Perguntas e Problemas retirados de Testes anteriores

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Victorio Rijo Bayer
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1 Perguntas e Problemas retirados de Testes anteriores 1. Esboce e explique o diagrama de energia potencial de uma molécula de O2 em função da distância a uma superfície de tungsténio (W), sabendo que ocorre adsorção química não dissociativa. 2. Num capilar de vidro, a água sobe enquanto o mercúrio desce. Porquê? 3. O que entende por surfactante e por concentração micelar crítica? 4. O que acontece quando duas bolhas da mesma substância são ligadas por um tubo? Justifique. Relacione com o caso do funcionamento dos alvéolos pulmonares. 5. As concentrações micelares críticas dos detergentes YRIAF e POP-REPUS são, respectivamente, 5x10-4 M e 1x10-4 M. Num anúncio publicitário, qual dos dois seria considerado "o mais concentrado"? Justifique. 6. A partir da variação da tensão superficial de soluções aquosas de um surfactante com a concentração pode determinar a sua concentração micelar crítica. Explique como. 7. Num tubo capilar de diâmetro 0.05 mm, mergulhado num reservatório com água, verificou-se uma subida capilar de 30 mm. Qualitativamente, preveja o que acontecerá se mergulhar o mesmo tubo numa solução diluída de água e acetona. 8. Mergulhou-se verticalmente um tubo de vidro de secção circular numa tina com água a 25 o C. Tendo a água subido 3.1 cm e sendo a tensão superficial da água a esta temperatura ϒ=72.0 Nm -1, calcule a tensão superficial de uma solução aquosa de uma proteína, sabendo que esta solução sobe 0.8 cm no mesmo tubo. 9. Determine a tensão superficial de uma solução diluída de etanol em 1-propanol, sabendo que a sua ascensão capilar num tubo de vidro é de 4.9 cm, sendo o ângulo de contacto de 15 o. À temperatura de trabalho, a massa volúmica do propanol é de g cm -3, a sua tensão superficial tem o valor 23.8 mn m -1 e a subida capilar do propanol puro no mesmo tubo é de 5.2 cm. Em que se baseou para a sua resposta e que aproximações fez? (1º Exame ) 10. Diga o que entende por adsorção positiva de um soluto na interface líquido/ar e dê um exemplo. (1º Exame ) 11. Os dados da Tabela referem-se à adsorção química de H2 em 2.5 g de pó de cobre, a 25 o C. Confirme que seguem uma isotérmica de Langmuir a baixas coberturas e calcule a área específica do pó de cobre utilizado. P/torr V/cm Dados: Área de influência de uma molécula de H2 = 0.09 nm 2. 1 Torr = Pa Nota: Os volumes de H2 indicados são os que o gás ocuparia à temperatura de 0 o C e à pressão de 1 atm. 12. Os dados da tabela referem-se à adsorção de N2 numa amostra de pó de ZnO, a 77 K. Os volumes 1

2 adsorvidos foram recalculados a 0 o C e 1 atm e referem-se a 1 g de ZnO. c / mol L n / 10-4 mol g Decida se os dados são descritos de forma mais apropriada por uma isótérmica de Langmuir ou de BET. Justifique Determine o volume de N2 necessário para formar uma monocamada a 77 K (recalculado a 0 o C e 1 atm) e calcule a área específica do pó de ZnO usado. Dados: Temperatura de ebulição normal do N2 = 77 K. Área de influência de uma molécula de N2: 16 Å 2 Isotérmica de BET: onde c é uma constante e z = (P/P 0 ). V cz = V mono (1 z)[1 (1 c)z] 13. Os dados da Tabela referem-se à adsorção de H2 em 2.5 g de pó de cobre, a 25 o C. P/torr V/cm Deduza a isotérmica de Langmuir para a adsorção não dissociativa de um gás numa superficie sólida Confirme que os resultados apresentados na Tabela obedecem a uma isotérmica de Langmuir Sabendo que a área de influência de uma molécula de H2 é de 0.09 nm 2, calcule a área específica do pó de cobre utilizado. Nota: Os volumes de H2 indicados estão corrigidos para a temperatura de 0 o C e a pressão de 1 atm. 14. Estudou-se a adsorção de um ácido gordo em carvão activado, a partir de soluções aquosas do ácido. Na tabela indicam-se as quantidades adsorvidas (n, em número de moles de ácido por grama de carvão), em função da concentração da solução no equilíbrio (c, em mol L -1 ). c / mol L n / 10-4 mol g Verifique que estes resultados obedecem a uma isotérmica de Langmuir Calcule a área de influência do ácido gordo, sabendo que o carvão activado tem uma área superficial específica de 325 m 2 g A solução de ácido gordo apresenta ascensão capilar num tubo capilar de vidro e depressão 2

