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Programa Nacional Olimp�adas de
Qu�mica |
OBQ 2018 Fase III |
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XXIV
Olimp�ada Brasileira de Qu�mica Modalidade
A |
CI�NCIA PARA A REDU��O DAS DESIGUALDADES
Em um pa�s com
tanta desigualdade social como o Brasil, investir em ci�ncia e tecnologia �
indispens�vel para garantir a qualidade de vida da popula��o. Assim, este foi o
tema escolhido para a 15� Semana Nacional de Ci�ncia e Tecnologia - SNCT 2018,
inspirado nos objetivos de desenvolvimento sustent�vel, estabelecidos pela
Organiza��o das Na��es Unidas (ONU).
A desigualdade
social � caracterizada por dimens�es que n�o s�o produzidas pelas cidades, como
a pr�pria renda e o mercado de trabalho, ou por dimens�es claramente associadas
�s cidades, como a desigualdade de acesso, falta de mobilidade e aus�ncia de
estruturas urbanas. A falta de saneamento b�sico, por exemplo, � um elemento
que comp�e um quadro de desigualdade social, na medida em que exp�e parte da
popula��o a um ambiente que facilita a transmiss�o de doen�as, contamina��o do
solo, deslizamentos e inunda��es.
Diante disso, surge
o questionamento: a Qu�mica pode ajudar a minimizar desigualdades sociais? A
resposta para esta pergunta tem uma dimens�o imensur�vel. Ao aperfei�oar,
desenvolver e inovar t�cnicas que possam prevenir e combater doen�as, aumentar
a produ��o agr�cola, tratar �gua e efluentes, elaborar novos materiais
biodegrad�veis (tecidos, embalagens, tintas etc.), preservar o meio ambiente, a
ci�ncia Qu�mica pode promover a qualidade de vida �s pessoas, desde que usada
de forma respons�vel e sustent�vel.
Contudo, a
capacidade de uma sociedade de incorporar a ci�ncia e a tecnologia como fatores
din�micos para seu progresso, depende tamb�m de condi��es pol�ticas, econ�micas
e sociais.
A Comiss�o.
PARTE A - QUEST�ES M�LTIPLA ESCOLHA
Quest�o 1 – O escritor italiano Primo Levi,
em seu livro de contos Sistema Peri�dico (O
Sistema Peri�dico, Ed. Leya), narra fatos de sua vida e os associa a
elementos qu�micos. Em um dos trechos, ele narra: �(este metal) � mole como a cera. Reage com a �gua onde flutua (um
metal que flutua!), dan�ando freneticamente e produzindo hidrog�nio.�.
Sobre esse metal, assinale a alternativa que est� correta:
a) � um metal de transi��o, caracterizado por sua baixa densidade. A rea��o
qu�mica com a �gua � devida ao baixo potencial de oxida��o desse metal, frente
ao potencial de oxida��o do hidrog�nio.
b) � um metal que possui uma grande varia��o de n�mero de oxida��o (Nox),
indo de +1 at� +6. Esta grande varia��o de n�meros de oxida��o Nox confere ao
elemento baixa densidade e alta reatividade, uma vez que a perda significativa
de el�trons altera suas propriedades f�sicas.
c) � um metal radioativo (
). A instabilidade nuclear, observada pela raz�o entre n�mero de pr�tons
e n�mero de n�utrons, faz com que o elemento tenha uma massa at�mica elevada e
um volume at�mico grande, originando uma densidade menor do que 1,0 g cm-3
nas condi��es ambientes.
d) � um metal que apresenta propriedades diamagn�ticas, por isso sofre a
repuls�o el�trica dos polos das mol�culas de �gua, que o fazem flutuar. A
rea��o que ocorre � de oxirredu��o, uma vez que os polos el�tricos da �gua
reagem com os polos el�tricos do metal.
e) � um metal representativo, que reage com a �gua formando um hidr�xido
correspondente, com a libera��o de g�s hidrog�nio. O referido metal possui
potencial padr�o de redu��o negativo.
RESPOSTA:
Letra
e: Das respostas apresentadas, somente os elementos do Grupo 1 (metais
representativos) podem reagir com a �gua violentamente e apresentam uma baixa
densidade, como, por exemplo o s�dio. Ele reage violentamente com a �gua e
forma hidr�xido, com libera��o de g�s hidrog�nio.
