Questão 1. Questão 2. Resposta. Dado: Fórmula estrutural da creatinina

Transcrição

1 Eles estão de volta! Omar Mitta, vulgo Rango, e sua esposa Dina Mitta, vulgo Estrondosa, a dupla explosiva que já resolveu muitos mistérios utilizando o conhecimento químico (vestibular UNICAMP 2002). Hoje estão se preparando para celebrar uma data muito especial. Faça uma boa prova e tenha uma boa festa depois dela. Embora esta prova se apresente como uma narrativa ficcional, os itens a e b em cada questão de 1 a 12 devem, necessariamente, ser respondidos. Questão 1 Bem de manhã, Dina foi muito enfática: Não se esqueça de verificar o resultado do exame de sangue do Pipetão antes de escolher a ração adequada. Lembre-se que os níveis de uréia e de creatinina são importantes na avaliação da saúde do animal! Omar deu uma olhada no exame e o resultado indicava 120, 10 4 mol de creatinina por litro de sangue. Os valores de referência, como Rango sabia, seriam aceitáveis na faixa de 0,5 a 1,5 mg dl 1. A comparação permitiu que ele decidisse entre uma ração normal e uma indicada para cães com insuficiência renal. a) Qual o tipo de ração escolhido por Omar na alimentação do Pipetão? Justifique. b) Dina disse que o exame de sangue pode avaliar o nível de uréia. Sabe-se que esse nível é influenciado pela dieta alimentar. Nas embalagens de rações para animais, são dadas informações quantitativas de: umidade, proteína bruta, fibras, gorduras, matéria inorgânica, cálcio e fósforo. Se o Pipetão estivesse com o nível de uréia no sangue acima do limite normal, com qual dessas informações Rango deveria se preocupar ao escolher a ração mais adequada? Justifique. Dado: Fórmula estrutural da creatinina H O H 4 1,20 10 mol C4H7ON 3 112,9 g C4H7ON3 a) 1 L sangue 1molC 4 H ON 7 3 conc. molar m. molar 3 10 mg C4H7ON3 1Lsangue = 1,35 mg 1gC4H7ON 3 10 dl sangue dl conv. unid. conv. unid. Omar escolheu o tipo normal de ração, pois Pipetão apresentou um nível aceitável de creatinina (0,5 a 1,5 mg/dl). b) A uréia ( CH4N2 O), substância nitrogenada, é formada na metabolização de outras substâncias nitrogenadas. Portanto, se Pipetão estivesse com o nível de uréia no sangue acima do limite normal, Rango deveria escolher uma ração pobre em proteínas, que são os nutrientes nitrogenados mais comuns. Questão 2 N N CH 3 NH O nosso herói, logo depois de tratar o Pipetão, foi à cozinha e resolveu traçar alguma coisa. Encontrou uma embalagem de pão ainda fechada. Pensou: Vai ser isso mesmo, mas com manteiga ou margarina? Eu sei que se recomenda uma baixa ingestão diária de colesterol e que a gordura saturada, quando ingerida em excesso, aumenta o mau colesterol (LDL) e também o bom colesterol (HDL). Essa manteiga contém colesterol e gordura saturada. Por outro lado, essa margarina não tem nada de colesterol e tem muita gordura trans, que, assim como as gorduras saturadas, aumenta o LDL, mas tende a baixar o HDL. Com as duas embalagens na mão e todas essas informações, Rango ficou ali babando e se perguntando... H

2 química 2 a) Meu mais recente exame de sangue mostrou que o nível de HDL está na faixa aceitável. Se eu pensar só nisso, será que eu devo usar a manteiga ou a margarina? Por quê? b) Mas há outra coisa, meu valor de LDL está acima da faixa aceitável. E agora? Se eu levo em conta só esse fato, eu devo ou não besuntar o pão com manteiga ou margarina? Por quê? a) CH 3 HC 3 N CH 2 CH C _ a) Como Rango apresenta um nível aceitável de HDL, ele pode consumir, moderadamente, a margarina e a manteiga. Pensando somente no HDL, Rango poderia optar pela manteiga, que aumenta