Correção da Unicamp ª fase - Química feita pelo Intergraus

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1 UNICAMP QUÍMICA As questões dessa prova exploram matérias da Revista Pesquisa FAPESP (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo), uma publicação men sal disponível gratuitamente na rede mundial. Essa é uma importante fonte de informação para a sociedade em geral e particularmente útil para quem quer aprender e ensinar em todas as áreas do conhecimento. As questões seguintes são um singelo exemplo desse uso. BA PRVA! 1. Numa entrevista à Revista n 16, um astrofísico brasileiro conta que propôs, em um artigo científico, que uma estrela bastante velha e fria (6.000 K), da constelação de Centauro, tem um núcleo quase totalmente cristalizado. Esse núcleo seria constituído principalmente de carbono e a estrela estaria a caminho de se transformar em uma estrela de dia mante, com a cristalização do carbono. a) pes qui sa dor re la ta ter iden ti fi ca do ma is 2 es tre las com as mes mas ca rac te rís ti cas e afir ma: Enquan - to não ter mi na o pro ces so de cris ta li za ção do nú cleo, as es tre las de di a man te per ma ne cem com a tem - pe ra tu ra cons tan te. No que diz res pe i to à tem pe ra tu ra, in de pen den te men te de seu va lor ab so lu to, ele com ple men ta es sa afir ma ção fa zen do uma ana lo gia en tre o pro ces so que ocor re na es tre la e a so li di fi - ca ção da água na Ter ra. Com ba se no co nhe ci men to ci en tí fi co, vo cê con cor da com a ana lo gia fe i ta pe lo pes qui sa dor? Jus ti fi que. b) Ao fi nal da re por ta gem afir ma-se que: No di a man te da es tre la, ape nas 0,01 Å se pa ra os nú cle os dos áto - mos do ele men to que o com põem. Con si de ran do-se que o ra io atô mi co do car bo no no di a man te da Ter - ra é de 0,77 Å, quan to va le ria a re la ção nu mé ri ca en tre os vo lu mes atô mi cos do car bo no (Ter ra/es tre la)? Mos tre seu ra ci o cí nio. a) Sim, po is se o nú cleo da es tre la é cons ti tu í do prin ci pal men te de car bo no, po de mos con si de rá-lo for ma do por subs tân cia pu ra. Por tan to, du ran te o pro ces so de so li di fi ca ção, a tem pe ra tu ra per ma ne ce cons tan te, assim co mo acon te ce quan do a água lí qui da (pu ra) se trans for ma em ge lo. b) Diamante da estrela Diamante da Terra raio = 0, m raio = 0, m 10 0,01 10 m V = (5 10 ) E ,5 10 m V = (0,77 10 ) T 10 V V T E ( 0,77 10 ) 1 ( 5,010 ) 10 1 = ( ) ( 5,0 10 ) ,65 10

2 2. Na Revista n 16 descreve-se um sistema de descontaminação e reciclagem de lâmpadas fluorescentes que separa seus componentes (vidro, mercúrio, pó fosfórico e terminais de alumínio), tornando-os disponíveis como matérias-primas para reutilização em vários tipos de indústria. a) Num tre cho da re por ta gem, a res pon sá vel pe lo pro je to afir ma: Essa eta pa (se pa ra ção do mer cú rio) é reali - za da por um pro ces so de su bli ma ção do mer cú rio, que de po is é con den sa do à tem pe ra tu ra am bi en te e ar ma ze na do pa ra pos te ri or co mer ci a li za ção. Con si de ran do ape nas es se