Na prática conseguimos identificar essa transferência de elétrons analisando os números de oxidação de todos os átomos envolvidos na reação.

Número de oxidação (Nox)

Conceitualmente número de oxidação (Nox) é a carga elétrica real (para ligações iônicas) ou carga elétrica parcial (para ligações covalentes) de uma espécie química ligada.
Como em uma reação de oxirredução ocorre transferência de elétrons, consequentemente há mudança no número de oxidação das espécies envolvidas. Ao identificar mudança de Nox dos elementos, podemos dizer com certeza que se trata de uma reação de oxirredução.

Como determinar o número de oxidação (Nox)

Em muitos casos as espécies químicas podem adquirir diferentes números de oxidação dependendo das ligações formadas. Ainda assim, podemos enumerar algumas regras para facilitar a determinação do Nox dos elementos.
1º) Nox de uma substância simples é sempre igual a zero.
Ex: H2, O2, Au, Fe.
2º) O elemento  hidrogênio possui Nox +1, exceção quando estiver ligado a metais e formar um hidreto onde terá Nox -1.
3º) O elemento oxigênio geralmente possui Nox -2, exceção quando estiver ligado ao flúor, onde tem Nox -2 e quando formar peróxido que terá Nox -1.
4º) metais alcalinos (família 1) possuem Nox +1.
5º) metais alcalinos terrosos (família 2) possuem Nox +2
6º) halogênios (família 17) possuem Nox -1 quando forem o elemento maios eletronegativo da ligação química.
7º) em substâncias compostas o alumínio possui Nox +3, o zinco Nox +2 e a prata Nox +1
8º) Nox de um íon simples, ou monoatômico, será sempre a própria carga no íon. Ou ainda no caso de um íon composto a soma dos Nox dos elementos será igual à carga do íon.
Ex: Na+ (Nox = +1); Cu+2 (Nox = +2); Cl-1 (Nox = -1); SO42- (Nox de S = +6; Nox de O = -2; Nox final = + 6 + 4.(-2) = -2).
9º) Em uma substância composta neutra a somas dos Nox dos elementos será sempre igual a zero.
Ex: H2O (Nox final = +1 + 2x(-2) = 0)

Exemplos de reações de oxirredução e nomenclatura

Com base na análise dos Nox das espécies químicas de uma reação, podemos identificar qual elemento sofreu oxidação, qual sofreu redução e quais foram os compostos que agiram como agente redutor e agente oxidante.
Vamos comparar os Nox das espécies químicas presentes nos reagentes e nos produtos. Se ocorrer diminuição no Nox significa que a espécie ganhou elétrons e, portanto sofreu redução. Se o Nox de um elemento aumentou significa que perdeu elétrons e, portanto sofreu uma oxidação.
Lembre-se de que elétrons possuem carga negativa e seu ganho acarreta em uma diminuição da carga!

Termos

Os termos “agente redutor” e “agente oxidante” também causam muitas dúvidas. Mas não tem como errar.
O agente é o reagente que causa a oxidação ou redução em outro elemento. Então, se um elemento sofreu oxidação ele causou a redução em outro elemento e por isso é chamado de agente redutor. Veja o esquema que montamos:

Vamos ver como essa nomenclatura funciona na prática com a reação de amônia com oxigênio:

Depois de atribuídos os números de oxidação a todos os elementos, foram detectados os elementos que sofreram mudança no Nox,no caso nitrogênio e oxigênio.
O nitrogênio passou do Nox -3 para +2, e, portanto perdeu elétrons.
Como perdeu elétrons sofreu uma oxidação e a amônia (NH3) será o agente redutor.
o Nox do oxigênio diminuiu de 0 para -2, logo ele ganhou elétrons e sofreu redução.
Portanto o gás oxigênio (O2) será o agente oxidante.

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A definição territorial da América portuguesa

Entre meados do século XVI e durante o século XVII, a principal atividade econômica da colônia era o cultivo de cana-de-açúcar. Entretanto, outras atividades se desenvolverem em terras brasileiras proporcionando a expansão do território. Por isso, neste post falaremos sobre a definição territorial da América portuguesa.
As outras atividades econômicas se desenvolveram nas demais regiões, traçando, de certa forma, a maioria dos contornos territoriais do Brasil atual.