o nível do "bom" colesterol. b) Quem apresenta valor de LDL acima da faixa aceitável deveria evitar o consumo de manteiga e margarina, pois ambas aumentam a taxa do mau colesterol. Se Rango insistir em besuntar o pão, deve optar pela manteiga, que aumenta ambos (HDL e LDL) e é menos prejudicial à saúde do que a margarina, que aumenta o mau colesterol (LDL) e diminui o bom colesterol. Questão 3 Depois de comer, Rango foi limpar o banheiro. Pegou o produto apropriado, e com muita preguiça, começou a roncar com ele na mão. Acordou assustado e, disfarçando, como se Dina estivesse ali, foi logo lendo a formulação na embalagem. Ali se informava que o produto comercial continha um agente anti-bacteriano, um sal orgânico, cujo ânionéocloretoecujocátionéformadopor um átomo de nitrogênio, ao qual se ligam quatro grupos: duas metilas, uma benzila e a cadeia carbônica C 8 H 17. Ficou pensando... a) Como é a fórmula estrutural desse bactericida? b) A embalagem mostra que o ph desse produto é igual a 5. Aquele outro detergente específico que eu usei na cozinha tinha ph igual a 12. Qual deles é mais ácido? Quantos mols de H + há dentro da embalagem de 500 ml desse produto mais ácido? b) A solução mais ácida é a de menor ph (maior [H + ]), que corresponde ao produto de limpeza usado no banheiro (ph = 5). Como o ph = 5e + 5 mol [H ] = 10, temos que, em 500 ml (0,5 L), a L quantidade de H + é igual a = 510 mol H +. 2 Questão 4 Após a limpeza do banheiro, Rango foi à sala e removeu todos os móveis e, de tão feliz e apaixonado, começou a cantarolar: Beijando teus lindos cabelos, Que a neve do tempo marcou... Estavas vestida de noiva, Sorrindo e querendo chorar... De repente, volta à realidade lembrando que tinha que limpar aquela sala de 50 m 2 e de 3 m de altura, antes que Dina voltasse. Hoje a temperatura está em 32 o C e a pressão atmosférica na sala deve ser, aproximadamente, 4 vezes o valor da minha pressão arterial sistólica (180 mmhg ou aproximadamente Pa), sem medicação. Ah, se eu fosse tão leve quanto o ar dessa sala!, pensava Rango... a) Se o ar se comporta como um gás ideal, quantos mols dessa mistura gasosa devem estar presentes aqui na sala? b) Se minha massa corpórea é de 120 kg, e eu acho que estou fora do peso ideal, então, se eu tivesse a mesma massa que o ar dessa sala, eu estaria melhor? Por quê?. Dados: constante dos gases = = 8,314 Pa m 3 mol 1 K 1, T/K 273 t/ o = + C; o ar é composto de, aproximadamente, 78% em massa de nitrogênio, 21% de oxigênio, 10,%de argônio.

3 química 3 a) A partir do volume (150 m 3 ), da temperatura (305 K) e da pressão atmosférica na sala ( Pa), podemos calcular o número de mols da mistura gasosa na sala: p V = n R T = n 8, n mols b) Cálculo da massa de ar na sala: no2 X = O2 nt mo2 MO2 X = O2 nt m = X n M O2 O2 T O2 m 0, O2 = m ,7 g 33,39 kg O2 Analogamente, temos que a massa do nitrogênio é 108,52 kg e a massa do argônio é 1,98 kg. mar = m + m + m O2 N2 Ar mar = 33, ,52 + 1,98 mar 143,89 kg Portanto, Rango não estaria em melhores condições, pois a massa de ar na sala é maior que sua massa corpórea. Questão 5 Se o caso era cozinhar, Rango não tinha problemas. Ele preparou a massa do bolo da festa utilizando um fermento químico à base de carbonato ácido (bicarbonato) de sódio. Rango começou bem cedo essa preparação, pois Estrondosa vivia reclamando que depois que o gás passou a ser o gás de rua, parecia que o forno havia ficado mais lento para assar. Perdido nessas maravilhas que rodeavam a atividade na cozinha, Rango se refestelava com os conceitos químicos... a) Antes de usar o fermento, eu