--- title: "Os elementos no Universo e na Terra" book: "Química dos ensinos fundamental e médio" subject: chemistry language: pt chapter: 21 exercises: 12 source: https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/21-os-elementos-no-universo-e-na-terra license: CC-BY-NC-SA-4.0 credit: "One Chemistry Book, One Course (one-course.com)" --- # Capítulo 21 — Os elementos no Universo e na Terra O cálcio dos seus ossos, o ferro do seu sangue e o oxigênio que você respira não foram fabricados na Terra. Eles foram fabricados dentro de estrelas que viveram e morreram antes de o Sol nascer, e passam das rochas para o mar, do mar para as plantas, das plantas para os animais, há bilhões de anos. Alguns elementos estão em toda parte, outros são raros. Que elementos formam as estrelas, a Terra, os oceanos — e a nós? **O que você já sabe.** Um [elemento químico](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-element) é o conjunto dos [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) com o mesmo [número atômico](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-atomic-number) $Z$; a massa de um [átomo](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) é próxima de $A \times 1.67 \times 10^{-27}\,\mathrm{kg}$, em que $A$ é o seu [número de massa](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-atomic-number) ([Capítulo 16](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#ch-g9-inside-the-atom)). A [tabela periódica](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/20-a-tabela-periodica-um-primeiro-olhar#def-g9-periodic-table-first-look-periodic-table) lista os 118 elementos por [número atômico](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-atomic-number) ([Capítulo 20](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/20-a-tabela-periodica-um-primeiro-olhar#ch-g9-periodic-table-first-look)). O [ar](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/4-o-ar-uma-mistura-de-gases#def-g4-air-a-mixture-of-gases-air) tem cerca de quatro quintos de nitrogênio e um quinto de oxigênio ([Capítulo 4](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/4-o-ar-uma-mistura-de-gases#ch-g4-air-a-mixture-of-gases)). ## 21.1 Os elementos das estrelas **Definição 21.1 (Abundância).** A *abundância* de um elemento num corpo de matéria — uma estrela, a crosta terrestre, o oceano, um ser vivo — é a sua parte na massa total, em geral dada em porcentagem. **Proposição 21.2 (O Sol é hidrogênio e hélio).** A superfície do Sol tem, em massa, cerca de $74\,\%$ de hidrogênio e $25\,\%$ de hélio; todos os outros elementos juntos formam só cerca de $1.3\,\%$. A maior parte da matéria visível do Universo tem uma composição parecida: hidrogênio e hélio, com uma pitada de todo o resto. **Proposição 21.3 (Elementos fabricados nas estrelas).** O hidrogênio e a maior parte do hélio se formaram nos primeiros minutos do Universo. Quase todos os elementos mais pesados — carbono, oxigênio, ferro, ouro — foram fabricados depois, dentro das estrelas, e espalhados pelo espaço quando as estrelas explodiram. Novas estrelas e novos planetas se formaram a partir dessa poeira enriquecida. Como as estrelas fazem isso é contado no livro de física. ![A Nebulosa do Caranguejo, a nuvem deixada por uma estrela que explodiu há quase mil anos, espalhando novos elementos pelo espaço (NASA, ESA, J. Hester e A. Loll).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g9-elements-universe-earth/img-8fcb8009e37d.jpg) *A Nebulosa do Caranguejo, a nuvem deixada por uma estrela que explodiu há quase mil anos, espalhando novos elementos pelo espaço (NASA, ESA, J. Hester e A. Loll).* ## 21.2 A Terra **Proposição 21.4 (A crosta terrestre).** A fina pele rochosa da Terra, a crosta, tem em massa quase metade de oxigênio e mais de um quarto de silício: as rochas e a areia são principalmente óxidos de silício e de alguns [metais](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/20-a-tabela-periodica-um-primeiro-olhar#def-g9-periodic-table-first-look-metal). Oito elementos — oxigênio, silício, alumínio, ferro, cálcio, sódio, potássio, magnésio — formam cerca de $99\,\%$ dela. O hidrogênio e o hélio, tão comuns nas estrelas, são raros: os gases leves escaparam da Terra jovem. **Observação 21.5 (Dentro da Terra).