QUÍMICA. Dado: Constante universal dos gases R = 0,082 atm L K-1 mol-1

Transcrição

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2 QUÍMICA Coo vai, vai be? Veio a pé ou veio de tre?... Vocês quere bacalhau?... Que conheceu não se esquece de Abelardo Barbosa, vulgo Chacrinha, e da sua ais faosa frase: Que não se counica se trubica! Ebora a palavra counicação nos leve couente a pensar na ídia, iprensa escrita, falada e televisionada, de fato, o fenôeno da counicação é aplo na natureza. Ele se processa desde o íntio da atéria até à sociedade huana. Os átoos se counica para forar oléculas. As oléculas se counica para forar organisos. Estes, por sua vez, se counica forando organisos superiores e estes se organiza e sociedades. O assunto é vasto e não teos aqui ne espaço ne tepo para discorrer livreente. Assi, nesta prova fareos ua rápida viage pelo universo da counicação, onde a Quíica está profundaente inserida. Dado: Constante universal dos gases R = 0,082 at L K-1 ol-1 1. Pode-se iaginar que o ser huano tenha pintado o próprio corpo co cores e foras, procurando iitar os aniais ulticoloridos e assi adquirir as suas qualidades: a rapidez da gazela; a força do tigre; a leveza das aves... A pintura corporal é ainda uito usada entre os índios brasileiros. Os desenhos, as cores e as suas cobinações estão relacionados co solenidades ou co atividades a sere realizadas. Para obter u corante verelho, co o que pinta o corpo, os índios brasileiros tritura seentes de urucu, fervendo esse pó co água. A cor preta é obtida da fruta jenipapo ivá. O suco que dela é obtido é quase incolor, as depois de esfregado no corpo, e contato co o ar, coeça a escurecer até ficar preto. a) No caso do urucu, coo se denoina o processo de obtenção do corante usando água? b) Cite dois otivos que justifique o uso de água quente e lugar de água fria no processo extrativo do corante verelho. c) Algu dos processos de pintura corporal, citados no texto, envolve ua transforação quíica? Responda si ou não e justifique. a) O processo é denoinado extração. b) A adição de água quente auenta a velocidade de extração e a solubilidade do corante. c) Si, o suco de jenipapo ivá, segundo o texto, é quase incolor, as e contato co o ar se torna preto devido à ocorrência de ua reação de oxidação. 2. Hoje e dia, co o rádio, o coputador e o telefone celular, a counicação entre pessoas à distância é algo quase que banalizado. No entanto, ne sepre foi assi. Por exeplo, alguas tribos de índios norte-aericanas utilizava códigos co fuaça produzida pela queia de adeira para se counicare à distância. A fuaça é visível devido à dispersão da luz que sobre ela incide. a) Considerando que a fuaça seja constituída pelo conjunto de substâncias eitidas no processo de queia da adeira, quantos estados da atéria ali coparece? Justifique. b) Pesar a fuaça é difícil, poré, para se deterinar a assa de fuaça forada na queia de ua certa quantidade de adeira, basta subtrair a assa de cinzas da assa inicial de adeira. Você concorda co a afiração que está entre aspas? Responda si ou não e justifique. a) A fuaça é u tipo de colóide forado por partículas sólidas e suspensão e eio gasoso, logo, estão presentes dois estados da atéria. b) Não, pois a afiração do texto não está de acordo co a lei da conservação da assa, visto que o gás oxigênio tabé deve ser considerado coo reagente da cobustão. 