Massa Atômica e Molecular, Mol

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1 Capítulo Massa Atômica e Molecular, Mol Leia o texto seguinte, referente ao espectrógrafo de massa, e a seguir resolva os exercícios de a 6. É um aparelho capaz de fornecer a composição isotópica qualitativa e quantitativa de um elemento químico, bem como os valores mais precisos para as massas atômicas desses isótopos. Esse aparelho consta de três partes essenciais: ) Fonte de íons gasosos positivos do elemento analisado. Estes íons são obtidos pelo bombardeio das moléculas gasosas contendo o elemento analisado por um feixe de elétrons produzidos por um filamento incandescente; os íons gasosos formam-se pela colisão dos elétrons com as moléculas, da mesma maneira que nos tubos de Goldstein. ) Um dispositivo pelo qual os íons gasosos são acelerados por um campo elétrico, passam por uma fenda e entram num tubo sob alto vácuo e sob a ação de um campo magnético. Os íons gasosos são desviados pelo campo magnético e o raio de curvatura das respectivas trajetórias varia com a relação e/m (carga/ massa) de cada íon. ) Um detector, que localiza as trajetórias percorridas pelos diferentes íons. campo magnético câmara de ionização do gás (vapor) acelerador dos íons gasosos detetor (chapa fotográfica) O raio r da trajetória circular do íon gasoso, acelerado por uma diferença de voltagem V e desviado por um campo magnético B é dado pela expressão / (B /V)(e/m), onde e é a carga do íon e m a massa. Para B e V constantes, a relação entre os raios das trajetórias de dois íons gasosos será: m e m e Consideremos a análise dos isótopos do neônio no espectrógrafo de massa. O neônio é formado de três isótopos nas seguintes proporções: 0 Ne 90,00%, Ne 0,7%, Ne 9,7% No espectrômetro vão-se formar íons gasosos monopositivos (Ne ), bipositivos (Ne ), etc., dos três isótopos do neônio. Considerando-se apenas os íons mono e bipositivos, temos: 0 Ne Ne Ne 0 Ne Ne Ne

2 A carga dos íons Ne é o dobro da carga dos íons Ne ; devido a esta grande diferença de carga, os íons Ne são muito mais desviados; com isso os íons Ne e Ne vão incidir em regiões bem afastadas uma da outra, na chapa fotográfica. As diferenças de massa entre os isótopos do neônio são pequenas (/0 e /0), por isto, os desvios sofridos pelos íons de mesma carga e de massas diferentes de neônio não diferem muito entre si e, consequentemente, esses íons vão incidir em regiões bem próximas umas das outras na chapa fotográfica. Esta é impressionada muito mais fortemente nas regiões onde incidem os íons gasosos positivos do isótopo 0 do neônio, porque este é o isótopo predominante na mistura. Nas regiões onde incidem os íons gasosos positivos do isótopo do neônio aparece uma leve impressão na chapa fotográfica, porque este isótopo entra em pequena porcentagem (0,%) na mistura isotópica. Pela comparação entre a intensidade de impressão nas diversas regiões de chapa fotográfica determina-se a porcentagem de cada isótopo na mistura isotópica. Ne Ne 0 Ne Ne Ne 0 Ne chapa fotográfica Ne, Ne 0 0 Ne Ne 0 números de massa chapa fotográfica 90,00% 0 Ne 0,% Ne 9,7% Ne A quantidade dos íons bipositivos, tripositivos, etc., é insignificante em relação aos íons monopositivos formados na câmara de ionização. Exercícios. A figura ao lado, representa a trajetória dos íons gasosos positivos do hidrogênio obtidos num espectrógrafo de massa. chapa fotográfica Associe, e com os íons: a) H b) D c) H d) D Como as cargas dos íons é igual () os raios de curvatura são diretamente proporcionais às raízes quadradas de suas massas. Massas H < D H < D (Resposta). A relação entre as distâncias, e no exercício é igual a: a) : :: : : c) : :: : : b) : :: : : d) : :: : : a) m m m...

3 b) c) r H r D r H r D r H r D r H r D d) Resposta: B. A figura ao lado, representa a trajetória dos íons gasosos positivos do oxigênio, isótopo 6 (puro), obtidos num espectrógrafo de massa. Associe, e com os íons: a) 6 O c) 6 O b) 6 O d) 6 O r k m e m e m e m e r m e 6 O 6 6O 6 r 6O 6O 6 O 6O r 6O 6O 6 O < 6 O 6O < 6 O (Resposta). Qual a relação entre as distâncias, e do exercício? (Resposta) 5. Chamando-se de,, e r, respectivamente, os raios relativos às trajetórias dos íons gasosos 5 Cl, 7 Cl, 5 Cl, 5 Cl obtidos num espectrógrafo de massa, podemos afirmar que: a) : : r :: 70 : 7 : 5 : 70 c) : : r :: : : : b) : : r :: 5 : 7 : 5 : 70 d) : : r :: :,5 :, : m 5 Cl 7 Cl 5 Cl 5 Cl e 5 : 7 : 5 : 70,8 : 6,08 : 5,9 : 8,7,8,8 : 6,08,8 : 5,9,8 : 8,7,8 :,5 :, : (Resposta d)