coloquei um pouco dele em água e houve um desprendimento de gás. Isso me indicou que o fermento estava adequado para ser utilizado no bolo. Qual é a equação química da reação que eu acabei de observar? b) Se a reclamação de Estrondosa sobre o gás combustível for verdadeira, o gás liquefeito de petróleo (butano) deve fornecer uma energia maior que o gás de rua (metano), considerando-se uma mesma massa de gás queimado... Será que essa hipótese é verdadeira? Dados: entalpias de formação em kj mol 1 : butano = 126, metano = 75, gás carbônico = = 394 e água = 242 a) O fermento químico é constituído de bicarbonato de sódio e um ácido. Então: + HCO3(aq) + H(aq) CO2(g) + H2 O( ) b) Cálculo dos calores de combustão do metano (CH 4 ) e do butano (C4H 10 ): CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O ΔH = ΔH ΔH fprodutos freagentes ΔH = ( 242) ( 75) = 803 kj/mol CH 4 13 C4H O 2 4CO H 2 O ΔH = 4 ( 394) + 5 ( 242) ( 126) = = kj/mol C 4 H 10 Supondo a combustão de uma mesma massa m de ambos os combustíveis: m gch 1molCH kj 4 16 g CH4 1molCH 4 m. molar calor de combustão m 50,2 kj 1molC4H kj m gc4h10 58 g C4H10 1molC4H10 m 45,9 kj Pelos cálculos concluímos que, para uma mesma massa de gás combustível queimado, há maior liberação de energia na combustão do gás de rua (metano). Portanto essa hipótese não é verdadeira. Questão 6 Depois das 19 horas, os convidados começaram a chegar. Dina os recepcionava no bar, onde havia dois baldes: um deles com gelo e o outro com gelo seco. Dina bradava aos quatro cantos: Isso faz a festa tornar-se mais química, já que esses sólidos serão usados para resfriar as bebidas! Para cada bebida, Estrondosa escolhia o sólido mais apropriado. Curiosamente alguém pediu duas doses iguais de uísque, uma com gelo e outra com gelo seco, mas colocou os copos em uma mesa e não consumiu as bebidas. Passado um certo tempo, um colega de faculdade resolveu verificar se

4 Para a sobremesa, os Mitta prepararam o Arroz-doce à moda do Joaquim. Dina explicava aos convidados: Um dos segredos da receita é não deitar o açúcar logo no início porque ele é muito hidrofílico e compete com o amido do arroz pela água, e também porque a elevada pressão osmótica dificulta a entrada de água para o interior dos grãos, não deixando que eles cozinhem de forma uniforme e completa. Como Dina estava a usar uma linquímica 4 Dina ainda era a sabichona de antigamente, e foi logo perguntando: a) Esses sólidos, quando colocados nas bebidas, sofrem transformações. Que nomes são dados para essas duas transformações? E por que essas transformações fazem com que as bebidas se resfriem? b) Dina, veja essas figuras e pense naqueles dois copos de uísque que nosso amigo não bebeu. Qual copo, da situação inicial, corresponde ao copo d da situação final? Em algum dos copos, a concentração final de álcool ficou diferente da concentração inicial? Por quê? Obs: considerar a figura para responder ao item b. x y c d situação inicial situação final a) O gelo sofre fusão: H2 O(s) H2 O( ) O gelo seco sofre sublimação:co2(s) CO2(g) Essas transformações físicas esfriam as bebidas porque são endotérmicas, isto é, absorvem calor dos líquidos, diminuindo suas temperaturas. b) O copo d, com redução do volume, corresponde ao copo x, que é constituído de CO 2(s) (gelo seco) e uísque; o CO 2 sublima e o nível de bebida diminui (menor volume). No copo contendo uísque e gelo ocorre uma diminuição da concentração alcoólica devido à fusão do gelo e conseqüente diluição da bebida. Questão 7 Especialmente para as crianças, havia uma sala reservada com muitos