Quest�o 2 – Um dos principais contaminantes
da �gua para o consumo humano s�o os c�tions alcalino-terrosos, que lhe
conferem a dureza, sendo assim � indispens�vel � remo��o desses para o
atendimento aos padr�es de potabilidade. Quando o magn�sio reage com uma
solu��o de HNO3 � formada uma mistura gasosa constitu�da por
hidrog�nio, nitrog�nio, mon�xido de nitrog�nio e �xido de dinitrog�nio, cuja
composi��o � dependente da concentra��o de �cido n�trico utilizada. O gr�fico
abaixo mostra como essa composi��o (em porcentagens molares) varia com a
concentra��o da solu��o de �cido (SULCIUS, A. Journal of Chemical Education, v.92, p.
1971−1972, 2015):
Sobre as
rea��es citadas e o gr�fico mostrado, analise as afirmativas abaixo e assinale
a correta:
a)
Apenas a rea��o de produ��o de H2(g)
e N2(g) correspondem a rea��es de oxirredu��o.
b) Utilizando concentra��es de �cido n�trico entre
2 % e 18 %, a rea��o que envolve a redu��o do nitrog�nio de um n�mero
de oxida��o +5 para +1 � aquela com forma��o de menor % de produto.
c)
Na rea��o, ao utilizar a
concentra��o de 10 % de �cido n�trico, pode se afirmar que a diferen�a de
potencial padr�o da rea��o de produ��o de g�s hidrog�nio � igual �quela da
rea��o de produ��o de mon�xido de nitrog�nio, uma vez que as concentra��es
destes gases s�o iguais na composi��o da mistura gasosa produzida.
d)
Os dados apresentados no gr�fico
possibilitam concluir que utilizando concentra��o acima de 16 % de �cido
n�trico a rea��o com a produ��o de NO � aquela termodinamicamente mais
favor�vel.
e)
Atrav�s apenas do c�lculo das
diferen�as de potenciais padr�o das rea��es de produ��o dos gases (hidrog�nio,
nitrog�nio, mon�xido de nitrog�nio e �xido de dinitrog�nio) pode-se prever qual
ou quais os produtos termodinamicamente mais favor�veis.
RESPOSTA:
Letra a- Falsa: todas as rea��es s�o de
oxida��o-redu��o.
Letra b- Verdadeira: a rea��o citada �
aquela com forma��o de N2O(g) e uma vez que este � produzido em
menor propor��o significa que � aquele com menor diminui��o de energia livre de
Gibbs. Rea��es mais favor�veis t�m maior diminui��o de energia livre de Gibbs.
Letra c- Falsa: na concentra��o de 10 %
de �cido n�trico, a diminui��o da energia livre de Gibbs � a mesma para a
forma��o de g�s hidrog�nio e mon�xido de nitrog�nio, e n�o a diferen�a de
potencial. A menos que tenhamos alguma regra pr�tica, para avaliarmos a
tend�ncia das rea��es devemos verificar a varia��o de energia livre, uma vez
que o n�mero de el�trons transferidos � diferente em cada caso.
Letra d - Falsa: pelo gr�fico, acima de
16 % de �cido n�trico a termodinamicamente mais favor�vel � aquela que
produz g�s hidrog�nio.
Letra e- Falsa: da mesma forma que na
afirma��o acima, devemos calcular a varia��o de energia livre de Gibbs pela
equa��o 
e n�o
somente os valores de 
.
3 – H� muitos sais que s�o sol�veis
em �gua como, por exemplo, o cloreto
de s�dio e o cloreto de magn�sio
que se encontram presentes na �gua
do mar. Uma amostra de 0,930 g de uma mistura de
NaCl e MgCl2 foi
dissolvida em �gua. A adi��o de excesso de AgNO3(aq) fez com
que todos os �ons cloreto precipitassem como AgCl(s). A massa do precipitado seco foi
2,676 g. A partir desses dados, qual foi a porcentagem em massa de NaCl na
mistura original?
a)
45,7 %
b)
16,9 %
c)
29,2 %
d)
23,8 %
e)
39,8 %
Resposta:Letra d.
Rea��o I: NaCl(aq) + AgNO3(aq) � NaNO3(g) + AgCl(aq)
Rea��o II: MgCl2(aq) + 2AgNO3(aq) � 2NaNO3(g) + 2AgCl(aq)
A massa da mistura de NaCl e MgCl2:
A massa de cloreto formada pela adi��o de
AgNO3 na mistura:
Fazendo a rela��o entre a quantidades de
massa e de mols, e aplicando nas duas equa��es, tem-se (unidade grama ser�
omitida para facilitar os c�lculos):
Assim, obtemos duas equa��es e duas
inc�gnitas:
Logo, a massa de NaCl �:
A porcentagem de massa de NaCl na mistura original �
Quest�o 4 – A forma��o de um s�lido a partir de l�quidos e/ou de gases � uma das
evid�ncias de que ocorreu uma rea��o qu�mica. Para demostrar tal evid�ncia, um
recipiente de 2,5 L que cont�m am�nia gasosa a 0,78 atm e
18,5 �C foi conectado em outro recipiente de 1,4 L com cloreto de
hidrog�nio gasoso a 0,93 atm e 18,5 �C, respectivamente. Sabe-se que
a combina��o desses gases leva a forma��o de cloreto de am�nio s�lido, logo,
qual a quantidade aproximada de massa formada desse composto, o g�s que sobrou
nos recipientes conectados e a sua press�o?
