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2 Sumário Capítulo 1- Dispersões e soluções Dispersões Classificação das dispersões Soluções verdadeiras ou Soluções Classificação das soluções Regras de solubilidade Saturação da solução Curvas de solubilidade Concentração das soluções Concentração comum (Concentração) Título em massa Molaridade Fração molar Partes por milhão Concentração da água oxigenada Densidade Relação entre concentração e título Relação entre concentração e molaridade Contando íons em solução Diluição e mistura de soluções Diluição de soluções Mistura de soluções... 9 Leitura Complementar Exercícios de fixação Pintou no ENEM Gabarito: Capítulo 2- Propriedades Coligativas Relação das mudanças de estado físico Evaporação dos líquidos puros Ebulição dos líquidos puros Congelamento de líquidos puros Diagrama de fases Os efeitos coligativos Efeito tonométrico... 19

3 2.2- Efeito ebuliométrico Efeito criométrico Osmometria Propriedades coligativas nas soluções iônicas Leitura complementar Exercícios de fixação Gabarito: Pintou no ENEM Gabarito: Capítulo 3- Termoquímica Calor Processos que liberam e absorvem calor Entalpia e variação de entalpia Fatores que influenciam nas entalpias das reações Equação termoquímica Casos particulares das entalpias de reação Entalpia padrão de formação de uma substância Entalpia de combustão de uma substância Energia de ligação Lei de Hess Consequências da lei de Hess Aspectos estequiométricos Leitura complementar Exercícios de fixação Gabarito Pintou no ENEM Gabarito Capítulo 4- Cinética química Velocidade das reações químicas Como as reações ocorrem Condições indispensáveis A teoria das colisões Energia de ativação Fatores que afetam a rapidez das reações Superfície de contato... 39

4 3.2- Temperatura Concentração Catalisadores Pressão Luz Lei cinética Leitura complementar Exercícios de fixação Gabarito Pintou no ENEM Gabarito Capítulo 5- Equilíbrios químicos Reversibilidade das reações Grau de equilíbrio Constante de equilíbrio Princípio de Le Chatelier Deslocamento de equilíbrio Equilíbrio iônico Equilíbrio iônico ácido-base O efeito do íon comum Equilíbrio iônico da água Hidrólise de sais Constante de hidrólise Produto de solubilidade Leitura complementar Exercícios de fixação Gabarito Pintou no ENEM Gabarito Capítulo 6- Eletroquímica Oxirredução Regras práticas para a determinação do Nox Definição de reação oxirredução Agente oxidante e agente redutor Pilhas... 60

5 2.1- Potencial do eletrodo Diferença de potencial da pilha e sua espontaneidade Pilhas e baterias comerciais Eletrólise Eletrólise em solução aquosa Aspectos quantitativos Leitura complementar Exercícios de fixação Gabarito Pintou no ENEM Gabarito Capítulo 7- Reações nucleares A descoberta da radioatividade Natureza das emissões Radiação alfa (α) Radiação beta Radiação gama Emissão de pósitrons Transmutação artificial Meia-vida ou período de semidesintegração Datação com carbono Fissão nuclear Leitura complementar Exercícios de fixação Gabarito Pintou no ENEM Gabarito Referências... Erro! Indicador não definido.

6 5 Capítulo 1- Dispersões e soluções 1- Dispersões Temos diferentes classificações para misturas. Podemos ter um sistema (mistura) homogêneo, quando temos a solubilidade de uma substância em outra, ou um sistema (mistura) heterogêneo, quando uma substância não se solubiliza na outra. Como um caso intermediário a esses dois, podemos ter algumas substâncias que se disseminam em maior quantidade ou em menor quantidade. Dispersão é um sistema com uma substância se disseminando, como pequenas partículas, em outra substância. O que se distribui uniformemente como pequenas partículas é chamado de disperso, e a substância em que o disperso é disseminado é chamada dispersante ou dispergente Classificação das dispersões A classificação das dispersões é feita de acordo com o diâmetro médio das partículas dispersas: Tabela 1: Classificação das dispersões Classificação Diâmetro médio das partículas dispersas Soluções Inferior a 10-7 verdadeiras cm Soluções Entre 10-7 e 10-4 coloidais cm Suspensões Superior a 10-4 cm Exemplo Água + glicose Água + gelatina Água + enxofre Tabela 2: Principais características dos sistemas dispersos Soluções verdadeira s Soluções coloidais Suspensões Natureza das partículas dispersas Homogen eidade do sistema Sediment ação das partículas Separaçã o por filtração Átomos, íons ou moléculas. As partículas não são visíveis com nenhum aparelho (sistema homogêneo ). As partículas não se sedimentam. A separação não é possível. Aglomera dos de átomos, íons ou moléculas, além de moléculas gigantes e íons gigantes. As partículas são visíveis ao ultramicroscópio (sistema heterogêneo). As partículas sedimentam-se por meio de ultracentrífugas. As partículas são separadas por meio de ultrafiltros. Grandes aglomerados de átomos, íons ou moléculas. As partículas são visíveis ao microscópio comum. Há sedimentação espontânea ou por meio de centrífugas comuns. As partículas são separadas por meio de filtros comuns. 2- Soluções verdadeiras ou Soluções O grupo mais importante dentro de dispersões é o grupo das soluções verdadeiras ou soluções. Podemos fazer uma associação de dispersão com soluções: o que chamamos de disperso em dispersões, chamamos de soluto em soluções, e, o que chamamos de dispersante, em soluções chamamos de solvente Classificação das soluções Podemos classificar as soluções de acordo com 4 critérios: condução de corrente

7 6 elétrica, estado de agregação da solução, proporção soluto/solvente, e natureza do soluto. Condução de corrente elétrica Soluções eletrolíticas ou iônicas: Uma solução eletrolítica conduz corrente elétrica, pois contêm íons livres que são gerados pela ionização ou dissociação do soluto. Exemplo: Água e cloreto de sódio. Soluções não-eletrolíticas ou moleculares: Uma solução não-eletrolítica não conduz corrente elétrica, pois não apresenta íons livres e sim, moléculas. Exemplo: Água e etanol. Estado de agregação da solução Soluções sólidas Soluções líquidas Soluções gasosas Proporção entre soluto e solvente Soluções diluídas: são as que contêm uma quantidade pequena de soluto em relação à quantidade de solvente. Soluções concentradas: são as que contêm uma quantidade grande de soluto em relação à quantidade de solvente. Natureza do soluto Soluções moleculares: quando moléculas constituem as partículas dispersas. Soluções iônicas: quando íons constituem as partículas dispersas Regras de solubilidade Substância polar tende a dissolver substância polar e substância apolar tende a dissolver substância apolar. Obs.: Em geral, temos que as substâncias inorgânicas são polares e as substâncias orgânicas são apolares. Obs2.: Substâncias inorgânicas em água: ácidos são solúveis em geral, bases são insolúveis em geral, sais têm solubilidade variada, óxidos metálicos são insolúveis em geral e óxidos nãometálicos dissolvem-se reagindo com a água em geral Saturação da solução Quando adicionamos soluto continuamente, em um momento, ele não irá mais se dissolver. A partir daí, todo o sólido ficará depositado no fundo do recipiente e dizemos que a solução está saturada ou que a solução atingiu o ponto de saturação. A saturação de uma solução depende do soluto e do solvente que a compõem, bem como das condições físicas. Temperatura e pressão influem no ponto de saturação. Cada solução apresenta um coeficiente ou grau de solubilidade, que é a quantidade necessária de uma substância para saturar uma quantidade de solvente, em determinadas condições físicas de temperatura e de pressão. Quanto menor o coeficiente de solubilidade, menos solúvel a substância é naquele solvente. No caso de dois líquidos, dizemos que as substâncias são imiscíveis. Caso da água com óleo. Podemos classificar as soluções em função do seu ponto de saturação: Não-saturadas: menos soluto que o determinado pelo coeficiente de solubilidade; Saturadas: quando atingem o coeficiente de solubilidade; Supersaturadas: mais soluto que o determinado pelo coeficiente de solubilidade. Figura 1: Classificação e estabilidade das soluções Disponível em: Acesso 23 mai

8 Curvas de solubilidade As curvas de solubilidade representam a variação dos coeficientes de solubilidade das substâncias em função da temperatura. ocorrendo a desidratação do soluto mediante aumento de temperatura. 3- Concentração das soluções Concentração de uma solução nada mais é que expressar a quantidade de soluto dissolvido em um certo volume de solução. Essas grandezas podem ser expressas em massa, volume ou mol Concentração comum (Concentração) Concentração comum, ou concentração (C), é a massa do soluto (mg, g, kg, t etc.) dividido pelo volume da solução (cm 3, ml, dm 3, L, m 3 etc.). Figura 2: Curva de solubilidade KNO 3 em água Disponível em 23 mai em: Acesso Exemplo: Qual a concentração em g/l de uma solução de nitrato de potássio que contem 60g do sal em 300cm 3 de água. Existem três tipos de curva: Ascendentes: representam as substâncias cujo coeficiente de solubilidade aumenta com a temperatura. Descendentes: representam substâncias cujo coeficiente de solubilidade diminui com a temperatura. Percebemos esse comportamento na dissolução de gases em líquidos, onde a solubilidade do gás aumenta com a elevação da pressão e, consequentemente, diminui com a elevação da temperatura. Curvas com inflexões: representam as substâncias que sofrem modificações em sua estrutura com a variação da temperatura. Geralmente a presença de pontos de inflexão ao longo da curva, indica que está 3.2- Título em massa Título em massa ( ) é a massa do soluto dividido pela massa da solução (massa do soluto + massa do solvente). Assim, título em massa é uma grandeza adimensional (sem unidade). Podemos expressar o título em massa em porcentagem (porcentagem em massa). Exemplo: Uma solução de cloreto de potássio (KCl) 10% possui 10 g de soluto em 100 g de solução ou 90 g de água.

9 8 Obs.: O título ainda pode ser escrito em termos de volume. As definições são idênticas às anteriores, trocando apenas massa por volume Molaridade Molaridade (ɱ) é a quantidade de soluto em mols, dividido pelo volume da solução. Mas, Logo, 3.6- Concentração da água oxigenada A água oxigenada é uma solução de peróxido de hidrogênio em água. Normalmente sua concentração é expressa em volumes. Isso significa a quantidade de litros de oxigênio que se obtém a partir da decomposição completa do peróxido de hidrogênio contido em 1,0 litro de solução, nas condições normais de temperatura e pressão Densidade É a razão entre a massa e o volume de uma solução. Unidade: gramas por ml (g/ml) Exemplo: Qual a concentração em mol/l de uma solução de iodeto de sódio que contem 45g do sal em 400mL de solução? Massas atômicas: Na = 23; I = Relação entre concentração e título 3.4- Fração molar Fração molar (X) é o número de mols do soluto dividido pelo número de mols da solução (soluto + solvente). Denotamos o índice 1 para soluto e 2 para solvente Com a densidade expressa em g/l Para densidade em mg/l, temos: 3.9- Relação entre concentração e molaridade 3.5- Partes por milhão Partes por milhão (ppm) expressa a concentração de soluções extremamente diluídas. O soluto se apresenta em quantidade muito pequena, dissolvido em uma quantidade muito grande de solvente. Exemplo: Qual a concentração em mol/l de uma solução de HCl que apresenta concentração igual a 146g/L? Massas atômicas: H = 1; Cl = 35,5

10 4- Contando íons em solução Para determinar a quantidade de moléculas ou íons numa solução precisamos considerar a natureza do soluto e o seu comportamento na presença do solvente, no caso a água. Consideremos uma solução 2mol/L de ácido nítrico. O ácido nítrico é um eletrólito forte e,em água, se ioniza de acordo com a equação: soluto: Mistura de soluções Mistura de duas soluções de um mesmo soluto Se misturarmos duas soluções de mesmo HNO 3(l) H + (aq) + NO - 3(aq) Portanto, nessa solução não existem mais moléculas de soluto, mas íons. Como cada molécula origina um mol de íons H + e um mol de íons NO - 3, em 1L de solução 2mol/L desse ácido, há 2mol de íons H + e 2mol de íons NO - 3. Essa condição só é verdadeira para solutos que sofrem ionização (principalmente ácidos) ou dissociação (sais e alguns hidróxidos) em água. 5- Diluição e mistura de soluções 5.1- Diluição de soluções A diluição consiste em adicionar mais solvente à solução, e, portanto, diminuir sua concentração. A quantidade de soluto é a mesma antes e depois da diluição: m 1 = m 2 Sabemos que m = C. V, portanto: C 1. V 1 = C 2. V 2 onde V 2 é igual ao volume inicial da solução mais o volume de solvente adicionado. Exemplo: Um volume de 500mL de uma solução aquosa de CaCl 2 0,3mol/L é diluída até o volume final de 1500mL. Qual a concentração final da solução? Figura 3: Mistura de soluções de mesmo solvente. Disponível em: Acesso em 23 mai A massa total do soluto será a soma das massas do soluto das soluções iniciais. O mesmo acontece com o solvente, o volume final é a soma dos iniciais. Assim a concentração final é a razão entre a quantidade final de soluto e o volume final: Mistura de soluções de solventes iguais e solutos diferentes sem que haja reação química Ao se misturar soluções de solutos diferentes sem ocorrer reação química entre eles, a quantidade de cada soluto permanece inalterada, antes e após a mistura.

11 Mistura de soluções com solventes iguais e solutos diferentes que reagem entre si Normalmente ocorre com a mistura de uma solução de um ácido com uma solução de uma base; ou solução de um oxidante com uma solução de um redutor; ou com soluções de dois sais que reagem um com o outro. Quando soluções com solutos diferentes reagem entre si ao se misturar, se trata de um problema relacionado com cálculo estequiométrico. Leitura Complementar Oceanos de soluções A Terra tem o privilégio de ser o único planeta do sistema solar que contém água em oceanos, rios e lagos. Em todos os casos, a água não é pura, mas sim soluções cujos solutos principais são sais. Os oceanos cobrem 70% da superfície do nosso planeta e contêm mais de 1, kg de massa de água. As água que compõem os oceanos se comunicam, formando uma única massa de solvente que apresenta mesmas proporções dos principais solutos. Devido à quantidade de soluto presente, a água do mar é classificada como uma solução de eletrólitos moderadamente concentrada. Para se ter uma idéia, a concentração em quantidade de matéria em relação aos íons Na + e Cl - é de aproximadamente 0,5 mol/l e em relação aos íons Mg +2 e SO -2 4 é de aproximadamente 0,05 mol/l. As concentrações dos íons Na + e Cl -, por exemplo, são cerca de dez vezes maiores que as de Mg +2 e SO Embora as proporções dos principais solutos sejam constantes, a concentração pode variar em diferentes locais, devido a fatores como o excesso de chuvas, fusão de gelo, falta de chuvas ou calor excessivo. As variações tanto em proporção como em concentração de solutos secundários, como HCO - 3, NO - - 3, H 2 PO 4 e ânions de silício (provenientes da ação mecânica e química da água sobre as rochas), são muito grandes, dependendo da região do planeta. PERUZZO, F. M.; CANTO, E.L.: Química na abordagem do cotidiano. 4 a edição. São Paulo: Morderna, Volume 2. Exercícios de fixação 1- Faça a correspondência: 1. Solução verdadeira; 2. Solução coloidal; 3. Suspensão. a. Suas partículas podem ser separadas por ultrafiltros. b. É passível de sedimentação espontânea. c. Possui partículas invisíveis mesmo com o uso de aparelhos. d. Suas partículas são separadas por filtros comuns. e. Possui partículas visíveis apenas ao ultramicroscópio. f. É sempre um sistema homogêneo e suas partículas não sedimentam. g. Não pode ser separada por filtração nem por centrifugação. h. É um sistema heterogêneo. 2- (Cesgranrio-RJ) Considere o quadro a seguir:

12 11 a. Insaturada, saturada com corpo de chão, supersaturada. b. Saturada, insaturada, saturada com corpo de chão. c. Saturada com corpo de chão, saturada, insaturada. d. Supersaturada, insaturada, saturada. Logo, podemos afirmar que: a. A = solução verdadeira; B = suspensão; C = solução coloidal. b. A = suspensão; B = solução coloidal; C = solução verdadeira. c. A = solução coloidal; B = solução verdadeira; C = suspensão. d. A = solução coloidal; B = suspensão; C = solução verdadeira. e. A = solução verdadeira; B = solução coloidal; C = suspensão. 3- Considere este gráfico: e. Saturada com corpo de chão, supersaturada, insaturada. 4- Certa substância X pode ser dissolvida em até 53g a cada 100 ml de água (H 2 O). As soluções formadas por essa substância, descritas a seguir, podem ser classificadas, respectivamente, como: 1. 26,5g de X em 50 ml de H 2 O 2. 28g de X em 100 ml de H 2 O 3. 57,3g de X em 150 ml de H 2 O 4. 55g de X em 100 ml de H 2 O a) Insaturada, Insaturada, Saturada com precipitado e Saturada. b) Saturada, Saturada, Saturada com precipitado e Insaturada. c) Saturada com precipitado, Insaturada, Saturada e Saturada. d) Saturada com precipitado, Insaturada, Insaturada e Saturada. e) Saturada, Insaturada, Insaturada e Saturada com precipitado. 5- (PUCC) Se dissolvermos 40 g de hidróxido de sódio em 162 g de água, a quente, a fração molar do soluto será: Dados: Na = 23; O =16; H = 1 As soluções indicadas pelos pontos A, B e C podem ser classificadas quanto à saturação, respectivamente, como: a)0,2 b)0,02 c)0,1 d)0,01 e) n.d.a.

13 12 6- (ITA) Deseja-se calcular a fração molar do soluto de uma solução aquosa 0,50 molal desse soluto. Sabe-se que o peso molecular da água vale 18,0. Qual é a melhor opção: a) O cálculo somente será possível se for dado o peso molecular do soluto. b) O cálculo somente será possível se forem dadas as condições de pressão e de temperatura. c) O cálculo somente será possível se for dada a densidade da solução. d) O cálculo somente será possível se for dada a fração molar do solvente. e) Não falta nenhum dado para o cálculo pedido. 7- (MED ITAJUBA) Quantos gramas de Na3PO4 (PM = 164) são necessárias para preparar 5,0 litros de uma solução 3 molar? a)10,9 b)65,6 c)98,4 d)273 e) Num balão volumétrico de 250 ml adicionamse 2,0g de sulfato de amônio sólido; o volume é completado com água. A concentração da solução obtida, em g/litro, é: a) 1,00g/L. b) 2,00g/L. c) 3,50g/L. d) 4,00g/L. e) 8,00g/L. 9- A concentração em mol/l de Cl em uma solução aquosa 0,1 mol/l de FeCl3 é: a) 0,5 mol/l. b) 0,4 mol/l. c) 0,3 mol/l. d) 0,2 mol/l. e) 0,1 mol/l. 10- Uma solução aquosa de NaCl apresenta porcentagem em massa de 12,5%. Isso significa que, para cada 100g de solução, teremos... g de soluto e... g de solvente. Completa-se corretamente a afirmação acima, respectivamente, com: a) 12,5g e 100 g. b) 12,5g e 87,5g. c) 87,5g e 12,5g. d) 100g e 12,5g. e) 58,5g e 41,5g. 11- Uma massa de 40g de NaOH são dissolvidas em 160g de água. A porcentagem, em massa, de NaOH presente nesta solução é de: a) 20%. b) 40%. c) 10%. d) 80%. e) 100%. 12- Numa diluição de uma solução, podemos afirmar que: a) A massa do solvente permanece constante. b) A massa do soluto permanece constante. c) O volume da solução permanece constante. d) A molaridade da solução permanece constante. e) A molalidade da solução permanece constante. 13- Uma solução contendo 5 ml de NaCl 1mol/L é diluída com água suficiente para atingir o volume de 500mL. A concentração desta nova solução é: a) 0,002 mol/l b) 0,01 mol/l

14 13 c) 0,05 mol/l d) 0,50 mol/l e) 10 mol/l 14- Uma solução contendo 50 ml de NaCl 10 mol/l é diluída com água suficiente para atingir o volume de 250 ml. A concentração dos íons Na+ é: a) 2,0 mol/l b) 1,0 mol/l c) 5,0 mol/l d) 0,50 mol/l e) 10 mol/l g de solução de um certo sal tem a concentração de 30% em massa. A massa de água necessária para diluí-la a 20% em massa é: a) 25g. b) 50g. c) 75g. d) 100g. e) 150g. d) 0,10 mol/l. e) 0,50 mol/l. 18- Quando se adiciona uma solução de cloreto de cálcio a uma solução de carbonato de sódio forma-se uma solução de carbonato de cálcio insolúvel (utilizado como giz), de acordo com a equação: CaCl 2 + Na 2 CO 3 CaCO 3 + 2NaCl Para reagir completamente com 50 ml de solução 0,15 mol/l de Na 2 CO 3, é necessário um volume de solução 0,25 mol/l de CaCl 2 igual a: a) 15,0 ml. b) 25,0 ml. c) 30,0 ml. d) 50,0 ml. e) 75,5 ml. 19- A tabela seguinte fornece dados sobre a solubilidade do KCl em diversas temperaturas. 16- Qual a molaridade de uma solução de NaOH formada pela mistura de 60 ml de solução 5 mol/l com 300 ml de solução 2 mol/l, da mesma base? a) 1,5 mol/l. b) 2,0 mol/l. c) 2,5 mol/l. d) 3,5 mol/l. e) 5,0 mol/l. 17- Qual a molaridade de uma solução de ácido sulfúrico obtida pela mistura de 30 ml do ácido 1,3%, densidade de 1,5 g/ml e 20 ml do mesmo ácido 0,5 mol/l? Dados: H = 1 u.; O = 16 u.; S = 32 u a) 0,64 mol/l. b) 0,32 mol/l. c) 0,48 mol/l. Analisando essa tabela pode-se prever que a adição de 60 g de KCl em 200 g de água sob temperatura constante de 50ºC formará uma solução aquosa... e... corpo de fundo. Resfriando-se o sistema a 10ºC, a solução se apresentará... e... corpo de fundo. Para completar corretamente o texto, as lacunas devem ser preenchidas, na ordem em que aparecem, por:

15 14 a) saturada sem insaturada com b) insaturada sem saturada sem c) insaturada sem saturada com d) insaturada sem insaturada sem e) saturada com saturada com 20- O soro caseiro consiste em uma solução aquosa de cloreto de sódio 3,5g/L e de sacarose 11g/L. A massa de cloreto de sódio e de sacarose necessárias para preparar 500mL de soro caseiro são respectivamente: a) 17,5g e 55g b) 175g e 550g c) 1750mg e 5500mg d) 17,5mg e 55mg e) 175mg e 550mg Gabarito: 1- A) II B) III C) I D) III E) II f) I g) I h) II- ou III 2- E 3. C 4. E 5. C 6. E 7. E 8. E 9. C 10. B 11. A 12. B 13. B 14. A 15. B 16. A 17. B 18. C 19. C 20. C Pintou no ENEM 1- No Japão, um movimento nacional para a promoção da luta contra o aquecimento global leva o slogan: 1 pessoa, 1 dia, 1 kg de CO2 a menos! A ideia é cada pessoa reduzir em 1 kg a quantidade de CO2 emitida todo dia, por meio de pequenos gestos ecológicos, como diminuir a queima de gás de cozinha. Um hamburguer ecológico? É pra já! Disponível em: Acesso em: 24 fev (adaptado). Considerando um processo de combustão completa de um gás de cozinha composto exclusivamente por butano (C 4 H 10 ), a mínima quantidade desse gás que um japonês deve deixar de queimar para atender à meta diária, apenas com esse gesto, é de Dados: CO 2 (44 g/mol); C 4 H 10 (58 g/mol) A 0,25 kg. B 0,33 kg. C 1,0 kg. D 1,3 kg. E 3,0 kg. 2- Aspartame é um edulcorante artificial (adoçante dietético) que apresenta potencial adoçante 200 vezes maior que o açúcar comum, permitindo seu uso em pequenas quantidades. Muito usado pela indústria alimentícia, principalmente nos refrigerantes diet, tem valor energético que corresponde a 4 calorias/grama. É contraindicado a portadores de fenilcetonúria, uma doença genética rara que provoca o acúmulo da fenilalanina no organismo, causando retardo mental. O IDA (índice diário aceitável) desse adoçante é 40 mg/kg de massa corpórea. Disponível em: Acesso em: 27 fev Com base nas informações do texto, a quantidade máxima recomendada de aspartame, em mol, que uma pessoa de 70 kg de massa corporal pode ingerir por dia é mais próxima de Dado: massa molar do aspartame = 294 g/mol

16 15 A 1, B 9, C D 2,6. E Certas ligas estanho-chumbo com composição específica formam um eutético simples, o que significa que uma liga com essas características se comporta como uma substância pura, com um ponto de fusão definido, no caso 183ºC. Essa é uma temperatura inferior mesmo ao ponto de fusão dos metais que compõe esta liga (o estanho puro funde a 232ºC e o chumbo puro a 320ºC), o que justifica sua ampla utilização na soldagem de componentes eletrônicos, em que o excesso de aquecimento deve sempre ser evitado. De acordo com as normas internacionais, os valores mínimo e máximo das densidades para essas ligas são de 8,74 g/ml e 8,82 g/ml, respectivamente. As densidades do estanho e do chumbo são 7,3 g/ml e 11,3 g/ml, respectivamente. Um lote contendo 5 amostras de solda estanhochumbo foi analisado por um técnico, por meio da determinação de sua composição percentual em massa, cujos resultados estão mostrados no quadro a seguir. Amostra Porcentagem de Sn(%) I II III IV V Porcentagem de Pb(%) Disponível em: Com base no texto e na análise realizada pelo técnico, as amostras que atendem às normas internacionais são A) I e II. B) I e III. C) II e IV. D) III e V. E) IV e V. 4- A eutrofização é um processo em que rios, lagos e mares adquirem nível altos de nutrientes, especialmente fosfatos e nitratos, provocando posterior acúmulo de matéria orgânica em decomposição. Os nutrientes são assimilados pelos produtores primários e o crescimento desses é controlado pelo nutriente limítrofe, que é o elemento menos disponível em relação à abundância necessária à sobrevivência dos organismos vivos. O ciclo representado na figura seguinte reflete a dinâmica dos nutrientes em um lago. SPIRO, T.G.; STIGLIANI, W.M. Química Ambiental. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2008 (adaptado). A análise da água de um lago que recebe a descarga de águas residuais provenientes de lavouras adubadas revelou as concentrações dos elementos carbono (21,2 mol/l), nitrogênio (1,2 mol/l) e fósforo (0,2 mol/l). Nessas condições, o nutriente limítrofe é A) C. B)N. C)P. D)CO 2. E) PO O peróxido de hidrogênio é comumente utilizado como antisséptico e alvejante. Também pode ser empregado em trabalhos de restauração

17 16 de quadros enegrecidos e no clareamento de dentes. Na presença de soluções ácidas de oxidantes, como o permanganato de potássio, este óxido decompõe-se, conforme a equação a seguir: 5 H 2 O 2 (aq) + 2 KMnO 4 (aq) + 3 H 2 SO 4 (aq) 5 O 2 (g) + 2 MnSO 4 (aq) + K 2 SO 4 (aq) + 8 H 2 O (l) ROCHA-FILHO, R. C. R.; SILVA, R. R. Introdução aos Cálculos da Química. São Paulo: McGraw-Hill, De acordo com a estequiometria da reação descrita, a quantidade de permanganato de potássio necessária para reagir completamente com 20,0 ml de uma solução 0,1 mol/l de peróxido de hidrogênio é igual a A 2, mol. B 2, mol. C 8, mol. D 8, mol. E 5, mol.. 6- Todos os organismos necessitam de água e grande parte deles vive em rios, lagos e oceanos. Os processos biológicos, como respiração e fotossíntese, exercem profunda influência na química das águas naturais em todo o planeta. O oxigênio é ator dominante na química e na bioquímica da hidrosfera. Devido a sua baixa solubilidade em água (9,0 mg/l a 20ºC) a disponibilidade de oxigênio nos ecossistemas aquáticos estabelece o limite entre a vida aeróbica e anaeróbica. Nesse contexto, um parâmetro chamado Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) foi definido para medir a quantidade de matéria orgânica presente em um sistema hídrico. A DBO corresponde à massa de O 2 em miligramas necessária para realizar a oxidação total do carbono orgânico em um litro de água. BAIRD, C. Química Ambiental. Ed. Bookmam, 2005 (adaptado). Dados: Massas molares em g/mol: C = 12; H = 1; O = 16. Suponha que 10 mg de açúcar (fórmula mínima CH 2 O e massa molar igual a 30 g/mol) são dissolvidos em um litro de água; em quanto a DBO será aumentada? A) 0,4 mg de O 2 /litro B) 1,7 mg de O 2 /litro C) 2,7 mg de O 2 /litro D) 9,4 mg de O 2 /litro E) 10,7 mg de O 2 /litro 7- A composição média de uma bateria automotiva esgotada é de aproximadamente 32% Pb, 3% PbO, 17% PbO 2 e 36% PbSO 4. A média de massa da pasta residual de uma bateria usada é de 6 kg, onde 19% é PbO 2, 60% PbSO 4 e 21% Pb. Entre todos os compostos de chumbo presentes na pasta, o que mais preocupa é o sulfato de chumbo (II), pois nos processos pirometalúrgicos, em que os compostos de chumbo (placas das baterias) são fundidos, há a conversão de sulfato em dióxido de enxofre, gás muito poluente. Para reduzir o problema das emissões de SO 2(g), a indústria pode utilizar uma planta mista, ou seja, utilizar o processo hidrometalúrgico, para a dessulfuração antes da fusão do composto de chumbo. Nesse caso, a redução de sulfato presente no PbSO 4 é feita via lixiviação com solução de carbonato de sódio (Na 2 CO 3 ) 1M a 45ºC, em que se obtém o carbonato de chumbo (II) com rendimento de 91%. Após esse processo, o material segue para a fundição para obter o chumbo metálico. PbSO 4 + Na 2 CO 3 PbCO 3 + Na 2 SO 4 Dados: Massas Molares em g/mol Pb = 207; S = 32; Na = 23; O = 16; C = 12. Segundo as condições do processo apresentado para a obtenção de carbonato de chumbo (II) por meio da lixiviação por carbonato de sódio e considerando uma massa de pasta residual de

18 17 uma bateria de 6 kg, qual quantidade aproximada, em quilogramas, de PbCO 3 é obtida? A) 1,7 kg B) 1,9 kg C) 2,9 kg D) 3,3 kg E) 3,6 kg 8- Ao colocar um pouco de açúcar na água e mexer até a obtenção de uma só fase, prepara-se uma solução. O mesmo acontece ao se adicionar um pouquinho de sal à água e misturar bem. Uma substância capaz de dissolver o soluto é denominada solvente; por exemplo, a água é um solvente para o açúcar, para o sal e para várias outras substâncias. A figura a seguir ilustra essa citação Suponha que uma pessoa, para adoçar seu cafezinho, tenha utilizado 3,42g de sacarose (massa molar igual a 342 g/mol) para uma xícara de 50 ml do líquido. Qual é a concentração final, em mol/l, de sacarose nesse cafezinho A 0,02 B 0,2 C 2 D 200 E 2000 Considere que, em uma usina de produção de etanol, 800 kg de uma mistura etanol/água com concentração 20% em massa de etanol foram destilados, sendo obtidos 100 kg de álcool hidratado 96% em massa de etanol. A partir desses dados, é correto concluir que a destilação em questão gerou um resíduo com uma concentração de etanol em massa A de 0%. B de 8,0%. C entre 8,4% e 8,6%. D entre 9,0% e 9,2%. E entre 13% e 14% Gabarito: 1. B 2. B 3. C 4. B 5. D 6. E 7. C 8. B 9. D 9- O álcool hidratado utilizado como combustível veicular é obtido por meio da destilação fracionada de soluções aquosas geradas a partir da fermentação de biomassa. Durante a destilação, o teor de etanol da mistura é aumentado, até o limite de 96% em massa.

19 18 Capítulo 2- Propriedades Coligativas Propriedades coligativas são propriedades que dependem apenas do número de partículas dispersas na solução, independente da natureza delas. Existem quatro propriedades coligativas, são elas tonometria, ebuliometria, criometria e osmometria. Antes de entrar em cada propriedade coligativa, vamos discutir alguns pontos importantes das mudanças de estado físico. 1- Relação das mudanças de estado físico 1.1- Evaporação dos líquidos puros Todos já vimos uma poça de água secar (evaporar), assim como também sabemos que o ponto de ebulição da água é 100 C. Logicamente, não temos a temperatura do ambiente tão elevada. Como essa poça evapora? A evaporação ocorre em qualquer temperatura, pois as moléculas não ficam paradas, estão sempre em movimento. Nem todas as moléculas têm a mesma velocidade, e algumas, então, conseguem escapar do líquido e irem para a atmosfera. A esse fenômeno damos o nome de evaporação. Ao imaginarmos um recipiente fechado com o líquido colocado, e que anteriormente havia apenas vácuo. No início, a evaporação é rápida, depois mais lenta, até que parece cessar. Acontece que como o recipiente é fechado, as moléculas na têm para onde ir, e como as moléculas gasosas têm maior velocidade, elas começam a se chocar e voltam para a fase líquida. Assim, parece que a evaporação cessou, mas o que ocorreu foi um equilíbrio dinâmico entre as fases, ou seja, a velocidade de evaporação do líquido tornou-se igual à velocidade de condensação de seus vapores. Quando isso acontece, dizemos que os vapores do líquido alcançaram o estado dos vapores saturados e a pressão máxima de vapor do líquido foi alcançada, na temperatura em que a experiência foi realizada. Pressão máxima de vapor de um líquido é a pressão exercida pelos vapores saturados quando estão em equilíbrio dinâmico com o líquido. A pressão máxima de vapor depende do líquido e da temperatura em que a experiência é feita. Figura 1: Gráfico pressão de vapor da água x temperatura Disponível em: (adaptado). Acesso em: 23 mai

20 Ebulição dos líquidos puros Existem duas formas para uma substância passar do estado líquido para o gasoso. Evaporação: Ocorre lentamente e apenas na superfície do líquido; Ebulição: Ocorre de forma turbulenta, com formação de bolhas de vapor que se formam no líquido, se expandem, vão até a superfície do líquido e explodem. Para isso acontecer, a pressão de vapor no interior de cada bolha tem que ser igual ou um pouco superior que a pressão externa, que no caso de um recipiente aberto, é a pressão atmosférica Congelamento de líquidos puros A temperatura de solidificação varia muito pouco com a variação da pressão externa, ao contrário da temperatura de ebulição. oracao/ Esse diagrama nos mostra as regiões dos três estados físicos da água e as linhas de fronteira, onde 1T marca a passagem do gelo para água líquida e vice-versa; 2T marca a passagem da água líquida para a forma de vapor e vice-versa; e 3T marca a passagem do gelo para a forma de vapor e vice-versa. O ponto T é a temperatura e pressão onde os três estados físicos coexistem e é chamado de ponto triplo. Conhecidas as relações de mudanças de estado físico, vamos estudar as propriedades coligativas propriamente ditas. 2- Os efeitos coligativos 2.1- Efeito tonométrico Tonometria é a diminuição ou abaixamento da pressão máxima de vapor do solvente pela dissolução de um soluto não-volátil. Figura 2: Gráfico de solidificação da água Disponível em: pressao-de-vapor/ (adaptada). Acesso em: 23 mai Diagrama de fases Todas as substâncias apresentam um diagrama de fases, mas o da água é o mais conhecido, por isso, vamos colocá-lo como ilustração. onde p 0 é a pressão máxima de vapor do líquido puro, à uma temperatura t; p é a pressão máxima de vapor da solução, na mesma temperatura t; p é o abaixamento absoluto da pressão máxima de vapor da solução. O abaixamento da pressão máxima de vapor de uma solução é, normalmente, calculado pela Lei de Raoult, que diz que a pressão de

21 20 vapor do solvente em uma solução de soluto nãoeletrólito e não-volátil, é igual ao produto da fração em quantidade de matéria do solvente pela pressão de vapor do solvente puro, numa dada temperatura. Exemplo: A pressão de vapor da água pura, a 25 C, é 3,2 kpa. Utilize a Lei de Raoult para prever a pressão de vapor, a 25 C, de uma solução de 0,10 mol de glicose em 0,90 mol de água Efeito ebuliométrico Ebuliometria é o aumento ou elevação da temperatura de ebulição do solvente pela dissolução de um soluto não-volátil. onde t e é a temperatura inicial de ebulição da solução e t 0 é a temperatura de ebulição do líquido puro. Exemplo:Considere três soluções aquosas obtidas dissolvendo em 100 g de água: I- 18,0 g de glicose (C 6 H 12 O 6 ) II- 17,1 g de sacarose (C 12 H 22 O 11 ) III- 13,5 g de frutose (C 6 H 12 O 6 ) Dentre essas soluções, sob mesma pressão, a de maior e a de menor temperatura de ebulição são, respectivamente Dados: Massas molares: Glicose = 180 g/mol Sacarose = 342 g/mol Frutose 180 g/mol 2.3- Efeito criométrico Criometria é a diminuição ou abaixamento da temperatura de solidificação pela dissolução de um soluto não-volátil. onde t 0 é a temperatura de solidificação do solvente puro e t c é a temperatura de de início da solidificação do solvente na solução. Exemplo: Qual é a temperatura de solidificação de uma solução contendo 8,9 g de antraceno (C 14 H 10 ) em 256 g de benzeno? (Temperatura de solidificação do benzeno puro = 5,42 C; constante criométrica do benzeno = 5,12 C; massas atômicas: H=1; C=12.) 2.4- Osmometria Conceitos gerais Quando adicionamos açúcar a um copo com água e não agitamos, inicialmente o açúcar vai para o fundo, mas com o passar do tempo, ele se dissolve e se distribui uniformemente pela solução. Chamamos esse fenômeno de difusão. Logo, a difusão se caracteriza pelo movimento espontâneo entre partículas de naturezas diferentes que se misturam e dão origem a uma solução. Podemos imaginar um obstáculo que impeça a passagem do açúcar, mas não da água. A esse obstáculo podemos dar o nome de membrana semipermeável, que permite a passagem do solvente, mas não do soluto. Se temos um recipiente dividido por uma membrana semipermeável, podemos colocar de um lado água pura e do uma solução saturada de açúcar até igualar os níveis. Após um tempo, vamos perceber que a parte com água pura diminuiu o volume, enquanto que parte da solução saturada de açúcar aumentou o volume. Como dito, a membrana impede a passagem do soluto, e, portanto o açúcar não pôde se difundir por todo o recipiente. Então, a água atravessou a membrana à procura do açúcar. O movimento que a água fez de atravessar a membrana semipermeável, é

22 21 chamado de osmose e a pressão que impulsiona a água, chama-se pressão osmótica. Pressão osmótica é então definida como a pressão exercida sobre a solução saturada para impedir sua diluição pela passagem do solvente através da membrana semipermeável. Com o tempo de ocorrência da osmose, o volume da solução mais concentrada aumenta e exerce sobre a membrana semipermeável uma pressão, impedindo a continuação da passagem do solvente. Por isso, aplica-se a pressão osmótica, para que a osmose sequer comece Leis da osmometria Existem duas leis que regem a osmometria. 1 a lei: A pressão osmótica é diretamente proporcional à molaridade da solução, quando em temperatura constante. 2 a lei: A pressão osmótica é diretamente proporcional à temperatura absoluta da solução, em molaridade constante. Como essas leis se assemelham muito às leis dos gases ideais, a equação fundamental da osmometria, para soluções moleculares e diluídas, é idêntica à equação dos gases ideais. onde é a pressão osmótica da solução, V é o volume da solução, T a temperatura absoluta da solução, n quantidade de mols do soluto e R a constante universal dos gases ideais. Exemplo: Calcule a pressão osmótica, a 27 C, de uma solução aquosa que contém 6 g de glicose (MM = 180 g/mol) em 820 ml de solução Classificação das soluções Sejam duas soluções, A e B, à mesma temperatura, compressões osmóticas A e B : Hipertônica: A solução A é hipertônica em relação à solução B se A > B ; Isotônica: As soluções A e B são isotônicas entre si, se A = B ; Hipotônica: A solução A é hipotônica em relação à solução B se, A < B. 3- Propriedades coligativas nas soluções iônicas Os efeitos coligativos são maiores nas soluções iônicas do que nas soluções moleculares nas mesmas condições. Isso ocorre porque as propriedades coligativas dependem do número de partículas do soluto dispersas na solução. Como solutos iônicos sofrem ionização e dissociação, o número de partículas é maior nesses casos, aumentando os efeitos coligativos. O fator de aumento dos efeitos coligativos nas soluções iônicas é chamado de fator de Van t Hoff e é representado pela letra i. onde α é o grau de dissociação do eletrólito e q é o número de partículas formadas pela ionização de cada moléculas. Basta, então, aplicar i às fórmulas anteriores para que elas possam ser usadas nas soluções iônicas. Exemplo: Em uma solução aquosa, o grau de dissociação do ácido sulfúrico é 85%. Calcule o fator de Van t Hoff. Leitura complementar O cloreto de sódio e a osmose Qual deve ser a concentração adequada de soluto no soro que é administrado em pacientes?