tre cho adap ta do da re por ta - gem, iden ti fi que as tran sfor ma ções fí si cas que o mer cú rio so fre e as equa ci o ne ade qua da men te. b) Em re la ção à re cu pe ra ção do mer cú rio, a pes qui sa do ra afir ma: mí ni mo pa ra co mer ci a li za ção é 1 qui - lo, sen do que de ca da mil lâm pa das só re ti ra mos 8 gra mas de mer cú rio, em mé dia. Se gun do a li te ra tu ra, há cer ca de 21 mg des se me tal em uma lâm pa da de 0 W. No con tex to des sas in for ma ções, dis cu ta cri - ti ca men te a efi ciên cia do pro ces so de re cu pe ra ção do mer cú rio, con si de ran do que to das as lâm pa das re co lhi das são de 0 W. a) Su bli ma ção: Hg (s) Hg (g) Condensação: Hg (g) Hg (L) b) Se uma lâm pa da de 0 W tem 21 mg de Hg, mil lâm pa das con têm 21 g de Hg. ra, se de ca da mil lâm - pa das só se con se guem ob ter 8 g, a efi ciên cia do pro ces so de re cu pe ra ção do mer cú rio é ba i xa. bser ve: 21 g 100% 8 g x x 8,0% A efi ciên cia é de ape nas 8%.. Na Revista n 16 relatam-se alguns aspectos da pesquisa brasileira do etanol de segunda geração que visa à obtenção desse importante combustível a partir do bagaço e da palha da cana-de-açúcar. A obtenção do álcool pode se dar pela hidrólise desses materiais em meio ácido. Num dos trechos afirma-se: enquanto o ácido sulfúrico destrói parte do açúcar formado, o ácido clorídrico, mais eficiente, tem um problema ligado à corrosividade, exigindo ligas de metal de custos elevados. a) A des tru i ção do açú car, ci ta da no tex to, po de ser exem pli fi ca da pe la re a ção da sa ca ro se com áci do sul - fú ri co con cen tra do, re pre sen ta da sim pli fi ca da men te pe la equa ção quí mi ca: C 12 H (s) + H 2 S (l) 12 C(s) + n H 2 (g) + H 2 S (11 n)h 2 (l); H<0 on de n<11. Le van do-se em con ta o co nhe ci men to quí mi co e a equa ção quí mi ca apre sen ta da, que evi - dên ci as ex pe ri men ta is po de ri am su ge rir que o exem plo da do é uma re a ção quí mi ca? b) Um ti po de cor ro são quí mi ca do aço se de ve à pre sen ça do íon clo re to. Di fe ren ças na com po si ção do aço po dem le var a di fe ren ças na re sis tên cia à cor ro são; quan to ma i or o va lor de PRE (Pit ting Re sis tan ce Equi va - Tipo de aço %Cr %Mo %N lent), ma is re sis ten te é o aço. Com ba se nos da dos da ta be - 0LN ,2 la aba i xo, que aço vo cê es co lhe ria pa ra cons tru ir um re a tor pa ra a ob ten ção de eta nol do ba ga ço da ca na por hi dró li se SAF ,2 com áci do clo rí drico? Jus ti fi que. Da do: PRE = %Cr +, %Mo + 16 %N 90L ,1 0,1 a) A mu dan ça de cor do só li do. A sa ca ro se (C 12 H ) é um só li do bran co (o açú car de me sa), en quan to o car bo no for ma do é um só li do ne gro. Além dis so, o fe nô me no é acom pa nha do por uma gran de li be ra ção de ca lor (re a ção al ta men te exo tér mi ca). b) Devido à presença dos íons cloreto, deve-se escolher o aço com maior PRE. Então, vejamos: Aço 0LN = 19 +, (0) + 16 (0,2) = 22,2 Aço SAF2205 = 22 +, () + 16 (0,2) = 5,1 Aço = 18 +, (2) + 16 (0,1) = 26,2 Aço 90L = 19 +, () + 16 (0,1) =,8 aço a ser escolhido é o SAF2205.