A Península Ibérica

Com a morte precoce do monarca português D. Sebastião, em 1578, que não deixou herdeiros, iniciou-se uma crise sucessória. O rei espanhol Felipe II requereu seus direitos dinásticos (era neto, por parte de mãe de D. Manuel, rei de Portugal).
O rei espanhol assumiu o trono e passou a reinar sob Portugal e Espanha, dando origem à União Ibérica, em 1580. Mas no que isso influenciou as dinâmicas na colônia?

  • Na prática o Tratado de Tordesilhas deixou de fazer sentido, uma vez que todo o território passou as mãos do monarca espanhol;
  • A crise política em si não afetou a colônia, mas os conflitos daqui não receberam a merecida atenção, abrindo espaço para a invasão e ocupação de outros países.

A França Antártica

O governador-geral do Brasil, Duarte da Costa, se envolveu em diversos conflitos com os colonos e senhores de engenho. Além disso, abandou as expedições das regiões ao sul do nordeste, tornado-as vulneráveis a invasões.
Aproveitando-se dessa situação, em 1555, o francês Villegaignon ocupou a região da baía da Guanabara (corresponde ao atual estado do Rio de Janeiro). O objetivo era fundar uma colônia francesa, a França Antártica.
Os franceses foram derrotados e expulsos pelos portugueses em 1560 e essa região passou a ser prioridade da coroa portuguesa.

As Invasões Holandesas

Os Países Baixos, recém independentes da Espanha, investiram contra as colônias espanholas e portuguesas.
Em 1621, interessados no açúcar brasileiro, criaram a Companhia das Índias Ocidentais.
No ano de 1630, investiram contra Pernambuco, principal produtor de açúcar das Américas. Permaneceram lá até 1654.

Maurício de Nassau

Os holandeses nomearam o príncipe Maurício de Nassau para governar o território. Ele foi responsável por grandes modernizações em Recife e trouxe com ele artistas e cientistas europeus.
Além disso, fez aliança com os principais senhores de engenho da região, o que explica sua longa permanência.
Depois de um tempo, Nassau foi chamado de volta à Holanda e os novos administradores não tiveram o mesmo sucesso que seu antecessor. Isso fez com que seu apoio diminuísse e a região passasse de novo às mãos portuguesas.

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As novas fronteiras

Novas atividades econômicas ajudaram, como já colocado, a expandir as fronteiras do território brasileiro. As mais significativas foram:

A pecuária nas regiões Nordeste, Sul:

O gado, trazido da Europa, passou a ter importante papel econômico. Ele era usado para transporte de cana, na tração para as moendas, na produção de couro e como alimento.
Como a criação de gado estragava o solo rapidamente, passou-se a criá-los cada vez mais para o interior do território.
Com as novas expedições descobriu-se que os pampas eram propícios para a criação de gado, por conta das terras recobertas por gramas, uma excelente pastagem natural. Assim, na região Sul desenvolveu-se o comércio e a exportação de carnes.

Os Bandeirantes na região Sudeste:

Com as invasões holandesas e tomada de entrepostos africanos, dificultou-se o comércio de escravos.
A solução encontrada foi o investimento em expedições que capturavam indígenas para servirem de mão de obra. Iniciaram-se assim as chamadas bandeiras de apresamento.
Milhares de índios foram capturados nessas expedições na região Sudeste, em especial onde hoje é o estado de São Paulo.
As bandeiras se espalharam por todas as regiões, levando a ocupações distantes muito além do que delimitava o Tratado de Tordesilhas.
Com o fim do aprisionamento, os bandeirantes passaram a se dedicar à procura de metais e pedras preciosas.

As especiarias do Sertão (Regiões Norte e Nordeste):

A região Norte foi muito cobiçada por ingleses, franceses e holandeses. Por conta disso, em 1616, a Coroa Portuguesa fundou o Forte do Presépio, atual cidade de Belém.
As expedições na região deram conta da quantidade e riqueza da flora amazônica, e encontraram uma série de especiarias, que ficaram conhecidas como Drogas do Sertão.
Produtos como cravo, pimenta, cacau, anil, baunilha, castanhas e urucum já muito valorizados passaram a ser comercializados e  escoados pelo porto de Belém.

O Tratado de Madri

Com o fim da União Ibérica passou-se a questionar quais terras pertenciam à Espanha e quais eram de Portugal.
Após vários conflitos, a questão foi resolvida por vias diplomáticas. Em 1750 foi assinado o Tratado de Madri, com base na ocupação do território, fato que beneficiou os portugueses.
Esse último tratado já estava bem próximo dos contornos territoriais que conhecemos atualmente: um vasto território continental com gigantescas diferenças regionais.