23 22 Por que o sal ajuda a conservar a carneseca? As respostas a essas perguntas relacionam-se ao conceito de osmose. O sangue é formado por elementos celulares (glóbulos brancos, glóbulos vermelhos e plaquetas) e por uma solução aquosa de vários componentes, que é o soro sanguíneo. O soro sanguíneo apresenta uma pressão osmótica bem definida, que é a mesma pressão osmótica do líquido presente no interior das células sanguíneas. Um glóbulo vermelho, por exemplo, se for colocado em uma solução de pressão osmótica maior que ele, denominado meio hipertônico, perderá água por osmose e murchará. Se for colocado em um meio com pressão osmótica menor, um meio hipotônico, ganhará água por osmose e inchará até estourar. Só em um meio com a pressão osmótica igual àquela de seu interior, um meio isotônico, um glóbulo vermelho não corre o risco de murchar ou estourar. Assim, ao administrar na circulação de um paciente grandes volumes de líquido, é necessário que esse líquido apresente a mesma pressão osmótica do plasma sanguíneo. O soro glicosado é uma solução aquosa 5% em massa de glicose, que é uma solução isotônica ao sangue. Não oferece, portanto, risco às células sanguíneas. O soro fisiológico é uma solução aquosa de NaCl a 0,9% e também apresenta a mesma pressão osmótica do sangue. Seu uso consiste numa maneira de hidratar o paciente (repor água que foi perdida), sem risco de afetar as células sanguíneas. Na conservação da carne pela salga, produzindo a carne-seca (jabá, charque, carnese-sol), o cloreto de sódio retira a água da carne, por osmose. Também retira água de microrganismos eventualmente presentes, impedindo seu crescimento e sua atividade. Assim, a carne é preservada por mais tempo. A salga do pescado (por exemplo, bacalhau seco) baseia-se no mesmo princípio. PERUZZO, F.M.; CANTO, E.L: Química na abordagem do cotidiano. 4 a edição. São Paulo: Moderna, Volume 2. Exercícios de fixação 1- (PUC) Qual das soluções abaixo apresenta maior grau de dissociação iônica? a) CaCl 2 com fator Vant Hoff igual a 2,5 b) FeCl 3 com fator Vant Hoff igual a 3 c) NaCl com fator Vant Hoff igual a 1,9 d) Na 2 CO 3 com fator Vant Hoff igual a 2,6 e) N. D. A. 2- (OSEC) A pressão do vapor de um líquido puro molecular depende: a) Apenas da estrutura de suas moléculas. b) Apenas da massa específica do líquido. c) Apenas da temperatura do líquido. d) Da estrutura de suas moléculas e da temperatura do líquido. e) Da estrutura de suas moléculas e do volume do vapor. 3- Qual o número de partículas dispersas em uma solução que contém 460 gramas de álcool etílico? Dados: C = 12; H = 1; O = Um ácido sulfúrico 0,2 molar está 80 % ionizado. Qual o número de partículas dispersas em 1 litro dessa solução? 5- Qual o valor de i nos casos: a)h 3 PO 4 40% ionizado b)h 3 PO 3 30% ionizado c) H 3 PO 2 20 % ionizado

24 23 6- (MAUÁ) A temperatura de ebulição de uma solução aquosa de cloreto de sódio, sob pressão constante, tende a aumentar ou diminuir com o decorrer da ebulição? Justifique. (A temperatura de ebulição da solução é função do número de partículas dispersas; à medida que o solvente é retirado pela ebulição, a concentração de partículas aumenta e com isto aumenta a temperatura de ebulição.) 7- (UCDB-MT) As propriedades coligativas das soluções dependem: a) Da pressão máxima de vapor do líquido. b) Da natureza das partículas dispersas na solução. c) Da natureza do solvente, somente. d) Do número de partículas dispersas na solução. e) Da temperatura de ebulição do líquido. 8- (VUNESP/96 Conhec. Gerais) Comparandose os pontos de congelação de três soluções aquosas diluídas de KNO 3, MgSO 4 e Cr(NO 3 ) 3, de mesma concentração em mol/l, verifica-se que: a) as três soluções têm o mesmo ponto de congelação. b) os pontos de congelação decrescem na seguinte ordem: KNO 3 < MgSO 4 < Cr(NO 3 ) 3. c) a solução de Cr(NO 3 ) 3 tem ponto de congelação mais baixo que as soluções dos outros dois sais. d) o ponto de congelação de cada solução depende de seu volume. e) as três soluções têm pontos de congelação maiores que o da água. (Quanto maior a concentração de partículas, menor o ponto de congelação ou solidificação. Considerando α = 100% para todos os casos) 9- (Vunesp-2003) Uma das formas de se conseguir cicatrizar feridas, segundo a crença popular, é a colocação de açúcar ou pó de café sobre elas. A propriedade coligativa que melhor explica a retirada de líquido, pelo procedimento descrito, favorecendo a cicatrização, é: estudada pela a) osmometria. b) crioscopia. c) endoscopia. d) tonoscopia. e) ebuliometria 10- Considere as seguintes amostras: I- Água pura; II- Solução aquosa 0,1 mol/l de sacarose; III- Solução aquosa 0,2 mol/l de sacarose. a) Coloque-as em ordem crescente de pressão de vapor. b) Em qual das soluções - II ou III o efeito tonoscópico é maior? Por quê? 11- (Faap-SP) Determine a massa molecular de um certo açúcar, sabendo que a uma dada temperatura a dissolução de 20,0 g desse composto em 500 g de água causa um abaixamento relativo da pressão máxima de vapor igual a 0, Dez gramas de uma substância, de massa molar 266 g/mol, foram dissolvidos em 500 g de tetracloreto de carbono. Qual a temperatura de ebulição da solução, sob pressão normal? Dados relativos ao tetracloreto de carbono puro: temperatura de ebulição = 77 C (sob pressão normal); calor latente de vaporização = 46 cal/g. 13- (FEI-SP) A temperatura de solidificação de uma solução que contém dissolvido 0,5 mol de um composto molecular em 1500 g de benzeno é:

25 24 a) 0 C b) 1,7 C c) -1,7 C d) 3,8 C e) 7,2 C Dados: temperatura de solidificação do benzeno = 5,5 C. Constante crioscópica do benzeno = 5,1 C/mol. Gabarito: 1. C 2. D 3. 6 x ,12 x a) 2,2 b) 1,6 c) 1,2 6. Aumentar 7. D 8. C 9. A 10. III < II < I b) III > conc. pressão vapor ,4ºC 13. D Pintou no ENEM 1- A cal (oxido de calcio, CaO), cuja suspensão em água e muito usada como uma tinta de baixo custo, da uma tonalidade branca aos troncos de árvores. Essa é uma prática muito comum em praças públicas e locais privados, geralmente usada para combater a proliferação de parasitas. Essa aplicação, também chamada de caiação, gera um problema: elimina microrganismos benéficos para a árvore. Disponivel em: Acesso em: 1 abr (adaptado). A destruição do microambiente, no tronco de arvores pintadas com cal, e devida ao processo de: A difusão, pois a cal se difunde nos corpos dos seres do microambiente e os intoxica. B osmose, pois a cal retira água do microambiente, tornando-o inviável ao desenvolvimento de microrganismos. C oxidação, pois a luz solar que incide sobre o tronco ativa fotoquimicamente a cal, que elimina os seres vivos do microambiente. D aquecimento, pois a luz do Sol incide sobre o tronco e aquece a cal, que mata os seres vivos do microambiente. E vaporização, pois a cal facilita a volatilização da água para a atmosfera, eliminando os seres vivosdo microambiente. 2- Sob pressão normal (ao nível do mar), a água entra em ebulição à temperatura de 100 C. Tendo por base essa informação, um garoto residente em uma cidade litorânea fez a seguinte experiência: Colocou uma caneca metálica contendo água no fogareiro do fogão de sua casa. Quando a água começou a ferver, encostou cuidadosamente a extremidade mais estreita de uma seringa de injeção, desprovida de agulha, na superfície do líquido e, erguendo o êmbolo da seringa, aspirou certa quantidade de água para seu interior, tapando-a em seguida. Verificando após alguns instantes que a água da seringa havia parado de ferver, ele ergueu o êmbolo da seringa, constatando, intrigado, que a água voltou a ferver após um pequeno deslocamento do êmbolo. Considerando o procedimento anterior, a água volta a ferver porque esse deslocamento A) permite a entrada de calor do ambiente externo para o interior da seringa.

26 25 B) provoca, por atrito, um aquecimento da água contida na seringa. C) produz um aumento de volume que aumenta o ponto de ebulição da água. D) proporciona uma queda de pressão no interior da seringa que diminui o ponto de ebulição da água. E) possibilita uma diminuição da densidade da água que facilita sua ebulição. 3- É muito comum o uso de aditivos químicos para a preservação e conservação de produtos alimentícios por um tempo maior e, também, para melhorar o aspecto visual, o odor e o sabor de alimentos. Dois bons exemplos são o processo de salgamento da carne e a utilização de fermentos químicos e biológicos nas massas para bolos. Os microorganismos presentes na carne são a causa da decomposição natural. Com o processo de salgamento, o meio se torna hipertônico e, por isso, ela se conserva por um tempo maior. Já a utilização de fermentos químicos à base de bicarbonato de sódio (hidrogeno carbonato de sódio) faz com que a massa cresça em virtude do gás carbônico oriundo do fermento, o que torna o bolo mais saboroso e atraente. A conservação da carne pelo processo citado impede o desenvolvimento de agentes decompositores que morrem em decorrência da(o): a) osmose, pois as suas células desidratam. b) osmose, pois as suas células ganham água provocando o rompimento da membrana plasmática. c) difusão, pois a perda de sais de suas células torna o meio intracelular mais hipotônico. d) difusão facilitada, pois a perda de sais de suas células torna o meio mais hipotônico. e) transporte ativo, pois as suas células ganham sais tornando o meio intracelular hipertônico. 4- Um béquer de vidro, com meio litro de capacidade, em condições normais de temperatura e pressão, contém 300 ml de água líquida e 100 g de gelo em cubos. Adicionando-se, nesse mesmo béquer, uma porção de sal de cozinha (NaCl), deve-se esperar que, durante a dissolução, ocorra a) aumento da fase sólida. b) elevação da temperatura. c) abaixamento da temperatura. d) diminuição da fase líquida. 5- Durante o processo de produção da "carne de sol" ou "carne seca", após imersão em salmoura (solução aquosa saturada de cloreto de sódio), a carne permanece em repouso em um lugar coberto e arejado por cerca de três dias. Observa-se que, mesmo sem refrigeração ou adição de qualquer conservante, a decomposição da carne é retardada. Assinale a alternativa que relaciona corretamente o processo responsável pela conservação da "carne de sol". a) Formação de ligação hidrogênio entre as moléculas de água e os íons Na + e Cl. b) Elevação na pressão de vapor da água contida no sangue da carne. c) Redução na temperatura de evaporação da água. d) Elevação do ponto de fusão da água. e) Desidratação da carne por osmose. 6- A cafeína é um estimulante muito consumido na forma do tradicional cafezinho. O infuso de café, preparado pela passagem de água fervente sobre o pó, contém inúmeras espécies químicas, e o teor de cafeína (190 g/mol) é de 1,50 % (m/m)

27 26 no café torrado e moído. Em relação ao café preparado, é correto afirmar: a) Para requentar este café até a fervura, é necessária uma temperatura superior à da ebulição da água pura. b) A temperatura de fervura do café preparado é igual à da água pura quando está sob as mesmas condições de altitude e, conseqüentemente, sob a mesma pressão atmosférica. c) Como a concentração da cafeína é baixa, a variação na temperatura de ebulição do cafezinho preparado independe desta concentração. d) Pelo fato de os compostos estarem dissolvidos no infuso, a temperatura para levá-los à fervura será menor que a da água pura. e) A temperatura requerida até a fervura do infuso adoçado é menor que o isento de açúcar sob a mesma pressão. d) = 2 = 3 < 4 e) 3 < 2 < < 4 Gabarito: 1. B 2. D 3. A 4. C 5. E 6. A 7. E 7- Osmose é a difusão do solvente através de uma membrana semipermeável do meio menos concentrado para o meio mais concentrado. A pressão osmótica ( ) de uma determinada solução é a pressão externa a qual essa solução deve ser submetida para garantir o equilíbrio osmótico com o solvente puro. A osmose é uma propriedade coligativa, ou seja, depende somente do número de partículas dispersas em solução e não da natureza do soluto. Preparou-se as seguintes soluções aquosas: Solução 1 - HCl (aq) 0,01 mol/l; Solução 2 - H 3 CCOOH (aq) 0,01 mol/l; Solução 3 C2H 22 O (aq) 0,01 mol/l; Solução 4 MgCl 2(aq) 0,01 mol/l. Considerando-se a natureza dessas soluções, pode-se concluir a respeito de suas pressões osmóticas que a) 3 < = 2 < 4 b) 4 < 3 < 2 < c) 2 = 3 < 4 =

28 27 Capítulo 3- Termoquímica A energia é um assunto de grande importância não apenas nos meios científicos, mas também para a sociedade em geral. Entre as fontes energéticas mais importantes estão os combustíveis, substâncias que ao sofrerem combustão, liberam energia na forma de calor. Grande parte dos processos utilizados para obter energia provoca sérios problemas ambientais. No entanto, do conhecimento cada vez maior a respeito do fluxo de energia e dos fenômenos energéticos podem resultar novas formas de obter energia. A busca por fontes energéticas menos poluentes, ou até mesmo não poluentes, é uma das prioridades das pesquisas na área da termoquímica. Para que fique mais claro a definição de calor: não podemos confundir a temperatura de um objeto com a quantidade de calor do mesmo objeto, que depende da variação de temperatura, da massa e de uma característica própria do material chamada calor específico. A fórmula a seguir traduz bem esse conceito: onde Q é a quantidade de calor liberada ou absorvida pelo objeto, m é a massa do objeto, c é o calor específico do objeto e T é a variação de temperatura do objeto. 1- Calor A noção mais simplificada que temos de calor está ligada a quente e frio. Todos têm a idéia de que um corpo quente transfere calor para um corpo mais frio. Mas precisamos tomar alguns cuidados. A idéia de calor está associada à idéia de temperatura, mas um corpo não possui calor. Ao receber calor, esta energia se transforma e pode aumentar a agitação das moléculas. Isso quer dizer que o calor recebido se transformou em energia cinética e por isso a temperatura se eleva. Logo, podemos definir calor como a energia que é transferida entre dois corpos, ou partes diferentes do mesmo corpo, que têm diferentes temperaturas. A calorimetria serve para medir a quantidade de calor liberada ou absorvida durante um fenômeno, e é expressa em cal/kcal ou joule (J)/kJ. Exemplo: Que quantidade de calor é liberada por uma reação química que é capaz de elevar de 20 C para 28 C a temperatura de 2 kg de água? (Calor específico da água = 1 cal/g. C). 2- Processos que liberam e absorvem calor A formação e a ruptura de ligações envolvem a interação da energia com a matéria. Assim como na mudança de estados físicos, as transformações da matéria ocorrem com absorção ou liberação de energia. São dois os processos em que há troca de energia na forma de calor: Processo exotérmico: o sistema libera calor e o ambiente é aquecido. Processo endotérmico: o sistema absorve calor e o ambiente se resfria.

29 28 3- Entalpia e variação de entalpia A entalpia (H) de um sistema é uma grandeza dada em unidade de energia que informa a quantidade de energia desse sistema que poderia ser transformada em calor em um processo à pressão constante. A entalpia está relacionada à sua energia interna e, na prática, não pode ser determinada. Entretanto conseguese medir a variação de entalpia (ΔH) de um processo através de aparelhos chamados calorímetros. O cálculo da variação de entalpia é dado pela expressão genérica: Ou Reações endotérmicas: R + calor P Figura 1: Gráfico da entalpia x caminho da reação para reações endotérmicas. Disponível em: a. Acesso em: 24 de mai Nesse caso, há absorção de calor no processo, portanto a H produtos é maior do que a H reagentes e ΔH é positivo. Reações exotérmicas: R P + calor Figura 2: Gráfico da entalpia x caminho da reação para reações exotérmicas. Disponível em: Acesso em 24 de mai Nesse caso há liberação de calor, portanto a H produtos é menor do que a H reagentes e ΔH é negativo. 4- Fatores que influenciam nas entalpias das reações A quantidade de calor que é liberada ou absorvida em uma reação depende das quantidades de reagentes e produtos que participam da reação. O valor de H escrito ao lado de uma reação química é referente às quantidades molares escritas na equação. Assim, devemos considerar a variação de entalpia como um componente da própria equação, podendo participar dos cálculos estequiométricos. A entalpia de uma reação depende também de fatores físicos, como: estado físico dos reagentes e produtos da reação, a forma alotrópica dos reagentes e produtos da reação, o fato dos reagentes e produtos estarem ou não em solução e a concentração da mesma, e a temperatura na qual a reação é efetuada. As mudanças de estado físico de uma substância também envolvem trocas de calor. A quantidade de energia envolvida está relacionada com as modificações nas atrações entre as

30 29 partículas da substância, ou seja, com as interações intermoleculares. HCl (aq) + NaOH (aq) NaCl (aq) + H 2 O (l) H=-13,8kcal Pergunta-se a) A reação é exotérmica ou endotérmica? b) Qual é a quantidade de calor envolvida na neutralização de 146 g de HCl (aq), segundo a equação acima? Figura 3: Esquema de entalpia e mudança de estados físicos Disponível em: Acesso em 24 mai Na fusão e na vaporização, as interações moleculares são reduzidas, a entalpia da substância aumenta caracterizando processos endotérmicos. Na liquefação há formação de interações moleculares do estado líquido e na solidificação as interações moleculares ficam mais intensas. A entalpia da substância diminui, caracterizando um processo exotérmico. 5- Equação termoquímica Os processos que são feitos em calorímetros e os dados experimentais são representados pelas equações termoquímicas. A representação completa de uma reação termoquímica deve conter os coeficientes estequiométricos de todos os participantes, os estados físicos e o H do processo. C (diamante) + O 2(g) CO 2(g) H = -94,512 cal 6- Casos particulares das entalpias de reação Para a medição das entalpias convencionou-se arbitrariamente considerar um estado padrão. Um elemento ou composto químico está num estado padrão quando se apresenta em seu estado físico e alotrópico mais comum e estável, a 25 C e 1 atm de pressão. Ainda por convenção temos que toda substância simples, no estado padrão, tem entalpia igual a zero. Grafite: H 0 = 0, pois é a forma alotrópica mais estável; Diamante: H 0 = 2,0 kj/mol, pois o diamante é menos estável Entalpia padrão de formação de uma substância A entalpia padrão de formação, ΔH f, é a variação de entalpia para a formação de uma substância composta a partir de seus elementos constituintes na forma de substâncias simples no estado padrão. H 2(g) +S (rômbico) +2O 2(g) H 2 SO 4(l) ΔH f =-813,0 kj/mol Entalpias padrão de formação podem ser combinadas para obter a entalpia padrão de qualquer reação: H 2(g) + Cl 2(g) 2HCl (g) H = -44,056 cal Exemplo: Sabendo-se que: Exemplo: Considere os dados da tabela abaixo, a 25 C e 1atm.