a) 1,44 g;
am�nia; 0,166 atm.
b) 3,19 g; cloreto de hidrog�nio; 0,332 atm.
c) 1,44 g; cloreto de hidrog�nio; 0,332 atm.
d) 1,44 g;
am�nia; 0,332 atm.
e) 2,91 g; am�nia; 0,166 atm.
Resposta:Letra e.
Antes da v�lvula ser aberta, a quantidade em mols de
cada g�s �:
Assim, que a v�lvula � aberta os gases come�am a se
combinarem formando o cloreto de am�nio s�lido:
NH3(g) + HCl(g) � NH4Cl(s)
Como o HCl(g) est�
em menor quantidade de mols, este � o reagente limitante, logo a quantidade
mols de NH4Cl(s) formado �:
E a quantidade de NH4Cl(s) em massa �:
E como o NH3(g) � o reagente em excesso
(g�s que sobrou), a quantidade de mols remanescente �:
A press�o resultante do g�s remanescente �:
Quest�o 5 – As dimens�es de �tomos, �ons e comprimentos de liga��o situam-se na
faixa de 10-10 m, que equivale 1 � (�ngstron) ou
100 pm (pic�metro). Por exemplo, o raio covalente do hidrog�nio � de
74 pm. Suponha que os �tomos de hidrog�nio possam ser dispostos lado a
lado em uma �nica linha, conforme sugerido no diagrama abaixo:
Qual � a massa de uma linha de �tomos de hidrog�nio
com exatamente 10 cm de comprimento?
a) 7,4 � 10−11 g
b)
7,4 � 10−10 g
c)
2,3 � 10−15 g
d)
1,1 � 10−21 g
e)
1,1 � 10−15 g
RESPOSTA:Letra e.
O di�metro de um �tomo de hidrog�nio �
O n�mero de �tomos de hidrog�nio alinhados
no intervalo de 10 cm �
E o n�mero de mols de �tomos de hidrog�nio �
E a massa de hidrog�nio �
Quest�o 6 – O conhecimento e o estudo da velocidade das rea��es s�o de grande
interesse industrial, pois permitem reduzir custos e aumentar a produtividade
dos processos fabris. Sabe-se que as rea��es qu�micas ocorrem com velocidades
diferentes e estas podem ser alteradas. Para exemplificar, considere a rea��o
abaixo representada:
A representa��o
matem�tica de velocidade desta rea��o �:
Assim sendo,
para esse caso, qual afirma��o est� correta?
a) A ordem
geral � 12.
b)
Dobrando a concentra��o de 
e 
e reduzindo a metade da concentra��o de 
a velocidade de rea��o n�o se altera.
c) A unidade da
constante de velocidade, 
, �
mol dm–3 s–1.
d) Uma
altera��o na concentra��o de 
ou 
n�o afeta a velocidade de rea��o.
e) Dobrando a
concentra��o de 
ou 
e reduzindo a metade da concentra��o de 
a velocidade de rea��o n�o se altera.
RESPOSTA:
Letra a:
A ordem geral � a
soma dos expoentes atribu�das as concentra��es dos componentes da rea��o. Assim
sendo, 
A
afirma��o � FALSA.
Letra b:
A
afirma��o � VERDADEIRA.
Letra c:
A constante 
� dada pela express�o:
Logo, a unidade da
constante 
ser�
A
afirma��o � FALSA.
Letra d:
ou
A
afirma��o � FALSA.
Letra e:
ou
A
afirma��o � FALSA.
Quest�o 7 – O Fler�vio (Fl) � um elemento qu�mico artificial, de n�mero at�mico 114, criado em
laborat�rio e na Tabela Peri�dica est� situado imediatamente abaixo do chumbo.
At� o momento, cientistas nucleares conseguiram sintetizar apenas alguns �tomos
do elemento 114 e, portanto, a apar�ncia f�sica de uma amostra maior ainda n�o
� conhecida. Com base na sua posi��o na Tabela Peri�dica, o elemento 114 � mais
prov�vel que seja um:
a) Metal cinza-prateado.
b) L�quido vol�til
avermelhado.
c) G�s verde
amarelo p�lido.
d) Cristal incolor.
e) S�lido em
p� preto.