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Propriedades Coligativas

O estudo das propriedades coligativas abrange as mudanças físicas que ocorrem quando adicionamos um soluto não volátil a um solvente. As propriedades coligativas não dependem da natureza do soluto, mas apenas do número de partículas presentes (moléculas ou íons).
Antes de estudar as propriedades coligativas, precisamos nos lembrar de dois conceitos importantes: pressão de vapor e temperatura de ebulição.

Pressão de vapor

Pressão máxima de vapor é a pressão exercida por moléculas de um líquido quando as velocidades de evaporação e de condensação desse líquido são iguais.

Temperatura de ebulição

Sabemos que temperatura de ebulição é a temperatura em que o líquido passa do estado líquido para o estado gasoso. Para que isso ocorra é necessário que a pressão de vapor do líquido se iguale à pressão atmosférica.

Propriedades coligativas

Neste resumo vamos estudar três propriedades coligativas: tonoscopia, ebulioscopia e crioscopia.

Tonoscopia

É o estudo do abaixamento da pressão de vapor de um líquido quando adicionamos um soluto não volátil a esse solvente.  Podemos pensar simplificadamente que as moléculas do soluto dissolvidas “dificultam” a evaporação das moléculas do solvente. Isso faz com que a pressão de vapor diminua.

Ebulioscopia

O efeito ebulioscópico ocorre quando a temperatura de ebulição de um líquido aumenta quando adicionamos um soluto não volátil. Esse aumento de temperatura é uma consequência do abaixamento da pressão de vapor (tonoscopia).
Quanto menor a pressão de vapor, maior será a diferença entre a pressão de vapor e a atmosférica. Então mais energia terá que ser fornecida para o líquido entrar em ebulição.

Crioscopia

É o ramo que estuda o abaixamento da temperatura de congelamento de um solvente quando adicionamos um soluto não volátil.

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Soluto molecular x soluto iônico

Quando adicionamos um soluto não volátil molecular, os efeitos coligativos apresentados acima (tonoscopia, ebulioscopia e crioscopia) serão dependentes apenas do número de moléculas do soluto, independentemente da sua natureza.
No entanto, quando adicionamos um soluto não volátil iônico os efeitos coligativos serão dependentes da concentração de íons dissolvidos.
Por exemplo, se dissolvermos 1 mol de NaCl em água, teremos um mol de Na+ e 1 mol de Cl dissolvidos. Já se dissolvermos 1 mol de CaCl2 em água, teremos 1 mol de Ca2+ e 2 mols de Cl.
Por esse motivo dizemos que as propriedades coligativas dependem do número de partículas (moléculas ou íons) e não apenas da concentração molar.

Diagrama de fases

Um diagrama de fases é um gráfico de pressão em função da temperatura de uma determinada substância. Conhecendo o diagrama de fases de uma substância podemos prever seu estado físico bem como as condições necessárias para que ocorra a mudança de estado.
No estudo das propriedades coligativas, usa-se muito o diagrama de fases para comparar os efeitos da adição de um soluto em um solvente.
Imagem de um Diagrama de Fases
A figura acima representa um típico diagrama de fases. O diagrama é formado por três curvas: sublimação, fusão e condensação.
Se uma substância estiver em condições de temperatura e pressão que coincidam com uma dessas curvas: significa que a substância coexiste nos dois estados físicos.
Um ponto de muito importante no diagrama de fases é o chamado ponto triplo. Nele, a substância coexiste  nos três estados físicos. Para o caso da água, o ponto triplo tem aproximadamente uma pressão de 0,006 atm e temperatura de 0,01oC.
Além disso, o gráfico também traz as regiões que representam as condições de temperatura e pressão onde a substância se encontra nos estados sólido, líquido e gasoso.
Leia sobre a prova de Química do Enem aqui: 10 dicas para aprender Química e turbinar a nota do Enem!
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Titulação

A titulação ou volumetria é muito utilizada em laboratórios para se determinar a concentração de uma solução-problema, fazendo-a reagir com uma solução de concentração conhecida. Nesse resumo vamos estudar a titulação ácido-base, muito cobrada em vestibulares.

