Ficha nº2

 

Dimensões à escala atómica

 

1. A imagem abaixo, obtida com um microscópio eletrónico de alta resolução, mostra um modelo de um carro de Fórmula 1 feito com uma nova técnica de impressão a 30 para nanoestruturas.

a) Atendendo à escala apresentada. determine o comprimento do carro em nanómetros.

b) Um carro de F1 tem 4,70 m de comprimento. Qual é a relação entre o comprimento do carro real e o deste carro criado em nanoescala?

 

2. Leia o texto seguinte.

Um grupo de investigadores da Rússia, Bielorrússia e Espanha construiu um sensor de força microscópico baseado em nanotubos de carbono. Aplicando uma diferença de potencial a dois nanotubos com as extremidades abertas, um frente ao outro, estabelece-se uma corrente elétrica no circuito de 10 nA. As paredes dos nanotubos são bons condutores de corrente elétrica e no espaço entre os extremos dos nanotubos a corrente flui por efeito túnel. A magnitude da força externa aplicada é medida por uma relação entre a corrente de túnel e a distância entre os extremos dos nanotubos.

Adaptado de: "Inovador sensor de força a partir de nanotubos de carbono",
http://noticiasdelaciencia.com, julho de 2014

 

2.1. A imagem, obtida com o microscópio de efeito de túnel, mostra vários filamentos de nanotubos de carbonos.

Os átomos de carbono individuais correspondem às saliências na superficie dos nanotubos. A imagem está ampliada 6 milhões de vezes numa dimensão de 6 x 6 cm. Apresente uma estimativa do diâmetro destes nanotubos.

2.2. Esta aplicação pode ser considerada um desenvolvimento da nanotecnologia? Justifique.

2.3. De acordo com a notícia, indique uma das áreas de aplicação da nanotecnologia.

 

3. O futeboleno é uma estrutura constituída por carbono de grande estabilidade descoberta em 1996 por Kroto, Curl e Smalley. Cada futeboleno é constituido por 60 átomos de carbono dispostos nos vértices de um icosaedro.

Cada uma destas moléculas tem um diâmetro aproximado de 1 nm. Se colocássemos futebolenos em linha reta, quantos seriam necessários para perfazer 22 cm,o diâmetro de uma bola de futebol?

 

4. As figuras seguintes mostram imagens obtidas por microscopia eletrónica e as respetivas ampliações.

            

Imagem A: ampliação de 20 000 000 x        Imagem B: ampliação de 20 000 x       Imagem C: ampliação de 200 x

Admita que o diâmetro médio das esferas. quando representadas na respetiva imagem é, em qualquer dos casos, igual a 5 mm.

a) Estime o diâmetro médio real, em metros. das esferas representadas em cada imagem.

b) Indique a ordem de grandeza de cada um dos diâmetros obtidos.

c) Podemos afirmar que as imagens são de:

(A) átomos em A, células em B e nanopartfculas em C.

(B) átomos em A, nanopartículas em 8 e células em C.

(C) nanopartículas em A, células em B e átomos em C.

(D) células em A, átomos em B e nanopartículas em C.

d) O submúltiplo da unidade SI que permite exprimir o diâmetro aproximado das estruturas em B através de um número inteiro com menos algarismos é o:

(A) nanómetro.

(B) picómetro.

(C) micrómetro.

(D) ângstrom.

 

5. Indique as ordens de grandeza [em unidades SI] dos seguintes números:

a. distância à estrela Sirius, 6 anos-luz [velocidade da luz: e= 300 000 km/s].

b. massa de uma formiga, 3 mg.

c. velocidade de deslocação de uma formiga, 6 cm/s.

 

6. Leia o texto seguinte.

Foram registados pela primeira vez perigos da nanotecnologia para os seres humanos. Trabalhadoras chinesas teriam sofrido danos pulmonares permanentes por exposição por longo tempo, sem proteção adequada, a nanopartículas, numa fábrica de tintas. Como se sabe, a nanotecnologia é largamente utilizada na indústria, com emprego, por exemplo, em artigos desportivos, eletrónicos, cosméticos, roupas, desinfetantes, utensílios domésticos, revestimento de superfícies, tintas e vernizes e também na medicina. Pelo seu minúsculo diâmetro, entre 1 e 100 nanómetros, em que um nanómetro é um milionésimo de um milímetro, as nanopartículas podem ultrapassar as barreiras naturais do corpo humano por meio de contacto com a pele, pela ingestão ou por inalação.

Adaptado de: "Nanopartículas causam doenças pulmonares",
www.folha.uol.com.br, agosto de 2009

6.1. Indique o que entende por nanotecnologia.

6.2. Selecione a opção que completa corretamente a afirmação seguinte.

Sendo um milionésimo de um milímetro, um na nó metro corresponde a ...