brinquedos, guloseimas, um palhaço e um mágico. Como Rango também tinha problemas com açúcar, algumas vezes ele colocava pouco açúcar nas receitas. Ao experimentar a pipoca doce, uma das crianças logo berrou: Tio Rango, essa pipoca tá com pouco açúcar! Aquela observação intrigou Rango, que ficou ali pensando... a) Coloquei duas xícaras de milho na panela e, depois que ele estourou, juntei três colheres de açúcar para derreter e queimar um pouco. Se cada colher tem mais ou menos 20 gramas de açúcar, quantas moléculas de sacarose (C12H22O 11 ) eu usei em uma panelada? b) Eu também sei que parte desse açúcar, após caramelizar, se decompõe em água e carbono. Se 1% desse açúcar se decompõe dessa forma, quantos gramas de carbono se formaram em cada panelada? Dado: Constante de Avogadro = = 602, mol 1 a) Cálculo do número de moléculas de sacarose: 20 g C12H22O11 3 colheres de açúcar 1 colher de açúcar dado 1molC12H22O11 340,9 g C12H22O 11 m. molar 23 6,02 10 moléculas C12 H22O11 1molC12H22O 11 cte. de Avogadro 23 1,06 10 moléculas C12 H22O11 Portanto, Rango utilizou 1, moléculas de sacarose em sua panelada. b) A partir da massa de açúcar que se decompõe (0,6 g), podemos calcular a massa de carbono que se formou em cada panelada: 1molC12H22O11 0,6 g C12H22O11 340,9 g C12H22O 11 m. molar 12 mols C 12 g C 0,25 g C 1molC12H22O11 1molC f. química m. molar Questão 8

5 química 5 guagem muito científica, um dos convidados logo fez duas perguntas: a) Ô Dina, o que significa hidrofílico e como se explica isso no caso do açúcar? b) Ao fazer o arroz salgado, a gente põe o sal no início, e o arroz cozinha de maneira uniforme. Então, essa tal de pressão osmótica não existe no caso do sal? Por quê? a) Hidrofílico significa o que tem afinidade com água. O açúcar é composto basicamente por sacarose, cujas moléculas possuem vários grupos hidroxila ( OH) que, através de ligações (pontes) de hidrogênio, se ligam às moléculas de água. b) A pressão osmótica também existe quando o solutoéosal,masnocasodoarrozsalgado, pode-se colocar o sal no início e, mesmo assim, consegue-se uma cocção uniforme, porque a quantidade de NaC adicionado é pequena quando comparada à quantidade de sacarose acrescentada ao arroz-doce. Questão 9 Rango, logo depois de servir o bolo, levou os convidados de volta ao bar. Lá, para entreter os convidados, Dina acomodou um ovo sobre um suporte plástico. Esse ovo tinha fitasdevedaçãonasduasextremidades,tapando pequenos furos. Dina retirou as vedações, apoiou o ovo novamente no suporte plástico e levou um palito de fósforo aceso próximo a um dos furos: de imediato, ouviu-se um pequeno barulho, parecido a um fino assovio; surgiu, então, uma chama quase invisível e o ovo explodiu. Todos aplaudiam, enquanto Dina explicava que, no interior do ovo (na verdade era só a casca dele), ela havia colocado gás hidrogênio e que o que eles tinham acabado de ver era uma reação química. Aplausos novamente. a) Se o gás que ali estava presente era o hidrogênio, a que reação química Dina fez referência? Responda com a equação química correspondente. b) Se a quantidade (em mols) dos gases reagentes foi maior que a do produto gasoso, então o ovo deveria implodir, e não, explodir. Como se pode, então, explicar essa explosão? a) A equação química da reação de combustão do hidrogênio é: 2H2(g) + O2(g) 2H2 O(g) b) Na demonstração, a chama provoca um aumento da temperatura, fazendo com que ocorra a expansão dos gases, o que gera uma explosão e não uma implosão como o balanceamento da equação pode sugerir. Questão 10 As pessoas adoravam essas demonstrações químicas. Dina