Aparelhagem e reagentes

Para entendermos a titulação é importante conhecermos a aparelhagem e como o procedimento é realizado.

Em um erlenmeyer adicionamos uma solução (ácido ou base) de concentração conhecida e anotamos o volume. Está solução chama-se titulado.

Também acrescentamos algumas gotas de uma solução do indicador, que muda de cor conforme a variação de pH. Em uma bureta fixa em um suporte adicionamos o titulante, ou seja, a solução que se deseja determinar a concentração.

Abrimos a torneira de modo que a solução caia gota a gota e anotamos o volume gasto quando o indicador mudar de cor. Nesse momento, ou ainda no ponto de equivalência, sabemos que ocorreu a neutralização, ou seja, a concentração de H+ do ácido é igual à concentração de OH provenientes da base.

Indicador ácido-base

O indicador é uma solução que muda de cor conforme a variação de concentração de íons H+. Em uma titulação essa mudança de cor indica o ponto de viragem, ou seja, o momento de parar a titulação e anotar o volume gasto do titulante.
É essencial a escolha adequada do indicador, pois cada um tem o ponto de viragem em um determinado intervalo de pH. O indicador mais utilizado nas titulações ácido-base é a fenolfteleína.
A fenolfetleína é incolor em soluções de pH abaixo de 8,2 e entre 8,2 e 10 ocorre o ponto de viragem, quando a solução adquire coloração magenta.

Cálculos na titulação

Para resolver exercícios de titulação nós seguimos os seguintes passos:
1º) Calcular o número de mols do titulado a partir da concentração e o volume dados no exercício.
2º) Escrever a reação química entre o ácido e a base. Determinar os coeficientes estequiométricos.
3º) Através dos coeficientes estequiométricos determinar a quantidade de mols necessárias do titulante para neutralizar o titulado.
4º) A partir do número de mols e o volume gasto na titulação calcular a concentração do titulante.
Exemplo:
(Fuvest – adaptado) O rótulo de um produto de limpeza diz que a concentração de amônia (NH3) é de 9,5 g/L. Com o intuito de verificar se a concentração de amônia corresponde à indicada no rótulo, 5,0 mL desse produto foram titulados com ácido clorídrico de concentração 0,100 mol/L. Para consumir toda a amônia dessa amostra foram gastos 25,0 mL do ácido.
Com base nas informações fornecidas:
I – Qual a concentração da solução, calculada com os dados da titulação?
II – A concentração indicada no rótulo é correta?
Resolução:
Vamos seguir os passos indicados:
1º) Nesse caso o titulado é o ácido clorídrico e o titulante a amônia. Então vamos calcular o número de mols de HCl:
M = n/V
0,1 = n/0,025
n = 0,0025 mols de HCl.
2º) HCl + NH3 → NH4+ + Cl
3º) Como os coeficientes estequiométricos são 1, temos que 0,0025 mols de NH3 são necessárias para neutralizar o ácido.
4º) Nesse exercício pergunta-se sobre a concentração comum em g/L, então precisamos calcular quantas gramas estão presentes em 0,0025 mol de NH3:
1 mol NH3 ———– 17 g de NH3
0,0025 mol de NH3 —— x
x = 0,0025 x 17 = 0,0425 g
Cálculo da concentração:
0,0425 g ————- 5 mL (volume gasto na titulação)
x  ———————– 1000 mL
x = (0,0425 x 1000)/5
x = 8,5 g/L
Resposta: o rótulo está errado, pois a concentração correta é 8,5 g/L.
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Geração de Energia Elétrica

Nesse post você vai aprender um conteúdo que envolve duas matérias dentro da Física: Energia e Eletrodinâmica. A geração de energia elétrica é dos problemas do mundo contemporâneo, pois não existe vida moderna sem energia elétrica. Por outro lado, é necessário elaborar um processo de conversão de outra modalidade de energia em energia elétrica e é neste momento que surgem os problemas de impacto ambiental.
Pré requisitos:Tipos de Energia” e “Geradores e Receptores Elétricos
Dica de vestibular: Em geral, esse assunto é abordado como um conhecimento geral ou então nos enunciados de questões de eletrodinâmica. Assunto bastante recorrente no ENEM.