3 . Milagre, Milagre... É a imagem de uma santa na vidraça! Muitos comentários desse tipo foram veiculados na imprensa em Diante de tantas hipóteses e superstições para explicar a observação, a Revista n 79 traz uma reportagem onde se conclui: Aos poucos, portanto, a ciência desvenda os enig mas da natureza e, nesse caso, ensina que a Nossa Senhora das Vidraças não é um fenômeno do além. É apenas fruto do acaso... a) Do pon to de vis ta da Qu í mi ca, o tex to afir ma, em pa la vras, que um dos es tá gi os da cor ro são do vi dro, em pre sen ça de água, po de ser re pre sen ta do sim pli fi ca da men te pe lo es que ma aba i xo: + Na Si Si + Na H 2 H H Si Si que ocor re com o va lor de ph da água (au men ta, di mi nui ou per ma ne ce cons tan te) após um con ta to pro lon ga do com o vi dro? Jus ti fi que sua res pos ta. b) Tam bém se afir ma no tex to que se o vi dro es ti ver ex pos to a um am bi en te úmi do e ri co em C 2, um re sí - duo só li do po de se de po si tar em sua su per fí cie. Dê o no me do re sí duo e a equa ção quí mi ca da re a ção de for ma ção do de pó si to. a) ph da água au men ta. Isso por que a equa ção da re a ção mos tra que íons Na + do vi dro são subs ti tu í dos por H + : + Na H H 2 + Si Si + Na + H meio básico; ph aumenta b) 5. Marcas Esmaecidas - Gel feito de látex nat u ral é a mais recente promessa para combater rugas. Um teste preliminar realizado com 60 mulheres de idade próxima a 50 anos indicou uma redução de 80% das rugas na região da testa e dos olhos, após quase um mês de uso diário de um gel antirrugas feito de látex da seringueira. Ess es da dos são parte de uma reportagem sobre farmacologia, divulgada pela Revista n 157. a) lá tex na tu ral, a que se re fe re o tex to, é uma dis per são co lo i dal de par tí cu las de po lí me ros que, após co a gu la ção, le va à for ma ção da bor ra cha na tu ral. A par tir da es tru tu ra dos mo nô me ros for ne ci dos no es - pa ço de res pos ta, re pre sen te do is po lí me ros do lá tex, usan do mo nô me ros em ca da re pre sen ta ção. b) Cal cu le a mas sa mo lar (g mol 1 ) de um lá tex cu ja ca de ia po li mé ri ca, pa ra efe i to de cál cu lo, é cons ti tu í da por uni da des do mo nô me ro. a) 2 NaH + C 2 Na C + H 2 2 resíduo sólido de carbonato de sódio b) Di e no C H 6 5 g/mol de ca da mo nô me ro uni da des g

4 6. A Revista n 161 relata um de bate en tre pesquisadores no work shop Impactos Socioeconômicos, Ambientais e de Uso da Terra, sobre questões ambientais associadas à produção do etanol. A seguir, alguns trechos adaptados desse de bate são transcritos: A cana colhida com queima (colheita man ual) reduz o estoque de carbono no solo, mas a colhida sem queima (mecânica) aumenta o estoque de carbono, podendo fazer o solo reter até toneladas de carbono por hect are em três anos, afirma um pesquisador do Centro de Energia Nu clear na Agricultura (CENA-USP). Não temos encontrado grande benefício em deixar palha sobre o solo. Chegamos a ganhos mais modestos, de apenas 00 quilogramas de carbono por hect are ao longo dos 16 anos de acompanhamento de canaviais em Pernambuco tratados com e sem queima. É interessante observar que a quantidade de carbono estocado no solo depende do grau de degradação do solo; so los mais degradados retêm mais carbono que os mais bem conservados, comenta um pesquisador da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa). a) Le van do-se em con ta os tre chos se le ci o na dos do de ba te, em que as pec to os re sul ta dos ob ti dos pe los pes qui sa do res con cor dam en tre si e em que sen ti do eles dis cor dam? Jus ti fi que b) Num ou tro tre cho do de ba te, ou tro pes qui sa dor con clui: s cál cu los de im pac to e be ne fí ci os am bi en ta is de pen dem de co nhe ci men tos do im pac to so bre o uso do so lo, que não são cla ros. Le van do-se em con ta es ses tre chos ci ta dos, as ques tões am bi en ta is atu a is e o ci clo do car bo no na Ter ra, de pre en de-se que a pre o cu pa ção fi nal nes se de ba te se ria com o so lo ou com a at mos fe ra? Expli que. a) s pes qui sa do res con cor dam quan to à ma i or re ten ção de car bo no na co lhe i ta me câ ni ca. Eles dis cor - dam quan to à quan ti da de de car bo no que o so lo po de ar ma ze nar. b) A pre o cu pa ção fi nal é com a at mos fe ra. es tu do de quan to car bo no é es to ca do ou não pe lo so lo foi ge - ra do pe la pre o cu pa ção com re la ção à con cen tra ção de C 2 na at mos fe ra prin ci pal gás ge ra dor do aque ci men to glo bal. Por tan to, de acor do com as pre o cu pa ções am bi en ta is da atu a li da de, o ob je ti vo fi nal des se es tu do é re fe - ren te à com po si ção da at mos fe ra e sua re la ção com o aque ci men to glo bal.

