Química

A Química exerce um relevante papel no desenvolvimento científico, tecnológico, econômico e social do mundo moderno.

Neste sentido, é de fundamental importância que o estudante do Ensino Médio compreenda as transformações químicas que ocorrem no mundo físico, de maneira a poder avaliar criticamente fatos do cotidiano e informações recebidas por diversas fontes de divulgação do conhecimento, tornando-se capaz de tomar decisões enquanto indivíduo e cidadão.

Desse modo, considera-se importante que, em vez de memorização extensa, o candidato demonstre capacidade de observar e descrever fenômenos e de formular para eles modelos explicativos, relacionando os materiais e as transformações químicas ao sistema produtivo e ao meio ambiente.

Na sequência, são apresentadas algumas considerações sobre o conteúdo programático que é detalhado a seguir.

Espera-se que o vestibulando tenha conhecimento de equações usuais e de nomes e fórmulas químicas das substâncias mais comuns.

Os modelos atômicos deverão restringir-se apenas aos clássicos, não incluindo os modelos quânticos (orbitais atômicos, moleculares e hibridização).

A Tabela Periódica deverá ser entendida como uma sistematização das propriedades físicas e químicas dos elementos e, assim, seu uso estará presente ao longo de todo o programa.

Quanto ao aspecto quantitativo, espera-se do candidato a capacidade de efetuar cálculos estequiométricos elementares, envolvendo grandezas como massa, volume, massa molar, quantidade de matéria, entalpia, etc.

Será avaliada, também, a sua habilidade em cálculos que envolvam concentração, percentagens e constantes físico-químicas.

Considerase importante a capacidade de lidar com relações quantitativas, envolvendo as variáveis pressão, volume, temperatura e quantidade de matéria.

As relações de massa e de volume, assim como os cálculos estequiométricos, deverão ser encarados como consequências diretas da existência de átomos, que tomam parte em proporções definidas na constituição das substâncias.

No tocante à Química Orgânica, esperase que o candidato tenha a capacidade de reconhecer grupos funcionais e de entender os principais tipos de reações, sabendo aplicá-los aos compostos mais simples.

Considera-se importante o conhecimento das propriedades e dos usos de algumas substâncias relevantes para a atividade humana, em especial, das substâncias de importância industrial (petróleo, gás natural, álcoois, sabões e detergentes, macromoléculas naturais e sintéticas).

A experimentação, tanto a realizada em âmbito estrito de laboratório, quanto a realizada de maneira menos formal, mas sistematizada, no cotidiano, constitui aspecto fundamental do aprendizado da Química. Assim sendo, todos os itens do programa poderão envolver experimentação científica.

Espera-se que o candidato tenha habilidades específicas, tais como registrar e analisar dados, organizá-los em tabelas e gráficos, reconhecer a finalidade de materiais de laboratório em montagens experimentais, propor materiais adequados para a realização de experimentos, bem como tenha conhecimento de aparelhagens de laboratório usadas em operações básicas como filtração, destilação e titulação.

As questões formuladas no vestibular conterão todos os dados necessários e avaliarão, principalmente, habilidades de compreensão, interpretação e análise das informações recebidas.

O programa de química requer que 7 temas principais estejam dominados:

Transformações Químicas

A existência de relações de massa fixas entre reagentes e produtos, permitindo os cálculos estequiométricos, deve ser reconhecida como consequência da descontinuidade da matéria, isto é, da presença de átomos e moléculas em sua constituição.

O balanceamento de reações, inclusive de oxirredução, constitui requisito importante para a realização de cálculos estequiométricos. Para este fim, também o conhecimento das leis dos gases é fundamental, uma vez que muitas reações envolvem substâncias nesse estado físico.

1. Reconhecimento das transformações químicas:
   • mudança de cor, formação
   • desaparecimento de sólidos numa solução, absorção/liberação de energia
   • desprendimento de gases
2. Interpretação das transformações químicas:
   • Evolução do modelo atômico:
     • do modelo corpuscular de Dalton ao modelo de Rutherford-Bohr
   • Átomos e moléculas:
     • número atômico
     • número de massa
     • isótopos
     • massa molar e constante de Avogadro
   • Reações químicas.
3. Representação da s transformações químicas:
   • Representação simbólica dos elementos e substâncias
   • Equação quím i c a
   • balanceamento
   • número de oxidação
4. Aspectos quantitativos das transformações químicas:
   • Leis de:
     • Lavoisier
     • Proust
     • Gay-Lussac
   • Leis dos gases, equação de estado do gás ideal.
   • Cálculos estequiométricos:
     • massa
     • volume
     • mol
     • massa molar
     • volume molar dos gases

Propriedades e Utilização dos Materiais

Espera-se o conhecimento de algumas substâncias importantes na economia do País, em termos da ocorrência das matérias-primas, da produção industrial, das propriedades, da utilização e do descarte dessas substâncias.