RESPOSTA:Letra a - Esse elemento est� situado no grupo 14, ou seja, a partir do estanho para baixo os elementos s�o met�licos s�lidos, assim como o estanho e chumbo, ambos apresentam cor acinzentada com brilho tipicamente prateado. Seguindo essa dedu��o, o elemento 114 que est� logo abaixo do chumbo deve ser um metal de aspecto cinza-prateado.
Quest�o 8 – Visto que o petr�leo � um combust�vel n�o renov�vel e que contribui para
a polui��o do meio ambiente, v�rias ind�strias e centros de pesquisas t�m se
mobilizado na busca por novas fontes de energia combust�vel. � nesse contexto
que surge o hidrog�nio combust�vel, considerado como o combust�vel do futuro,
por ser renov�vel, inesgot�vel e principalmente por n�o liberar gases t�xicos
para a atmosfera. Abaixo t�m-se algumas vantagens do combust�vel hidrog�nio:
� Utiliza��o de motores el�tricos no lugar de motores a combust�o,
minimizando a polui��o do meio ambiente;
� Seu processo de gera��o de energia � descentralizado, n�o sendo
necess�ria a constru��o de hidrel�tricas;
� A gera��o de energia por meio de pilhas � combust�vel � mais eficiente
do que a obtida pelos processos tradicionais.
A rea��o abaixo representada indica a possibilidade de
obten��o de hidrog�nio a partir do mon�xido de carbono:
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|
Analisando os dados da rea��o acima, afirma-se:
I. Um aumento da press�o total sobre o
sistema n�o altera o estado de equil�brio;
II. Uma diminui��o da temperatura
favorece o aumento na produ��o de g�s hidrog�nio;
III. O valor de 
nas condi��es dadas;
IV. A concentra��o final de cada componente do sistema, em equil�brio,
quando se misturam um mol de cada um dos reagentes com dois mols de cada um dos
produtos, na temperatura da experi�ncia, considerando um bal�o volum�trico de 
�:
e 
.
Est�o corretas as afirma��es:
a) I, II e IV apenas.
b) II e IV apenas
c) I e II apenas.
d) III e IV apenas.
e) I e III apenas.
RESPOSTA:
Letra c.
I – Verdadeiro: n� mols dos produtos=
n�mols dos reagentes;
II– Verdadeiro: como a rea��o � exot�rmica
no sentido da produ��o de H2, a diminui��o da temperatura favorece o
deslocamento para direita(lado exot�rmico);
III – Falsa: como 
, logo
.
IV –Falsa: 
e 
.
Quest�o 9 – Os efeitos dos solutos nas propriedades f�sicas da �gua podem ser vistos
em algumas situa��es comuns e de f�cil compreens�o, como por exemplo, ao evitar
o congelamento da �gua nos radiadores de carros em lugares muito frios. Os
gr�ficos abaixo foram constru�dos ap�s a avalia��o da varia��o na temperatura
de congelamento de duas solu��es aquosas: uma constitu�da pelo soluto A e outra
constitu�da pelo soluto B.
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Considerando as informa��es contidas nos gr�ficos
pode-se afirmar que os solutos A e B eram respectivamente:
a) Brometo de c�lcio e cloreto de f�rrico.
b) Cloreto de pot�ssio e sulfato de s�dio.
c) Glicose e cloreto de s�dio.
d) Sacarose e glicose.
e) Iodeto de pot�ssio e sacarose.
RESPOSTA:
Letra e: Nessa quest�o o estudante deve avaliar os
gr�ficos e perceber que, ao se considerar a mesma concentra��o para as duas
solu��es (mol kg-1), aquela que apresenta maior varia��o de
temperatura corresponde ao sistema com maior n�mero de part�culas (�nico fator
que afeta as propriedades coligativas).
Quest�o 10 – Segundo o cientista da NASA, James Hansen, a temperatura da Terra
alcan�ou, nas �ltimas d�cadas, uma r�pida ascens�o de cerca de 0,2 �C,
fen�meno esse que n�o havia ocorrido desde a �ltima era glacial, h� 12.000
anos. Tal aquecimento se explica, conforme o cientista, pelo aumento da emiss�o
de gases estufa. Com base nestes estudos, pode-se afirmar corretamente que s�o
consequ�ncias do fen�meno de aquecimento global:
I. Devasta��o das florestas e savanas.
II. Redu��o do volume das geleiras alpinas e das calotas glaciais.
III. Maior possibilidade de forma��es de tempestades e ciclones tanto no
Atl�ntico Norte quanto no Atl�ntico Sul.