** A crosta não é a Terra inteira. O ferro, pesado, afundou em direção ao centro quando a Terra jovem estava derretida: o [núcleo](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) da Terra é principalmente ferro, com um pouco de níquel. **Proposição 21.6 (Os oceanos e o ar).** A água do mar é principalmente água — hidrogênio e oxigênio — com cerca de $3.5\,\%$ de sais dissolvidos em massa. Entre os [íons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/17-os-ions-e-as-solucoes-ionicas#def-g9-ions-ion) dissolvidos, o cloreto e o sódio formam cerca de $85\,\%$, o magnésio e o sulfato outros $10\,\%$. O [ar](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/4-o-ar-uma-mistura-de-gases#def-g4-air-a-mixture-of-gases-air) é principalmente nitrogênio e oxigênio. ![Abundâncias em massa. À esquerda: os oito principais elementos da crosta terrestre. À direita: os seis principais elementos do corpo de um adulto magro (calculados a partir de números estimados de átomos).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g9-elements-universe-earth/fig-173b4c05732c.svg) ![Abundâncias em massa. À esquerda: os oito principais elementos da crosta terrestre. À direita: os seis principais elementos do corpo de um adulto magro (calculados a partir de números estimados de átomos).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g9-elements-universe-earth/fig-7f503fe43ff1.svg) *[Abundâncias](#def-g9-elements-universe-earth-abundance) em massa. À esquerda: os oito principais elementos da crosta terrestre. À direita: os seis principais elementos do corpo de um adulto magro (calculados a partir de números estimados de [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom)).* ## 21.3 O corpo humano **Proposição 21.7 (De que somos feitos).** Em massa, o corpo de um adulto magro tem cerca de $61\,\%$ de oxigênio, $23\,\%$ de carbono e $10\,\%$ de hidrogênio — principalmente na água e nas [moléculas](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) da vida —, seguidos pelo nitrogênio, pelo cálcio (nos ossos e nos dentes) e pelo fósforo. Contando em [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) e não em massa, a ordem muda: há mais [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de hidrogênio num corpo do que todos os outros [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) juntos, porque os [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de hidrogênio são muito leves. Um corpo de $70\,\mathrm{kg}$ contém cerca de $7 \times 10^{27}$ [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom). **Método 21.8 (Ler um gráfico de abundâncias).** 1. Verifique o que é medido: a massa (na maioria dos gráficos) ou o número de [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) . 2. Leia a parte de cada elemento; some as dos principais para ver quanto eles cobrem. 3. Para comparar dois corpos, procure os elementos comuns aos dois e os que só aparecem num deles. O oxigênio está no topo dos dois gráficos deste capítulo: ele é o elemento mais comum da crosta e do corpo humano, em massa. ## 21.4 Os mesmos átomos, reciclados **Exemplo 21.9 (A viagem de um átomo de carbono).** Um [átomo](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de carbono fabricado numa estrela há muito tempo pode ficar milhões de anos num calcário, ser liberado como dióxido de carbono por um vulcão, ser absorvido por uma folha, virar parte de um açúcar numa fruta, passar para um animal que come a fruta e ser expirado de novo como dióxido de carbono. Os [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) não são destruídos pelas [transformações químicas](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/6-transformacoes-que-nao-podem-ser-desfeitas#def-g5-irreversible-changes-chemical-change): eles são passados adiante. ![Um átomo de carbono passa da rocha para o ar, do ar para a folha, da folha para o animal e de volta para o ar: o próprio átomo nunca é destruído.