1. Esquema Geral da Geração de Energia Elétrica:

A maior parte dos modos de geração de energia elétrica segue a seguinte sequência:
I) Há na natureza alguma modalidade de energia de movimento (cinética, térmica ou ondulatória) capaz de fazer girar um rotor.
Observação: Rotor é um nome que designa todos os equipamentos que giram em torno de seu próprio eixo produzindo movimentos de rotação. Exemplos: turbinas, redutores, compressores, etc.
II) O rotor movimentado está envolvido por ímãs que, através da indução eletromagnética, faz energia de movimento ser convertida em energia elétrica.

Esquema geral de produção de energia elétrica
Esquema geral de produção de energia elétrica

2. Usinas que seguem o esquema geral:

a) Usina Hidrelétrica:

Esquema simplificado de uma usina hidrelétrica
Esquema simplificado de uma usina hidrelétrica

A água é represada e a energia potencial gravitacional é convertida em energia cinética para movimentar o rotor.
Impacto ambiental: apesar de ser considerada uma “energia limpa”, essa usina gera um grande impacto ao represar a água para fazer o reservatório, pois dispersa a fauna da região e submerge a flora, que posteriormente vai liberar COe outros gases decorrentes da decomposição dos seres vivos.

b) Usinas movidas à vapor de água:

As usinas apresentadas a seguir seguem o esquema geral, porém em todas elas o objetivo é fazer o aquecimento da água e utilizar o vapor de água para girar o rotor.

b.1) Usina Termelétrica:

Esquema simplificado de uma usina termelétrica
Esquema simplificado de uma usina termelétrica

Utiliza a queima de combustíveis fósseis (em geral carvão) para aquecer a água na caldeira.
Impacto ambiental: libera COe outros gases que intensificam o efeito estufa e poluem o ar.

b.2) Usina Nuclear:

Esquema simplificado de uma usina nuclear
Esquema simplificado de uma usina nuclear

Utiliza as reações nucleares para aquecer a água na caldeira.
Impacto ambiental: libera grande quantidade de calor na água (do rio ou do mar) que irá refrigerar o sistema; se perder o controle das reações nucleares pode ocorrer um acidente nuclear.

b.3) Usina Geotérmica:

Esquema simplificado de uma usina geotérmica
Esquema simplificado de uma usina geotérmica

Utiliza o calor das regiões abaixo da crosta terrestre para aquecer a água na caldeira.

c) Usina Eólica:

Esquema simplificado de uma usina eólica
Esquema simplificado de uma usina eólica

Utiliza o vento para girar o rotor.
Impacto ambiental: Aves podem ser mortas quando atravessam as hélices.

3. Usina Fotovoltaica:

A energia solar funciona de modo diferente das anteriores, pois ela não segue o esquema geral. Seu funcionamento está fundamentado na captação das ondas eletromagnéticas do sol por células fotovoltaicas. Tais células já fazem a conversão da energia solar em energia elétrica.

Esquema simplificado de uma usina solar
Esquema simplificado de uma usina solar

4. Exercício de Aplicação:

(ENEM 2010 – Questão 89 – Caderno 1 Azul) Deseja-se instalar uma estação de geração de energia elétrica em um município localizado no interior de um pequeno vale cercado de altas montanhas de difícil acesso. A cidade é cruzada por um rio, que é fonte de água para consumo, irrigação das lavouras de subsistência e pesca. Na região, que possui pequena extensão territorial, a incidência solar é alta o ano todo. A estação em questão irá abastecer apenas o município apresentado. Qual forma de obtenção de energia, entre as apresentadas, é a mais indicada para ser implantada nesse município de modo a causar o menor impacto ambiental?
a) Termelétrica, pois é possível utilizar a água do rio no sistema de refrigeração.
b) Eólica, pois a geografia do local é própria para a captação desse tipo de energia.
c) Nuclear, pois o modo de resfriamento de seus sistemas não afetaria a população.
d) Fotovoltaica, pois é possível aproveitar a energia solar que chega à superfície do local.
e) Hidrelétrica, pois o rio que corta o município é sufi ciente para abastecer a usina construída.
Para saber a resposta dessa questão, clique em “ENEM 2010 – Questão 89 – Caderno 1 Azul” e acesse o gabarito oficial disponibilizado pela INEP (a resposta está na própria questão).
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Soluções Químicas

Soluções são misturas homogêneas, ou seja, que possuem apenas uma fase mesmo observada através de um ultramicroscópio. Em uma solução as partículas apresentam tamanhos menores que 1 nm. Exemplo: cloreto de sódio dissolvido em água, ar atmosférico, ligas metálicas etc.
Uma mistura também pode ser heterogênea. Estas podem ser classificadas em dois tipos de acordo com o tamanho das partículas presentes. Se as partículas tiverem tamanhos entre 1 e 100 nm são chamados de coloides ou dispersões coloidais. Exemplos: leite, gelatina, neblina etc. Também temos as suspensões onde as partículas são maiores que 100 nm e duas ou mais fases podem ser facilmente visualizadas. Exemplos: água e areia, cloreto de sódio e areia etc.