IV. Redu��o da acidez das chuvas.
V. Transgress�o marinha sobre partes das faixas costeiras.
VI. Rebaixamento do n�vel dos oceanos e consequente expans�o das �reas
litor�neas.
VII.
Aumento do risco de degrada��o dos
ecossistemas coral�neos.
A alternativa que apresenta apenas as consequ�ncias
desse fen�meno �:
a) II, III, V e VII, apenas.
b) I, II, III, IV, VI e VII.
c) I, III, IV e VI, apenas.
d) II, IV, VI e VII, apenas.
e) II, III e VI, apenas.
RESPOSTA:
Letra a: Os demais itens s�o as causas do aquecimento
global ou fen�menos adversos.
PARTE B - QUEST�ES ANAL�TICO-EXPOSITIVAS
Quest�o 11 – As hist�rias em quadrinhos (HQs) e os filmes de s�rie da� derivados
cativam milh�es de f�s pelo mundo. Muitas vezes, existem erros cient�ficos
grosseiros, que fogem da realidade. Por outras vezes, as HQs criam uma ponte entre
o conhecimento cient�fico e o dia a dia das pessoas. A franquia Marvel
Comics � tem lan�ado filmes que se tornam grandes eventos para os aficionados.
Dois metais fict�cios foram utilizados em seus enredos: o adamantium (usado principalmente no esqueleto e nas garras do
Wolverine e nas espadas de Deadpool), e o vibranium,
utilizado na armadura do Pantera Negra e no escudo do Capit�o Am�rica, al�m de
outros usos.
Considere esses metais fict�cios e responda os itens
abaixo:
a) Levando-se em conta a atual Tabela Peri�dica, justifique o fato n�o ser
poss�vel a inser��o de uma nova fam�lia (ou grupo) na mesma, como, por exemplo,
a fam�lia 19, situada logo ap�s a fam�lia dos gases nobres.
RESPOSTA:
A Tabela Peri�dica est� organizada em n�mero
at�mico crescente. Assim, por exemplo, no segundo per�odo e �ltima fam�lia, o
ne�nio apresenta 
. J� no terceiro per�odo e primeira fam�lia, o s�dio
tem 
. Um suposto elemento que esteja entre o ne�nio e o
s�dio deveria ter um n�mero fracion�rio, o que � imposs�vel. Al�m
disso, a organiza��o da tabela peri�dica segundo grupos est� relacionada com a
distribui��o eletr�nica dos elementos, de modo que os elementos dos �ltimos
grupos da tabela 13 a 18 t�m sua configura��o eletr�nica terminando de p1
a p6 (bloco p). Como n�o h� possibilidade de o subn�vel p ter
mais que 6 el�trons, n�o seria poss�vel haver o grupo 19.
b) Explique como a temperatura influi na condutividade el�trica de um
condutor met�lico e de um semicondutor.
RESPOSTA:
De acordo com a Teoria da
Liga��o Met�lica, qualquer metal pode ser fundido ou moldado, independente do
n�mero de vezes que isso aconte�a. Na HQ, a contradi��o do suposto metal
adamantium � esse: que ele n�o pode ser fundido novamente depois de ser
moldado. Isso � contradit�rio com a Teoria. Assim, essa � a contradi��o que
deve ser apontada.
No entanto, uma
possibilidade seria a transforma��o cristalina entre metais que possuem uma
variedade de ret�culos. Pois o fato exposto pode facilmente ser explicado como
uma �alotropiza��o� elementar a baixa temperatura por uma transi��o reticular
alfa (α) – beta (β).
Portanto, caso sejam
apresentados, como resposta, elementos que apontem a varia��o alotr�pica (como
o estanho, por exemplo) ou varia��o reticular, a resposta ser� considerada.
c) Quais as propriedades f�sicas comumente apresentadas pelos metais? Quais
s�o as caracter�sticas estruturais respons�veis por essas propriedades?
RESPOSTA:
Os metais apresentam alta densidade,
opacidade, condutibilidade el�trica, alto empacotamento cristalino.
d) O vibranium apresenta alta
resist�ncia mec�nica, baixa densidade e � um isolante el�trico. Isso por si s�
� uma contradi��o. Explique essa contradi��o.