5 UNICAMP QUÍMICA 7. Uma equipe do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) propõe um sistema de captação de gás metano nos reservatórios de usinas hidrelétricas localizadas na bacia do rio Amazonas (essa proposta está esquematicamente representada na figura abaixo): pri me i ro pas so é a co lo ca ção de uma mem bra na (1) para im pe dir que as tur bi nas (2) das hi dre lé tri cas su guem águas ri cas em me ta no. Essa mem bra na se ria fi xa da a bo i as () na su per fí cie e an co ra da no fun do por pe sos e, as sim, a água que en tra ria nas tur bi nas vi ria de ca ma das su per fi ci a is de re pre sa, com me nor con cen tra ção de me ta no. Um sis te ma de du tos de cap ta ção () co le ta ria a água rica em me ta no no fun do da re pre sa e a le va ria para a ex tra ção do gás em um sis te ma (5) de va po ri za ção. me ta no po de ria ser que i ma do em uma ter me lé tri ca (6), ge ran do ener gia lim pa e re du ção de uma fon te do aque ci men to glo bal. Adap ta do da Re vis ta n 18. a) Con si de ran do o tex to e a fi gu ra aba i xo, es cre va o res pec ti vo nú me ro em ca da um dos cír cu los da fi gu ra, e ex pli que por que a con cen tra ção de me ta no é ma i or na re gião su ge ri da pe los pes qui sa do res. b) tex to afir ma que a que i ma do me ta no na ter me lé tri ca ge ra ener gia e le va a uma re du ção do aque ci - men to glo bal. Nes se con tex to, es cre va a equa ção quí mi ca da com bus tão do gás me ta no. Expli que co mo es sa com bus tão le va a uma re du ção do aque ci men to glo bal, ten do co mo ba se a equa ção quí mi ca e o co nhe ci men to quí mi co. a) me ta no é for ma do a par tir da fer men ta ção ana e ró bi ca de ma té ria or gâ ni ca que, por sua vez, é ma is abun dan te no le i to do re ser va tó rio. Assim, as águas ma is pró xi mas do le i to são ma is ri cas em me ta no. 6 Esquema de captura do metano na hidrelétrica b) Com bus tão do me ta no: 1CH C2 2 H2 Tan to o gás me ta no (CH ) quan to o gás car bô ni co (C 2 ) são co la bo ra do res do aque ci men to glo bal. No en tan to, o gás me ta no é ma is efi caz na re ten ção de ca lor que o gás car bô ni co. Assim, co mo na que i - ma do me ta no uma mo lé cu la de CH é tro ca da por uma de C 2, a re ten ção de ca lor pe la at mos fe ra di - mi nui.