Leite: suspensão coloidal
O leite é um exemplo de dispersão coloidal.

As soluções podem ser sólidas como uma amostra de latão (composta de zinco e cobre), líquidas como uma mistura de açúcar e água ou ainda gasosas como o ar atmosférico.

Aspectos quantitativos das soluções químicas

Para descrever uma solução precisamos conhecer o que é soluto e solvente. Soluto é o componente que será dissolvido e solvente é o componente que realiza a dissolução.

Concentração comum (g/L)

Indica a massa de soluto por volume de solvente. Geralmente expresso em gramas por litro.
C = m/V

Densidade

É a relação entre a massa da solução e seu volume. Pode ser expresso em g/mL, g/L, g/cm3, etc.
d= m/V

Concentração em ppm

Partes por milhão (ppm) indica quantas partes (pode ser grama, mililitro etc.) do soluto estão presentes em um milhão de partes de solução (1000000).
1 ppm = 1 parte soluto/1000000 partes de solução.

Concentração em quantidade de matéria (mol/L)

Quantidade de mols de soluto (n) presente em um determinado volume da solução.
M = n/V

Título em massa ou em volume

É a relação entre massa do soluto e a massa total da solução ou entre o volume do soluto e volume total da solução.
tm= msoluto/msoluto + msolvente
tv= vsoluto/vsoluto + vsolvente

Diluição

Quando fazemos uma diluição quer dizer que adicionamos solvente a uma solução sem que a quantidade de soluto seja alterada. Matematicamente podemos escrever:
Ci.Vi = Cf.Vf
M i.Vi = Mf.Vf
Exemplos:
1) Em 1 litro solução 20 g/L de NaCl adicionou-se 3 litros. Qual será a concentração final?
Ci.Vi = Cf.Vf
20 . 1 = Cf.(1+4)
Cf = 4 g/L
2) Tem-se 3 litros de uma solução de HCl 2 M e deseja-se obter 1 L de uma solução 0,01 M. Qual o volume da solução inicial que deve-se retirar?
M i.Vi = Mf.Vf
2.Vi = 0,01.1
Vi = 0,005L ou 5 mL.

Mistura de soluções de mesmo soluto

Quando misturamos soluções com o mesmo soluto não há reação química. A quantidade de soluto na solução final será igual a soma das quantidades de solutos nas solução iniciais. Então podemos escrever:
Cf.Vf = CA.VA + CB.CB
M f.Vf = MA.VA + MB.VB
Exemplo:
(Mackenzie) 200 mL de solução 24,0 g/L de hidróxido de sódio são misturados a 1,3 L de solução 2,08 g/L de mesmo soluto. A solução obtida é então diluída até um volume final de 2,5 L. A concentração em g/L da solução, após a diluição, é aproximadamente igual a: a) 26,0 b) 13,0 c) 3,0 d)5,0 e) 4,0
Primeiramente determinar a concentração após a mistura das duas soluções:
Solução 1: C1 = 24 g/L e V1 = 200 mL ou 0,2 L
Solução 2: C2 = 2,08 g/L e V2 = 1,3 L
Solução final: Cf = ? e Vf = 1,3 + 0,2 = 1,5 L
Cf.Vf = C1.V1 + C2.V2
Cf = (0,2 x 2,4 + 1,3 x 2,08) / 1,5 = 5,0 g/L
Agora considerar a diluição realizada após a mistura das soluções:
Solução inicial: Ci = 5,0 g/L e Vi = 1,5 L
Solução final (após diluição): Cf = ? e Vf = 2,5 L
Ci.Vi = Cf.Vf
5 x 1,5 = Cf x 2,5
Cf = 3,0 g/L → letra c.
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Tipos de Energia