3. Os sisteas de counicação e transporte criados pelo hoe fora evoluindo ao longo do tepo. Assi, e fins do século XVIII, aparecera os balões, cujo desenvolviento ocorreu durante todo o século XIX, chegando ao século XX co os dirigíveis cheios de hidrogênio e, ais recenteente, de hélio. Nesse processo, o brasileiro Santos Duont contribuiu de odo significativo. Os Zeppelins, dirigíveis cheios de hidrogênio, estão, ainda, entre as aiores naves aéreas já construídas pelo hoe. O ais faoso deles, o Hindeburg, coeçou a sua história e 1936, terinando e aio de 1937, nu dos aiores acidentes aéreos já vistos e filados. O seu taanho era incrível, tendo cerca de 250 etros de copriento, co u volue de litros, correspondendo a 8, oles de gás. a) No dia 6 de aio de 1937, ao chegar a Nova Iorque, o Hindeburg queiou e chaas. Escreva a equação quíica que representa a reação principal da queia nesse evento. b) Se o hidrogênio necessário para encher totalente o Hindeburg fosse obtido a partir da reação de ferro co ácido (dando Fe 2+ ), quantos quilograas de ferro seria necessários? a) O dirigível de Hindeburg apresentava hidrogênio e seu interior, logo, a equação quíica principal da queia é: 2 H 2 (g) + O 2 (g) 2 H 2 O (g) b) A equação quíica de produção do hidrogênio é: Fe (s) + 2 H + (aq) Fe 2+ (aq) + H 2 (g) Coo a proporção entre o ferro etálico e o hidrogênio gasoso e de 1:1 teos que a quantidade de ferro etálico tabé é de 8,1x10 6 oles. Assi calculando a assa de ferro etálico, teos: 1 ol de Fe 56g 8,1x10 6 oles de Fe x x = 53,6x10 6 g x =,536x10 5 kg Logo, seria necessários,536x10 5 kg de ferro.. Apesar dos probleas que traz, o autoóvel é u grande facilitador de counicação. Já e eados do século XX, a participação do autoóvel na sociedade huana estava uito be estabelecida. Até recenteente, para auentar a octanage da gasolina (e por interesses de grupos econôicos), nela era adicionado u coposto de chubo. Quando a sociedade percebeu os ales que o chubo liberado na atosfera trazia, ocorrera pressões sociais que levara, pouco a pouco, ao abandono desse aditivo. O gráfico ostra ua coparação entre a concentração édia de chubo, por indivíduo, encontrada no sangue de ua população, e deterinado lugar, e a quantidade total de chubo adicionado na gasolina, entre os anos de 1976 e a) Sabendo-se que o coposto de chubo usado era o tetraetilchubo, e que esse entrava na corrente sangüínea se se alterar, qual era a concentração édia (e ol.l -1 ) desse coposto no sangue de u indivíduo, e eados de 1979? b) O fato de a curva referente à gasolina quase se sobrepor à do sangue significa que todo o chubo eitido pela queia da gasolina foi absorvido pelos seres huanos. Você concorda co esta afiração? Responda si ou não e justifique co base apenas no gráfico. a) Pelo gráfico teos que e eados de 1979 a concentração de chubo era de aproxiadaente 120µg por litro de sangue. 1

3 Calculando o núero de oles de chubo por litro de sangue, teos: 1ol de Pb 207g x 120x10-6 g x = 5,8x10-7 ol Logo, a concentração olar do tetraetilchubo e de aproxiadaente 5,8x10-7 ol L -1. b) Não, os gráficos representa apenas as concentrações de chubo na gasolina e no sangue, se indicar a quantidade total de chubo queiada e a absorvida. Pode-se utilizar os gráficos apenas para a visualização de que a diinuição da concentração de chubo no cobustível gerou ua diinuição da concentração de chubo no sangue huano. 5. Desde os priórdios, o ser huano desejou voar. Aquela facilidade co que as aves singrava pelos ares despertava-lhe a ânsia de se elevar coo elas pelos céus. Muito recenteente esse desejo foi realizado e até superado. Não só o ser huano voa, de certo odo iitando os pássaros, coo vai alé da atosfera do planeta, coisa que os pássaros não faze. Alguas naves espaciais são equipadas co três tanques cilíndricos. Dois referentes ao hidrogênio e u ao oxigênio, líquidos. A energia necessária para elevar ua nave é obtida pela reação entre esses dois eleentos. Nas condições do vôo, considere as seguintes densidades dos dois líquidos: hidrogênio 0,071 g.c -3 e oxigênio 1,1 g.c -3. a) Se o volue total de hidrogênio nos dois tanques é de 1,6 x 10 6 litros, qual deve ser a capacidade ínia, e litros, do tanque de oxigênio para que se antenha a relação estequioétrica na reação entre abos? b) Nas condições restritas das questões 3 e 5, e que situação há liberação de aior quantidade de energia: no desastre do Hindeburg ou no vôo da nave espacial? Justifique. a) A reação de cobustão do hidrogênio é: 2 H 2 (g) + O 2 (g) 2 H 2 O (g) Calculando as assas olares dos reagentes teos: M(H 2 ) = 2x1 = 2g/ol M(O 2 ) = 2x16 = 32g/ol Calculando a assa de H 2 contida nos dois cilindros: d = = d V = 0,071kg L -1 1, L = 1, kg V Calculando a proporção e assa entre os reagentes, teos: 2 oles de H 2 : 1ol de O 2 g de H 2 : 32g de O 2 1g de H 2 : 8g de O 2 Calculando a assa de O 2, contida no cilindro teos: Hidrogênio Oxigênio 1kg 8kg 1, kg x x = 8, kg Calculando o volue ínio do cilindro de O 2 : d = V V = d 5 8,2x10 kg V = V = 7,23x10 5 L 1,1kg / L b) Calculando o núero de oles de hidrogênio no vôo da nave espacial: 1ol 2g x 1,03x10 8 g x = 5,6 x 10 7 oles de H 2 No vôo da nave espacial há aior liberação de energia, já que possui aior quantidade de hidrogênio (5,6x10 7 oles > 8,1x10 6 oles). 6. A counicação que ocorre entre neurônios erece ser destacada. É através dela que se anifesta as nossas sensações. Dentre as inúeras substâncias que participa desse processo, está a 2- feniletilaina a qual se atribui o ficar enaorado. Alguas pessoas acredita que sua ingestão poderia estiular o processo do aor as, de fato, isto não se verifica. A estrutura da olécula dessa substância está abaixo representada. a) Considerando que algué ingeriu certa quantidade de 2- feniletilaina, co a intenção de cair de aores, escreva a equação que representa o equilíbrio ácido-base dessa substância no estôago. Use fórulas estruturais. b) E que eio (aquoso) a 2-feniletilaina é ais solúvel: básico, neutro ou ácido? Justifique. a) A equação quíica que representa o equilíbrio dessa substância no estôago (eio ácido) é: CH 2 CH 2 NH 2 CH 2 CH 2 NH H + b) A 2-feniletilaina é ua base, e e eio aquoso, foraria OH -, confore a equação quíica: CH 2 CH 2 NH 2 CH 2 CH 2 NH H 2 O + OH - A solubilidade auentaria e eio aquoso ácido, pois haveria consuo do OH - forado, deslocando o equilíbrio para a direito, favorecendo a reação de dissolução da 2-feniletilaina. 7. A counicação iplica transissão de inforação. É o que acontece no processo de hereditariedade através do DNA, e que são passadas inforações de geração e geração. A descoberta da estrutura do DNA, na etade do século XX, representou u grande avanço para a huanidade. Wilkins, Watson e Crick ganhara o Prêio Nobel e 1962 por essa descoberta. Para que seja antida a estrutura da dupla hélice do DNA, segundo as regras de Chargaff, existe ligações quíicas entre pares das bases abaixo ostradas, observando-se, tabé, que os pares são sepre os esos. A representação siplificada da estrutura do DNA, vista a seguir, pode ser coparada a ua escada espiralada (α-hélice), onde o taanho dos degraus é sepre o eso e a largura da escada é perfeitaente constante. As bases estão ligadas ao corrião da escada pelo nitrogênio assinalado co asterisco nas fórulas abaixo. a) Considerando apenas as inforações dadas e negrito, quais seria as possíveis cobinações entre as bases 1, 2, 3 e? Justifique. b) Na verdade, soente duas cobinações do ite a ocorre na natureza. Justifique esse fato e teros de interações interoleculares. a) As possíveis cobinações são: 1-3; 1-; 2-3; 2-. Pode-se chegar a essa conclusão devido a afiração que o taanho dos degraus é sepre o eso. Teos que as estruturas 1 e 2 são seelhantes, assi coo as estruturas 3 e tabé são seelhantes, podendo forar as cobinações indicadas que gera degraus de eso taanho. b) Seria possíveis soente as cobinações 1-3 e 2-, pois as interações do tipo ponte de hidrogênio entre os hidrogênios das ainas e os pares de elétrons dos átoos de nitrogênio e de oxigênio, são favorecidas nessas cobinações, o que não acontece nas outras cobinações. 2