4 6. (ITA) O lítio natural, de massa molar 6,99 g mol, é formado dos isótopos Li 6 e Li 7, cujas massas molares são respectivamente, 6,05 e 7,06 g mol. A densidade do lítio natural sólido, a 0 C e a atm é de 0,5 g cm. A respeito do lítio eletricamente neutro fazem-se as seguintes afirmações: I., g de lítio natural contém um mol de elétrons. II. 0 g de Li 6 contém nêutrons. III., 0 0 átomos de Li 7 ocupam um volume de, 6,0, cm no estado de vapor, numa temperatura T e pressão P, tal que T/P 7 K atm. (6,99) IV. 6, átomos de lítio natural ocupam apenas 6,0 0,5 mm no estado sólido a 0 C e atm. Quais das afirmações acima estão corretas? Justifique. I. 6,99 g de Li mol de Li mols de elétrons, g de Li mol de elétrons 6 II. Massa de átomo de 6 Li g 0 g de 6 Li contém nêutrons., 00, III. n 7Li 6,0 0 6,0 0 mol v, 6, cm,, cm 6,0 IV. 6,0 0 átomos 6,99 g 6, átomos Xg (6,99) X 0 g 6,0 0,5 g cm (6,99) 6,0 0 g y y (6,99) 0 6,0 0,5 cm (6,99) 6,0 0,5 mm Conclusão: I, II, III e IV estão corretos. abundância (%) 7. O gráfico ao lado representa o espectro de massa do zinco, onde estão indicadas as abundâncias de cada um dos seus isótopos naturais. Sabendo que o número atômico do zinco é 0, calcule: a) O número de elétrons contidos em 0,8 g de zinco metálico. b) A quantidade em mol de prótons contida em 0,9 g de zinco metálico. c) A quantidade em mol de nêutrons contida em 65, g de zinco metálico a) Massa atômica de 0 Zn 6 0, ,0 68 0,0 65, u. n 0 Zn 0,8 g,0 mol de átomos 65, g mol número de massa

5 Número de átomos 0 Zn,0 mol 6,0 0 átomo mol, 0 átomos 0 Zn Número de elétrons, 0 0,6 0 5 (Resposta a) b) n 0 Zn 0,9 g 65, g/mol 0,67 mol Número de prótons em mol 0,67 mol 0 prótons/mol 5,0 mol de prótons (Resposta b) c) n Zn,0 mol 50% de 6 0Zn 0,50 mol de 6 0Zn 0,50 7 mol de neutrons 0% de 66 0Zn 0,0 mol de 66 0Zn 0,0 6 0,8 mol de neutrons 0% de 68 0Zn 0,0 mol de 68 0Zn 0,0 8 7,6 mol de neutrons Total de neutrons 7 0,8 7,6 5, mol de neutrons. (Resposta c) 8. Considere a reação nuclear H H He Qual a energia liberada em J/mol de He? Dados: Massa de H,055u Massa de He,005u Velocidade da luz 0 8 m/s Constante de Avogradro 6 0 mol Massa incial,055,070u Massa fial,005u Dm 0,0559u/nuclídeo He u 6 0 g kg ,0559u x x 0, kg/nuclídeo He e mc 0, kg ( 08 ) (m/s) e,8 0 J/nuclídeo He,8 0 J 6 0,0 0 J/mol de He cm de um óleo são colocados numa bandeja com água. O óleo se espalha na superfície da água constituindo uma mancha com cm de área. Sabendo que essa mancha é formada apenas por uma camada de moléculas de óelo e admitindo que o volume de uma molécula de óleo é igual ao de um cubo de aresta igual à espessura da camada de óleo, determine o valor da constante de Avogadro. O óleo utilizado na experiência é a trioleina pura (C 57 H 0 O 6, M 88 g/mol, d 0,88 g/cm ). Espessura da camada de óleo cm cm,9 0 7 cm Volume de molécula do óleo (,9 0 7 cm),68 0 cm Volume de mol de óleo 88 g 0,88 g/cm 000 cm 5

6 N moléculas 000 cm molécula,68 0 cm N , Um professor de Química fez a seguinte experiência para mostrar aos alunos como poderia ser calculada a espessura de uma molécula de óleo. Tomou uma bandeja e colocou água até a altura aproximada de cm. A seguir, pulverizou na superfície da água um pouco de talco. Colocou numa bureta uma solução preparada dissolvendo cm do óleo em 0 litros de éter de petróleo. Deixou cair da bureta gota dessa solução na bandeja. Esta (a gota) rapidamente se espalhou na superfície da água, empurrando o talco para a periferia. O éter de petróleo rapidamente evaporou, ficando uma película monomolecular de óleo sobre a água. O contorno dessa película (mancha) ficou bem nítida porque ficou limitada pelo talco. A medida da árera dessa película deu como resultado aproximadamente cm. Numa operação paralela, o professor contou quantas gotas deveriam cair da bureta para o volume no seu interior se reduzir de cm e encontrou o valor de 0 gotas. A B A área ABCD é aproximadamente a área da mancha de óleo óleo D C talco sobre água a) Com base no resultado esperimental, calcule a espessura aproximada da molécula de óleo expressa em nanometro (nm). nm 0 9 m b) Sabendo que o óleo utilizado na experiência descrita foi trioleina pura, cuja densidade é igual a 0,88 g/cm, calcule o valor da constante de Avogadro. Considere que a molécula da trioleina é esférica. H C O CO C 7 H H C O CO C 7 H H C O CO C 7 H Trioleina Massa molar 88 g/mol a) Volume da gota de solução cm cm 0 L solução 0 cm solução cm de óleo 5 0 cm solução x x cm de óleo Espessura da película de óleo cm cm 0,7 0 cm 0,7 0 m,7 0 m,7 nm b) Como a película de óleo é monomolecular a sua espessura é o diâmetro da molécula. V molécula πr,,7 0 7 cm,7 0 cm V óleo na bandeja cm 6

7 5 0 6 cm Número de moléculas de óleo na bandeja,7 0 cm 05 Massa de óleo na bandeja cm 0,88 g/cm 5 0, g MM do óleo 88 g N moléculas/mol 5 0, g 0 5 moléculas N , mol 7