Nesse post você verá um panorama sobre os diversos tipos de energia existentes na natureza. Não é comum haver essa divisão nos tradicionais livros didáticos de Física, porém o conhecimento aprofundado do autor sobre o assunto permitiu fazer essa separação de modo coerente.
O principal objetivo é mostrar ao aluno um raciocínio que facilite a resolução das questões interdisciplinares e das questões de Física que misturam assuntos dentro da própria Física.
Dica de vestibular: Já apareceu em vestibular questões que pediam para calcular energia cinética de um elétron, também já houve ocorrência de questões de “Termologia” que utilizavam a energia potencial bioquímica dos alimentos como dado do problema. Diante desses casos, seria possível algum vestibular inventar alguma questão interdisciplinar envolvendo as energias de outras disciplinas com as energias estudadas em Física.
Observação: O presente resumo trata-se de um detalhamento do post publicado sobre “Energia e Trabalho (Visão Geral)”

1. Tipos de Energia: Energias de Movimento

a) Energia Cinética:

Energia de movimento associada à translação dos corpos.

Bicicleta em movimento.
Corpo que possui energia cinética

A Energia Cinética é estudada na Física como parte integrante do assunto de “Energia, trabalho e potência” e ela é determinada pela seguinte expressão:
E_c=\frac{m\cdot v^2}{2}
Em que:
m = massa do corpo em kg
v = velocidade do corpo em m/s

Casos Particulares:

Existem algumas energias cinéticas que recebem o nome do corpo que está em movimento, a seguir apresentamos alguns exemplos:
Energia Elétrica: movimento de elétrons. Assunto visto na matéria de “Eletrodinâmica“.
Energia Eólica: movimento de massas de ar (vento).

b) Energia Térmica:

Energia de movimento associada à vibração dos átomos e moléculas.
A Energia Térmica é tão vasta que ela é estudada em uma parte da Física chamada de “Termologia“.

c) Energia Ondulatória:

Energia de movimento contida na propagação das ondas.
A Energia Ondulatória é tão vasta que ela é estudada em uma parte da Física chamada de”Ondulatória“.

2. Energias Potenciais:

A palavra “potencial” é muito utilizada no nosso cotidiano para expressar situações que podem ocorrer, porém ainda não ocorreram.
Exemplo: Hoje você tem potencial para passar no vestibular, porém quando você ver o seu nome na lista de aprovados, o seu potencial de passar no vestibular deixará de existir, pois você já vai ter passado.
Deste modo, podemos dizer que as energias potenciais são aquelas que podem gerar algum tipo de movimento, porém ainda não geraram. Na Física, utilizamos apenas o termo “Energia Potencial”, porém, semanticamente, o modo mais correto seria dizer “Energia que tem potencial para gerar movimento”.

a) Energia Potencial Gravitacional:

Energia que tem potencial de gerar movimento de um corpo devido à ação de um campo gravitacional de um planeta ou algum outro astro ao qual ele está submetido.

Objeto sendo jogado do alto de um prédio.
Corpo que possui Energia Potencial Gravitacional

A Energia Potencial Gravitacional é determinada pela seguinte expressão:
E_{p,g}=m \cdot g \cdot h
Em que:
m = massa do corpo em kg
g = aceleração da gravidade em m/s2
h = altura do corpo em m

b) Energia Potencial Elástica:

Energia que tem potencial de gerar movimento de um corpo devido à deformação de uma mola ou de um elástico ao qual ele está submetido.

Uma mola sendo comprimida e outra sendo esticada.
Energia Potencial Elástica

A Energia Potencial Elástica é determinada pela seguinte expressão:
E_{p,el}=\frac{k\cdot x^2}{2}
Em que:
k = constante elástica da mola em N/m
x = deformação da mola em m

c) Energia Potencial Elétrica:

Energia que tem potencial de gerar movimento de um elétron quando esse está submetido a uma diferença de potencial elétrica (ddp). Esse tipo de energia é visto na disciplina de Física na matéria de “Eletrostática“.

d) Energia Potencial Química:

Energia potencial capaz de movimentar um corpo através das reações químicas. Esse tipo de energia é visto na disciplina de “Química“.

Exemplos de Energia Potencial Química

e) Energia Potencial Bioquímica:

É a energia potencial química quando utilizada pelos seres vivos para se movimentarem ou para o funcionamento do próprio corpo. Esse tipo de energia é visto na disciplina de “Biologia“.