31 30 Substância Entalpia de formação (kj/mol) Amônia (gás) -46 Ácido clorídrico (gás) -92 Cloreto de amônio -314 (sólido) 6.2- Entalpia de combustão de uma substância A entalpia de combustão, ΔH c, é a variação de entalpia na combustão completa de 1 mol de uma substância no estado-padrão. Reações de combustão são aquelas em que uma substância denominada combustível, reage com o gás oxigênio (O 2 ). Numa combustão completa os produtos da reação são somente CO 2 e H 2 O. Na ocorrência de uma reação química, há ruptura das ligações dos reagentes e formação de ligações para resultar em produtos. O saldo energético entre a energia absorvida na ruptura das ligações e a energia liberada na formação de ligações determina o ΔH de uma reação. Portanto, a variação de entalpia de uma reação pode ser estimada usando as entalpias de ligação envolvidas. Exemplo: Calcule a ΔH na reação: 2HBr (g) + Cl 2(g) 2HCl (g) + Br 2(g) conhecendo as seguintes energias de ligação: Tipo de ligação Energia de ligação (kcal/mol) H-Br 87,4 Cl-Cl 57,9 H-Cl 103,1 Br-Br 46,1 CH 4(g) +2O 2(g) CO 2(g) +2H 2 O (l) ΔH c =-889,5 kj/mol Nessas reações, ΔH é sempre negativo, ou seja, são reações exotérmicas Energia de ligação A energia de ligação mede o calor necessário para quebrar 1 mol de uma determinada ligação, supondo as substâncias no estado gasoso, a 25 e 1 atm. A quebra de ligações é um processo endotérmico, portanto ΔH é positivo. H 2(g) 2H (g) ΔH = + 436KJ A energia absorvida na quebra de uma ligação é numericamente igual à energia liberada na sua formação. 2H (g) H 2(g) ΔH = - 436KJ 7- Lei de Hess A entalpia de muitas reações químicas não pode ser determinada experimentalmente. Assim, a entalpia desse tipo de reação pode ser calculada a partir da entalpia de outras reações, utilizando-se a lei de Hess: A variação de entalpia para qualquer processo depende somente da natureza dos reagentes e dos produtos e independe do número de etapas do processo ou da maneira como é realizada a reação. De acordo com essa lei, é possível calcular a variação de entalpia de uma reação por meio da soma algébrica de equações químicas de reações que possuam ΔH conhecidos. Exemplo: Formação de dióxido de carbono. C (grafite) + 1/2 O 2(g) CO (g) H 1 =-110,3 kj CO (g) + 1/2 O 2(g) CO 2(g) H 2 =-283,0 kj C (grafite) + O 2(g) CO 2(g) H=-393,3 kj

32 Consequências da lei de Hess As equações podem ser somadas como se fossem equações matemáticas; Invertendo uma equação, devemos trocar o sinal de H; Multiplicando ou dividindo uma equação por um número diferente de zero, o valor de H será também multiplicado ou dividido por esse número. 8- Aspectos estequiométricos Cálculos estequiométricos que envolvem energia relacionam a quantidade de substância (em massa, em mols, em volume, em número de moléculas etc.) com a quantidade de calor liberada ou absorvida em uma reação química. Exemplo: A entalpia-padrão de combustão do etanol (C2H6O) líquido é kj/mol e sua densidade é 0,80 g/ml. Qual a energia liberada na queima de 1,0 L de etanol? Leitura complementar Os diamantes artificiais Já vimos que: C (grafite) C (diamante) H = 2 kj O valor de apenas 2 kj pode nos dar a falsa ideia de que é fácil transformar grafita em diamante. Afinal, essa é a energia necessária para vaporizar cerca de 1 grama de água. Mas, infelizmente, não é assim. A companhia norte-americana General Eletric produz anualmente cerca de kg de diamantes artificiais, utilizando um processo que emprega pressão e temperatura muito elevadas cerca de 105 atm e C. Observe que essas drásticas condições são necessárias para romper as fortes estruturas da grafita existentes em cada camada. Uma vez obtido o diamante, a pressão e a temperatura são reduzidas para condições ambientes, isto é, 25 C e 1 atm. Apesar de a grafita ser mais estável em condição ambiente, o diamante não se transforma facilmente em grafita, pois a velocidade do processo é extremamente baixa. Por esse motivo, diamantes existem em zonas profundas do planeta, sujeitas a pressão elevada, podem aflorar em regiões próximas da superfície como resultado de processos geológicos naturais e, dessa forma, continuar a existir por milhões de anos. Na passagem da grafita para o diamante, ou vice-versa, o carbono precisa ser praticamente vaporizado e isso torna essas transformações muito difíceis. Recentemente, foi descoberto um método chamado deposição química de vapor, no qual uma película de diamante artificial é depositada, a partir do estado gasoso, em baixa pressão e a uma temperatura situada entre 600 C e 900 C. Essas finas camadas de diamante já estão sendo utilizadas em avançados sistemas de aparelhos de som e em sistemas de orientação de mísseis. LEMBO, A.; CARVALHO, G.C.; USBERCO, J.: Química. Sistema anglo de ensino. Exercícios de fixação 1- Numa sauna a vapor, o calor envolvido na condensação do vapor d água é, em parte, responsável pelo aquecimento da superfície da pele das pessoas que estão em seu interior, de acordo com o diagrama abaixo:

33 32 b) A conversão da forma grafita na forma diamante é exotérmica. c) A forma alotrópica estável do carbono nas condições da experiência é a grafita. d) A variação de entalpia da transformação do carbono grafita em carbono diamante nas condições da experiência é ΔH = -2,1KJ/mol. e) A forma alotrópica grafita é o agente oxidante e o diamante é o agente redutor das reações de combustão. De acordo com as informações fornecidas, o que ocorrerá na transformação de 1 mol de água vaporizada em 1 mol de água líquida? a) liberação de 44 kj; b) absorção de 44 kj; c) liberação de 527,6 kj; d) absorção de 527,6 kj; e) nenhuma das respostas anteriores. 2- Considere a reação de fotossíntese e a reação de combustão da glicose, representadas a seguir: 4- O peróxido de hidrogênio (H 2 O 2 ) é um composto de uso comum devido a suas propriedades alvejantes e antissépticas. Esse composto, cuja solução aquosa e conhecida no comercio como água oxigenada, e preparado por um processo cuja equação global é: H 2(g) + O 2(g) H 2 O 2(l) Considere os valores de entalpias fornecidos para as seguintes reações: 6CO 2(g) + 6H 2 O (l) C 6 H 12 O 6(s) + 6O 2(g) C 6 H 12 O 6(s) + 6O 2(g) 6CO 2(g) + 6H 2 O (l) Sabendo que a energia envolvida na combustão de 1mol de glicose é de 2,8x10 6 J, ao sintetizar 0,5 mol de glicose, a planta: a) libera 1,4x10 6 J b) libera 2,8x10 6 J c) absorve 1,4x10 6 J d) absorve 2,8x10 6 J e) absorve 5,6x10 6 J 3- A fabricação do diamante pode ser feita comprimindo grafita a uma temperatura elevada empregando catalisadores metálicos como tântalo e cobalto. Analisando os dados obtidos experimentalmente em calorímetros: C (grafite) + O 2(g) CO 2(g) ΔH = -393,5KJ/mol C (diamante) + O 2(g) CO 2(g) ΔH = -395,6KJ/mol a) A formação de CO 2 é sempre endotérmica. O valor da entalpia padrão de formação do peróxido de hidrogênio líquido e: a) kj mol -1 b) kj mol -1 c) kj mol -1 d) kj mol Como é possível notar através de uma análise do gráfico, o cristal de KCl tem energia mais baixa do que os átomos isolados de potássio, K(g) e cloro, Cl(g), e mesmo em relação às substâncias simples, gás cloro, Cl 2 (g) e potássio metálico, K(s). Observando os valores das variações de entalpia de cada etapa do ciclo, ΔH, marque a opção que apresenta o valor CORRETO para o ΔH correspondente à formação do KCl(s).

34 33 calcule o valor do ΔH da reação de formação do enxofre a 25 C. c) Com o valor de ΔH obtido anteriormente, classifique a reação como endotérmica ou exotérmica. Justifique. a) -717 kj mol -1 b) -349 kj mol -1 c) -437 kj mol -1 d) +280 kj mol -1 e) -177 kj mol Uma solução de ácido clorídrico pode ser neutralizada utilizando-se hidróxido de sódio. A partir da tabela de ΔH de formação, calcule a variação de entalpia dessa reação de neutralização. 7- A equação química a seguir representa a formação de enxofre a partir de gases vulcânicos. a) Escreva a equação química balanceada que representa a reação entre o SO 2 e a água bem como o nome da substância formada. b) Sabendo-se que o ΔH formação das espécies envolvidas nessa reação são -296,8 kj/mol para o SO 2 (g), -20,60 kj/mol para o H 2 S(g), -285,8 kj/mol para H 2 O(l) e 0,00 kj/mol para o S(s), 8- Por energia de ligação entende-se a variação de entalpia necessária para quebrar 1 mol de uma dada ligação. Esse processo é sempre endotérmico. Assim, no processo representado pela equação CH 4(g) C (g) + 4H (g), ΔH = 1663 kj/mol são quebrados 4 mol de ligações C-H, sendo a energia de ligação, portanto 416 kj/mol. Sabendo que no processo C 2 H 6(g) 2C (g) + 6H (g), ΔH = 2826 kj/mol são quebradas ligações C-C e C-H, qual o valor da energia de ligação C-C? Indique os cálculos. 9- Considere uma gasolina constituída apenas de etanol e de n-octano, com frações molares iguais. As entalpias de combustão do etanol e do n- octano são 1368 e 5471 kj/mol, respectivamente. A densidade dessa gasolina é 0,72 g/cm 3 e a sua massa molar aparente, 80,1 g/mol. a) Escreva a equação química que representa a combustão de um dos componentes dessa gasolina. b) Qual a energia liberada na combustão de 1,0 mol dessa gasolina? c) Qual a energia liberada na combustão de 1,0 litro dessa gasolina? 10- Agora sou eu que vou me deliciar com um chocolate diz Naná. E continua: Você sabia que uma barra de chocolate contém 7% de proteínas, 59% de carboidratos e 27% de lipídios e que a energia de combustão das proteínas e

35 34 dos carboidratos é de 17 kj/g e dos lipídios é 38 kj/g aproximadamente? a) Se essa barra de chocolate tem 50 g, quanto de energia ela me fornecerá? b) Se considerarmos o calor específico do corpo humano como 4,5 J g 1 K 1, qual será a variação de temperatura do meu corpo se toda esta energia for utilizada para o aquecimento? O meu peso, isto é, a minha massa, é 60 kg. Admita que não haja dissipação do calor para o ambiente. 11- Considere os seguintes processos envolvidos na dissolução de sulfato de potássio em água: I. Ruptura, pelo menos parcial, das ligações iônicas do sulfato de potássio sólido. II. Ruptura, pelo menos parcial, das ligações de hidrogênio na água líquida. III. Formação das interações entre os íons provenientes do sulfato de potássio aquoso e as moléculas polares da água (solvatação). É correto afirmar que esses processos são, respectivamente, (A) endotérmico endotérmico e exotérmico. (B) endotérmico, exotérmico e endotérmico. (C) exotérmico, endotérmico e endotérmico. (D) endotérmico, endotérmico e endotérmico. (E) exotérmico, exotérmico e endotérmico. 12- De acordo com a Coordenadoria Municipal de Agricultura, o consumo médio carioca de coco verde é de 8 milhões de frutos por ano, mas a produção do Rio de Janeiro é de apenas 2 milhões de frutos. A tabela acima apresenta resultados médios de informações nutricionais de uma bebida isotônica comercial e da água-de-coco. a) Uma função importante das bebidas isotônicas é a reposição de potássio após atividades físicas de longa duração; a quantidade de água de um coco verde (300 ml) repõe o potássio perdido em duas horas de corrida. Calcule o volume, em litros, de isotônico comercial necessário para repor o potássio perdido em 2 h de corrida. b) A tabela a seguir apresenta o consumo energético médio (em kcal/min) de diferentes atividades físicas. Calcule o volume em litros de água-de-coco necessário para repor a energia gasta após 17 minutos de natação Gabarito 1- a 2- c 3- c 4- a 5- c ,31 kj/mol 7- a) SO 2 + H 2 O H 2 SO 3 Ácido sulforoso b) -233,6KJ/mol c) Exotérmica kj/mol 9- a) C 8 H 18(l) + 25O 2(g) 8CO 2(g) + 9H 2 O (g) Dentre as várias qualidades nutricionais da água- de-coco, destaca-se ser ela um isotônico natural. Ou C 2 H 5 OH (l) + 3O 2(g) 2CO 2(g) + 3H 2 O (g) b) -3419,5KJ/mol c) 3,07x10 4 KJ 10- a) 1074,0kJ b) 4 C ou 4K

36 a 12- a) 6L b) 0,25 L Pintou no ENEM 1- Um dos problemas dos combustíveis que contem carbono e que sua queima produz dióxido de carbono. Portanto, uma característica importante, ao se escolher um combustível, e analisar seu calor de combustão ( H 0 c ), definido como a energia liberada na queima completa de um mol de combustível no estado padrão. O quadro seguinte relaciona algumas substancias que contém carbono e seu ( H 0 c ) Do ponto de vista científico, que situação prática mostra a limitação dos conceitos corriqueiros de calor e temperatura? A A temperatura da água pode ficar constante durante o tempo em que estiver fervendo. B Uma mãe coloca a mão na água da banheira do bebê para verificar a temperatura da água. C A chama de um fogão pode ser usada para aumentar a temperatura da água em uma panela D A água quente que está em uma caneca é passada para outra caneca a fim de diminuir sua temperatura. E Um forno pode fornecer calor para uma vasilha de água que está em seu interior com menor temperatura do que a dele. ATKINS, P. Princípios de Química. Bookman, 2007 (adaptado). Neste contexto, qual dos combustíveis, quando queimado completamente, libera mais dióxido de carbono no ambiente pela mesma quantidade de energia produzida? A Benzeno. B Metano. C Glicose. D Octano. E Etanol. 3- O abastecimento de nossas necessidades energéticas futuras dependerá certamente do desenvolvimento de tecnologias para aproveitar a energia solar com maior eficiência. A energia solar é a maior fonte de energia mundial. Num dia ensolarado, por exemplo, aproximadamente 1 kj de energia solar atinge cada metro quadrado de superfície terrestre por segundo. No entanto, o aproveitamento dessa energia é difícil porque ela é diluída (distribuída por uma área muito extensa) e oscila com o horário e as condições climáticas. O uso efetivo da energia solar depende de formas de estocar a energia coletada para o uso posterior. BROWN, T. Química e Ciência Central. São Paulo: Pearson Prentice Hall, Em nosso cotidiano, utilizamos as palavras calor e temperatura de forma diferente de como elas são usadas no meio científico. Na linguagem corrente, calor é identificado como algo quente e temperatura mede a quantidade de calor de um corpo. Esses significados, no entanto, não conseguem explicar diversas situações que podem ser verificadas na prática. Atualmente, uma das formas de se utilizar a energia solar tem sido armazená-la por meio de processos químicos endotérmicos que mais tarde podem ser revertidos para liberar calor. Considerando a reação: CH 4(g) + H 2 O (v) + calor CO (g) + 3H 2(g)

37 36 e analisando-a como potencial mecanismo para aproveitamento posterior da energia solar, conclui-se que se trata de uma estratégia A. insatisfatória, pois a reação apresentada não permite que a energia presente no meio externo seja absorvida pelo sistema para ser utilizada posteriormente. B. insatisfatória, uma vez que há formação de gases poluentes e com potencial poder explosivo, tornando-a uma reação perigosa e de difícil controle. C. insatisfatória, uma vez que a a formação do gás CO que não possui conteúdo energético passível de ser aproveitado posteriormente e é considerado um gás poluente. D. satisfatótia, uma vez que a reação direta ocorre com absorção de calor e promove a formação das substâncias combustíveis que poderão ser utilizadas posteriormente para a obtenção de energia e realização de trabalho útil. E. satisfatória, uma vez que a reação direta ocorre com liberação de calor havendo ainda a formação das substâncias combustíveis que poderão ser utilizadas posteriormente para a obtenção de energia a realização de trabalho útil. Considere que, em pequenos volumes, o custo de produção de ambos os alcoóis seja o mesmo. Dessa forma, do ponto de vista econômico, é mais vantajoso utilizar a) metanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente 22,7 kj de energia por litro de combustível queimado. b) etanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente 29,7 kj de energia por litro de combustível queimado. c) metanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente 17,9 MJ de energia por litro de combustível queimado. d) etanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente 23,5 MJ de energia por litro de combustível queimado. e) etanol, pois sua combustão completa fornece aproximadamente 33,7 MJ de energia por litro de combustível queimado. 4- No que tange à tecnologia de combustíveis alternativos, muitos especialistas em energia acreditam que os alcoóis vão crescer em importância em um futuro próximo. Realmente, alcoóis como metanol e etanol têm encontrado alguns nichos para uso doméstico como combustíveis há muitas décadas e, recentemente, vêm obtendo uma aceitação cada vez maior como aditivos, ou mesmo como substitutos para gasolina em veículos. Algumas das propriedades físicas desses combustíveis são mostradas no quadro seguinte. 5- Nas últimas décadas, o efeito estufa tem-se intensificado de maneira preocupante, sendo esse efeito muitas vezes atribuído à intensa liberação de CO 2 durante a queima de combustíveis fósseis para geração de energia. O quadro traz as entalpias-padrão de combustão a 25 ºC (ΔH 0 25 ) do metano, do butano e do octano. À medida que aumenta a consciência sobre os impactos ambientais relacionados ao uso da energia, cresce a importância de se criar políticas de incentivo ao uso de combustíveis mais

38 37 eficientes. Nesse sentido, considerando-se que o metano, o butano e o octano sejam representativos do gás natural, do gás liquefeito de petróleo (GLP) e da gasolina, respectivamente, então, a partir dos dados fornecidos, é possível concluir que, do ponto de vista da quantidade de calor obtido por mol de CO 2 gerado, a ordem crescente desses três combustíveis é A gasolina, GLP e gás natural. B gás natural, gasolina e GLP. C gasolina, gás natural e GLP. D gás natural, GLP e gasolina. E GLP, gás natural e gasolina. Gabarito 1- c 4- d 2- a 5- a 3- d

39 38 Capítulo 4- Cinética química Toda reação química necessita de certo tempo para se completar. Algumas reações são extremamente rápidas, como por exemplo, a neutralização entre um ácido e uma base em solução aquosa. Existem, por outro lado, reações extremamente lentas. A velocidade com que ocorrem as reações depende de uma série de fatores, como estado físico dos reagentes, temperatura, concentração dos reagentes, presença de catalisador ou inibidor, superfície de contato (no caso de reagentes sólidos) e a pressão do sistema, no caso de haver reagentes no estado gasoso. O estudo da cinética inclui a compreensão dos modelos que explicam as reações químicas, bem como os fatores que nelas interferem. 1- Velocidade das reações químicas Rapidez ou velocidade de uma reação é uma grandeza que indica como as quantidades de regente ou produto dessa reação variam com o passar do tempo. É expressa pela variação da concentração, da quantidade de matéria, da pressão, da massa ou do volume, por unidade de tempo. A unidade associada à velocidade da reação depende da propriedade do sistema e da unidade de tempo consideradas. A rapidez da reação diminui com o tempo, ou seja, à medida que os reagentes são consumidos, a reação torna-se mais lenta. Umadas razões para isso é que à medida que a quantidade de reagentes diminui o número de colisões efetivas também diminui. 2- Como as reações ocorrem 2.1- Condições indispensáveis Para que uma reação entre duas ou mais substâncias ocorra, são necessárias duas condições: as partículas têm que ser colocadas em contato, o mais eficaz possível (por isso os reagentes sólidos devem ser pulverizados ou postos em solução); tem que haver entre os reagentes uma certa afinidade química, uma certa tendência natural para reagir A teoria das colisões Para as reações químicas ocorrerem é necessário haver aproximação e contato entre as partículas reagentes. Essa é a idéia básica da teoria das colisões. Sabemos que as partículas de uma substância química possuem energia própria que faz com que elas fiquem em movimento. Tal movimento dá origem a colisões, e a partir dessas colisões pode ocorrer uma reação química. Para que haja uma reação é necessário que a colisão ocorra com uma energia capaz de provocar um rearranjo de átomos dos reagentes, formando novas ligações. Além do fator energia os choques devem ocorrer segundo uma orientação favorável. A teoria das colisões ainda prevê que a velocidade da reação depende: Da freqüência dos choques entre as moléculas: um maior número de choques por segundo implicará um número maior de moléculas reagindo; Da energia desses choques: uma colisão eficaz terá mais chance de provocar a reação entre as moléculas; De uma orientação apropriada das moléculas no instante do choque: uma colisão frontal será mais

40 39 eficaz que uma colisão não-frontal e isso dependerá do tamanho e do formato das moléculas reagentes. No instante em que ocorre o choque efetivo forma-se uma estrutura que recebe o nome de complexo ativado e que pode ser definido como um estágio intermediário em que todas as partículas dos reagentes estão agregadas. A energia mínima necessária para formar o complexo ativado é chamada de energia de ativação (Ea) Energia de ativação Energia de ativação é a energia mínima que as moléculas devem possuir para reagir após um choque. A energia de ativação funciona como uma barreira a ser vencida pelos reagentes para que a reação ocorra. Assim, quanto maior for essa energia de ativação, mais lenta será a reação e vice-versa. contato entre essas fases. Assim, quanto mais fragmentado for esse reagente, maior será o número de choques, e maior será a velocidade da reação Temperatura O aumento da temperatura é o principal fator de aumento da velocidade das partículas de um sistema material. Quando a temperatura de um sistema em reação aumenta, a energia cinética média das partículas aumenta o que faz com que tanto a freqüência de colisões como a energia envolvida em cada colisão aumentem. Consequentemente, a quantidade de colisões efetivas aumenta, provocando aumento da rapidez da reação Concentração Aumentando a concentração dos reagentes iremos aproximar suas moléculas, aumentar a freqüência dos choques efetivos e, consequentemente, aumentar a velocidade da reação. Verifica-se experimentalmente que dada uma reação química genérica, sua velocidade será expressa por Figura 1: Gráficos de energia x caminho de reação Disponível em: Acesso em: 24 mai Somente uma energia de ativação baixa indica que a reação pode ocorrer com velocidade considerável. 3- Fatores que afetam a rapidez das reações 3.1- Superfície de contato No caso de reações em que participam substâncias em diferentes fases, verifica-se que a rapidez da reação depende da superfície de 3.4- Catalisadores Os catalisadores são substâncias que aceleram uma reação sem serem consumidas, ou seja, são regenerados no final do processo. Aumentam a velocidade de uma reação, pois abaixam a energia de ativação. Catálise é o aumento da velocidade da reação provocado pelo catalisador. Existem dois tipos de catálise: homogênea e heterogênea. A homogênea ocorre quando o catalisador forma uma única fase com o sistema. Já a catálise heterogênea ocorre quando

41 40 o catalisador tem estado físico diferente do sistema, formando duas fases distintas. química: De forma geral, para uma dada reação aa + bb + cc xx + yy + zz +... a velocidade é expressa pela fórmula: Figura 2: Gráfico da entalpia x caminho de reação com e sem catalisador Disponível em: Acesso em: 24 mai Pressão Um aumento da pressão favorece principalmente as reações entre gases, aproximando as moléculas, aumentando a freqüência dos choques entre as moléculas e, portanto, aumentando a velocidade das reações Luz A luz é uma forma de energia e pode interferir na velocidade de algumas reações químicas. Ao atingir os reagentes, ela transfere para eles parte sua energia. Dessa forma, como as partículas reagentes possuem energia maior, a reação ocorre com maior rapidez. As reações que são influenciadas pela luz são chamadas de reações fotoquímicas. Podem ser classificadas em: Fotossíntese: quando obtemos moléculas maiores a partir de moléculas menores; Fotólise: quando obtemos moléculas menores a partir de moléculas maiores. 4- Lei cinética A maneira pela qual a concentração dos reagentes interfere na rapidez de uma reação deve ser determinada experimentalmente, pois cada reação tem sua rapidez alterada de maneira diferente. v = k[a] a [B] b [C] c onde k é a constante de velocidade da reação e a, b e c são as ordens de ligação de A, B e C, respectivamente. Essa fórmula é chamada Lei da Velocidade da reação. Para uma reação que ocorre em duas ou mais etapas, a velocidade da reação global é igual à velocidade da etapa mais lenta. Portanto, para escrever a lei de velocidade global, consultamos a etapa lenta e não a equação global. Leitura complementar Temperatura, cinética química e seres vivos Todo ser vivo depende de muitas reações químicas que ocorrem dentro de seu organismo. O conjunto dessas reações químicas é chamado de metabolismo. A velocidade de tais reações depende da temperatura do organismo; quanto maior a temperatura, maior a velocidade das reações. O ser humano tem uma temperatura que permanece, em geral, constante ao redor de 37 C. O aumento da temperatura, denominado hipertermia, faz o nosso metabolismo se acelerar. É o que acontece quando temos febre: nosso corpo trabalha em ritmo acelerado, e graças a isso, consome mais oxigênio e mais glicose. A febre é um mecanismo de defesa; permite matar vírus e bactérias mais rápido porque mobiliza o sistema de defesa natural do organismo.