6 8. A Revista nº 160 traz um comentário sobre um ônibus montado no Brasil que tem como combustível o gás hidrogênio. Resumidamente, explica-se que no ônibus existem celas eletroquímicas formadas por um conjunto de placas (eletrodos) e uma membrana polimérica chamada membrana de troca de prótons. Em um tipo de eletrodo, o hidrogênio é quebrado (aspas nossas) e elétrons são liberados, gerando uma corrente elétrica em direção ao outro tipo de eletrodo, onde o gás oxigênio forma íons óxido. s produtos que se originam nos dois diferentes eletrodos reagem para formar água. a) Con si de ran do-se as in for ma ções do tex to, es cre va a equa ção quí mi ca da se mir re a ção de oxi da ção que ocor re nes sa ce la ele tro quí mi ca. b) Que mas sa de gás hi dro gê nio de ve ser trans for ma da na ce la ele tro quí mi ca pa ra que, no fun ci o na men to do ôni bus, ha ja uma li be ra ção de 8,0 MJ? Da do: en tal pia de for ma ção da água = 22 kj mol 1 a) 2 H 0 H e (oxidação) 2 b) 2 H2 H e (oxidação) 2 2 e 2 (redução) 2 H H2 2 H 2 H H 2( 22)kJ x g 8 10 kj 2 2 g 8 kj (liberados) x 1 g H2

7 9. A Revista nº 162 apresenta uma pesquisa desenvolvida no Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN) sobre a produção de fios de irídio-192 para tratar tumores. Usados em uma ramificação da radioterapia 100 chamada braquiterapia, ess es fios são implantados no in te rior 80 dos tumores e a radiação emitida destrói as células cancerígenas e não os tecidos sadios. 192 Ir se transforma em Pt por um decaimento radioativo e esse decaimento em função do tempo é ilustrado na figura ao lado. 0 a) Con si de ran do que a ra di a ção é ge ra da por uma li ga que con tém ini ci al men te 20% de 192 Ir e 80% de Pt, de po is de quan tos di as es sa li ga se trans for ma rá em uma li ga que con - tém 5% de 192 Ir e 95% de 192 Pt? Mos tre seu ra ci o cí nio. atividade da amostra tempo/dias b) de ca i men to ra di a ti vo po de ori gi nar três di fe ren tes ti pos de par tí cu las:, e. Pa ra efe i to de res pos ta ao item, con si de re ape nas e. A par tí cu la tem uma mas sa igual à mas sa do elé tron, en quan to a par - tí cu la tem uma mas sa igual à do nú cleo do áto mo de hé lio. Con si de ran do es sas in for ma ções, que ti po de de ca i men to so fre o 192 Ir, ou? Jus ti fi que. a) 20% Ir 75 dias 10% Ir 75 dias 5% Ir 80% Pt 1/2 vida 90% Pt 1/2 vida 95% Pt 150 di as (vi de grá fi co) atividade da amostra tempo/dias 192 b) 77 Ir Pt (po is os nú me ros de mas sa dos ele men tos ra di o a ti vos se man têm cons tan tes)

8 10. Um estudo divulgado na Revista nº 156 mostra as possíveis consequências da ingestão de pas tas dentárias por crianças en tre 11 meses e 7 anos de idade. A proposta dos pesquisadores é uma pasta que libere pouco fluoreto, e isso é obtido com a diminuição de seu ph. excesso de fluoreto pode provocar a fluorose, uma doença que deixa manchas esbranquiçadas ou opacas nos dentes em formação, por reação com a hidroxiapatita [Ca 10 (P ) 6 (H) 2 ], um sólido presente nas camadas superficiais dos dentes. Nos casos mais graves, essa doença provoca porosidade nos dentes, o que facilita fraturas dos dentes e a absorção de corantes de alimentos. a) Esco lha um íon da hi dro xi a pa ti ta que po de ser subs ti tu í do pe lo flu o re to. Fa ça a subs ti tu i ção in di can do o no me do íon subs ti tu í do e a res pec ti va fór mu la da subs tân cia for ma da. 2 b) Con si de re que, no equi lí brio de so lu bi li da de, a hi dro xi a pa ti ta li be re os íons Ca, P, H pa ra o me io aquo so pró xi mo à su per fí cie dos den tes. Le van do em con ta ape nas o fa tor ph do den ti frí cio, a dis so lu - ção da hi dro xi a pa ti ta se ria fa vo re ci da, di fi cul ta da ou não so fre ria al te ra ção com a pro pos ta dos pes qui - sa do res? Jus ti fi que. a) Íon subs ti tu í do: H (hi dró xi do) Fór mu la da subs tân cia for ma da: Ca 10 (P ) 6 F 2 2 (aq) (aq) b) Ca 10 (P ) 6 (H) 2(s) 10 Ca 6 P 2 H (aq) (di mi nu i ção do ph au men to da con cen tra ção de H + ) s íons H + re a gem com os íons hi dró xi do (efe i to do íon não co mum); em con se quên cia, o equi lí brio de so lu bi li da de so fre um des lo ca men to pa ra a di re i ta, fa vo re cen do a dis so lu ção da hi dro xi a pa ti ta.