Conhecer as ligações químicas nos elementos e nos compostos que constituem tais substâncias é essencial. Interações intermoleculares precisam ser reconhecidas como determinantes de propriedades físicas de substâncias, tais como temperatura de ebulição e solubilidade.

1. Elementos e suas substâncias:
   • A tabela periódica:
     • reatividade dos metais alcalinos
     • metais alcalinoterrosos
     • halogênios.
   • Estados físicos da matéria – mudanças de estado.
   • Separação de componentes de mistura:
     • filtração
     • decantação
     • destilação simples e fracionada
     • cristalização
     • cromatografia em papel
2. Metais
   • Alumínio, cobre e ferro: ocorrência, obtenção industrial, propriedades e utilização.
   • Ligas:
     • latão
     • bronze
     • aço
   • Ligação metálica
3. Substâncias iônicas:
   • Principais compostos, e suas aplicações, dos grupos:
     • cloreto
     • carbonato
     • sulfato
     • nitrato
     • fosfato
   • Ligação iônica.
4. Substâncias moleculares
   • Hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, cloro, amônia: propriedades e usos
   • Ligação covalente
   • Polaridade das ligações
   • Interações intermoleculares: van der Waals e ligação de hidrogênio
5. A indústria química:
   • Obtenção e aplicações industriais de:
     • hidrogênio
     • oxigênio
     • nitrogênio
     • cloro
     • hidróxido de sódio
     • amônia
     • óxido de cálcio
     • ácido clorídrico
     • ácido sulfúrico
     • ácido nítrico
   • Implicações ambientais da produção e da utilização desses produtos industriais.
6. Ciclos, e Implicações ambientais na natureza, de:
   1. dióxido de carbono
   2. enxofre
   3.  nitrogênio

A Água na Natureza

É imprescindível notar que, apesar de a água ser abundante na Terra, sua disponibilidade na forma de água potável, ou mesmo para uso industrial, é extremamente limitada.

O adensamento populacional e a expansão da atividade industrial vêm, de um lado, aumentando a demanda por água e, de outro, reduzindo sua oferta, este último fator ocorrendo em virtude da crescente poluição da água.

Um tratamento mais sofisticado da água torna-se necessário e o tratamento de esgotos, imperativo.

As propriedades da água, tais como sua capacidade de dissolver substâncias, seu calor de vaporização e seu calor específico, devem servir de base para o entendimento de sua importância na Terra e das medidas que podem ser tomadas para aumentar sua disponibilidade.

As propriedades de ácidos e bases precisam ser conhecidas para permitir distinguir essas substâncias entre si e de outras. A ação de ácidos, inclusive de ácidos oxidantes, sobre alguns metais, é de grande importância.

1. Água:
   • Estrutura
   • propriedades
   • importância para a vida
   • seu ciclo na natureza
2. Interações da água com outras substâncias:
   • Processo de dissolução, curvas de solubilidade
   • Concentrações (percentagem, ppm, g/L, mol/L).
   • Aspectos qualitativos dos efeitos do soluto nas seguintes propriedades da água:
     • pressão de vapor
     • temperatura de congelamento
     • temperatura de ebulição
     • pressão osmótica
3. Estado coloidal:
   • Caracterização e propriedades
   • Aplicações práticas
4. Ácidos, bases, sais e óxidos:
   • Ácidos e bases (conceito de Arrhenius)
   • Principais propriedades dos ácidos e bases:
     • indicadores
     • condutibilidade elétrica
     • reação com metais
     • reação de neutralização
   • Usos de:
     • ácido clorídrico
     • ácido sulfúrico
     • ácido nítrico
     • amônia
     • hidróxido de sódio
   • Óxidos de carbono, nitrogênio, enxofre, metais alcalinos, metais alcalinoterrosos; interação com água; poluição atmosférica.
5. Poluição e tratamento da água

Dinâmica das Transformações Químicas

É importante reconhecer os fatores que influem na velocidade das reações químicas e ter familiaridade com gráficos de concentração de reagentes e produtos em função do tempo.

É fundamental a caracterização de equilíbrios químicos, tanto em fase gasosa, quanto em solução, incluindo-se a dissociação de ácidos e a hidrólise de sais de ácidos fracos e bases fracas.

O conhecimento da perturbação de equilíbrios e dos fatores que a desencadeiam é considerado essencial.