42 41 Contudo, temperatura corporal que se mantenha acima de 41,7 C pode causar morte porque acelera demais algumas reações que destroem substâncias vitais, chamadas enzimas. Quando a temperatura corporal decresce, o consumo de glicose e oxigênio diminui graças à diminuição da velocidade das reações químicas do metabolismo. A redução da temperatura normal do nosso organismo caracteriza a situação de hipotermia. Ela pode acontecer, por exemplo, com pessoas que permanecem em mares frios depois de naufrágios ou queda de aeronaves. Temperaturas corporais prolongadas inferiores a 30 C são fatais. Reduzem tanto o metabolismo que as reações vitais passam a ter velocidade insuficiente para manter a pessoa viva. O uso controlado da hipotermia pode, contudo, ser utilizado em medicina. Em certas cirurgias cardíacas ou cerebrais, o paciente anestesiado é resfriado a cerca de 30 C, por contato com gelo. Isso reduz a chance de danos causados pela falta de circulação sanguínea, inevitável em alguns procedimentos cirúrgicos. Aqueles animais que, ao contrário dos humanos, não mantêm sua temperatura constante (por exemplo, os répteis e os anfíbios) possuem um metabolismo extremamente sensível à temperatura ambiente. Em tais animais, a velocidade das reações metabólicas aumenta durante o dia e diminui à noite, de acordo com a variação de temperatura do ambiente. Graças a isso, eles precisam comer mais nos dias quentes de verão do que nos dias mais frios do inverno. Nas regiões mais distantes do equador e dos trópicos, onde os invernos são rigorosos, alguns desses animais costumam hibernar, o que reduz a velocidade de seu metabolismo ao mínimo, entrando num sono profundo e só acordando na primavera, quando a temperatura ambiente volta a subir. PERUZZO, F.M.; CANTO, E.L.: Química na abordagem do cortidiano. 4a edição. São Paulo: Moderna, Volume 2. Exercícios de fixação 1- O gráfico mostrado abaixo foi construído com dados obtidos no estudo de decomposição do íon tiossulfato (S 2 O 2 3 ), a temperatura constante em meio ácido variando a concentração molar do íon (diluição em água). A reação ocorre com maior e menor velocidade média respectivamente nos trechos: a) II e III b) I e IV c) II e IV d) III e IV 2- Um dos componentes presentes num determinado xarope não apresenta mais efeito terapêutico quando a sua concentração é igual ou inferior a 0,25mol/L. Esse medicamento é vendido como uma solução, cuja concentração desse componente é igual a 1,00mol/L. Sabendo-se que a velocidade de decomposição do medicamento é de 0,5 mol/l por ano, qual é a validade do medicamento? a) 3 anos b) 2 anos c) 18 meses d) 12 meses e) 15 meses 3- Um químico realizou um experimento para estudar a velocidade de dissolução (solubilização

43 42 em função do tempo) de comprimidos efervescentes em relação ao estado do comprimido e à temperatura da água. Utilizando sempre a mesma quantidade de água, registrou os tempos aproximados (em segundos) de dissolução, e os resultados estão representados no gráfico abaixo. Com base no gráfico são feitas as seguintes afirmações: I. Para o comprimido amassado, a velocidade de dissolução é maior. II. A velocidade de dissolução do comprimido diminui conforme aumenta a temperatura. III. A quantidade de comprimidos nos experimentos não influencia a velocidade de sua dissolução. IV. A uma temperatura de 40 C, um comprimido inteiro demoraria cerca de 19s para se dissolver. V. Com o aumento da temperatura, a aceleração da dissolução é maior para o comprimido amassado. São corretas apenas as afirmações a) I, III e IV. b) II, IV e V. c) I, II e III. d) I, IV e V. e) II, III e IV. 4- Quando a manteiga é exposta ao ar à temperatura ambiente, ocorre uma mudança no seu sabor e odor, dando origem à manteiga rançosa. A substância química responsável pelo ranço na manteiga é o ácido butírico ou butanoico. Esse ácido é formado pela reação de hidrólise dos glicerídeos (ésteres) presentes na manteiga. Considerando a total formação da manteiga rançosa, é CORRETO afirmar que: a) a temperatura não afeta a velocidade de hidrólise dos glicerídeos presentes na manteiga. b) armazenar a manteiga na geladeira diminui a velocidade da reação de hidrólise dos glicerídeos. c) a diminuição do ph da manteiga evita a formação do ácido butanoico. d) a adição de um catalisador acarreta o aumento da quantidade final obtida de ácido butanoico. e) ao se dividir a manteiga em quatro pedaços, diminui-se a velocidade de formação do ácido butanoico. 5- Ao abastecer um automóvel com gasolina, é possível sentir o odor do combustível a certa distância da bomba. Isso significa que, no ar, existem moléculas dos componentes da gasolina, que são percebidas pelo olfato. Mesmo havendo, no ar, moléculas de combustível e de oxigênio, não há combustão nesse caso. Três explicações diferentes foram propostas para isso: I. As moléculas dos componentes da gasolina e as do oxigênio estão em equilíbrio químico e, por isso, não reagem. II. À temperatura ambiente, as moléculas dos componentes da gasolina e as do oxigênio não têm energia suficiente para iniciar a combustão. III. As moléculas dos componentes da gasolina e as do oxigênio encontram-se tão separadas que não há colisão entre elas. Dentre as explicações, está correto apenas o que se propõe em a) I. b) II. c) III. d) I e II. e) II e III.

44 43 6- Analise as curvas mostradas a seguir. Nelas, encontram-se descritos graficamente alguns padrões idealizados de variação da entalpia no decorrer de reações químicas, abrangendo quatro diferentes possibilidades. Escolha a alternativa na qual se encontra enunciada uma previsão correta para a velocidade de reação e a energia liberada esperadas tendo em vista os valores registrados na curva descrita. d) v = k. [H 3 O + ]. [I - ] 8- O NO 2 proveniente dos escapamentos dos veículos automotores é também responsável pela destruição da camada de ozônio. As reações que podem ocorrer no ar poluído pelo NO 2, com o ozônio, estão representadas pelas equações químicas I e II, e pela equação química global III. a) Curva I: traduz uma maior velocidade de reação associada a uma menor energia liberada b) Curva II: traduz uma maior velocidade de reação associada a uma maior energia liberada c) Curva III: traduz uma menor velocidade de reação associada a uma maior energia liberada d) Curva IV: traduz uma menor velocidade de reação associada a uma menor energia liberada 7- A água oxigenada é uma substância oxidante que, em meio ácido, permite a obtenção de iodo, a partir de iodetos existentes nas águas-mães das salinas, como mostra a reação escrita abaixo: H 2 O 2 + 2H 3 O + + 2l - 4H 2 O + l 2 Quando se faz um estudo cinético dessa reação em solução aquosa e se examina, separadamente, a influência da concentração de cada reagente, na velocidade da reação (v), obtêm-se os gráficos seguintes: Com base nessas informações e nos conhecimentos sobre cinética química, pode-se afirmar: a) A expressão de velocidade para a equação química global III é representada por V = k[no2][o3]. b) A adição de catalisador às etapas I e II não altera a velocidade da reação III. c) Duplicando-se a concentração molar de NO2(g) a velocidade da reação quadruplica. d) A velocidade das reações químicas exotérmicas aumenta com a elevação da temperatura. e) A equação química III representa uma reação elementar. 9- A figura a seguir apresenta projeções, resultantes de simulações computacionais, da concentração de dióxido de carbono, em ppm, na atmosfera terrestre até o ano de As projeções dependem do aumento anual da velocidade de emissão de dióxido de carbono. A expressão da lei de velocidade da reação é: a) v = k. [H 2 O 2 ]. [I ] b) v = k. [H 3 O + ] c) v = k. [H 2 O 2 ]. [H 3 O + ]

45 44 a) Determine a velocidade média de emissão do dióxido de carbono entre os anos de 2020 e 2050 para o pior cenário de emissão apresentado no gráfico. b) Sabe-se que a massa total de ar na atmosfera é de 5 x g. Calcule a quantidade (em kg) de dióxido de carbono que estaria presente na atmosfera terrestre no ano de 2060 usando a projeção em que a velocidade de emissão é constante. 10- Compostos naturais são muito utilizados na denominada Medicina Naturalista. Povos indígenas amazônicos há muito fazem uso da casca da Quina (Coutarea hexandra) para extrair quinina, princípio ativo no tratamento da malária. Antigos relatos chineses também fazem menção a uma substância, a artemisina, encontrada no arbusto Losna (Artemisia absinthium), que também está relacionada ao tratamento da malária. Em estudos sobre a cinética de degradação da quinina por ácido, foram verificadas as seguintes velocidades em unidades arbitrárias: 5- b 6- b 7- a 8- a 9- a) vm = 10ppm/ano b) Kg 10- d Pintou no ENEM 1- O benzeno é um hidrocarboneto aromático presente no petróleo, no carvão e em condensados de gás natural. Seus metabólitos são altamente tóxicos e se depositam na medula óssea e nos tecidos gordurosos. O limite de exposição pode causar anemia, câncer (leucemia) e distúrbios do comportamento. Em termos de reatividade química, quando um eletrófilo se liga ao benzeno, ocorre a formação de um intermediário, o carbocátion. Por fim, ocorre a adição ou substituição eletrofílica. Disponível em: Acesso em: 1 mar (adaptado). A partir desses dados, pode-se concluir que a lei de velocidade assume a forma A) V = k [quinina] 2 B) V = k [quinina] 2 / [ácido] C) V = k 2 [quinina] 2 D) V = k [quinina] [ácido] 2 E) V = k [ácido] 2 / [quinina] Com base no texto e no gráfico do progresso da reação apresentada, as estruturas químicas encontradas em I, II e III são, respectivamente: Gabarito 1- b 2- c 3- d 4- b

46 45 popular. O aumento da velocidade de reação de combustão da palha quando comparada à combustão do tronco deve-se a) à formação de produtos diferentes de reação. b) à diferente composição da celulose nas células vegetais. c) ao maior conteúdo de água na palha. d) à presença de substâncias voláteis na palha. e) à maior superfície de contato entre os reagentes (celulose e oxigênio). 2- A energia envolvida nos processos industriais é um dos fatores determinantes da produção de um produto. O estudo da velocidade e da energia envolvida nas reações é de fundamental importância para a otimização das condições de processos químicos, pois alternativas como a alta pressurização de reagentes gasosos, a elevação de temperatura, ou ainda o uso de catalisadores podem tornar economicamente viável determinados processos, colocando produtos competitivos no mercado. O estudo da reação reversível: A + B C + D, revelou que ela ocorre em uma única etapa. A variação de entalpia da reação direta é de 25 kj. A energia de ativação da reação inversa é + 80 kj. Então, a energia de ativação da reação direta é igual a a) 80 kj. b) 55 kj. c) + 55 kj. d) + 80 kj. e) kj 3- A sabedoria popular diz que o fogo de palha queima rápido. Quando se compara a queima de um tronco de árvore com a da palha derivada de um vegetal nota-se a veracidade desse dito 4- No dia 25 de outubro de 1988, uma emissora de rádio transmitiu a seguinte notícia: Em Santos SP, ocorreu grande incêndio em uma indústria de torrefação e moagem de café. Todos os estoques foram destruídos. Independentemente da causa do incêndio, sua rápida propagação foi favorecida: I. pelo aumento de temperatura local que se estabeleceu com o início do incêndio; II. pelo grau de subdivisão em que se encontrava o café; III. pelo elevado grau de umidade do ar, geralmente verificado em cidades litorâneas. Dessas afirmações, apenas: A - I é correta; B - II é correta; C - III é correta; D - I e II são corretas; E - I e III são corretas. 5- As reações de combustão do carvão, da madeira, do fósforo, do álcool, da gasolina, enfim, das substâncias combustíveis de modo geral, são espontâneas. No entanto, apesar de estarem em contato com o oxigênio do ar e de se queimarem com alta velocidade, nenhuma delas se extinguiu da natureza por combustão. Qual a melhor explicação para esse fato? a)ocorrer influencia de catalisadores negativos de reação

47 46 b)serem as referidas reações endotérmicas c) serem as referidas reações Exotérmicas. d)haver necessidade de fornecer energia de ativação para que as reações ocorram e)ocorre influência da baixa concentração de anidrido carbônico, dificultando as reações. 6- Yves Chauvin, ganhador do prêmio Nobel de química de 2005 contribuiu intensamente para a área da catálise. (...) Entre os processos por ele estudados estão o de produção de olefinas e a catálise homogênea, que permitiu a realização de reações bastante seletivas e a substituição de catalisadores prejudiciais ao meio ambiente. Ciência Hoje, 2005 Os catalisadores são substâncias que a) diminuem a velocidade da reação, ao aumentarem a energia de ativação do sistema. b) aceleram a velocidade da reação química, ao reagirem com os reagentes da reação. c) diminuem a velocidade da reação química, ao anularem a energia de ativação da reação. d) estão sempre no mesmo estado físico das substâncias participantes da reação. e) aceleram a velocidade da reação química, ao diminuir a energia de ativação do sistema. 7- A indústria petroquímica é comumente dividida em três segmentos: as empresas de primeira, de segunda e de terceira geração. As empresas de primeira geração são produtoras de petroquímicos básicos denominados commodities. Nessas empresas, o esforço tecnológico atual é fortemente voltado para o aumento de eficiência de processo, tanto para aumento de produtividade como para melhoria no grau de pureza do produto, através, principalmente, do desenvolvimento de melhores catalisadores e do controle de processo. Referente a atuação de um catalisador em um processo químico, afirma-se que o catalisador: I. diminui a energia de ativação da reação; II. aumenta a velocidade da reação; III. desloca o equilíbrio da reação favorecendo a formação do produto; IV. torna o processo exotérmico. Dessas afirmativas, são corretas aquelas citadas apenas em a) I e II. b)i, III e IV. c) I e IV. d)ii e III. e) II e IV. 8- A conservação de alimentos pode ser feita de diferentes modos: pelo uso de um meio fortemente salgado, capaz de promover a desidratação dos microorganismos, como na carne seca; pela utilização de conservantes, como o benzoato de sódio, que reduzem a velocidade de oxidação e decomposição; ou pela diminuição da temperatura, reduzindo a velocidade da reação, uma vez que o aumento de 10 C aproximadamente duplica a velocidade da reação. Supondo apenas o efeito da temperatura e considerando que, à temperatura ambiente (25 C), a validade de um alimento é de 4 dias, sobre a sua durabilidade, quando conservado em geladeira a 5 C, é correto afirmar: a) A velocidade de decomposição seria reduzida em aproximadamente um quarto. b) A velocidade de decomposição seria reduzida pela metade. c) O alimento teria um prazo de validade indeterminado. d) A durabilidade deste alimento é imprevisível. e) O alimento se deteriorará em uma semana.

48 47 9- Foram realizados quatro experimentos. Cada um deles consistiu na adição de solução aquosa de ácido sulfúrico de concentração 1 mol/l a certa massa de ferro. A 25 C e 1 atm, mediramse os volumes de hidrogênio desprendido em função do tempo. No final de cada experimento, sempre sobrou ferro que não reagiu. A tabela mostra o tipo de ferro usado em cada experimento, a temperatura e o volume da solução de ácido sulfúrico usado. O gráfico mostra os resultados. 7- a 8- a 9- e Experimento Material Temperatur a ( C) Volume da solução de H 2 SO 4 (ml) A Pregos B Limalha C Limalha D limalha As curvas de 1 a 4 correspondem, respectivamente, aos experimentos: A) D C A B B) D C B A C) B A C D D) C D A B E) C D B A Gabarito 1- a 2- c 3- e 4- d 5- d 6- e

49 48 Capítulo 5- Equilíbrios químicos Equilíbrio químico é a situação na qual as concentrações dos componentes da reação não se alteram, pois as reações direta e inversa estão acontecendo com velocidades iguais. 1- Reversibilidade das reações Da mesma forma que as mudanças de fase, as reações químicas tendem a um equilíbrio no qual a reação direta e a inversa ainda estão ocorrendo, mas na mesma velocidade. Considerando o equilíbrio: Figura 1: Gráfico de velocidade x tempo de reação Disponível em: Acesso em: 24 mai Grau de equilíbrio Indica a relação entre o número de mols de moléculas que reagem até atingir o equilíbrio e o número de mols inicial da mesma substância. N 2(g) + 3H 2(g) 2NH 3(g) A velocidade da reação direta N 2(g) + 3H 2(g) 2NH 3(g) é dada por: v 1 = k 1 [N 2 ][H 2 ] 3 Essa velocidade é máxima no início da reação, e depois diminui com o tempo, pois N 2 e H 2 vão sendo consumidos. A velocidade da reação inversa 2NH 3(g) N 2(g) + 3H 2(g) é dada por: v 2 = k 2 [NH 3 ] 2 Essa velocidade é nula no início da reação e depois aumenta com o tempo, à proporção que NH 3 vai sendo formado. Após certo tempo as duas velocidades se igualam e dizemos que foi atingido o equilíbrio químico. Exemplo: Consideramos a reação x y + z, em que, no início, encontramos 2,00 mols de x e no equilíbrio são encontrados 0,80 mols de x sem reagir. O grau de equilíbrio fica? Obs.: Quanto maior for o grau de equilíbrio, mais terá caminhado a reação até chegar ao equilíbrio, ou seja, maior o rendimento da reação. 3- Constante de equilíbrio No equilíbrio temos v1 = v2. No caso da reação de formação da amônia: k 1 [N 2 ][H 2 ] 3 = k 2 [NH 3 ] 2 Kc é chamado constante de equilíbrio em termos de concentrações molares. A constante é o valor que relaciona as concentrações dos produtos e dos reagentes no momento em que ocorre o equilíbrio. Generalizando: aa + bb +... cc + dd +...