RESPOSTA:
A teoria de liga��o met�lica aponta que um
metal que tem uma alta resist�ncia mec�nica apresenta uma alta densidade, por
conta de seu reticulo cristalino. Al�m disso, a teoria do �mar de el�trons�,
base da liga��o met�lica, explica o motivo de todo metal conduzir corrente
el�trica. Assim, o vibranium deveria ser condutor e n�o isolante.
e) O adamantium apresenta uma
alta densidade e uma alta resist�ncia mec�nica. Conforme a HQ, sabe-se que ele
uma vez resfriado, n�o pode ser mais fundido ou moldado. Justifique a esse fato.
RESPOSTA:
Ainda sobre a teoria da liga��o met�lica,
uma das caracter�sticas do metal gen�rico � ser d�ctil e male�vel, por conta do
deslizamento entre os c�tions. Assim, se o adamantium fosse um metal real, ele possuiria
essas caracter�sticas, ou seja, poderia ser sim fundido e/ou moldado.
|
Quest�o 12 – Henry G.
J. Moseley (1887-1915), f�sico ingl�s, foi declarado por Rutherford como seu
aluno mais talentoso. Ele estabeleceu o conceito de n�mero at�mico ao estudar
os raios X emitidos pelos elementos qu�micos. Os raios X emitidos por alguns
elementos t�m os seguintes comprimentos de onda: |
|
|
Elemento |
Comprimento de ondas
(�) |
|
Ne |
14,610 |
|
Ca |
3,358 |
|
Zn |
1,435 |
|
Zr |
0,786 |
|
Sn |
0,491 |
a) Calcule a frequ�ncia,, dos raios X emitidos por cada um dos elementos, em Hz.
Dados: Constante da velocidade da luz, c = 3 �108 m s–1.
RESPOSTA:Considerando quee que
, a frequ�ncia pode ser calculada pela equa��o:
b) Desenhe e analise o gr�fico da raiz quadrada deversus n�mero at�mico do elemento.
RESPOSTA:A tabela de dados de n�mero at�mico (Z) e a raiz quadrada da frequ�ncia () � dada abaixo:
|
Elemento |
Z |
|
|
Ne |
10 |
4,531 |
|
Ca |
20 |
9,452 |
|
Zn |
30 |
14,459 |
|
Zr |
40 |
19,537 |
|
Sn |
50 |
24,718 |
Com base nos dados pode plotar o gr�fico ilustrado abaixo:
Os dados mostram uma aparente linearidade, ou melhor, a raiz quadrada da frequ�ncia � proporcional ao n�mero de at�mico do elemento. c) Explique como a curva do item (b) permitiu a Moseley prever a exist�ncia de elementos ainda n�o descobertos.
RESPOSTA:Como observado no gr�fico do item (b), a tend�ncia altamente linear entre a raiz quadrada da frequ�ncia e n�mero at�mico do elemento sugeriram a Moseley que os elementos estariam dispostos em ordem crescente de n�mero at�mico, que esses dados podem ser extrapolados observando a mesma tend�ncia. Assim, naquele momento v�rios elementos ainda n�o eram conhecidos, mas estavam sendo previsto de acordo com esse estudo experimental. d) Use o resultado do item (b) para prever o comprimento de onda dos raios X emitidos pelo elemento ferro.
RESPOSTA:Fazendo uma interpola��o pode-se obter facilmente a frequ�ncia do elemento Fe ():�
E agora calcular a comprimento de onda de raios X para o Fe:
e) Se um determinado elemento emite raios X com um comprimento de onda de 0,980 �, qual seria esse elemento?
RESPOSTA:
Fazendo a raiz quadrada da frequ�ncia, tem-se:
Agora interpolando os dados entre os elementos Zn e Zr, tem-se:
Logo, o elemento � o Kr (Cript�nio).
Quest�o 13 – O tetrafluoreto de enxofre (SF4) reage vagarosamente com
oxig�nio (O2) para formar mon�xido de tetrafluoreto de enxofre (SF4O),
de acordo com a rea��o representada a seguir:
2SF4(g) + O2(g) � 2SF4O(g)
a) Escreva a
estrutura de Lewis para SF4O, na qual as cargas formais de todos os
�tomos sejam iguais a zero.
RESPOSTA:
|
el�trons |
S |
F |
O |
Estrutura de Lewis |
|
val�ncia |
6 |
7 |
6 |
|
|
–
n�ocompartilhados |
0 |
6 |
4 |
|
|
– 1/2 �compartilhados |
6 |
1 |
2 |
|
|
carga formal |
0 |
0 |
0 |
b) Determine o
arranjo estrutural de SF4O e defina qual � a geometria molecular mais
prov�vel baseada nesse arranjo.