Espera-se do candidato a capacidade de realização de cálculos simples envolvendo constantes de equilíbrio.

4.1. Velocidade das transformações químicas 4.1.1. Fatores que influenciam a velocidade da reação. 4.1.2. Colisões moleculares. Energia de ativação. 4.2. Equilíbrio em transformações químicas 4.2.1. Caracterização macroscópica e microscópica (dinâmica) do estado de equilíbrio. 4.2.2. Constante de equilíbrio. 4.2.3. Perturbação do equilíbrio. 4.2.4. Produto iônico da água, pH. 4.2.5. Equilíbrios em solução envolvendo ácidos, bases e sais.

Energia Nas Transformações Químicas

A compreensão das manifestações de calor que acompanham transformações químicas, incluindo-se a fusão, a vaporização e a dissolução, é essencial.

Assim, é importante saber calcular a variação de entalpia numa transformação química a partir de entalpias de formação, entalpias de combustão ou de variações de entalpia em outras reações, bem como a partir de energias de ligação.

Espera-se do candidato o reconhecimento dos componentes de pilhas e cubas eletrolíticas e a compreensão dos fenômenos que ocorrem nesses processos. Os potenciais padrão de redução devem ser entendidos como uma quantificação da série eletroquímica.

1. Transformações químicas e energia térmica:
   • Calor nas transformações químicas. Entalpia.
   • Princípio da conservação da energia, energia de ligação
2. Transformações químicas e energia elétrica:
   • Produção de energia elétrica: pilha.
   • Consumo de energia elétrica: eletrólise.
   • Representação das transformações que ocorrem na pilha e no processo de eletrólise por meio de equações químicas balanceadas.
   • Interpretação e aplicação de potenciais padrão de redução.

Transformações Nucleares Naturais e Artificiais

Neste item são importantes o conhecimento das propriedades e da origem de raios alfa, beta e gama, a representação de reações nucleares e o conceito de meia-vida e sua aplicação.

1. Conceitos fundamentais da radioatividade:
   • emissões e propriedades:
     • alfa
     • beta
     • gama.
2. Reações nucleares:
   • fissão
   • fusão
3. Radioisótopos e meia-vida
4. Usos da energia nuclear e implicações ambientais

Compostos Orgânicos

Os compostos orgânicos ocupam posição privilegiada na Química, não só pelo fato de constituírem a maioria dos compostos conhecidos, mas também por sua importância para a vida e presença em nosso cotidiano, na forma de uma variedade de materiais com que temos contato.

Assim sendo, o conhecimento das principais funções orgânicas é essencial, bem como de alguns compostos mais comuns, sendo, nesse caso, desejável conhecer nomes oficiais e usuais e fórmulas estruturais.

Noções sobre alguns tipos de compostos, tais como gorduras, detergentes e polímeros são necessárias, devido à presença marcante deles em nosso diaa- dia.

1. Características gerais
   • Fórmulas estruturais; reconhecimento das principais classes de compostos (hidrocarbonetos, álcoois, éteres, haletos de alquila, aminas, aldeídos, cetonas, ácidos carboxílicos, ésteres e amidas). Isomeria.
   • Propriedades físicas dos compostos orgânicos.
   • Fórmulas estruturais e nomes oficiais de compostos orgânicos simples contendo apenas um grupo funcional. Nomes usuais:
     • etileno
     • acetileno
     • álcool metílico
     • álcool etílico
     • formaldeído
     • acetona
     • ácido acético
     • tolueno.
2. Reações em química orgânica: Principais tipos de reação:
   • substituição
   • adição
   • eliminação
   • oxidação
   • redução
   • esterificação
   • hidrólise ácida e básica
3. Química orgânica no cotidiano
   • Hidrocarbonetos. Petróleo e gás natural, propriedades e usos:
     • origem
     • ocorrência e composição
     • destilação do petróleo (principais frações: propriedades e usos); combustão; implicações ambientais.
     • Etileno
     • acetileno
     • benzeno
     • tolueno
     • naftaleno
   • Álcoois: produção de etanol:
     • fermentação alcoólica
     • álcoois como combustíveis, implicações ambientais:
       • metanol
       • etanol
   • Triglicerídeos (gorduras e óleos), sabões e detergentes. Obtenção, propriedades e usos.
   • Macromoléculas
   • Polímeros naturais:
     • carboidratos e proteínas
     • estrutura e propriedades
   • Polímeros sintéticos, estrutura, propriedades, produção e uso, reciclagem e implicações ambientais:
     • polímeros de adição:
       • polietileno
       • poliestireno
       • PVC
       • teflon
     • polímeros de condensação:
       • poliéster
       •  poliamida