50 49 Quando Kc > 1 a concentração dos produtos é maior que a dos reagentes, ou seja, a reação direta prevalece sobre a inversa. E quanto maior for esse Kc, maior será a extensão da ocorrência da reação direta. Quando Kc < 1 a concentração dos reagentes é maior que a dos produtos, ou seja, a reação inversa prevalece sobre a direta. E quanto menor for esse Kc, maior será a extensão da ocorrência da reação inversa. Para sistemas gasosos em equilíbrio químico, podemos trabalhar com a constante de equilíbrio em termos de pressões parciais (Kp): Pode-se inclusive demonstrar que existe a relação: Kp = Kc (RT) Δn onde R = constante universal dos gases, T = temperatura (K), Δn = (número total de moléculas produzidas) (número total de moléculas reagentes). Obs.: Uma reação é mais favorecida (mais espontânea), a uma certa temperatura, quanto maior for o valor da sua constante de equilíbrio, nessa temperatura. 4- Princípio de Le Chatelier 4.1- Deslocamento de equilíbrio A perturbação do equilíbrio é toda e qualquer alteração da velocidade da reação direta ou da inversa, provocando modificações nas concentrações das substâncias e levando o sistema a um novo estado de equilíbrio, ou seja provoca deslocamento do equilíbrio. O princípio geral que trata dos deslocamentos dos estados de equilíbrio é chamado Princípio de Le Chatelier, cujo enunciado diz: Quando uma perturbação exterior é aplicada a um sistema em equilíbrio ele tende a si reajustar para minimizar os efeitos desta perturbação. A seguir vamos analisar a influência de cada um dos fatores que podem afetar o equilíbrio Concentração Adicionar ou retirar uma substância presente em um sistema em equilíbrio significa alterar sua concentração, o que altera o estado de equilíbrio de um sistema. A adição de uma substância desloca o equilíbrio no sentido que irá consumi-la. Podemos dizer então, que o equilíbrio é deslocado para o lado oposto ao da substância adicionada. A retirada de uma substância desloca o equilíbrio no sentido que irá restituí-la. Isto é, para o mesmo lado da substância que foi retirada. Exemplo: Considere o equilíbrio 4NH 3(g) + 3O 2(g) 2N 2(g) + 6H 2 O (g) Preveja o efeito sobre o equilíbrio quando há (a) adição de N2 e (b) remoção de NH Pressão Quando aumentamos a pressão sobre um sistema em equilíbrio, à temperatura constante, ele se desloca no sentido em que há redução do número de moléculas em fase gasosa (menor volume). Uma diminuição de pressão desloca o equilíbrio no sentido em que há aumento do

51 50 número de moléculas em fase gasosa (maior volume). Exemplo: Preveja o efeito da compressão sobre o equilíbrio na reação Temperatura Além de provocar deslocamento do equilíbrio, a temperatura é o único fator que altera a constante de equilíbrio. Quando aumentamos a temperatura de um sistema em equilíbrio, favorecemos a reação que absorve calor, a reação endotérmica. Por outro lado, quando diminuímos a temperatura, favorecemos a reação exotérmica, que libera calor Equilíbrio iônico ácidobase De acordo coma teoria de Brϕnsted- Lowry, um ácido é um doador de prótons (H + ) e uma base é um receptor de prótons(h + ). Exemplos: As expressões das constantes de ionização são representadas por Ka para ácidos, e Kb para bases. Exemplo: Preveja como a composição de trióxido de enxofre, no equilíbrio abaixo, tenderá a mudar com o aumento da temperatura. 2SO 2(g) + O 2(g) 2SO 3(g) H 0 f = -197,78 kj/mol Catalisadores Um catalisador pode acelerar a velocidade na qual uma reação atinge o equilíbrio, mas não afeta o próprio estado de equilíbrio, ou seja, não altera o rendimento obtido no processo (que é representado pelo grau de equilíbrio) nem o valor das constantes de equilíbrio. 5- Equilíbrio iônico É o caso particular de equilíbrio no qual, além de moléculas, estão presentes íons. Aqui também serão definidos um α e um K que agora recebem nomes particulares: grau de ionização e constante de ionização respectivamente. Quanto maior a concentração de íons, maior será o valor das constantes de ionização e mais forte será o ácido ou a base. As constantes de acidez e basicidade são comumente indicadas pelos seus logaritmos negativos: Quanto maior o valor de pka e pkb menor serão os valores de Ka e Kb, e portanto mais fraco é o ácido ou a base O efeito do íon comum A adição de um íon comum desloca o equilíbrio de ionização de um ácido. A constante de ionização do ácido não se altera, pois depende apenas da temperatura, a concentração de íons H + diminui e o grau de ionização do ácido diminui. Os efeitos para as bases são análogos. Logo, a adição de um íon comum diminui o grau de ionização de um ácido ou base em solução.

52 51 equação: 5.3- Equilíbrio iônico da água A água pura se ioniza segundo a por: H 2 O (l) H + (aq) + OH - (aq) E sua constante de ionização é expressa onde Kw é chamado produto iônico da água. Medidas experimentais mostram que, a 25 C, K w vale aproximadamente Os conceitos de ph e poh Para evitar o uso de expressões matemáticas com expoentes negativos, o químico Sörensen propôs as seguintes definições: ph: potencial hidrogeniônico, expressa a acidez em termos da concentração [H + ]; Figura 2: Escala de ph Disponível em: 89&evento=4. Acesso em 24 mai Indicadores de ph Normalmente, a medida do ph pode ser feita com aparelhos eletrônicos ou com auxílio dos chamado indicadores ácido-base. Indicadores ácido-base são substâncias, geralmente ácidos ou bases fracas, que mudam de cor, dependendo do meio estar ácido ou básico. Esta mudança de cor é decorrência do deslocamento do equilíbrio químico. Tomemos, por exemplo, o indicador ácido-base genérico HIn: poh: potencial hidroxiliônico, expressa a bacisidade em termos da concentração [OH - ] Podemos relacionar o ph e o poh: ph + poh = 14 Concluímos então, que em uma solução: Se adicionarmos ao equilíbrio um ácido qualquer, haverá um aumento na concentração de íons H +, o que provoca um deslocamento para a esquerda, fazendo com que a solução se torne amarela. No entanto, se adicionarmos uma base, há uma diminuição dos íons H + (que são captados pelo OH - da base formando água) e, portanto, o equilíbrio se desloca para a direita, tornando a solução vermelha. Escala de ph: 6- Hidrólise de sais Chamamos hidrólise salina a reação entre um sal e a água produzindo o ácido e a base correspondentes. A hidrólise do sal é, portanto, a reação inversa da neutralização.

53 52 É importante saber que: quem sofre hidrólise não é o sal todo, mas apenas o íon correspondente ao ácido ou à base fracos; o íon que hidrolisa liberta da água o íon de carga elétrica de mesmo sinal (H + ou OH - ); a liberação de H + ou OH - vai mudar o ph da solução. Resumindo Tabela 1: Tipo de sal e caráter do sal Para um sal de ácido e base fracos: 7- Produto de solubilidade Em qualquer solução aquosa saturada de sal ou base pouco solúvel, o produto das concentrações dos íons cada um elevado a um expoente igual a seu coeficiente na equação devidamente balanceada é uma constante representada por Kps. Quanto menor o Kps menor a solubilidade da substância em questão e vice-versa. Leitura complementar Disponível em: Acesso em: 24 de mai Constante de hidrólise Devemos fazer duas ressalvas quanto à constante de hidrólise: considerar sempre a equação iônica de hidrólise e simplificar a fórmula de K, admitindo que a concentração da água já está anexada ao valor de K por ser praticamente constante Relação entre constante de hidrólise e Ka e Kb Para um sal de ácido forte e base fraca: Para um sal de ácido fraco e base forte: Desconforto à altitude e deslocamento de equilíbrio No sangue, as moléculas de hemoglobina e de gás oxigênio dissolvido estão em equilíbrio com a oxiemoglobina (hemoglobina combinada com oxigênio). Essa última é responsável pela oxigenação do organismo, essencial à vida. O equilíbrio pode ser representado por: Hemoglobina + oxigênio oxiemoglobina Nas localidades de maior altitude há uma menor concentração de oxigênio no ar e, consequentemente, o equilíbrio mencionado é deslocado para a esquerda. Isso reduz a quantidade de oxiemoglobina presente no sangue, acarretando dores de cabeça, náuseas e fadiga intensa. Após algum tempo de permanência no local de maior altitude, o organismo começa a se aclimatar, produzindo mais hemoglobina. Isso desloca o equilíbrio para a direita, aumentando a concentração de oxiemoglobina no sangue.

54 53 Escaladas a locais muito altos exigem que os alpinistas passem semanas se aclimatando, a fim de atenuarem os desconfortos produzidos pela altitude. PERUZZO, F.M.; CANTO, E.L.: Química na abordagem do cotidiano. 4 a edição. São Paulo: Moderna, Volume 2. Exercícios de fixação 1- Na tabela abaixo estão mostrados os dados referentes à reação química. 3- Os gases CO 2, H 2 reagem entre si formando CO e H 2 O segundo o equilíbrio: CO 2(g) + H 2(g) CO (g) + H 2 O (g) Foram realizados dois experimentos envolvendo esses gases em um recipiente fechado e, depois de atingido o equilíbrio, determinou-se a concentração de cada gás. A tabela abaixo resume os dados experimentais. Os valores de X, Y e Z são, respectivamente: a) 0,40; 0,40 e 0,60 b) 0,80; 0,50 e 0,60 c) 0,80; 0,40 e 0,50 d) 0,40; 0,25 e 0,30 e) 0,60; 0,30 e 0,60 2- Observe o gráfico abaixo, relativo ao estabelecimento do equilíbrio de uma reação, a 298K, do tipo: A análise desses dados permite afirmar que a) a reação entre CO 2 e H 2 é um processo endotérmico. b) a reação entre CO 2 e H 2 apresenta Kc igual a 12,5 a 400 C. c) a reação entre CO 2 e H 2 apresenta Kc igual a 2,5 a 600 C. d) o Kc da reação entre CO 2 e H 2 independe da temperatura. e) o Kc da reação entre CO 2 e H 2 depende do catalisador utilizado no sistema. 4- Uma das etapas de fabricação do ácido sulfúrico e a conversão de SO 2 a SO 3, numa reação exotérmica, que ocorre segundo a equação abaixo: O valor de constante de equilíbrio (Kc) para essa reação, a 298K, é: a) 3 b) 6 c) 12 d) 24 Em relação ao equilíbrio dessa reação, é CORRETO afirmar que: a) o aumento da temperatura favorece a formação de SO 2. b) o aumento da pressão, mantida a temperatura constante, favorece a formação de SO 2. c) o aumento da velocidade de produção de SO 3 aumenta sua concentração no equilíbrio. d) o uso de um catalisador aumenta a concentração de SO 3 no equilíbrio. 5- No equilíbrio

55 54 N 2 O 3(g) NO (g) + NO 2(g), ΔH = + 39,7 KJ indique o sentido do deslocamento quando ocorrer. I. Adição de N 2 O 3(g). II. Aumento da temperatura do sistema. III. Aumento da pressão no sistema. a) I direita, II esquerda, III esquerda. b) I esquerda, II direita, III esquerda. c) I esquerda, II direita, III esquerda. d) I direita, II direita, III esquerda. e) Em nenhum dos casos haverá deslocamento. 6- O gás incolor N 2 O 4, em presença de calor, decompõe-se em dióxido de nitrogênio gasoso que possui coloração castanha. Em uma experiência de laboratório, o gás N 2 O 4 foi colocado em um cilindro transparente fechado à temperatura ambiente, e esperou-se que o sistema atingisse o equilíbrio. Para que seja observado aumento da coloração castanha nesse sistema, é necessário: a) colocar o cilindro em um banho de gelo. b) adicionar um gás inerte no cilindro. c) adicionar um catalisador. d) diminuir o volume do cilindro. e) diminuir a pressão dentro do cilindro. c) A água de mar é mais ácida do que a água de torneira. d) O leite tipo C é o mais indicado para corrigir a acidez estomacal. e) O suco de laranja é mais ácido do que o refrigerante. 8- Sabe-se que o ph de uma solução de ácido clorídrico 0,1 mol/l é igual a 1,0. O que é possível dizer sobre o ph de uma solução de ácido acético, um ácido fraco, na mesma concentração? Considere volumes iguais das soluções. a) Os valores de ph são iguais. b) O ph da solução de ácido acético é maior do que o da solução de ácido clorídrico, porque libera uma concentração maior de íons H +. c) O ph da solução de ácido acético é menor do que o da solução de ácido clorídrico, porque libera uma concentração menor de íons H +. d) O ph da solução de ácido acético é maior do que o da solução de ácido clorídrico, porque libera uma concentração menor de íons H +. e) O ph da solução de ácido acético é menor do que o da solução de ácido clorídrico, porque libera uma concentração maior de íons H Alguns animais aquáticos apresentam limites de resistência em relação ao ph da água onde habitam. Por exemplo, a faixa de ph de sobrevivência de camarões é 5,5-5,8 e a dos caramujos é 7,0-7,5. Considere as concentrações de H + nas soluções A, B e C apresentadas na tabela a seguir Com base nos dados da tabela, é correto afirmar: a) O refrigerante apresenta a menor concentração íons H +. b) O leite tipo C e a lágrima apresentam concentração de hidroxila igual a mol/l. Sobre a sobrevivência desses animais nessas soluções, é CORRETO afirmar que: a) somente os camarões sobreviveriam na solução A.

56 55 b) os camarões sobreviveriam na solução B. c) os caramujos sobreviveriam na solução C. d) somente os caramujos sobreviveriam na solução A. e) ambos os animais sobreviveriam em qualquer das três soluções A, B ou C. 10- Considere a seguinte tabela: água de chuva e água do mar são, respectivamente: Dado: se necessário use log 2,5 = 0,4 a) amarelo, amarelo, amarelo. b) amarelo, amarelo, azul. c) amarelo, azul, azul. d) azul, azul, amarelo. e) azul, azul, azul. 12- A solubilidade do cloreto de prata é muito pequena e pode ser representada por Para saber o ph de uma solução adicionou-se a quatro tubos de ensaio contendo uma pequena quantidade da solução em cada um, algumas gotas de indicadores, anotando a cor resultante na solução. Pode-se afirmar, em relação ao ph da referida solução, que a) é menor que 3,0 b) está entre 3,3 e 4,2 c) está entre 4,6 e 6,0 d) está entre 6,0 e 7,0 e) é igual a 7,0 Considere que 10 ml de solução de nitrato de prata, de concentração igual a 1,0 mol.l -1, são diluídos até o volume de 1,0 L, com água de torneira, a qual, devido aos processos de tratamento, contém íons cloreto (suponha a concentração destes íons igual a 3,55x10-4 g L -1 ). Dado: massa molar do cloro = 35,5 g Com relação ao texto anterior, é correto afirmar: a) A constante Kps do cloreto de prata é dada pela expressão [Ag + ] + [Cl - ] = 1,7 x mol L -1. b) Após a diluição da solução de nitrato de prata, a expressão [Ag + ] = [Cl - ] = 1,7 x 10-5 mol L -1 é verdadeira. c) A concentração dos íons cloreto na solução diluída é maior que 1,0x10-5 mol L -1. d) Após a diluição da solução de nitrato de prata, as concentrações dos íons prata e dos íons e) Durante a diluição deve ocorrer precipitação de cloreto de prata. 11- O indicador azul de bromotimol fica amarelo em soluções aquosas de concentração hidrogeniônica maior do que 1, mol/l e em soluções de concentração hidrogeniônica menor do que 2, mol/l. Considere as três soluções seguintes, cujos valores do ph são dados entre parênteses: suco de tomate (4,8); água da chuva (5,6); água do mar (8,2). As cores apresentadas pelas soluções suco de tomate, 13- Se adicionarmos um pouco de cloreto de cálcio, CaCl 2, a uma solução saturada de hidróxido de cálcio, Ca(OH) 2, podemos afirmar que: 1. ocorrerá um aumento do ph dessa solução. 2. ocorrerá uma diminuição do ph dessa solução. 3. não ocorrerá alteração do ph. 4. ocorrerá precipitação de Ca(OH) 2. Está(ao) correta(s) apenas a(s) alternativa(s):

57 56 a) 3 e 4 b) 1 c) 2 d) 3 e) 2 e A tabela mostra as concentrações, em mol/l, do sistema em equilíbrio representado pela equação PCl 5(g) PCl 3(g) + Cl 2(g), que foram obtidas, experimentalmente, a 297k. Calcule o valor aproximado de Kp para essa reação. Expresse o resultado indicando 50% do valor de Kp. 15- Substâncias ácidas e básicas estão presentes no nosso cotidiano e podem ser encontradas em diversos produtos naturais ou comerciais. Alguns exemplos são amoníaco (básico), limão (ácido) e vinagre (ácido). Sobre esses produtos, responda ao que se pede. a) O vinagre é uma solução aquosa de ácido acético em concentrações que podem variar de 4 a 6%. Em soluções aquosas, existe o seguinte equilíbrio químico: Qual substância você usaria (HCl ou NaOH) para aumentar a concentração de ácido acético nessa solução? Explique. b) Calcule o ph do vinagre, a 25ºC, sabendo-se que a concentração hidroxiliônica, [OH-], nesse produto, é 1,0 x mol/l. c) O hidróxido de amônio é uma base solúvel e fraca, que só existe em solução aquosa quando se faz borbulhar amônia em água. Escreva a expressão da constante de equilíbrio da reação de formação do hidróxido de amônio e calcule a massa do gás amônia necessária para produzir 2,06 g de hidróxido de amônio. Gabarito 1- b 2- c 3- a 4- a 5- d 6- e 7- b 8- d 9- d 10- c 11- b 12- e 13- e a) HCl b) 3 c) K = [NH4OH] / [NH3] ; m = 1,0g Pintou no ENEM 1- Os refrigerantes têm-se tornado cada vez mais o alvo de políticas públicas de saúde. Os de cola apresentam ácido-fosfórico, substância prejudicial à fixação de cálcio, o mineral que é o principal componente da matriz dos dentes. A cárie é um processo dinâmico de desequilíbrio do processo de desmineralização dentária, perda de minerais em razão da acidez. Sabe-se que o principal componente do esmalte do dente é um sal denominado hidroxiapatita. O refrigerante, pela presença da sacarose, faz decrescer o ph do biofilme (placa bacteriana), provocando a desmineralização do esmalte dentário. Os mecanismos de defesa salivar levam de 20 a 30 minutos para normalizar o nível do ph,

58 57 remineralizando o dente. A equação química seguinte representa esse processo: GROISMAN, S. Impacto do refrigerante nos dentes é avaliado sem tirálo da dieta. Disponível em: Acesso em: 1 maio 2010 (adaptado). Considerando que uma pessoa consuma refrigerantes diariamente, poderá ocorrer um processo de desmineralização dentária, devido ao aumento da concentração de A OH, que reage com os íons Ca 2+, deslocando o equilíbrio para a direita. B H +, que reage com as hidroxilas OH, deslocando o equilíbrio para a direita. C OH, que reage com os íons Ca 2+, deslocando o equilíbrio para a esquerda. D H +, que reage com as hidroxilas OH, deslocando o equilíbrio para a esquerda. E Ca 2+, que reage com as hidroxilas OH, deslocando o equilíbrio para a esquerda. 2- As misturas efervescentes, em pó ou em comprimidos são comuns para a administração de vitamina C ou de medicamentos para azia. Essa forma farmacêutica sólida foi desenvolvida para facilitar o transporte, aumentar a estabilidade de substâncias e, quando em solução, acelerar a absorção do fármaco pelo organismo. As matérias-primas que atuam na efervescência são, em geral, o ácido tartárico ou o ácido cítrico que reagem com um sal de caráter básico, como o bicarbonato de sódio (NaHCO 3 ), quando em contato com a água. A partir do contato da mistura efervescente com a água, ocorre uma série de reações químicas simultâneas: liberação de íons, formação de ácido e liberação de gás carbônico gerando a efervescência. As equações a seguir representam as etapas da reação da mistura efervescente de água, em que foram omitidos os estados de agregação dos reagentes, e H 3 A representa o ácido cítrico. A ionização, a dissociação iônica, a formação de um ácido e a liberação de um gás ocorrem, respectivamente, nas seguintes etapas: a)iv,i,ii e III b)i, IV, III e II c) IV, III, I e II d) I, IV, II eiii e) IV, I, III e II 3- Uma dona de casa acidentalmente deixou cair na geladeira a água proveniente do degelo de um peixe, o que deixou um cheiro forte e desagradável dentro do eletrodoméstico. Sabe-se que o odor característico de peixe se deve às aminas e que esses compostos se comportam como bases. Na tabela são listadas as concentrações hidrogeniônicas de alguns materiais encontrados na cozinha, que a dona de casa pensa em utilizar na limpeza da geladeira. Dentre os materiais listados, quais são apropriados para amenizar esse odor? A Álcool ou sabão. B Suco de limão ou álcool. C Suco de limão ou vinagre. D Suco de limão, leite ou sabão. E Sabão ou carbonato de sódio/barrilha. 4- Sabões são sais de ácidos carboxílicos de cadeia longa utilizados com a finalidade de

59 58 facilitar, durante processos de lavagem, a remoção de substâncias de baixa solubilidade em água, por exemplo, óleos e gorduras. A figura a seguir representa a estrutura de uma molécula de sabão. Em solução, os ânions do sabão podem hidrolisar a água e, desse modo, formar o ácido carboxílico correspondente. Por exemplo, para o estearato de sódio, é estabelecido o seguinte equilíbrio: CH 3 (CH 2 ) 16 COO + H 2 O CH 3 (CH 2 ) 16 COOH + OH Uma vez que o ácido carboxílico formado é pouco solúvel em água e menos eficiente na remoção de gorduras, o ph do meio deve ser controlado de maneira a evitar que o equilíbrio acima seja deslocado para a direita. Com base nas informações do texto, é correto concluir que os sabões atuam de maneira A mais eficiente em ph básico. B mais eficiente em ph ácido. C mais eficiente em ph neutro. D eficiente em qualquer faixa de ph. E mais eficiente em ph ácido ou neutro. 5- A história da maioria dos municípios gaúchos coincide com a chegadados primeiros portugueses, alemães, italianos e de outros povos. No entanto,através dos vestígios materiais encontrados nas pesquisas arqueológicas, sabemos que outros povos, anteriores aos citados, protagonizaram a nossa história. Diante da relevância do contexto e da vontade de valorizar o nosso povo nativo, o índio, a Prova 1 selecionou a área temática CULTURA, construindo as questões com base na obra Os Primeiros Habitantes do Rio Grande do Sul (Custódio, L. A. B., organizador. Santa Cruz do Sul: EDUNISC; IPHAN,2004). Os habitantes do litoral pescavam, caçavam à beira das águas, faziam fogo, preparavam alimentos integrados por peixes, aves, animais terrestres e aquáticos, preocupando-se também com a aparência, ao enfeitar-se com adornos. Nos sambaquis, elevações formadas por acúmulo de alimentos, compostos predominantemente de conchas e moluscos, o composto químico predominante é o carbonato de cálcio. O gráfico que representa a reação de decomposição do carbonato de cálcio, desde o início da decomposição até atingir o equilíbrio, é 6- A hidroxiapatita, Ca 5 (PO 4 ) 3 OH (s), um dos principais componentes dos dentes, participa do sistema em equilíbrio representado pela equação Ca 5 (PO 4 ) 3 OH (s) 5Ca 2+ (aq) + 3PO 4(aq) + OH (aq) Na formação das cáries dentárias, ocorre a desmineralização correspondente ao deslocamento do equilíbrio para a direita. A fluoretação dos dentes ajuda na prevenção das cáries, porque favorece a formação de outro mineral, a fluoroapatita, Ca 5 (PO 4 ) 3 F (s), que é mais duro e menos solúvel que a hidroxiapatita: 5Ca 2+ (aq) + 3PO 4-3(aq) + F (aq) Ca 5 (PO 4 ) 3 F (s) Com relação a esses processos, é INCORRETO afirmar que A) a desmineralização da hidroxiapatita é dificultada por uma dieta rica em íons cálcio. B) a desmineralização da hidroxiapatita é favorecida por ácidos.