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g9-elements-universe-earth/fig-337a8a903480.svg) *Um [átomo](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de carbono passa da rocha para o [ar](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/4-o-ar-uma-mistura-de-gases#def-g4-air-a-mixture-of-gases-air), do [ar](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/4-o-ar-uma-mistura-de-gases#def-g4-air-a-mixture-of-gases-air) para a folha, da folha para o animal e de volta para o [ar](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/4-o-ar-uma-mistura-de-gases#def-g4-air-a-mixture-of-gases-air): o próprio [átomo](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) nunca é destruído.* ![Rocha, mar e ar: três misturas muito diferentes dos mesmos elementos.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g9-elements-universe-earth/img-8ae99578c545.jpg) *Rocha, mar e [ar](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/4-o-ar-uma-mistura-de-gases#def-g4-air-a-mixture-of-gases-air): três [misturas](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/8-substancias-puras-e-misturas#def-g6-pure-substances-and-mixtures-mixture) muito diferentes dos mesmos elementos.* ## 21.5 Exercícios **Exercício 21.1 ★.** Que dois elementos formam quase todo o Sol? **Solução de Exercício 21.1.** O hidrogênio (cerca de $74\,\%$) e o hélio (cerca de $25\,\%$). **Exercício 21.2 ★.** Qual é o elemento mais abundante na crosta terrestre? E no corpo humano (em massa)? **Solução de Exercício 21.2.** O oxigênio, nos dois casos. **Exercício 21.3 ★.** Onde foi fabricada a maioria dos elementos mais pesados que o hélio? **Solução de Exercício 21.3.** Dentro das estrelas, e nas explosões delas. **Exercício 21.4 ★.** Que porcentagem da massa da água do mar é sal dissolvido? **Solução de Exercício 21.4.** Cerca de $3.5\,\%$. **Exercício 21.5 ★★.** Usando o gráfico da crosta, some as partes do oxigênio e do silício. Que fração da crosta é isso, aproximadamente? **Solução de Exercício 21.5.** $46.6 + 27.7 = 74.3\,\%$: cerca de três quartos. **Exercício 21.6 ★★.** Por que há tão pouco hidrogênio e hélio na crosta terrestre, se o Sol é feito quase inteiramente deles? **Solução de Exercício 21.6.** Eles são gases muito leves: escaparam da Terra jovem para o espaço (e o hélio não forma compostos que pudessem tê-lo retido nas rochas). **Exercício 21.7 ★★.** Que massa de carbono há num corpo de $70\,\mathrm{kg}$ que tem $23\,\%$ de carbono? **Solução de Exercício 21.7.** $0.23 \times 70 = 16.1\,\mathrm{kg}$. **Exercício 21.8 ★★.** Por que o oxigênio é o elemento mais comum do corpo em massa, enquanto o hidrogênio é o mais comum em número de [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom)? **Solução de Exercício 21.8.** Os [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de oxigênio são 16 vezes mais pesados que os de hidrogênio: menos [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de oxigênio pesam mesmo assim mais. **Exercício 21.9 ★★.** Um bloco de granito de $1000\,\mathrm{kg}$ é um pedaço típico da crosta. Usando o gráfico, mais ou menos que massa de alumínio ele contém? **Solução de Exercício 21.9.** Cerca de $0.081 \times 1000 = 81\,\mathrm{kg}$ de alumínio. **Exercício 21.10 ★★.** Que elementos aparecem entre os principais elementos tanto da crosta quanto do corpo humano? **Solução de Exercício 21.10.** O oxigênio e o cálcio (e, além dos oito principais elementos da crosta, o hidrogênio, o carbono e o fósforo estão presentes na crosta em pequenas quantidades). **Exercício 21.11 ★★★.** Um corpo de $70\,\mathrm{kg}$ contém cerca de $1.06\,\mathrm{kg}$ de cálcio. Calcule a massa de um [átomo](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de cálcio ($A = 40$), e depois o número de [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de cálcio. Escreva-o em notação científica. **Solução de Exercício 21.11.** $40 \times 1.67 \times 10^{-27} = 6.68 \times 10^{-26}\,\mathrm{kg}$; $1.06 / 6.68 \times 10^{-26} \approx 1.6 \times 10^{25}$ [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de cálcio. **Exercício 21.12 ★★★.** Os [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) do seu corpo já fizeram parte de outras coisas antes. Use a viagem de um [átomo](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de carbono para explicar por que o número total de [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de carbono na Terra quase não muda. **Solução de Exercício 21.12.