e Rango sabiam disso, pois eles próprios tinham sido fisgados por esse tipo de atividade (Vestibular da Unicamp-2001). Chamando a atenção de todos, Dina colocou sobre o balcão um copo que aparentemente continha água, e nele adicionou algumas gotas de uma solução que tingiu aquela água. Dina disse que aquela solução colorida mudaria de cor no berro. Um dos convidados, com a boca bem aberta e próxima do copo, deu um longo berro. Como num passe de mágica, o líquido mudou de cor. Todo mundo aplaudiu a cena. a) O líquido que estava no copo era, na verdade, uma solução aquosa de amônia, cujo K b é 18, Nessa solução aquosa estavam em equilíbrio, antes da adição do indicador, amônia, íon amônio e íon hidróxido. Escreva a expressão de K b em termos das concentrações dessas espécies. Nesse equilíbrio, o que está em maior concentração: amônia ou o íon amônio? Justifique. b) O que foi gotejado no copo era uma solução de vermelho de fenol, um indicador ácido-base, que apresenta cor vermelha em ph acima de 8,5 e cor amarela em ph abaixo de 6,8. Qual foi a mudança de cor observada? Como se explica que o berro tenha promovido a mudança de cor? a) O equilíbrio iônico descrito pode ser representado pela seguinte equação química: + NH3(aq) + H2 O( ) NH4(aq) + OH(aq) K b A expressão do K b é:

6 química 6 + [NH 4 ] [OH ] Kb = [NH 3 ] A amônia é uma base fraca, sendo pouco dissociada e possuindo um K b pequeno (1,8 10 ). Desse modo, a concentração molar de amônia 5 (NH 3 ) é bem maior que a do íon amônio (NH + 4 ). b) Apesar de se tratar de uma base fraca, a solução aquosa de amônia possui um caráter básico suficientemente pronunciado para que, em contato com o indicador vermelho de fenol, adquira a cor vermelha. Quando um dos convidados "berra" por um longo período ao lado do copo, uma quantidade apreciável de gás carbônico é absorvida pela solução. Isto fará com que a concentração hidrogeniônica aumente, provocando o consumo de íons OH e diminuindo o ph. O efeito disso será a mudança de cor da solução, de vermelho para laranja ou, eventualmente, amarelo. + CO2(g) + H2 O( ) HCO3(aq) + H(aq) + H(aq) + OH(aq) H 2 O ( ) proveniente da solução de amônia a) A equação química da reação realizada é: 3Mg (s) + KC O 3(s) 3MgO (s) + KC (s) 0 +5 oxidação redução Essa reação química é um exemplo de oxidorredução, ou seja, ela representa um processo de transferência de elétrons. b) A molécula de P 4 pode ser representada por: átomo de P +2 ligação covalente _ 1 Questão 11 Também para mostrar suas habilidades químicas, Rango colocou sobre o balcão uma folha de papel que exalava um cheiro de ovo podre e que fazia recuar os mais fracos de estômago. Sobre essa folha via-se um pó branco misturado com limalhas de um metal de cor prateada. Após algumas palavras mágicas de Rango, ouviu-se uma pequena explosão acompanhada de uma fumaça branca pairando no ar. a) Sabendo-se que naquela mistura maluca e mal cheirosa, uma das reações ocorreu entre o clorato de potássio (KClO 3 ) e raspas de magnésio metálico, e que o pó branco formado era cloreto de potássio misturado a óxido de magnésio, teria havido ali uma reação com transferência de elétrons? Justifique. b) A mistura mal cheirosa continha fósforo branco (P 4 ) dissolvido em CS 2, o que permitiu a ocorrência da reação entre o KClO 3 e o magnésio. A molécula P 4 é tetraédrica. A partir dessa informação, faça um desenho representando essa molécula, evidenciando os átomos e as ligações químicas. Questão 12 A festa já estava para terminar, mas nenhum dos convidados sabia o motivo dela... Sobre o balcão, Dina pousou