4 8. O óxido nítrico (NO) é u gás que, produzido por ua célula, regula o funcionaento de outras células, configurando-se coo u princípio sinalizador e sisteas biológicos. Essa descoberta não só conferiu o Prêio Nobel de Medicina e 1998 para Ignaro, Furchgott e Murad, coo tabé abriu as portas para uitos progressos científicos nesta área, inclusive no desenvolviento do Viagra. Coo fáraco, a produção do NO coeça co a reação entre SO 2, ácido nítrico e água, originando, alé desse gás, o ácido sulfúrico. Coo produto final, o NO é coercializado e cilindros de 16 litros, diluído e N 2. A concentração áxia é de 0,08 % e assa. Este cilindro chega a fornecer cerca de 200 litros de gás a 25 ºC e 1 atosfera. a) Escreva a equação quíica da reação de produção do NO. b) Qual é a assa aproxiada de NO contida no cilindro a que se refere o texto da questão? a) A reação de produção do NO é: 3 SO HNO 3 + 2H 2 O 2 NO + 3 H 2 SO b) Calculando o núero de oles da istura: p V = n R T = n 0, n = 98,21ol Coo a assa de NO na istura é de apenas 0,08%, podeos toar a assa olar édia de aproxiadaente 28g ol -1, ou seja, a assa total de gases na istura será aproxiadaente: = n M 98, g Então: 100% 2750g 0,08% x x = 2,2g de NO Logo, o cilindro conté aproxiadaente 2,2g de NO. 9. As plantas necessita se counicar co insetos e eso co aniais superiores na polinização, frutificação e aturação. Para isso, sintetiza substâncias voláteis que os atrae. U exeplo desse tipo de substâncias é o 3-penten-2-ol, encontrado e alguas variedades de anga, orango, pêssego, açã, alho, feno e até eso e alguns tipos de queijo coo, por exeplo, o paresão. Alguns dos seus isôeros atua tabé coo feroônios de agregação de certos insetos. a) Sabendo que o 3-penten-2-ol apresenta isoeria cis-trans, desenhe a fórula estrutural da fora trans. b) O 3-penten-2-ol apresenta tabé outro tipo de isoeria. Diga qual é, e justifique a sua resposta utilizando a fórula estrutural. a) A fórula estrutural do isôero trans é: H CH 3 C C CH 3 CH H OH b) O 3-penten-2-ol apresenta tabé isoeria óptica, já que possui u carbono assiétrico, assinalado na fórula estrutural abaixo: OH * CH 3 C CH H CH CH Câeras fotográficas, celulares e coputadores, todos veículos de counicação, tê algo e cou: pilhas (baterias). Ua boa pilha deve ser econôica, estável, segura e leve. A pilha perfeita ainda não existe. Siplificadaente, pode-se considerar que ua pilha seja constituída por dois eletrodos, sendo u deles o anodo, forado por u etal facilente oxidável, coo ilustrado pela equação envolvendo o par íon / etal: M = M n+ + n e - A capacidade eletroquíica de u eletrodo é definida coo a quantidade teórica de carga elétrica produzida por graa de aterial consuido. A tabela a seguir ostra o potencial padrão de redução de cinco etais que poderia ser utilizados, coo anodos, e pilhas: a) Considere para todas as possíveis pilhas que: o catodo seja sepre o eso, a carga total seja fixada nu eso valor e que a prioridade seja dada para o peso da pilha. Qual seria o etal escolhido coo anodo? Justifique. b) Considerando-se u eso catodo, qual seria o etal escolhido coo anodo, se o potencial da pilha deve ser o ais elevado possível? Justifique. a) Considerando u eso cátodo, a carga total fixada e u eso valor, e levando-se e conta apenas a assa da pilha, o etal escolhido seria o Croo, visto que, entre os etais apresentados, é o que possui enor relação entre a assa olar (52g.ol -1 ) e o núero de elétrons envolvidos na oxidação (3 oles de elétrons, por ol de etal oxidado). b) Considerando u eso cátodo, o etal escolhido coo ânodo, para que o potencial da pilha seja o ais elevado possível é o Zinco, pois este apresenta o aior potencial de oxidação (E 0 oxi= +0,76V), e o potencial da pilha é deterinado pela soa do aior potencial de redução co o aior potencial de oxidação. 