60 59 C) a fluoretação desloca o primeiro equilíbrio para a esquerda. D) o ph da saliva influi na estabilidade da hidroxiapatita dos dentes. Gabarito 1- b 2- e 3- c 4- a 5- d 6- c

61 60 Capítulo 6- Eletroquímica A eletroquímica é o ramo da química que trabalha com o uso de reações químicas espontâneas para produzir eletricidade, e com o uso da eletricidade para forçar as reações químicas não-espontâneas acontecerem. Prata +1 Alumínio +3 Hidrogênio: maioria dos compostos Nox = +1; hidretos metálicos Nox = -1; Oxigênio: maioria dos compostos Nox = - 2; peróxidos Nox = -1; com flúor Nox = Oxirredução As reações estudadas nesse capítulo são particularmente reações de oxirredução. A chave para escrever e balancear equações de reações redox é considerar os processos de redução e oxidação separadamente. Demonstramos então as semireações de ambos os processos. Primeiramente vamos definir o que é oxidação e o que é redução. Oxidação é a perda de elétrons por uma espécie química (aumento do Nox); e a redução é o ganho de elétrons por uma espécie química (diminuição do Nox). Nox ou número de oxidação é um número que está associado aos átomos de um determinado elemento, presente em uma substância, que está relacionado à carga elétrica que esses átomos apresentam nessa substância Regras práticas para a determinação do Nox Substâncias simples: Nox = zero; Íons monoatômicos: Nox = própria carga dos íons; Molécula ou fórmula: somatório do Nox = zero; Elementos com Nox fixo: Tabela 1: Principais espécies química e seus Nox Nox Metais alcalinos +1 Metais alcalino-terrosos +2 Zinco Definição de reação oxirredução Quando um ou mais elementos sofrem variações nos seus números de oxidação no transcorrer de uma reação química, dizemos que é uma reação de oxirredução. Zn (s) + 2H + (aq) H 2(g) + Zn +2 (aq) 1.3- Agente oxidante e agente redutor Agente oxidante é a espécie química que faz com que algum elemento presente nos reagentes sofra oxidação. Logo, ele recebe os elétrons do elemento que oxidou e sofre a redução. Agente redutor é a espécie química que faz com que algum elemento presente nos reagentes sofra redução. Logo, ele doa os elétrons para o elemento que reduziu e sofre a oxidação. 2- Pilhas As pilhas, conhecidas também por células galvânicas, são dispositivos nos quais uma reação química espontânea é usada para gerar uma corrente elétrica. Uma pilha consiste de dois eletrodos, ou condutores metálicos, e um ou dois eletrólitos, um meio condutor iônico. Uma das células galvânicas cujo funcionamento é mais simples de entender é a pilha de Daniell baseada na reação:

62 61 Zn (s) + CuSO 4(aq) ZnSO 4(aq) + Cu (s) convertidos em Cu como mostra a semirreação de redução: Cu +2 (aq) + 2e - Cu (s) Dizemos então que o eletrodo de cobre é o pólo positivo ou cátodo. A soma das duas semirreações de oxidação e de redução nos fornece a equação geral da pilha: Zn (s) Zn +2 (aq) + 2e - Cu +2 (aq) + 2e - Cu (s) Zn (s) + Cu +2 (aq) Zn +2 (aq) + Cu (s) Figura 1: Esquema de uma pilha de Danniel Disponível em: Acesso em : 25 de mai Os átomos de Zn são convertidos em Zn2+ em um dos compartimentos, liberando elétrons para o circuito externo, como mostra a semirreação de oxidação: Zn (s) Zn +2 (aq) + 2e - As duas soluções eletrolíticas são ligadas através de uma ponte salina fechando o circuito interno. Essa ponte nada mais é que um tudo contendo uma solução de um sal que não interfere no processo, KCl por exemplo. Ela impede o acúmulo de cargas elétricas nas soluções eletrolíticas permitindo a migração dos íons de uma semicélula à outra. Após um tempo de funcionamento da pilha notamos no ânodo a corrosão da chapa de zinco e o aumento da concentração de íons Zn 2+ na solução. No cátodo observa-se deposição de cobre metálico e uma diminuição da concentração de íons Cu 2+ na solução. A União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) propôs uma maneira esquemática para representar uma cela galvânica que permite descrever de modo rápido e simples esse tipo de dispositivo. Para a pilha de Daniell: Dizemos então, que o eletrodo de zinco é o pólo negativo ou ânodo. Os elétrons transferidos do Zn passam através do circuito externo até o outro compartimento, onde os íons Cu2+ são Zn(s) Zn +2 (aq) Cu +2 (aq) Cu(s) 2.1- Potencial do eletrodo O potencial de oxidação (Eoxi) de um eletrodo indica sua tendência a sofrer oxidação, ou seja, a liberar elétrons. Já o potencial de

63 62 redução (Ered), indica a tendência do eletrodo a ganhar elétrons sofrendo redução. Devido a influencia da temperatura e da concentração no potencial de eletrodo, convencionou-se que sua medida fosse realizada a 25 C, em solução 1mol/L e à pressão de 1atm. Desse modo, tem-se o potencial padrão do eletrodo (E ). Um voltímetro é um aparelho que fornece as diferenças de potencial elétrico entre os pólos de uma pilha (ΔE). Para determinar os Eoxi e Ered das diversas espécies, foi escolhido como padrão o eletrodo de hidrogênio, ao qual foi atribuído o potencial de 0 volt. Confrontando todos os metais com o eletrodo padrão de hidrogênio, obtiveram- se seus E organizando-os numa tabela Diferença de potencial da pilha e sua espontaneidade A diferença de potencial padrão de uma pilha corresponde à diferença entre os potenciais de redução ou de oxidação das espécies envolvidas: ΔE = E catodo E anodo Para a pilha de Daniell: Zn 2+ (aq) + 2e - Zn (s) E = -0,76V Cu 2+ (aq) + 2e - Cu (s) E = +0,34V ΔE = 0,34V (-0,76V) = +1,10V O valor positivo de ΔE indica que a reação ocorre espontaneamente no sentido indicado pela equação. Valores negativos de ΔE indicam que a reação não é espontânea no sentido indicado pela equação, ocorrendo espontaneamente a reação inversa. Como as reações que ocorrem em uma pilha são espontâneas, o valor de ΔE sempre será positivo Pilhas e baterias comerciais Pilha seca ou pilha de Leclanché São as pilhas utilizadas em rádios, lanternas, brinquedos etc. Constituídas por um invólucro de zinco (ânodo); um bastão de grafite revestido de uma mistura de carvão em pó e dióxido de manganês (cátodo) e uma pasta úmida de cloreto de amônio, cloreto de zinco e água (eletrólito). Figura 2: Tabela de potenciais de redução e oxidação Disponível em : Acesso em 25 mai

64 63 desempenho superior; a vida média é de cinco a oito vezes maiores; podem ser armazenadas por mais tempo sem sofrerem uma autodescarga tão intensa como as pilhas secas. Figura 3: Figura esquemática de uma pilha seca Disponível em: Acesso em: 25 mai Bateria de automóvel É uma associação de pilhas ligadas em série. A bateria de 12 V consiste na associação de seis pilhas cada uma fornecendo 2 V. do ânodo é: Quando está funcionando, a semirreação Zn (s) Zn +2 (aq) + 2e - A semirreação catódica é: 2MnO 2(s) + H 2 O (l) + 2e - Mn 2 O 3(s) + 2OH - (aq) Imediatamente seguida por: NH 4 +(aq) + OH - (aq) NH 3(g) + H 2 O (l) A amônia gasosa formada ao redor do bastão de grafite age como uma camada isolante, o que acarreta uma redução drástica de voltagem. A pilha cessa seu funcionamento quando o MnO 2 for totalmente consumido Pilhas alcalinas São semelhantes às pilhas secas. A diferença é que a mistura eletrolítica contem um eletrólito alcalino, geralmente hidróxido de potássio, no lugar do cloreto de amônio. A pilha alcalina também traz algumas vantagens frente à pilha seca: não se forma a camada isolante de amônia ao redor do cátodo de grafite, então, sua voltagem não cai violentamente; a força eletromotriz de uma pilha alcalina é 1,55 V, ou seja, oferece um Figura 4: Figura esquemática de uma bateria de automóvel Disponível em: Acesso em 25 mai Cada pilha é formada por placas de chumbo (ânodo) e placas de óxido de chumbo IV (cátodo), mergulhadas em solução de ácido sulfúrico. 3- Eletrólise A eletrólise é um processo de forçar uma reação a ocorrer na direção não-espontânea pelo uso da corrente elétrica. Figura 5: Esquema de uma eletrólise Disponível em: Acesso em 25 mai

65 64 Os elétrons emergem da fonte e entram na célula eletrolítica pelo cátodo, agora pólo negativo, onde ocorre a redução. Os elétrons saem da célula eletrolítica pelo ânodo, pólo positivo, e entram novamente na fonte. Cátodo: 2Cl - (fundido) Cl 2(g) + 2e - E red = +1,36 V Ânodo: Mg +2 (fundido) + 2e - Mg (l) E red = -2,36 V 2Cl - (fundido) + Mg +2 (fundido) Cl 2(g) + Mg (l) ΔE = E catodo E anodo ΔE = -2,36V (1,36V) = -3,72V O fato de essa diferença de potencial ser negativa indica que a reação não é espontânea. Para que a reação ocorra deverá ser fornecido à célula eletrolítica um potencial de corrente elétrica com valor igual à ΔE. No exemplo acima o MgCl 2 está fundido,ou seja, no estado líquido, fazendo os íons Mg 2+ e Cl - terem mais liberdade de movimento. O processo eletrolítico descrito é denominado eletrólise ígnea por não existir água no sistema Eletrólise em solução aquosa É uma reação química provocada pela passagem de corrente elétrica através de uma solução aquosa de um eletrólito. Nesse tipo de eletrólise devemos considerar não só os íons provenientes da dissociação do sal, mas também os da ionização da água. Na eletrólise aquosa do cloreto de sódio: Figura 6: Ilustração da eletrólise aquosa do cloreto de sódio Disponível em: Acesso em 25 mai Íons presentes na dissociação do sal: NaCl (aq) Na + (aq) +Cl - (aq) Ionização da água: H 2 O H + (aq) + OH - (aq) Somente um dos cátions e um dos ânions sofre descarga nos eletrodos. O pólo negativo descarrega, em primeiro lugar, o cátion com maior potencial de redução. O pólo positivo descarrega, também em primeiro lugar, o ânion com maior potencial de oxidação. Simplificando: Figura 7: Fila de prioridade de descarga de cátions e ânions

66 65 Disponível em: Acesso em 25 mai Problemas causados por obturações dentárias No caso da eletrólise em meio aquoso do NaCl, o íon H + será reduzido e o íon Cl - será oxidado. Os íons Na + e OH - continuam presentes na solução. A equação global do processo será: 3.2- Aspectos quantitativos Faraday descobriu que íons de um metal são depositados no estado sólido quando uma corrente elétrica circula através de uma solução iônica de um sal do metal. A massa, em gramas, do metal eletrolisado é diretamente proporcional à carga Q que o atravessa (m ~ Q, consequentemente m ~ i. Δt). Millikan determinou que a carga elétrica de um elétron é igual a 1, C e, como sabemos 1 mol de elétrons corresponde a 6, e - (Constante de Avagadro), a quantidade de carga transportada pela passagem de 1mol de elétrons é dada pelo produto entre esses dois valores: 1, C. 6, = 9, C Assim 9, C ou 96500C á a quantidade de carga transportada por 1 mol de elétrons e essa quantidade é denominada constante de Faraday (F). Exemplo: Na eletrólise de uma solução de AgNO 3, foi utilizada uma corrente de 20 A durante 9650 s. Calcule o número de mols de prata depositados no cátodo. Leitura complementar Na Odontologia, um material ainda bastante utilizado para obturar cáries dentais, ou seja, para preencher cavidades de dentes é o chamado amálgama dentário. Um amálgama dentário é constituído por uma mistura sólida na qual o mercúrio combinase com prata e estanho. Na realidade esse tipo de amálgama é constituído de três fases sólidas formadas pelas seguintes substâncias: Ag 2 Hg 3, Ag 3 Sn e Sn 8 Hg. Veja a seguir três das semi-reações que acontecem nesse preenchimento: 3Hg 2 +2(aq) + 4Ag (s) + 6e - 2Ag 2 Hg 3(s) 1Sn +2 (aq) + 3Ag (s) + 2e - 1Ag 3 Sn (s) 8Sn +2 (aq) + 1Hg (s) + 16e - 1Sn 8 Hg (s) Ao morder acidentalmente um pedaço de papel alumínio (usado para embalar balas ou caramelos), de forma que ele encoste numa obturação dental, a pessoa poderá sentir uma dor aguda momentânea. Essa dor surge porque foi criada no interior da boca uma pilha, tendo o alumínio como ânodo, a obturação como cátodo e a saliva como eletrólito. O contato entre o alumínio e a obturação fecha o circuito, ocasionando um pequeno fluxo de corrente entre os eletrodos. Essa corrente é detectada por um nervo sensível do dente provocando uma dor fina e desagradável. PERUZZO, F.M.; CANTO, E.L.:Química na abordagem do cotidiano. 4 a edição. São Paulo: Moderna, Volume 2. Exercícios de fixação 1- As pilhas fazem parte do nosso dia a dia e são fontes portáteis de energia, resultantes de reações químicas que ocorrem no seu interior. Para a montagem de uma pilha eletroquímica, é

67 66 necessário que dois eletrodos metálicos sejam mergulhados nas soluções de seus respectivos íons, conforme figura abaixo: A troca de elétrons se dá na superfície de um material poroso. Um esquema dessas pilhas, com o material poroso representado na cor cinza, é apresentado a seguir. A seguir, estão representadas algumas semirreações eletrolíticas e seus respectivos potenciais de redução. Considerando os dados fornecidos, assinale a alternativa INCORRETA: a) A força eletromotriz da pilha Ag Ag + Cu +2 Cu é +1,14 V. b) O fluxo de elétrons ocorre do polo negativo para o polo positivo. c) Apenas 2 pilhas podem ser montadas a partir desses metais. d) Para funcionar um relógio de 1,2 V, pode-se usar uma pilha com eletrodos de Fe e Ag. e) A ponte salina permite o fluxo de íons e completa o circuito elétrico. 2- As naves espaciais utilizam pilhas de combustível, alimentadas por oxigênio e hidrogênio, as quais, além de fornecerem a energia necessária para a operação das naves, produzem água, utilizada pelos tripulantes. Essas pilhas usam, como eletrólito, o KOH(aq), de modo que todas as reações ocorrem em meio alcalino. Escrevendo as equações das semirreações que ocorrem nessas pilhas de combustível, verifica-se que, nesse esquema, as setas com as letras a e b indicam, respectivamente, o sentido de movimento dos: a) íons OH - e dos elétrons. b) elétrons e dos íons OH -. c) íons K + e dos elétrons. d) elétrons e dos íons K Uma célula combustível é uma bateria que consome combustível e libera energia. Essas células são muito eficientes e pouco poluentes, entretanto, a produção desse tipo de célula ainda é muito cara. Considerando uma célula descrita pelas semirreações a seguir, assinale a alternativa CORRETA. a) O produto formado pela reação eletroquímica entre o H 2 e o O 2 é a água oxigenada. b) A diferença de potencial padrão (ΔE ) da célula combustível é de -1,23V. c) A reação global da célula combustível é 2H 2(g) + O 2(g) 2H 2 O (l). d) O gás hidrogênio é o agente oxidante da reação.

68 67 e) O processo envolve a transferência de 2 mols de elétrons entre redutor e oxidante. d) o íon MnO 4 - passa para a semicela (a) através da ponte. 4- Existem pilhas, constituídas de um eletrodo de lítio e outro de iodo, que são utilizadas em marcapassos cardíacos. Seu funcionamento baseia-se nas seguintes semi-reações: Li Li + (aq) + 1e - E = +3,04 V 2I - (aq) I 2(s) + 2e - E= -0,54 V Considerando esse tipo de pilha, assinale, no quadro a seguir, a alternativa correta. 5- Considere a célula eletroquímica abaixo. Os eletrodos imersos nas soluções são de platina, portanto são inertes e não participam da reação da célula, apenas transportam elétrons. No decorrer do funcionamento da célula, é CORRETO afirmar que: a) a acidez aumenta na semicela (b). b) os elétrons fluem da semicela (a) para a semicela (b). c) ocorre a redução do Fe 3+ na semicela (a). 6- A equação abaixo representa a reação química que ocorre em pilhas alcalinas que não são recarregáveis. Considere as afirmativas: I - O Zn é o agente redutor e, portanto, é oxidado no processo. II - O MnO 2 sofre redução para formar Mn 2 O 3. III - O KOH é o agente oxidante e a água é oxidada, originando íons OH -. IV - Essa pilha é chamada de alcalina, pois a reação ocorre em meio básico. V - A pilha alcalina é um dispositivo que produz corrente elétrica. Pode-se afirmar que: a) I, III, IV e V estão corretas. b) apenas a IV está correta. c) I, II, IV e V estão corretas. d) apenas a III está correta. e) todas estão corretas. 7- O propano e o oxigênio podem ser utilizados na obtenção de energia, sem que necessariamente tenham que se combinar em uma reação de combustão convencional. Esses gases podem ser tratados eletroquimicamente para produzir energia de forma limpa, barata e eficiente. Um dos dispositivos onde esse tratamento ocorre é conhecido como célula de combustível ou pilha de combustível e funciona como uma pilha convencional. A reação global de uma pilha de propano é: C 3 H 8(g) + 5O 2(g) 3CO 2(g) + 4H 2 O (l) Dadas as semirreações de redução e os seus potenciais: 3CO 2(g) + 20H + (aq) + 20e - E = 0,14V

69 68 O 2(g) + 4H + (aq) + 4e - 2H 2 O (l) E = 1,23V Pode-se afirmar que a voltagem, nas condições padrão, de uma pilha de propano é: a) -1,37V b) -1,09V c) 1,09V d) 1,37V e) 6,15V 8- A corrosão eletroquímica opera como uma pilha. Ocorre uma transferência de elétrons quando dois metais de diferentes potenciais são colocados em contato. O zinco ligado à tubulação de ferro, estando a tubulação enterrada por exemplo. Pode-se, de acordo com os potenciais de eletrodo, verificar que o anodo é o zinco, que logo sofre corrosão, enquanto o ferro, que funciona como cátodo, fica protegido. Dados: potenciais-padrão de redução em solução aquosa: Temperatura = 25ºC; pressão = 1 atm; concentração da solução no eletrodo = 1,0 M Assinale a equação global da pilha com a respectiva ddp da mesma: a) Fe e - Zn e - ΔE = + 0,232V b) Zn + Fe 2+ Zn 2+ + Fe ΔE = + 0,323V c) Fe 2+ + Zn Zn + Fe 2+ ΔE = 0,323V d) Fe + Zn Zn 2+ + Fe 2+ ΔE = + 0,323V anodo, e o estanho, como catodo, o que acelera a corrosão. Isso acontece porque: a) o Fe tem maior capacidade de ganhar elétrons. b) o Fe tem menor potencial de redução que o Sn. c) o Sn é um agente redutor. d) o Fe tem maior potencial de redução que o Sn. e) o Sn tem maior capacidade de doar elétrons. 10- Um método industrial utilizado para preparar sódio metálico é a eletrólise do cloreto de sódio puro fundido. Com relação à preparação do sódio metálico, é incorreto afirmar que: a) a formação de sódio metálico ocorre no eletrodo negativo. b) a eletrólise é uma reação espontânea. c) a quantidade em mol de cloro (Cl 2 ) formada é menor que a de sódio metálico. d) a quantidade de sódio metálico obtido é proporcional à carga elétrica utilizada. 11- Um estudante apresentou um experimento sobre eletrólise na feira de ciências de sua escola. O esquema do experimento foi representado pelo estudante em um cartaz como o reproduzido abaixo: 9- A corrosão eletroquímica opera como uma pilha. Ocorre uma transferência de elétrons, quando dois metais de diferentes potenciais são colocados em contato. Considere uma lata de aço revestida com estanho: se a camada de estanho for riscada ou perfurada, o ferro funciona como Em outro cartaz, o aluno listou três observações que realizou e que estão transcritas abaixo: I. Houve liberação de gás cloro no eletrodo 1. II. Formou-se uma coloração rosada na solução próxima ao eletrodo 2, quando se adicionaram gotas de solução de fenolftaleína.