** Os [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) não são criados nem destruídos pelas [transformações químicas](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/6-transformacoes-que-nao-podem-ser-desfeitas#def-g5-irreversible-changes-chemical-change): eles só passam de um composto para outro (rocha, gás, açúcar, corpo vivo). Os [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de carbono da Terra são usados muitas e muitas vezes. ## 21.6 Problema: quantos átomos eu sou? **Problema 21.1.** Problema de fim de semana — de um gráfico de abundâncias até o número de átomos de oxigênio num corpo humano Um adulto magro de $70\,\mathrm{kg}$ tem, em massa, cerca de $61\,\%$ de oxigênio, $23\,\%$ de carbono e $10\,\%$ de hidrogênio. Tome a massa de um [núcleon](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-proton) como $1.67 \times 10^{-27}\,\mathrm{kg}$; um [átomo](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de oxigênio tem 16 [núcleons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-proton), um [átomo](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de carbono 12, um [átomo](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de hidrogênio 1. Os [elétrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) são desprezados. **Parte I — As massas.** 1. Calcule a massa de oxigênio no corpo. 2. Calcule a massa de carbono e a de hidrogênio. 3. Que porcentagem da massa esses três elementos formam juntos? 4. A maior parte desse oxigênio e desse hidrogênio está num único composto. Qual? **Parte II — Um [átomo](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom).** 5. Calcule a massa de um [átomo](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de oxigênio. 6. Calcule a massa de um [átomo](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de carbono e a de um [átomo](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de hidrogênio. 7. Quantos [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de hidrogênio pesam tanto quanto um [átomo](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de oxigênio? 8. Por que os [elétrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) podem ser desprezados? **Parte III — A contagem.** 9. Calcule o número de [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de hidrogênio no corpo. 10. Calcule o número de [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de carbono. 11. Calcule o número de [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de oxigênio no corpo. 12. Uma estimativa cuidadosa dá $1.61 \times 10^{27}$ [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de oxigênio num corpo assim. Compare com a sua contagem, e dê o número de [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de oxigênio num corpo de $70\,\mathrm{kg}$ com dois algarismos significativos. **Solução de Problema 21.1.** **1.** $0.61 \times 70 = 42.7\,\mathrm{kg}$. **2.** Carbono $0.23 \times 70 = 16.1\,\mathrm{kg}$; hidrogênio $0.10 \times 70 = 7.0\,\mathrm{kg}$. **3.** $61 + 23 + 10 = 94\,\%$. **4.** A água, $\ce{H2O}$. **5.** $16 \times 1.67 \times 10^{-27} = 2.67 \times 10^{-26}\,\mathrm{kg}$. **6.** Carbono: $12 \times 1.67 \times 10^{-27} = 2.00 \times 10^{-26}\,\mathrm{kg}$; hidrogênio: $1.67 \times 10^{-27}\,\mathrm{kg}$. **7.** 16. **8.** Um [elétron](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) é cerca de 1836 vezes mais leve que um [núcleon](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-proton): os [elétrons](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/16-dentro-do-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) representam menos de um milésimo da massa. **9.** $7.0 / 1.67 \times 10^{-27} \approx 4.2 \times 10^{27}$ [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de hidrogênio. **10.** $16.1 / 2.00 \times 10^{-26} \approx 8.0 \times 10^{26}$ [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de carbono. **11.** $42.7 / 2.67 \times 10^{-26} \approx 1.60 \times 10^{27}$ [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de oxigênio. **12.** A nossa contagem, $1.60 \times 10^{27}$, concorda com a estimativa $1.61 \times 10^{27}$: um corpo de $70\,\mathrm{kg}$ contém cerca de $1.6 \times 10^{27}$ [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/pt/chapter/11-atomos-e-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de oxigênio.