11. Ua das grandes novidades e counicação é a fibra óptica. Nesta, a luz é transitida por grandes distâncias se sofrer distorção ou grande atenuação. Para fabricar fibra óptica de quartzo, é necessário usar sílica de alta pureza, que é preparada industrialente usando ua seqüência de reações cujas equações (não balanceadas) estão representadas a seguir: I SiO 2(s) + C (s) Si (s) + CO 2(g) II Si (s) + Cl 2(g) SiCl (g) III SiCl (g) + O 2(g) SiO 2(s) + Cl 2(g) a) Na obtenção de u tarugo de 300 g de sílica pura, qual a quantidade de energia (e kj) envolvida? Considere a condição padrão. Dados de entalpia padrão de foração e kj ol -1 : SiO 2(s) = -910; CO 2(g) = -39; SiCl (g) = b) Co a sílica produzida (densidade = 2,2 g.c -3 ), foi feito u tarugo que, esticado, forou ua fibra de 0,06 de diâetro. Calcule o copriento da fibra esticada, e etros. a) Obtendo a Equação Global: I. SiO 2(s) + C (s) Si (s) + CO 2(g) II. Si (s) + 2 Cl 2(g) III. SiCl (g) + O 2(g) SiCl (g) SiO 2(s) + 2Cl 2(g) Equação Global: C (s) + O 2(g) CO 2(g) A variação de entalpia da reação global é igual a entalpia de foração do CO 2(g) que foi dado no exercício, ou seja, 39kJ/ol. Coo na reação global, foi envolvido 1 ol de sílica (SiO 2 ), então: M(SiO 2 ) = (16) = 60g/ol SiO 2 H 60g 39kJ 300g x x = 1970kJ Logo, a quantidade de energia envolvida na obtenção de 300g de sílica pura é de 1970kJ. b) Calculando o volue do tarugo: 300g d = V = V = V = 136,36c 3 V d 3 2,2g / c Calculando o copriento da fibra óptica, supondo ser u cilindro perfeito: d 2 c V = π 3,1 (0,006) 2 c 136,36 = c =, c 3

5 c =, Logo, o copriento da fibra será de aproxiadaente,825x10 etros. 12. Coputadores, televisores, transforadores elétricos, tintas e uitas outras utilidades que facilita a counicação, já epregara os PCBs (copostos bifenílicos policlorados). Infelizente, a alta estabilidade dos PCBs, aliada às suas características prejudiciais, os colocou dentre os ais indesejáveis agentes poluentes. Esses copostos continua, ainda, presentes no ar, na água dos rios e ares, be coo e aniais aquáticos e terrestres. O gráfico a seguir ostra a sua degradabilidade, e tecidos huanos. a) Iagine que ua pessoa, pesando 70 kg, ingere 100 kg/ano de u aliento containado co 0,3 pp (g.kg -1 ) de PCBs, e que o nível letal de PCBs para o ser huano seja 1300 pp. Será possível que este nível de PCBs seja alcançado, ao longo de sua vida, considerando a alientação coo única fora de ingestão de PCBs? Responda si ou não e justifique. b) Após realizar exaes de laboratório, ua oça de vinte e cinco anos descobriu que estava containada por 1 pp de PCBs, o que poderia coproeter seriaente o feto e caso de gravidez. Deixando iediataente de ingerir alientos containados co PCBs, ela poderia engravidar ao longo de sua vida, se nenhu risco para o feto? Responda si ou não e justifique, sabendo que o liite seguro é de aproxiadaente 0,2 pp. a) Calculando a quantidade, e g, de PCBs que u indivíduo ingere e 1ano, teos: 1kg de aliento 0,3g de PCBs 100kg de aliento x x = 30g/ano Calculando a quantidade, e g, de PCBs que u indivíduo, de 70 kg, precisa ingerir para atingir o nível letal, teos: 1kg de assa corpórea 1300g de PCBs 70kg de aliento y y = g Desconsiderando a degradabilidade do coposto, teos o período necesario para atingir o nível letal dado por: 30g 1ano 91000g z z = 3033 anos Não. Meso não havendo degradação, não é possivel o nível letal ser alcançado tendo a alientação coo única fonte de ingesta de PCB, pois para isso seria necesario aproxiadaente 3000 anos. b) Segundo o gráfico podeos concluir que o tepo de eia-vida dos PCBs é de aproxiadaente 10 anos. Calculando assi o tepo necessário para que a concentração de PCBs seja inferior a 0,2 pp, teos: 10 anos 10 anos 10 anos 10 anos 1 7 3,5 1,75 10 anos 10 anos 0,88 0, 0,22 Portanto, a resposta é não, pois, segundo os cálculos são necessários ais de 60 anos para que a oça atinja níveis aceitáveis de PCBs e possa engravidar se coproeter seriaente o feto. Considerando sua idade atual de 25 anos ela só teria ua gestação segura após 85 anos de idade, o que torna praticaente ipossível ua gravidez.