Dois exercícios desta lista entrarão na primeira prova teórica

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1 Dois exercícios desta lista entrarão na primeira prova teórica 01. Quais são os três estados físicos da matéria? Quais as diferenças entre eles do ponto de vista de movimentação de moléculas e interações moleculares? No caso da água, quais interações seriam essas? 02. Como são criados os modelos em FQ? Explique a importância do desenvolvimento de modelos, cite alguns exemplos. 03. Quais as principais diferenças entre os gases ideais e reais? Quais interações são encontradas nos gases reais e como podemos relacioná-las com as distâncias moleculares? Experimentalmente como essa diferença pode ser observada? 04. Em quais situações podemos aproximar um comportamento do gás real com um gás ideal? Explique sua resposta. 05. Descreva como a equação de van der Waals pode ser obtida. Em quais modelos ela se baseia? 06. Defina calor, energia e trabalho. Com estes conceitos deduza a primeira lei da termodinâmica. 07. Defina Entalpia (H). Explique como podemos relacionar diretamente a variação de entalpia ( H) com o calor trocado (q) admitindo a pressão constante. 08. Defina entropia. Qual a relação entre a entropia e espontaneidade de processos? Dê três exemplos de processos espontâneos e três não-espontâneos, relacionados com a variação de entropia. 09. Defina Energia Livre de Gibbs, qual sua importância para as reações químicas? Explique a figura abaixo: 1

2 10. A seguinte situação é a base para os próximos exercícios, admita sempre que os gases são perfeitos, ou ideais. Também utilize a tabela em anexo, cujos dados se encontram a 298,15 K. Composto, a 298 K f H / kj mol -1 S m / J K -1 mol -1 Octano. C 8 H 18 (l) O 2 (g) H 2 O (g) CO 2 (g) a) Escreva a reação de queima do octano (reação com O 2 ). Se em um pistão são adicionados 1,15 g deste combustível, qual a quantidade necessária de O 2(g) para sua queima completa? b) Calcule quanto vale o H, S e G desta reação. c) Poderíamos calcular a troca de calor desta reação baseados nos valores de energia de ligação? Explique. d) Os valores de H e S encontrados são coerentes com a situação mostrada? Explique. 11. Iniciamos nossos estudos em eletroquímica iônica com as propriedades dos íons em solução, com a descrição do modelo de Born. Para esta situação, qual a importância da criação deste modelo em especial? Quais são as dificuldades que tentamos superar com o desenvolvimento deste modelo? 12. Explique como a equação de Born foi desenvolvida e quais informações podem ser obtidas desta. Esboce um gráfico de Gsolv contra o raio iônico e descreva seu comportamento admitindo diferentes solventes. 2

3 13. Admitindo o íon Na + de raio iônico 0,95 Å, calcule, utilizando a eq. de Born, o G de interação íonsolvente quando este íon é transferido do vácuo para: (i) água (ɛ = 78), (ii) etanol (ɛ = 24,3) e (iii) benzeno (ɛ = 2,2). Compare e discuta os resultados encontrados tendo em base as interações entre o íon e o solvente. Dado e 0 = 1,6 x C, N A = 6,022 x mol Abaixo se encontra uma tabela com diferentes íons e seus respectivos raios iônicos. Em relação ao G I-S, discuta qualitativamente seus valores, se esses íons forem (individualmente) transferidos do vácuo para (i) água; (ii) etanol e (iii) benzeno. Para facilitar a sua resposta, construa um gráfico, com três curvas (um para cada solvente) que relaciona os íons abaixo. íon Li + Mg 2+ Fe 3+ Cs + r I / Å 0,60 0,61 0,64 1, Um sal qualquer, nomeado de MX é totalmente dissociado em água segundo a reação mostrada abaixo. Considere MX(s) como sendo a forma termodinâmica mais estável. Responda às seguintes questões: MX (s) M + (aq) + X - (aq) a) Encontre o valor de G de solvatação do respectivo sal, segundo o ciclo termodinâmico apresentado abaixo: diss G = kjmol -1 MX (s) M (g) + X (g) -{ f G = -100 kjmol -1 } ioniz G = kjmol -1 M + (aq) + X- (aq) solv G M + (g) + X- (g) b) Explique com fundamentos físico-químicos o que acontece em cada etapa do ciclo, fundamentado nos respectivos valores de energia livre. 16. Analise o ciclo termodinâmico mostrado abaixo, sabendo que a energia livre de Gibbs é uma função de estado, responda as questões: 3

4 MX (s) Y G dis = kj M (g) + X (g) vácuo G ion = kj M + vácuo (g) + X- (g) G sol = N kj 1) G sol = G sol (cátion) + G sol (anion) sol = solvatação 2) raio cátion = 109 x m raio anion = 258 x m 3) E = permissividade elétrica E (vácuo) = 1 E (água) = 78 E (benzeno) = 2,2 4) Carga cátion (q) = + 5,1 x 10-5 C Carga anion (q) = x 10-5 C 5) Gsol = W descarga (vácuo) + W carga (solvente) M + (aq) + X- (aq) solvente 17. Admitindo hipoteticamente que o trabalho de se carregar superficialmente uma esfera possa ser descrito pela equação abaixo, calcule o valor de N, admitindo que o solvente é água. 18. Descreva a estrutura íon-solvente. 19. Foram explicadas em sala de aula, duas metodologias para se determinar o número de hidratação de um íon, baseadas em compressibilidade e mobilidade. Explique os principais conceitos Físico Químicos envolvidos nestes métodos, assim como as equações finais obtidas. 20. Explique as origens das interações íon-íon e como pode ser desenvolvido um modelo para descrever termodinamicamente essas interações. Detalhe os conceitos da nuvem iônica. 21. A partir da lei limite de Debye-Hückel, responda as seguintes questões: a) Calcule a força iônica e o coeficiente de atividade ( +/- ) de soluções aquosas de Na 3 PO 4, Na 2 SO 4 e NaCl, todas as três de mesma concentração, molal. Molal = (mol de soluto / 1 kg de solvente). Discuta as diferenças encontradas nos valores de +/- para os três sais citados. Para a água, A = 0,509. b) Como relacionamos o coeficiente de atividade com o potencial químico para os três sais citados acima? Explique seu raciocínio. 4

5 Energia potencial CQ 049 c) Descreva o comportamento das figuras abaixo, baseado nos modelos de comportamento ideal e quando passamos para situações reais. Faça também uma ligação do desvio entre estas situações quando utilizamos as equações de potencial químico. Soluções: Gases: log +/- NaCl (1:1) 0 MgCl 2 (2:1) MgSO 4 (2:2) I 1/2 distância molecular 22. Descreva migração e condução. Explique os conceitos básicos, equações relacionadas e quais informações podemos retirar desses dois fenômenos. 5