(A) 1 x 10-9 m

(B) 1 x 10-6 m

(C) 1 x 106 m

(D) 1 x 109 m

6.3. De acordo com o texto, identifique duas áreas de aplicação da nanotecnologia.

 

7. Os nanotubos de carbono s ão e struturas à escala nanométrica que podem ter uma razão entre o comprimento e o seu diâmetro de 900 000:1.

a) Calcule o comprimento de um nanotubo com 10 nm de diâmetro e apresente o resultado usando o submúltiplo adequado do metro.

b) Que comprimento teria uma mangueira de jardim (de 2,5 cm de diâmetro) se trvesse a mesma razão entre comprimento e espessura de um nanotubo?

 

8. A dimensão típica das macromoléculas é o micrómetro, 10-6 m, das moléculas diatómicas é o nanómetro, 10-9 m, dos átomos é o angstrom, 10-10 m, e dos núcleos é o fentómetro, 10-15 m.

Compare as ordens de grandeza destes sistemas.

 

9. O Microscópio de Varrimento por Efeito de Túnel (STM) foi um dos primeiros instrumentos que permitiu observar a estrutura da matéria.

A figura mostra as partículas do amido de milho com uma ampliação de 1200 vezes.

Com base na figura, selecione três partículas quaisquer, meça os seus diâmetros e determine o valor médio, em unidades SI.

 

10. Em relação à nanotecnologia, podemos afirmar que:

(A) envolve manipulação da matéria à escala macroscópica.

(B) envolve a manipulação de átomos e moléculas.

(C) envolve manipulação de núcleos atómicos.

(D) envolve a manipulação dos eletrões nos átomos e moléculas.

 

11. Considere os seguintes comprimentos: 12,5 x 10-3 cm e 95 200 km.

11.1 Apresente-os em notação científica e na respet iva unidade SI.

11.2 Qual é a ordem de grandeza de cada um deles?

 

12. Um átomo de oxigénio é constituído por oito protões e igual número de neutrões, no seu núcleo.

Considere os dados da seguinte tabela, onde constam os valores das massas das partículas subatómicas.

12.1. Sendo o átomo de oxigénio eletricamente neutro, o número de eletrões que pertencem ao átomo será:

(A) 8

(B) 16

(C) 18

(D) 24

12.2. Determine a massa total das partículas existentes no núcleo do átomo de oxigénio.

12.3. Qual a ordem de grandeza do valor encontrado na alínea anterior?

12.4. Estabeleça a razão entre a massa do eletrão e do protão, me/mp, e justifique o facto da massa de um átomo se dever essencialmente aos nucleões, partículas existentes no núcleo.

12.5. Compare a massa de um protão com a massa de uma gota de água, de massa aproximada de 0,03 g.

 

13. O vírus ébola tem forma de um filamento com 1,6 x 10-5 metros de comprimento e 8,0 x 10 -8 metros de diâmetro.

a) A ordem de grandeza do comprimento e do diâmetro do vírus é bola, quando expressos em metros, são, respetivamente:

(A) 10-5 e 10 -8.

(B) 10-6 e 10-8

(C) 10-6 e 10 -7

(D) 10-5 e 10-7

b) Exprima o comprimento e o diâmetro do vírus através de submúl tiplos adequados do metro.

c) O comprimento do vírus representado é aproximadamente igual à altura da imagem.
Determine a escala da imagem.

 

14. O vírus ébola, causador da febre hemorrágica ébola, é o responsável por uma doença grave com alta taxa de mortalidade.

As estruturas destes vírus têm uma aparência filamentosa, de diâmetro uniforme, com cerca de 80 nanómetros, mas o comprimento da partícula pode ser bastante variável, atingindo os 14 000 nanómetros (1 nm = 1 x 10-9 m), ou seja, 14 micrómetros (1 μm = 1 x 10-6 m).

14.1. Indique a ordem de grandeza do comprimento do vírus referido nas unidades do Sistema Internacional.

14.2. Compare a ordem de grandeza do diâmetro do vírus com o comprimento de um elefante africano, cujo comprimento é cerca de 6,6 m.

14.3. Selecione a opção que traduz a correta correspond ência do diâmetro do filamento do vírus em angstrom , Â, e em picómetros, pm, respetivamente.

(A) 8,0 X 10-2 ; 8,0 X 104

(B) 8,0 X 102 ; 8,0 X 10-4

(C) 8,0 X 10-2 ; 8,0 X 10-4

(D) 8,0 X 102 ; 8,0 X 104

 

15. O esquema relaciona alguns dos equipamentos utilizados na medição de distâncias (expressas em metros), dando uma ideia da ordem de grandeza relativa dos objetos.

15.1. Utilizando os meios disponíveis de pesquisa e informação (livros, enciclopédias, Internet, especialistas ... ), procure os valores das dimensões de:

(A) espessura média de uma folha de papel A4;

(B) raio médio de um glóbulo vermelho;

(C) comprimento máximo de um campo de futebol;

(D) altitude a que se encontra a serra mais alta do Planeta Terra;

(E) altura do edifício mais alto do mundo.

15.2. Indique o instrumento com o qual poderia detetar cada um dos valores solicitados em 18.1.

15.3. Exprima os valores encontrados em 18.1. em metros e em notação científica.

15.4. Indique a ordem de grandeza de todos os valores determinados em 18.1.

 

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