9 11. Um estudo publicado na Revista nº 19 mostra pesquisas sobre a utilização da glicerina (um triol), um subproduto da produção de biodiesel, para obtenção de polipropileno, um plástico amplamente utilizado. A motivação partiu deles e no início achei difícil retirar da glicerina (C H 8 ) os átomos de oxigênio para transformá-la em propeno (C H 6 ), lembra um pesquisador da Universidade Fed eral do Rio de Ja neiro (UFRJ). a) Le van do em con ta as es tru tu ras das mo lé cu las da gli ce ri na e do pro pe no, ex pli que por que uma des sas subs tân ci as é ga so sa e a ou tra é lí qui da em con di ções am bi en te, evi den ci an do qual é a lí qui da e qual é a ga so sa. b) tex to da re vis ta ain da in for ma: 50 kg de óleo a que são acres cen ta dos 5 kg de me ta nol re sul tam em 50 kg de bi o di e sel e 5 kg de gli ce ri na. Essa gli ce ri na vai re sul tar em 27 kg de pro pe no e pos te ri or men - te na mes ma quan ti da de de po li pro pi le no. Do pon to de vis ta ri go ro sa men te es te qui o mé tri co e con si de - ran do a quan ti da de de gli ce ri na ob ti da, a pro du ção de pro pe no se ria ma i or, me nor ou igual à des cri ta no tex to da re vis ta. Jus ti fi que. a) Pro pe no é ga so so, po is se tra ta de uma mo lé cu la apo lar. Assim, as for ças in ter mo le cu la res se rão de ba i xa inten si da de; por es se mo ti vo, o pon to de ebu li ção se rá ba i xo e a subs tân cia se rá ga so sa em con - di ções am bi en te. Gli ce ri na é li qui da, po is os al ta men te po la res gru pos H pro pi ci am o sur gi men to das for tes li ga ções de hi dro gê nio in ter mo le cu la res. Assim, o pon to de ebu li ção da gli ce ri na su pe ra o do pro pe no de mo do que a pri me i ra se apre sen te co mo um lí qui do. PRPEN: CH CH CH2 GLICERINA: CH CH CH H 2 2 H H b) 1 CH 8 1 C H 6 92 g glicerina 2 g propeno g glicerina m m = g = 2,7 kg A produção de propeno seria menor do que os 27 kg.

10 12. A Revista n 126 veiculou uma notícia sobre uma máquina de lavar que deixa as roupas limpas sem a necessidade de usar produtos alvejantes e elimina praticamente todas as bactérias dos tecidos. segredo do equipamento é a injeção de íons prata du rante a operação de lavagem. A corrente elétrica passa por duas chapas de prata, do tamanho de uma goma de mascar, gerando íons prata, que são lançados na água du rante os ciclos de limpeza. a) No seu si te, o fa bri can te in for ma que a má qui na de la var for ne ce 100 qua dri lhões ( ) de íons pra ta a ca da la va gem. Con si de ran do que a má qui na se ja uti li za da ve zes por se ma na, quan tos gra mas de pra ta são lan ça dos no am bi en te em um ano (52 se ma nas)? b) Con si de re que a li be ra ção de íons Ag + em fun ção do tem po se dá de acor do com o grá fi co ao la do. Cal cu le a cor ren te em am pe res (C/s) em que a má qui na es tá ope ran do na li be ra ção dos íons. Mos tre seu ra ci o cí nio. Da do: F = C mol 1, Cons tan te de Avo ga dro= 6, mol 1 + Ag /mol tempo/s a) lavagens = íons (áto mos) g Ag 6,02 10 átomos m átomos m 2,8 10 g Ag 17 Ag m b) Em s 2 10 mol Ag 2 10 mol e 1 mol e C mol e Q Q = i t {19, = 10 s i i = 1, A 11 Q 19, 10 C 6 g