nove copos, com diferentes soluções e nelas colocou pequenos pedaços dos metais cobre, prata e ferro, todos recentemente polidos, como mostra o desenho na situação inicial: Soluções 2+ Azuis (Cu ) - cobre metálico - prata metálica Soluções + incolores (Ag ) Soluções 3+ Amarelas (Fe ) - ferro metálico Para que a festa seja completa e vocês tenham mais uma pista do motivo da comemoração, respondam às perguntas, bradava Dina, eufórica, aos interessados: a) Em todos os casos onde há reação, um metal se deposita sobre o outro enquanto parte desse último vai para a solução. Numa das combinações, a cor do depósito não ficou muito diferente da cor do metal antes de ocorrer a

7 química 7 deposição. Qual é o símbolo químico do metal que se depositou nesse caso? Justifique usando seus conhecimentos de química e os dados da tabela fornecida. b) A solução que mais vezes reagiu tornou-se azulada, numa das combinações. Que solução foi essa? Qual a equação química da reação que aí ocorreu? Dados: Par Potencial padrão de redução / volts Cu 2 + /Cu 0,34 Fe 3 + /Fe 0,04 Ag + /Ag 0,80 a) Prata e ferro são metais acinzentados, ou seja, prateados. Já o cobre metálico é avermelhado. o Desse modo, a reação espontânea ( Δ E > 0) que ocorrerá com pouca variação de cor entre o metal base e o depósito é: Ag(aq) + Fe(s) 3Ag(s) + Fe(aq) Logo, o metal que se depositou foi a prata, cujo símbolo é Ag. b) A solução que mais vezes reagiu é aquela que possui o cátion com maior potencial padrão de redução (E o ), ou seja, a solução que contém Ag +. A equação química que representa a reação que torna essa solução azulada é: + 2Ag(aq) + Cu(s) 2Ag(s) solução metal depósito incolor avermelhado prateado Cu(aq) solução azulada

8 Classificação Periódica dos Elementos Químicos Hidrogênio 1,0 H He Li Be B C N O F Ne Lítio Berílio 6,9 Boro Carbono Nitrogênio Oxigênio Flúor Neônio 9,0 10,8 12,0 14,0 15,9 18,9 20, Na Mg A P S C Ar Sódio Magnésio 22,9 24,3 26,9 28,0 30,9 32,0 35,4 39, Potássio K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Cálcio Escândio Titânio Vanádio Crômio Manganês Ferro Cobalto Níquel Cobre Zinco 39,0 40,0 44,9 47,8 50,9 51,9 54,9 55,8 58,9 58,6 63,5 65,3 69,7 72,6 74,9 78,9 79,9 83, Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Rubídio Estrôncio Ítrio Zircônio Nióbio Molibdênio Tecnécio Rutênio Ródio Paládio Prata Cádmio Índio Estanho Antimônio Telúrio Iodo Xenônio 85,4 87,6 88,9 91,2 92,9 95,9 98,9 101,0 102,9 106,4 107,8 112,4 114,8 118,7 121,7 127,6 126,9 131, a Cs Ba La-Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg T Pb Bi Po At Rn Césio Bário Háfnio Tântalo Tungstênio Rênio Ósmio Irídio Platina Ouro Mercúrio Tálio Chumbo Bismuto Polônio Astato Radônio 132,9 137,3 178,4 180,9 183,8 186,2 190,2 192,2 195,0 196,9 200,5 204,3 207,2 208,9 209,9 209,9 222,0 Hélio 4,0 14 Si Alumínio Silício Fósforo Enxofre Cloro Argônio Gálio Germânio Arsênio Selênio Bromo Criptônio a Fr Ra Ac-Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Frâncio Rádio Rutherfórdio Dúbnio Seabórgio Bóhrio Hássio Meitnério 223,0 226, La Ac Tório 232,0 Ce Th Pr Pa Urânio 238,0 Nd U Pm Np Sm Pu Eu Am 64 Lantânio Cério Praseodímio Neodímio Promécio Samário Európio Gadolínio Térbio Disprósio Hólmio Érbio Túlio Itérbio Lutécio 138,9 140,1 140,9 144,2 146,2 150,3 151,9 157,2 158,9 162,5 164,9 167,2 168,9 173,0 174,9 Actínio 227,0 Protactínio 231,0 96 Gd Cm Tb Bk Dy Netúnio Plutônio Amerício Cúrio Berquélio Califórnio Einstênio Férmio Mendelévio Nobélio Laurêncio 237,0 239,0 241,0 244,0 249,0 252,0 252,0 257,1 258,1 259,1 262,1 Cf Ho Es Er Fm Tm Md Yb No Lu Lr