70 69 III. Ocorreu uma reação de redução do cloro no eletrodo 1. Quais observações são corretas? a) Apenas I. b) Apenas II. c) Apenas III. d) Apenas I e II. e) I, II e III. 12- A prateação pelo processo galvânico é de grande utilidade, tendo em vista que com um gasto relativamente pequeno consegue-se dar uma perfeita aparência de prata aos objetos tratados. A massa de prata (em gramas), depositada durante a prateação de uma pulseira de bijuteria, na qual foi envolvida uma carga equivalente a 4.825C, corresponde aproximadamente a: a) 54 g b) 27 g c) 10,8 g d) 5,4 g e) 1,08 g 13- O alumínio é obtido pela eletrólise da bauxita. Nessa eletrólise, ocorre a formação de oxigênio que reage com um dos eletrodos de carbono utilizados no processo. A equação não balanceada que representa o processo global é Al 2 O 3 + C CO 2 + Al Para 2 mols de Al 2 O 3, quantos mols de CO 2 e Al, respectivamente, são produzidos nesse processo? a) 3 e 2 b) 1 e 4 c) 2 e 3 d) 2 e 1 e) 3 e A produção industrial de alumínio pela eletrólise da bauxita fundida é um processo industrial que consome grande quantidade de energia elétrica. A semi-reação de redução do alumínio é dada por: Al e - Al Para se produzirem 2,7 g de alumínio metálico, a carga elétrica necessária, em coulombs, é: a) 9650 b) c) d) e) Observe o esquema abaixo representado e responda: Dados: Zn e Zn Eº = 0,76 V Cu e Cu Eº = 0,34 V a) Sabendo-se que o béquer da esquerda contém solução de ZnSO 4 1 mol/l (solução incolor) e o béquer da direita contém solução de CuSO 4 1 mol/l (solução azul), o que se observa quando os dois eletrodos entram em contato com as soluções, após certo tempo de funcionamento da pilha galvânica? b) Qual a função da ponte salina neste processo químico? c) Identifique a espécie redutora e a oxidante. 16- Tanques reservatórios para combustíveis em postos de abastecimento e tubulações para oleodutos são fabricados a partir de aço. O aço comum é basicamente constituído por ferro. Para proteção desses tanques e tubulações subterrâneas contra corrosões, eles são

71 70 revestidos por uma camada de magnésio que, periodicamente, deve ser substituída. a) Escreva a equação e calcule a força eletromotriz da pilha alumínio-oxigênio. b) Indique o sentido do fluxo de elétrons durante a recarga da pilha. Justifique sua resposta a) Com base nos potenciais de redução da tabela acima, explique qual é o processo que ocorre para a proteção dos tanques e tubulações confeccionados com aço comum. b) O aço inoxidável é mais resistente a corrosões do que o aço comum. Ele possui em sua composição cerca de 20% de crômio. Como a presença desse metal atribui ao aço inoxidável essa propriedade? c) Escreva a reação global balanceada da pilha galvânica formada por ferro e crômio, indicando os agentes, oxidante e redutor 17- O alumínio é o metal com maior índice de reciclagem no lixo urbano, e o Brasil é o campeão mundial de reciclagem de alumínio, recuperando mais de 96% das latas descartadas. Uma das aplicações mais interessantes para o alumínio é sua utilização em pilhas alumínio-oxigênio. Essas pilhas são muito compactas e têm grande capacidade de gerar energia, embora apresentem baixa eficiência de recarga. Uma pilha alumínio-oxigênio é representada a seguir. Considere as semi-reações de redução dadas a seguir: 18- A prateação consiste na eletrólise de uma solução de um sal de prata. O anel a ser prateado é preso ao polo negativo do gerador, como mostra a figura a seguir. Sobre a prateação, pergunta-se: a) O que ocorre no ânodo? b) Qual o sentido do fluxo de elétrons? c) Qual a semirreação que descreve essa eletrólise? d) Qual a diferença entre pilha e eletrólise? 19- Algumas moedas apresentam uma tonalidade avermelhada obtido por eletroposição de cobre a partir de uma solução de sulfato de cobre II. Para recobrir um certo número de moedas foi efetuada eletrólise, com uma corrente elétrica de 5 ampères, em 1L de solução 0,10mol/L em CuSO 4, totalmente dissociado. a) Escreva a equação química que representa a dissociação do sulfato de cobre II e calcule a concentração dos íons sulfato, em mol/l, na solução inicial. b) Determine o tempo necessário para a deposição de todo o cobre existente na solução, considerando 1F = 96500C. 20- A palha de aço é uma liga metálica que possui 99% de ferro, em massa.

72 a Pintou no ENEM Para oxidar esse metal, basta colocar a palha de aço em contato com uma solução aquosa 1 mol L 1, a 25 C, de: (A) ZnI 2 (B) AlI 3 (C) NaCl (D) CrCl 3 Gabarito 1- c 2- b 3- c 4- c 5- b 6- c 7- c 8- b 9- b 10- b 11- d 12- d 13- e 14- c 15- c) redutora: zinco metálico, oxidante:cobre (II) 16- c) 3Fe Cr 3Fe + 2Cr +3. Agente oxidante Fe +2. Agente redutor Cr 17- a) 4Al (s) + 3O 2(g) + 6H 2 O (l) 4Al(OH) 3(s) Ddp = 2,71V b) De D para C. 18- a) Oxidação da prata. b) Do anodo para o catodo. c) Ag + + e - Ag 19- a) CuSO 4 Cu 2+ + SO -2 4 ; 0,1mol/L b) 3860 segundos 1- A eletrólise é muito empregada na indústria com o objetivo de reaproveitar parte dos metais sucateados. O cobre, por exemplo, é um dos metais com maior rendimento no processo de eletrólise, com uma recuperação de, aproximadamente, 99,9 %. Por ser um metal de alto valor comercial e de múltiplas aplicações, sua recuperação torna-se viável economicamente. Suponha que, em um processo de recuperação de cobre puro tenha-se eletrolisado uma solução de sulfato de cobre (II) (CuSO 4 ) durante 3 h, empregando-se uma corrente elétrica de intensidade igual a 10 A. A massa de cobre puro recuperada é de, aproximadamente Dados: Constante de Faraday F = C/mol; Massa molar em g/mol: Cu = 63,5. A)0,02g. B)0,04g. C)2,40g. D)35,5g. E) 71,0 g 2- O boato de que os lacres das latas de alumínio teriam um alto valor comercial levou muitas pessoas a juntarem esse material na expectativa de ganhar dinheiro com sua venda. As empresas fabricantes de alumínio esclarecem que isso não passa de uma lenda urbana, pois ao retirar o anel da lata, dificulta-se a reciclagem do alumínio. Como a liga do qual é feito o anel contém alto teor de magnésio, se ele não estiver junto com a lata, fica mais fácil ocorrer a oxidação do alumínio no forno. A tabela apresenta as semirreações e os valores de potencial padrão de redução de alguns metais:

73 72 III - O fenômeno da eletrólise é basicamente contrário ao da pilha, pois enquanto na pilha o processo químico é espontâneo (ΔEº > 0), o da eletrólise é não-espontâneo (ΔEº < 0). Assinale a alternativa correta. Com base no texto e na tabela, que metais poderiam entrar na composição do anel das latas com a mesma função do magnésio, ou seja, proteger o alumínio da oxidação nos fornos e não deixar diminuir o rendimento da sua reciclagem? A Somente o lítio, pois ele possui o menor potencial de redução. B Somente o cobre, pois ele possui o maior potencial de redução. C Somente o potássio, pois ele possui potencial de redução mais próximo do magnésio. D Somente o cobre e o zinco, pois eles sofrem oxidação mais facilmente que o alumínio. E Somente o lítio e o potássio, pois seus potenciais de redução são menores do que o do alumínio. 3- Os principais fenômenos estudados pela eletroquímica são a produção de corrente elétrica, através de uma reação química (pilha), e a ocorrência de uma reação química, pela passagem de corrente elétrica (eletrólise). Com relação a esses fenômenos, analise as proposições abaixo. I - As pilhas comuns são dispositivos que aproveitam a transferência de elétrons em uma reação de oxirredução, produzindo uma corrente elétrica, através de um condutor. II - Em uma pilha a energia elétrica é convertida em energia química. 4- O elemento químico iodo foi descoberto 1812 pela análise química de algas marinhas. Esse elemento é encontrado naturalmente na composição de sais de iodeto e de sais de iodato. Ele é parte essencial dos hormônios tireoidianos, que desempenham um papel vital na produção de energia nos seres humanos. No mundo, a deficiência de iodo ainda é a principal causa de hipotireoidismo, enfermidade que retarda o metabolismo humano. Entre outros problemas associados a essa deficiência, está o aumento da glândula tireóide (bócio, popularmente chamado de papo). O diagnóstico das doenças relacionadas à tireóide pode ser feito por meio do uso de radioisótopos de iodo. Recentemente, a imprensa noticiou que maioria das marcas de sal comercializadas no Brasil contém uma quantidade de iodo aquém daquela recomendada pela legislação, que é de 40mg de iodo por quilograma de sal. Átomos desse elemento químico podem ser fornecidos à dieta alimentar, por exemplo, pela adição de iodato de potássio (KIO 3 ) ao sal de cozinha. 1. Alguns trocadores de calor utilizam tubos de alumínio por meio dos quais passa a água utilizada para a refrigeração. Em algumas

74 73 indústrias, essa água pode conter sais de cobre. Sabendo que o potencial padrão de redução para o alumínio (Al +3 para Al 0 ) é de -1,66V e, para o cobre (Cu +2 para Cu 0 ), é de +0,34V, julgue os itens a seguir. (1) A água contendo sais de cobre acarretará a corrosão da tubulação de alumínio do trocador de calor. (2) Na pilha eletroquímica formada, o cobre é o agente redutor. (3) Se a tubulação do trocador fosse feita de cobre, e a água de refrigeração contivesse sais de alumínio, não haveria formação de pilha eletroquímica entre essas espécies metálicas. (4) O valor, em módulo, do potencial padrão para a pilha eletroquímica formada é igual a 1,32V. Soma = ( ) Gabarito 1- d 2- e 3- c 4- VFVF = Dados os potenciais de oxi-redução a seguir, é correto afirmar que; 01) Uma pilha formada por um eletrodo de ferro em contato com uma solução contendo íons Fe +2, e um eletrodo de prata em contato com uma solução contendo íons Ag +, ligados por uma ponte salina, apresenta um potencial padrão de +1,24V. 02) Na mesma pilha da alternativa anterior ocorrerá a oxidação da prata com formação de Ag +. 04) A reação 2Ag 0 + Fe +2 2Ag + + Fe 0 é espontânea. 08) Uma lâmina de alumínio mergulha em uma solução 1mol/L de CuSO 4 apresentará a formação de um depósito de cobre metálico dobre ela. 16) O alumínio (Al 0 ) é um redutor mais forte do que o ferro (Fe 0 ).

75 74 Capítulo 7- Reações nucleares Embora conhecidas desde o início do século XX, as reações nucleares chocaram o mundo quando foram explodidas as primeiras bombas atômicas no final da Segunda Guerra Mundial. Podendo liberar grandes quantidades de energia, as reações nucleares abriram uma nova era, repleta de esperanças e preocupações. Para podermos nos posicionar diante das polêmicas questões suscitadas pela radioatividade e pela energia nuclear, é conveniente que tenhamos conhecimentos científicos a respeito desses temas. 1- A descoberta da radioatividade Em 1896, o físico francês Henri Becquerel constatou que um composto de urânio sulfato de potássio e uranilo, K 2 UO 2 (SO 4 ) 2 apresentava a característica de causar uma mancha numa chapa fotográfica mesmo sem ser estimulado pela luz. Mais tarde, o casal Marie e Pierre Curie verificou que o responsável pelas radiações emitidas era o urânio. Ao fenômeno constatado por Becquerel deu- se o nome de radioatividade propriedade que alguns núcleos de átomos instáveis apresentam de emitir energia e partículas subatômicas, o que se convenciona chamar de decaimento radioativo ou desintegração nuclear. Em 1898 o casal Curie descobriu outros dois elementos radioativos ainda não conhecidos: orádio e o polônio. Ainda em 1898, Ernest Rutherford criou uma aparelhagem para detectar as radiações provenientes de um material radioativo. Descobriu que havia dois tipos de radiação: alfa (α), formada por partículas de carga positiva, e beta (β), formada por partículas positivas. Figura 1: Experimento de Rutherford Disponível em: Acesso em 25 mai Em 1900 foi descoberta a radiação gama (γ), que não apresenta carga elétrica. 2- Natureza das emissões 2.1- Radiação alfa (α) As partículas α são constituídas por 2 prótons e 2 nêutrons (constituição idêntica aos núcleos de Hélio) e têm carga +2. Quando um núcleo as emite, perde 2 prótons e 2 nêutrons. Figura 2: Emissão alfa Disponível em: Acesso em 25 mai A emissão α é a de menor poder de penetração nos corpos, mas a que tem maior poder ionizante no ar. Durante essa emissão, ocorre o desaparecimento gradual do elemento original e o aparecimento de um novo elemento. Esse processo é denominado transmutação.

76 75 Uma decorrência da emissão α é a chamada 1 Lei da Radioatividade: Quando um átomo emite uma partícula α, o seu número atômico diminui de 2 unidades e o seu número de massa diminui de 4 unidades Radiação beta As partículas β são elétrons emitidos pelo núcleo de um átomo instável. Evidentemente, uma emissão γ não altera o número atômico nem o número de massa do elemento Emissão de pósitrons Os pósitrons (β+) são partículas de carga positiva e massa próxima à do elétron. Quando um radioisótopo emite um pósitron, seu número atômico diminui em uma unidade e seu número de massa permanece o mesmo. Figura 3: Emissão beta Disponível em: Acesso em 25 mai A emissão ocorre quando um nêutron decompõe-se originando um próton, que permanece no núcleo, um elétron e um antineutrino, que são emitidos. Assim, formou-se a 2 Lei da Radioatividade: Quando um átomo emite uma partícula β, o seu número atômico aumenta de 1 unidade e o seu número de massa permanece inalterado. 3- Transmutação artificial Quando as transmutações são obtidas por bombardeamento de núcleos estáveis com partículas α, prótons, nêutrons etc., são chamadas transmutações artificiais. A primeira delas foi obtida por Rutherford: 4- Meia-vida ou período de semidesintegração Tempo de meia-vida ou período de semidesintegração (t1/2 ou P) de um isótopo radioativo é o tempo necessário para que a metade dos núcleos radioativos se desintegre, ou seja, para que uma amostra se reduza à metade. As partículas β podem penetrar na pele, causando queimaduras, mas são barradas antes de atingir os órgãos mais internos do corpo Radiação gama A radiação γ é formada por ondas eletromagnéticas emitidas por núcleos instáveis quando ocorrem as transmutações nucleares. Por apresentar freqüência mais alta que os raios X, é mais energética. Figura 4: Tempo de meia-vida Disponível em: Acesso em 25 mai A meia-vida pode ser relacionada com certa massa ou com certo número de átomos, e

77 76 não depende nem da quantidade inicial nem de fatores externos, pois é um fenômeno nuclear. 5- Datação com carbono-14 Na natureza existem três isótopos do carbono. O menos abundante deles, o carbono- 14 (10ppb), é radioativo. Ao examinar múmias, fósseis, ossos, pergaminhos e outros achados arqueológicos compostos por restos de antigos seres vivos, os cientistas encontraram neles teores de carbono- 14 inferiores a10ppb, o que se deve ao decaimento β ocorrido durante os anos que se passaram desde a morte do ser vivo. Fusão nuclear é a união dos prótons e nêutrons de dois átomos para formar um único núcleo atômico, de peso superior àqueles que lhe deram origem. Nesse processo, é liberada uma quantidade de energia. No sol, onde a fusão nuclear ocorre naturalmente, os núcleos de tipos de gás hidrogênio se fundem formando o gás hélio e mais um nêutron. 6- Fissão nuclear A fissão nuclear é uma reação que ocorre no núcleo de um átomo. Geralmente o núcleo pesado é atingido por um nêutron, que, após a colisão, libera uma imensa quantidade de energia. Figura 6: Fusão nuclear Disponível em: Acesso em 25 mai Figura 5: Fissão nuclear Disponível em: Acesso em 25 mai No processo de fissão de um átomo, a cada colisão são liberados novos nêutrons. Os novos nêutrons irão colidir com novos núcleos, provocando a fissão sucessiva de outros núcleos e estabelecendo, então, uma reação que denominamos reação em cadeia. 7- Fusão nuclear Para que ocorra o processo de fusão, é necessário superar a força de repulsão elétrica entre os dois núcleos. Como isso só se consegue mediante temperaturas extremamente elevadas, essas reações também se denominam reações termonucleares. Leitura complementar O acidente de Chernobyl Na manhã de 26 de abril de 1986, como resultado de uma série de falhas de engenharia e controle, ocorreu um superaquecimento do reator número 4 da usina nuclear de Chernobyl, próximo à cidade de Kiev, na Ucrânia (ex-urss). O

78 77 superaquecimento provocou uma explosão que deslocou a tampa do reator, de duas mil toneladas, lançando na atmosfera uma nuvem contendo isótopos radioativos. Tal nuvem subiu até cerca de 5 km de altitude e se alastrou por vários países da Europa, sendo detectada a muitos quilômetros de distância. Esse foi o mais grave acidente nuclear da história. Muitos dos operários e bombeiros que tentaram apagar o incêndio nas instalações morreram pouco depois, por terem sido expostos à radiação. O fogo só foi controlado quando helicópteros jogaram cinco mil toneladas de areia no topo do reator. Controlando o perigo mais imediato, veículos-robôs foram usados na tentativa de limpar a usina e eliminar os resíduos radioativos. Esses robôs apresentaram falhas de funcionamento, provavelmente devido aos altos níveis de radiação no local. Finalmente, homens foram enviados para fazer tal limpeza (muitos deles também morreram). Mais de 115 mil pessoas foram evacuadas das regiões vizinhas. Ucrânia e Bielorrússia (atual Belarus) enfrentam problemas a longo prazo. Muitos dos seus habitantes não podem beber água do local ou ingerir vegetais, carne e leite ali produzidos. Cerca de 20% do solo agricultável e 15% das florestas de Belarus não poderão ser ocupadas por mais de um século devido aos altos índices de radioatividade. Especialistas estimam que oito mil ucranianos já morreram como conseqüência da tragédia. Há previsões de que até 17 mil pessoas poderão morrer de câncer nos próximos setenta anos devido à radiação espalhada no acidente. PERUZZO, F.M.; CANTO, E.L.: Química na abordagem do cotidiano. 4 a edição. São Paulo: Moderna, Volume 2. Exercícios de fixação 1- O que acontece com o número de massa e com o número atômico de um núcleo instável se ele emite uma partícula beta? 2- Os valores da massa e carga de uma partícula beta negativa (b-) indicam que esta é idêntica ao: a) átomo de hidrogênio b) átomo de hélio c) próton d) nêutron e) elétron 3- Responda com relação às afirmações: I. Uma reação química ocorre na eletrosfera do átomo. II. As partículas b têm massa igual a 4. III. As reações nucleares ocorrem na eletrosfera do átomo. IV. Os raios g não são defletidos num campo elétrico. V. As partículas a têm a carga igual a +2. As afirmações corretas são: a) I, II e IV b) III, IV e V c) II, III e V d) I, IV e V e) II, IV e V 4- O reator atômico instalado em Angra dos Reis gera energia através do fenômeno chamado fissão nuclear, que consiste na divisão de núcleos pesados em outros mais leves, com liberação de grande quantidade de energia. Esse fenômeno pode ser representado pela equação nuclear:

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