RESPOSTA:
Arranjo Molecular |
Bipir�mide trigonal distorcida |
c) Use as
entalpias m�dias de liga��o fornecidas na tabela abaixo para calcular a
entalpia de rea��o e indique se a rea��o � endot�rmica ou exot�rmica.
|
Liga��o |
Entalpia(kJ/mol) |
|
S=O |
523 |
|
O=O |
495 |
|
S‐F |
327 |
|
O‐F |
190 |
|
F‐F |
155 |
|
O‐O |
146 |
RESPOSTA:
2SF4(g) + O2(g) � 2S(g) + 4F(g)+2O(g)
2S(g) + 4F(g)+2O(g) � 2SF4O(g)
A rea��o � exot�rmica.
d) A rea��o do
enxofre e fl�or forma v�rios compostos diferentes, inclusive o tetrafluoreto de
enxofre e o hexafluoreto de enxofre que podem ser precursores para o mon�xido
de tetrafluoreto de enxofre. A decomposi��o de uma amostra de tetrafluoreto de
enxofre produz 4,43 g de fl�or e 1,87 g de enxofre, enquanto que a
decomposi��o de uma amostra de hexafluoreto de enxofre produz 4,45 g de
fl�or e 1,25 g de enxofre. Mostre que os dados s�o consistentes com a lei
de propor��es m�ltiplas.
RESPOSTA:Massa de fl�or por grama de enxofre no SF4:
Massa de fl�or por grama de enxofre no SF6:
Raz�o entre as massas de fl�or por grama de enxofre de SF4 e SF6:
Logo, o resultado obtido apresenta uma propor��o de pequenos n�meros inteiros que correspondem a lei de propor��es m�ltiplas. e) O decafluoreto de dissulfeto � intermedi�rio em reatividade entre SF4 e SF6. Ele se decomp�e a 150 �C resultando nestes fluoretos monossulfurados. Escreva uma equa��o balanceada para esta rea��o e identifique o estado de oxida��o de enxofre em cada composto.
RESPOSTA:Rea��o balanceada: S2F10(g) � SF4(g) + SF6(g)
NOx do S no S2F10 � +5NOx do S no SF4 � +4NOx do S no SF6 � +6
Quest�o 14 – O grau de dissocia��o, a, � definido como a fra��o de reagente que se decomp�e, quando a
quantidade inicial de reagente � 
e a quantidade em equil�brio
� 
, ent�o 
. A energia de Gibbs padr�o de rea��o para a decomposi��o 
� +118,08 kJ mol–1 a 2300 K.
a) Calcule a
constante de equil�brio a partir da energia de Gibbs padr�o de rea��o no
equil�brio pela equa��o 
.
Dado
da constante dos gases: 
.
RESPOSTA:
Rearranjando
a equa��o acima, tem-se:
b)
Mostre que
RESPOSTA:
|
H2O |
H2 |
O2 |
|
Quantidade inicial |
0 |
0 |
|
|
Quantidade intermediaria |
|
|||
Quantidade no equil�brio |
Total: |
|||
Fra��o molar, |
|
|||
Press�o parcial, |
|
A constante de equil�brio em fun��o das press�es parciais �
Nesta express�o, escrevemosno lugar de
, para manter a nota��o simples. Como
, pode-se fazer as seguintes aproxima��es:
e
.
Substituindo na express�o tem-se:
c) Calcule o
grau de dissocia��o de H2O a 2300 K e 1,00 bar.
RESPOSTA:
Sob a condi��o de
estado, 
(isto �, 
), ent�o:
Ou
seja, aproximadamente 2 % da �gua se decomp�s.
d) Calcule as
fra��es molares das subst�ncias no equil�brio.
RESPOSTA:Fra��o molar da H2O:
Fra��o molar da H2:
Fra��o molar da O2:
e) O grau de
dissocia��o aumentar� ou diminuir�, se o valor da press�o for duplicado na
mesma temperatura? Al�m do c�lculo, qual o efeito que justifica que mantem o
equil�brio?