3 num tubo de polietileno. Explique. 15. A estabilidade relativa de gotas de um mesmo líquido pode ser interpretada através da equação de Kelvin. Entre duas gotículas esféricas de água, com raios de 10 e 500 nm, mostre qual terá maior -6 m 3 mol - 1 e a sua tensão superficial tem o valor 72.3 mn m -1. Justifique. 16. Na figura abaixo estão representados vários tipos de isotérmicas de adsorção de um gás numa superfície sólida: onde p é a pressão do gás em equilíbrio com o substrato e p 0 a pressão de saturação à mesma temperatura Indique os pressupostos da isotérmica de Langmuir e diga qual das isotérmicas da figura pode ser interpretada por este modelo Verifique que os dados relativos à adsorção de nitrogénio em carvão activado a 0 o C obedecem a uma isotérmica de Langmuir e determine a área superficial específica do carvão activado, sabendo que a área ocupada por cada molécula de N2 na superfície é igual a 16 Å 2 p / Pa V /cm 3 g V volume de gás adsorvido medido em condições PTN. (2º Exame ) 17. A evaporação preferencial de gotas muito pequenas e a condensação capilar são dois fenómenos que podem ser explicados pela eq. de Kelvin. Explique um destes fenómenos. 18. A tabela seguinte indica valores medidos para o ângulo de contacto da água em várias superfícies sólidas. Substrato Cera Teflon Mica Vidro limpo 110 o 108 o 7 o 0 o Mostre, utilizando um diagrama, qual o significado do ângulo de contacto Tendo em conta os valores da tabela, conclua sobre a molhabilidade da água em relação à cera e ao vidro Descreva quantitativamente o que acontece quando se mergulham duas placas de vidro paralelas, espaçadas de 1 mm, em água (ρ=0.997 g cm -3 a 198 K). E se as placas forem enceradas? (1º Teste ) 3

4 Energia potencial (kj mol -1 ) 19. Com base na equação de Gibbs, explique por que razão, para soluções de n-hexanol em água, a tensão superficial diminui com o aumento da concentração de soluto. (1º Teste ). 20. Os MOF (Metal-Organic Frameworks) são materiais cristalinos formados por iões metálicos coordenados por moléculas orgânicas, que podem apresentar estruturas tridimensionais de elevada porosidade. Uma amostra de MOF-5 com área superficial de 1157 m 2 /g (J Porous Mater, 2007, 16, ) foi testada para adsorção de hidrogénio. Uma amostra de 100 mg de MOF-5 a 77 K adsorve 35 mg de hidrogénio a 0.27 bar e 50 mg a 1.07 bar. Assumindo que a adsorção segue uma isotérmica de Langmuir, calcule a constante de equilíbrio de adsorção e a área ocupada por cada molécula de hidrogénio na superfície do material. (1º Teste ). 21. Pretende-se determinar o ângulo de contacto da água num polímero (polietileno de alta densidade modificado com hidróxido de alumínio), dispondo apenas de dois tubos capilares deste polímero, um com 1 mm e outro com 2.5 mm de diâmetro interno. Ao mergulhar os dois tubos em água, a 25ºC, a diferença entre as subidas capilares nos dois tubos foi de 1.2 cm. A 25ºC, a massa volúmica da água é de g.cm -3 e a sua tensão superficial tem o valor 72.8 mn.m -1. Determine o valor do ângulo de contacto. Justifique as aproximações feitas. (1º Exame ) 22. O diagrama de energia potencial da figura seguinte refere-se à adsorção de ozono (O3) em partículas de um aerossol. (Nature Chemistry 2011, 3, ). Identifique as espécies A e B e as energias Ea e Eb. Diga qual a espécie ou espécies adsorvidas mais favorecidas. (1º Teste ) E b E a A 24.Os nanotubos de carbono concêntricos (multi-walled carbon nanotubes, MWCNTs) são materiais com elevado potencial para armazenagem de gases, nomeadamente gás natural (RSC Advances, 2012, 2, 4490) Com base na isotérmica de adsorção de azoto representada na Figura 1, foi determinada uma área específica de 294 m 2.g -1 para os MWCNTs. Interprete esta isotérmica e indique que modelo se poderia usar para ajustar os dados experimentais. 4

5 24.2 A adsorção de metano nos mesmos MWCNTs foi interpretada com base na isotérmica de Langmuir (resultados na Figura 2). A 283 K, as quantidades de metano adsorvidas por grama de MWCNT foram as indicadas na tabela. p/bar Nº mol Calcule os parâmetros da isotérmica de Langmuir, indique o seu significado e discuta os valores obtidos. (1º Exame ) 5

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