Grupos de alimentos.
Exemplos de Energia Potencial Bioquímica

Observação:

Foram relacionadas aqui apenas alguns exemplos de energia potencial, sendo possível adicionar outras energias nesse grupo.
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Dinâmica do Movimento Circular

Nesse post você verá a dinâmica do movimento circular, ou seja, irá compreender como agem as forças em um corpo quando este está realizando um movimento de rotação.
Pré requisitos:Cinemática do movimento circular“, “Leis de Newton” e “Diagrama do Corpo Livre
Dica de vestibular: Recorrentemente esse assunto aparece nos vestibulares da Fuvest e da Unesp.

1. Força Resultante Centrípeta:

Do ponto de vista da dinâmica, a rotação de um corpo ocorre porque este está sofrendo, constantemente, a ação de uma força resultante que aponta sempre para um mesmo ponto equidistante do objeto, como pode ser observado na figura a seguir:

Força resultante em um movimento circular
Força resultante em um movimento circular

Esse corpo em movimento circular está sofrendo a ação de uma aceleração que altera a direção e o sentido do vetor velocidade, sem alterar a intensidade. Tal aceleração é denominada de aceleração centrípeta (acp), a qual é determinada pela expressão abaixo:
a_{cp}=\frac{v^2}{R}
Onde:
v = intensidade da velocidade escalar de rotação do corpo em m/s
R = raio do movimento circular em m
Adotando a 2ª lei de Newton para o caso do movimento circular, tem-se a seguinte expressão:
F_{cp}=m\cdot a_{cp}
Substituindo a expressão da aceleração centrípeta na equação da 2ª lei de Newton, tem-se:
F_{cp}=m\cdot \frac{v^2}{R}
Porém, em cinemática do movimento circular, vimos que as grandezas escalares e circulares possuem uma relação fixa, de modo que a relação das velocidades é expressão pela seguinte equação:
v=\omega \cdot R
Um outro modo de escrever a força resultante centrípeta é em função da velocidade angular, isso pode ser obtido ajuntando as duas últimas equações apresentadas, a qual é mostrada a seguir:
F_{cp}=m\cdot \omega^2 \cdot R

2. Exemplo: Pêndulo simples

Para exemplificar o comportamento das forças em um movimento circular, vamos analisar uma situação muito importante na física: o pêndulo simples. A figura a seguir apresenta o diagrama de corpo livre de um pêndulo simples estando em posição inicial de rotação:

Diagrama de corpo livre de um pêndulo simples
Diagrama de corpo livre de um pêndulo simples

A força resultante centrípeta é determinada pela soma vetorial que ocorre na direção que aponta para o centro de rotação (eixo y).
Sendo assim, nesse exemplo ela será determinada pela seguinte expressão:
F_{cp}=T-P_Y
Já na direção perpendicular (eixo x), tem-se a força resultante tangencial, que nesse exemplo é igual ao PX.
Observação: o movimento oscilatório de um pêndulo é estudado na matéria MHS (Movimento Harmônico Simples), no entanto alguns vestibulares colocam em uma mesma questão os dois modos de análise sobre um pêndulo simples. Sendo assim, é conveniente deixarmos aqui a equação que determina o período de oscilação de um pêndulo simples advindo da matéria de MHS:
T=2\pi \cdot \sqrt{\frac{L}{g}}
Onde:
L = comprimento do pêndulo
g = aceleração da gravidade no local

3. Exercício de Aplicação de Dinâmica do Movimento Circular:

(Unesp 2014 – Questão 80) Em um show de patinação no gelo, duas garotas de massas iguais giram em movimento circular uniforme em torno de uma haste vertical fixa, perpendicular ao plano horizontal. Duas fitas, F1 e F2, inextensíveis, de massas desprezíveis e mantidas na horizontal, ligam uma garota à outra, e uma delas à haste. Enquanto as garotas patinam, as fitas, a haste e os centros de massa das garotas mantêm-se num mesmo plano perpendicular ao piso plano e horizontal.

Questão 80 da Unesp 2014

Considerando as informações indicadas na figura, que o módulo da força de tração na fita F1 é igual a 120 N e desprezando o atrito e a resistência do ar, é correto afirmar que o módulo da força de tração, em newtons, na fita F2 é igual a
a) 120.
b) 240.
c) 60.
d) 210.
e) 180.
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PDF – MÉTODO KUADRO DE APROVAÇÃO

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