RESPOSTA:Considerando que a press�o seja duplicada, tem-se:
Logo, observa-se que o grau de dissocia��o diminuir�.Para aumentar a press�o do sistema � necess�rio reduzir o volume ocupado pelos gases, ent�o o equil�brio se deslocaria para o lado do reagente, nesse caso para H2O(g), devido a menor quantidade de volume e mols de g�s, consequentemente diminui o grau de dissocia��o, n�o favorecendo a forma��o dos gases H2 e O2 (produtos).
|
Quest�o 15 – Com base
em medidas experimentais e c�lculos de mudan�as de entalpia, o qu�mico su��o
G. H. Hess sugeriu em 1840, que para uma dada rea��o, a varia��o de entalpia
� sempre a mesma, esteja essa rea��o ocorrendo em uma ou em v�rias etapas (Lei
de Hess). Para exemplificar, em um experimento para estimar a entalpia molar
padr�o de forma��o de butano (a partir de seus elementos), os seguintes
valores foram determinados por calorimetria: (1)
(2)
(3)
|
|
|
Figura 1. Nesta ilustra��o �
mostrada o transporte de tijolos do ch�o para o segundo piso por dois
caminhos diferentes, sendo: (i) o primeiro, os tijolos s�o transportados por
uma esteira vertical para o terceiro piso e carregado descendo uma escada at�
o segundo piso e (ii) o segundo, os s�o transportados por uma escada at� o
segundo piso em uma �nica etapa. Em ambos os casos, o resultado � o mesmo (Jenkins, F. Nelson Chemistry Alberta
20–30, 2016). |
Considerando
os dados acima:
a) Qual � a
varia��o de entalpia molar padr�o de forma��o do butano?
RESPOSTA:
|
1 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
b) A partir dos
dados das rea��es de combust�o e de forma��o fa�a um diagrama de entalpia
representando a forma��o do butano.
RESPOSTA:A figura abaixo ilustra o diagrama de entalpia de forma��o do butano.
c) A partir dos
dados de entalpias de liga��o e mudan�a de estado f�sico estime a entalpia de
forma��o para 1 mol de butano?
|
Tipo de Liga��o |
|
|
C–C |
346,8 |
|
C–H |
413,4 |
|
H–H |
436,0 |
|
Mudan�a de estadof�sico |
|
|
C(grafita,
s) � C(g) |
716,7 |
RESPOSTA:A rea��o de forma��o de 1 mol de butano �:
Etapa 1:
Etapa 2:
A entalpia de
forma��o do C4H10(g) �:
d)
Qual o erro percentual observado para a entalpia de
forma��o de 1 mol de C4H10(g) estimada no item (a) e
(c), respectivamente? A que voc� atribuiria tal erro?
Dado Tabelado: 
(Atkins, P.; Paula, J.
PhysicalChemical, 2006).
RESPOSTA:
Erro porcentual
para entalpia do item (a):
Erro porcentual
para entalpia do item (b):
Em m�dulo o 
, a entalpia
calculada no item (b) apresenta maior discrep�ncia em rela��o ao valor tabela,
isto est� relacionado com os valores de energia de liga��o, uma vez que, estes
s�o estimados em valores m�dios de energia de liga��o em rela��o ao tipo de
liga��o dos �tomos, sem se preocupar com a interfer�ncia provocadas geralmente
por outros �tomos ou �tomos vizinhos ligados a dist�ncia.
e) O butano � o
principal componente do GLP (g�s liquefeito de petr�leo), conhecimento como g�s
de cozinha. Atualmente, o valor comercial m�dio de um botij�o de g�s de
13 kg � de R$ 70,00, e ocupa o volume de 31 litros. Considere que uma
dom�stica comprou um botij�o de g�s para seu consumo em um fog�o a g�s, ap�s
certo per�odo n�o se conseguia produzir chama no fog�o a 25� C. Com base
nas informa��es acima, calcule a massa de GLP retido no botij�o e qual a perda
financeira na substitui��o do mesmo (considere que esse GLP seja composto
apenas de butano).
RESPOSTA:Quando o botij�o parar de produzir a chama, a press�o interna � igual a press�o externa de 1 atm, ent�o a massa retida �:
O valor da perda financeira �:
------- |
||
------- |
Ou melhor, � R$ 0,40 (quarenta centavos de reais).
Quest�o 16 – O iodoetano � um l�quido incolor usado como precursor em rea��es org�nicas
de alquila��o na ind�stria farmac�utica e na produ��o de defensivos agr�colas.
A decomposi��o do iodoetano � representada pela equa��o abaixo.
C2H5I(g) � C2H4(g) + HI(g)
Considere o
conjunto de dados apresentado abaixo, obtidos durante o estudo da rea��o
citada:
|
|
7,20 × 10–4 |
2,20 × 10–3 |
1,70 × 10–2 |
0,110 |
|
|
660,0 |
680,0 |
720,0 |
760,0 |
a)
Determine a energia de ativa��o de
Arrhenius para a rea��o citada e o valor do fator A.
RESPOSTA:
ou seja 
ou seja 
e
ou seja 
b)
Determine o valor da constante de
velocidade da rea��o � temperatura de 400 oC.
RESPOSTA:
