Escla Secundária de Laga Física e Química A 11º An Turma A Paula Mel Silva Chamadas de Atençã Ficha de Trabalh 19 Das estrelas a átm (Unidade 1 de Química d 10ºan) Trabalhs Prátics 10ºan Das estrelas a átm a saber: Teria d Big Bang Facts a favr (crrbram a teria): expansã d univers, a existência da radiaçã cósmica de fund de micrndas e a abundância relativa ds elements químics leves n univers. Limitações à teria d Big Bang: a nã distribuiçã regular da matéria, nã explica futur d univers nem prquê d iníci. Mments de nuclessíntese: primrdial (H), estelar (He a U) e interestelar (He, Li, Be e B). Atençã mderada a cicl de vida de uma estrela pis nem tdas prduzem tds s elements pis nã têm massa suficiente. Arrefeciment durante a expansã. Apenas se frmaram núcles n iníci. Escalas de temperatura e distância (atençã a an luz, unidade astrnómica e as kelvin) Reações nucleares e reações químicas As nucleares envlvem quantidades de energia muit superires, s núcles entram na reaçã e nã s eletrões (nuvem eletrónica apenas) frmand-se nvs elements, nã há cnservaçã da massa. Os isótps reagem de md diferente. Aplicações da energia nuclear: prduçã de energia elétrica, dataçã através d C-14 e na medicina n diagnóstic e tratament de denças. As reações nucleares pdem ser de cisã (fissã) u fusã nuclear. Atençã a númer de massa e a númer atómic pis sã s que imprtam numa reaçã nuclear. Espetrs de emissã e de absrçã. Radiaçã. Identificaçã ds elements que cnstituem uma estrela. Espetrs atómics descntínus cm bilhete de identidade de um element. Quantizaçã da energia d eletrã n átm. Semelhanças e diferenças entre um espetr de emissã e de absrçã para um mesm element. Efeit ftelétric. Se pedem energia mínima para remver (energia de remçã Vs energia de inizaçã) a energia cinética é nula. Os exercícis pdem ir apenas para saber se crre u nã efeit ftelétric. Intensidade d feixe mexe cm númer de ftões, a frequência mexe cm a energia de cada ftã. Aplicações d efeit ftelétric: prtas autmáticas, leitura de códigs de barras, alarmes, etc. Átm, elements químics e Tabela Periódica Massa atómica relativa, númer atómic e númer de massa. Variaçã d rai atómic e da 1ª energia de inizaçã a lng da Tabela periódica. Númers quântics e cnfiguraçã eletrónica (princípi da energia mínima, regra de Hund, princípi da exclusã de Pauli). Nã esquecer que pdem perguntar eletrões de valência, eletrões de valência mais energétics, eletrões desemparelhads, eletrões d cerne, eletrões numa rbital específica, eletrões em rbitais cm frmas específicas, quantas rbitais Escla Secundária de Laga Paula Mel Silva Página 1
(atençã que p sã três), valres diferenciads de energia (atençã que p cntam apenas cm um valr e s e p d mesm nível cm dis), fundamental, excitad e pssível, etc. Átm de hidrgéni Transições eletrónicas. Atençã que dependend da fórmula que usam têm que se lembrar que ftã emitid é negativ. Séries, excitaçã, desexcitaçã, quantizaçã: se espetr é de riscas apenas certas transições sã pssíveis entã a energia d eletrã n átm está quantizada. Estads excitads e estad fundamental. Atençã a 2º estad excitad (n=3), a 2ª risca d visível (4 para 2). Atençã à pergunta, ler cm atençã. Atençã que terã valres cm mesm módul e terã de decidir pel sinal de mais u mens. Atençã às reduções pis a energia pde vir expressa de mds diferentes, pr eletrã e pr mle de eletrões também. Trabalhs Prátics 10ºan AL 1 - Metdlgia de Resluçã de Prblemas pr via experimental AL 2 Separar e purificar Técnicas de separaçã de misturas. Decantaçã (Decantaçã de misturas de duas fases: sólid líquid e líquid líquid), Filtraçã (Filtraçã pr gravidade e Filtraçã a pressã reduzida), Destilaçã (Destilaçã simples e Destilaçã fracinada). Atençã nme d material. Cndensadr e entrada e saída da água (prteger material e arrefeciment mais eficaz) AL 3 Mediçã em Química AL 4 Análise elementar pr via seca (teste de chama) A que será devida a cr d fg-de-artifíci? Sais da mesma cr darã cr idêntica a uma chama? Falar das limitações d teste de chama na análise qualitativa ds elements ns sais respetivs. Observar espectrs atómics descntínus e estabelecer a sua relaçã cm a quantizaçã da energia ds eletrões ns átms. (Ansa de crómi-níquel, cuidad cm ácid clrídric, cm etanl e cm bic de busen, cadinh de prcelana e espectrscópi de bls). Aurras breais. AL 5 Identificaçã de uma substância e avaliaçã da sua pureza Densidade de sólids e líquids, Us de picnómetrs (de sólids e de líquids) e densímetrs. Densidade de materiais. Pnt de ebuliçã e pnt de fusã. Aparelh autmátic para determinar pnt de fusã e ebuliçã. densidade sólid = massa d sólid massa d sólid e picnómetr chei de água massa d picnómetr cm sólid e água densidade líquid = massa picnómetr cm liquid massa picnómetr vazi massa picnómetr cm água massa picnómetr vazi ATENÇÃO AS EXPRESSÕES ANTERIORES PODEM SER MULTIPLICADAS PELA DENSIDADE DA ÁGUA Á TEMPERATURA DA EXPERIÊNCIA. AL 6 Sluções e Clides Preparaçã de sluções: a partir de um sólid, a partir de uma sluçã cncentrada, fatr de diluiçã. Sluções, clides e suspensões. Slut (dispers) e slvente (dispersante) Cncentraçã e cncentraçã mássica Preparaçã de clides e de suspensões. Prpriedades de clides (efeit de Tyndall a luz dispersa-se ns clides). AL 7 Rendiment n aqueciment Aqui aparecem as fórmulas P = UI e E = P t AL 8 Absrçã e emissã de radiaçã Prque é que as casas alentejanas sã, tradicinalmente, caiadas de branc? Prque é que a parte interna de uma garrafa-term é espelhada? Aquecer as latas, garrafas, cub de Leslie cm a lâmpada. Atençã às cndições iniciais. AL 9 Energia elétrica frnecida pr um painel ftvltaic Escla Secundária de Laga Paula Mel Silva Página 2
Um painel é um cnjunt de células ftvltaicas. Atençã a interval de temp, à área, à rientaçã e a rendiment. Calcular a ptência elétrica (P) frnecida a circuit para váris valres da resistência (R) e cnstruir gráfic P=f(R), iluminand painel cm uma lâmpada fixa a uma certa distância. Cncluir, a partir d gráfic cnstruíd, que rendiment d painel é máxim para um determinad valr da resistência utilizada. Explicitar que a cnversã ftvltaica da energia slar cnsiste na transfrmaçã de energia radiante numa diferença de ptencial entre s pls d painel ftvltaic Determinar a ptência elé Identificar a existência de uma resistência exterir que timiza rendiment de um painel ftvltaic Explicar que, para maximizar rendiment de um painel ftvltaic, este deve estar rientad de frma a receber máxim de radiaçã incidente (rientaçã a Sul e inclinaçã cnveniente) Explicar que, para dimensinar um sistema de cnversã ftvltaic, é necessári ter em cnsideraçã a ptência média slar recebida pr unidade de superfície terrestre, durante dia (u númer médi de hras de luz slar pr dia) e a ptência a debitar. AL 10 Capacidade térmica mássica Prque é que n Verã a areia fica escaldante e a água d mar nã? Prque é que s climas marítims sã mais amens que s cntinentais? A capacidade térmica mássica, é uma característica de um material que lhe cnfere prpriedades específicas relativamente a aqueciment e a arrefeciment. AL 11 Balanç energétic num sistema termdinâmic Para arrefecer um cp de água será mais eficaz clcar nele água a 0ºC u uma massa igual de gel à mesma temperatura? AL 12 Energia cinética a lng de um plan inclinad Atençã a md de determinaçã da velcidade (carrinh cm fita, ftgrafias estrbscópicas, sensres, células ftvltaicas etc.) AL 13 Bla saltitna Utilizaçã de sensres lg atençã a zer d referencial e a que significa s valres dads. Em cada salt a bla perde uma percentagem de energia mecânica atingind alturas significativamente menres. Atençã que pdem nã trabalhar cm percentagens de energia cinética, ptencial gravítica nem mecânica mas cm ceficiente de restituiçã que eles têm que dar a fórmula. Depende de bla para bla. Varia de 0 a 1. Pde ser declive de uma reta hressalt(hinicial). ceficiente de restituiçã = velcidade após chque cm alv fix velcidade antes d chque = altura ressalt altura inicial AL 14 O atrit e a variaçã de energia mecânica Falam de ceficiente de atrit! Os aluns deverã cnsultar tabelas de ceficientes de atrit cinétic para ajudar a slucinar as situações prblema. Devem interpretar ceficiente de atrit cm uma prpriedade característica das superfícies de dis materiais em cntact, d qual depende diretamente a frça de atrit. Nã se pretende cm esta atividade estabelecer experimentalmente a relaçã entre a frça de atrit e a reaçã nrmal, preferind que alun seja sensibilizad para situações d dia a dia em que é vantajs eliminar efeit d atrit e utras em que este efeit é indispensável. Incerteza absluta, incerteza de leitura, errs sistemátics, errs acidentais, precisã e exatidã, err relativ, nme de material de labratóri básic e específic de uma experiência e cuidads de segurança, alguns rótuls de perig. Ntaçã científica e algarisms significativs. Medições diretas e indiretas. Aparelhs analógics e digitais. Valr mais prvável. FÓRMULAS QUIMICAS DE IÕES. err relativ = valr btid valr real valr real 100 atença que valr real pde ser a média Escla Secundária de Laga Paula Mel Silva Página 3
Fórmulas Matemáticas A r (X) = ab(%) A r(x ) + 100 para calcular a massa atómica relativa tend s isótps Energia radiaçã = Energia remçã + Energia cinética para efeit ftelétric. Energia radiaçã = E n = E n final E n inicial atençã se fi emitid u absrvid Exercícis 1. O element químic xigéni apresenta três isótps naturais. Na tabela que se segue, apresentam-se alguns dads referentes as seus três isótps. Isótp Abundância relativa (%) Massa istópica 16 8O 99,76 15,995 17 8O A 16,999 18 8O 0,20 17,999 1.1. Quais as características necessárias para que dis átms sejam isótps? 1.2. Determine valr de A. 1.3. Calcule a massa atómica relativa d element xigéni. 2. Um átm é frmad quase cmpletamente pr espaç vazi. Tda a sua massa se deve a diminut núcle central. O espaç que rdeia estende-se até uma distância de cerca de 10 mil vezes diâmetr d núcle e é cupad pr uma mã-cheia de eletrões seis, pr exempl, n cas d átm de carbn. 2.1. Cm se designam s eletrões que participam nas reações químicas? 2.2. Cm se designa uma regiã d espaç nde, em trn d núcle de um átm, existe uma elevada prbabilidade de encntrar um eletrã desse átm? 2.3. N átm de carbn n estad fundamental, s eletrões encntram-se distribuíds pr: (A) duas rbitais. (B) três rbitais. (C) quatr rbitais. (D) seis rbitais. 2.4. Um ds eletrões de valência d átm de carbn n estad fundamental pde ser caracterizad pel cnjunt de númers quântics: (A) (1,1,0, + 1 2 ) (B) (2,0,0, + 1 2 ) (C) (2,1,2, 1 2 ) (D) (1,0,0, 1 2 ) Escla Secundária de Laga Paula Mel Silva Página 4
2.5. Selecine a única pçã que cntém s terms que preenchem, sequencialmente, s espaçs seguintes, de md a bter uma afirmaçã crreta. Os átms de carbn (C), n estad fundamental, apresentam eletrões de valência, distribuíds pr. (A) dis uma rbital (B) dis duas rbitais (C) quatr duas rbitais (D) quatr três rbitais 2.6. Os eletrões de valência ds átms de xigéni e de enxfre, n estad fundamental, distribuem-se: (A) apenas pr rbitais cm l = 1. (B) pel mesm númer de rbitais. (C) pr rbitais cm mesm númer quântic principal. (D) pr rbitais cm l = 1 e cm l = 2. 2.7. Selecine a única pçã que cntém cnjunt de númers quântics que pde caracterizar um ds eletrões mais energétics d átm de enxfre, n estad fundamental. (A) (3,2,1, + 1 2 ) (B) (3,2,0, + 1 2 ) (C) (3,1,1, + 1 2 ) (D) (3,1,2, + 1 2 ) 2.8. Cnsidere a cnfiguraçã eletrónica d átm de azt, n estad fundamental. Quants eletrões se encntram em rbitais caracterizadas pel númer quântic secundári l = 1? (A) 2 (B) 3 (C) 4 (D) 5 2.9. Cnsidere a cnfiguraçã eletrónica 1s 2 2s 2 2p x 2 2p y 2 2p z 0. Indique qual a regra que nã fi respeitada na sua elabraçã. 3. Cnsidere átm mais abundante n univers, hidrgéni. O esquema representa um diagrama de níveis de energia nde estã indicadas algumas transições eletrónicas pssíveis n átm de hidrgéni. Escla Secundária de Laga Paula Mel Silva Página 5
3.1. Classifica cm verdadeiras u falsas as seguintes afirmações: (A) As transições X e Z crrem cm emissã de radiaçã. (B) As transições Y e T crrem cm absrçã de radiaçã. (C) A radiaçã assciada à transiçã X é mas energética d que a radiaçã assciada à transiçã Y. (D) A energia da radiaçã assciada à transiçã Z é mair d que a energia da radiaçã assciada à transiçã T. (E) A frequência da radiaçã assciada à transiçã X é mair d que a frequência da radiaçã assciada à transiçã Z. (F) A transiçã Y crre cm a emissã de um ftã. (G) A transiçã Z crrespnde a uma desexcitaçã. (H) Das transições cnsideradas a que envlve ftões de menr freqência é a T. 3.2. Indique que significa dizer que a energia d eletrã n átm está quantizada. 4. Na Figura A, está representad um diagrama de níveis de energia d átm de hidrgéni, n qual estã assinaladas algumas transições eletrónicas. A Figura B representa espetr de emissã d átm de hidrgéni que apresenta uma risca vermelha, uma risca azul e cinc riscas vileta na zna d visível. 4.1. Qual das transições eletrónicas assinaladas na Figura A crrespnde à risca vermelha d espetr de emissã d hidrgéni? (A) Transiçã X (B) Transiçã V (C) Transiçã W (D) Transiçã Z 4.2. Escreva um text n qual analise espetr de emissã d átm de hidrgéni, abrdand s seguintes tópics: descriçã sucinta d espectr; relaçã entre apareciment de uma qualquer risca d espetr e fenómen crrid n átm de hidrgéni; razã pela qual esse espetr é descntínu. Escla Secundária de Laga Paula Mel Silva Página 6
4.3. A energia de inizaçã d hidrgéni, expressa em J/ml, é: (A) 2,18 x 10 5 J/ml (B) 1,09 x 10 5 J/ml (C) 1,31x10 6 J/ml (D) 7,86 x 10 6 J/ml 4.4. Cnsidere a transiçã assinalada pela Z. A variaçã da energia assciada à transiçã eletrónica cnsiderada é: (A) 3,0 10 19 J (B) +3,0 10 19 J (C) 7,8 10 19 J (D) 7,8 10 19 J 4.5. Cnsidere que um átm de hidrgéni se encntra n primeir estad excitad e que, sbre esse átm, incide radiaçã de energia igual a 3,6 x 10-19 J. Indique, justificand, se crrerá a transiçã d eletrã para nível energétic seguinte. 4.6. A transiçã eletrónica assinalada n diagrama pela letra V rigina uma risca na regiã d n espetr de d átm de hidrgéni. (A) Infravermelha absrçã (B) Infravermelha emissã (C) Visível absrçã (D) Visível emissã 4.7. Cnsidere as rbitais (2,0,0), (2,1,-1), (2,1,0) e (2,1,1) para átm de hidrgéni num estad excitad. Qual u quais as rbitais mais energéticas? (A) (2,0,0) (B) (2,1,1) (C) (2,1,-1), (2,1,0) e (2,1,1) (D) (2,0,0), (2,1,-1), (2,1,0) e (2,1,1) 5. Um ds sulfats industrialmente mais imprtantes é sulfat de sódi (Na 2S0 4, muit usad na prduçã de pasta de papel e na indústria de detergentes, entre utras. O sulfat de sódi é cnstituíd pr sódi (Na), enxfre (S) e xigéni (0). 5.1. Qual é uma cnfiguraçã eletrónica pssível de um átm de enxfre num estad excitad? (A) 1s 2 2s 2 2p 6 3 s 2 3p 4 (B) 1s 2 2s 2 2p 7 3s 2 3p 3 (C) 1 s 2 2 s 2 2p 5 3 s 2 3p 5 (D) 1s 2 2s 1 2p 6 3 s 3 3p 4 5.2. Qual ds seguintes cnjunts de númers quântics pde caracterizar um ds eletrões mais energétics d átm de enxfre, n estad fundamental? Escla Secundária de Laga Paula Mel Silva Página 7
(A) (3, 2, 0,+ ½ ) (B) (3, 1, 2, + ½ ) (C) (3,1,1,+1/2) (D) (3, 2, 1, + 1/2) 5.3. Os átms de enxfre frmam facilmente iões sulfuret. Cnclua, justificand cm base na psiçã d element enxfre (S) na tabela periódica, qual será a carga desses iões. 5.4. Num átm de xigéni, n estad fundamental, existem diversas rbitais preenchidas. Dessas rbitais, apenas: (A) duas se encntram cmpletamente preenchidas. (B) duas de valência se encntram semipreenchidas. (C) uma de valência se encntra cmpletamente preenchida. (D) uma se encntra semipreenchida. 5.5. Relativamente a um átm de enxfre e a um átm de xigéni, é crret afirmar que: (A) cnjunt de númers quântics (2, 1, 0, ½ ) pde caracterizar um ds eletrões de valência de qualquer ds átms, n estad de energia mínima. (B) s eletrões de valência de ambs s átms, n estad de energia mínima, se distribuem pel mesm númer de rbitais. (C) s eletrões de valência de qualquer ds átms, n estad de energia mínima, se distribuem pr rbitais cm I= 1 e cm I= 2. (D) as cnfigurações eletrónicas de ambs s átms, n estad de energia mínima, diferem n númer de eletrões de valência. 5.6. Justifique a afirmaçã seguinte, cm base nas psições relativas ds elements sódi e enxfre na tabela periódica. O rai atómic d sódi é superir a rai atómic d enxfre. Sluções 1.1. Igual Z e diferente A 1.2. 0,04% 1.3. 15,999 2.1 eletrões de valência 2.2 Orbital 2.3. Opçã C 2.4. Opçã B 2.5. Opçã D 2.6. Opçã B 2.7. Opçã C 2.8. Opçã B 2.9. Regra de Hund. 3.1. A-Falsa B-Falsa C-Falsa D-Verdadeira E- Verdadeira F-Verdadeira G-Falsa H-Verdadeira 3.2. apenas determinads valres de energia para eletrã nã permitids n átm. Há níveis de energia e eletrã só ter esses valres. 4.1. Opçã D 4.2. tem riscas n UV. IV e Visivel. Cada risca crrespnde a ftã emitid numa transiçã de desexcitaçã. O espetr é de riscas pis s eletrões têm energia quantizada lg só determinads valres de energia sã permitids cm cada risca é uma diferença entre esses valres de energia apenas determinads ftões e variações de energia sã pssíveis riginand um espetr de riscas. 4.3. Opçã C 4.4. Opçã A 4.5. Nã crre pis eletrã ficaria cm uma energia entre nível 3 e 4 que nã é pssível. 4.6. Opçã C 4.7. Opçã D 5.1. Opçã C 5.2. Opçã C 5.3. O enxfre está n 16º grup tem 6 eletrões de valência precisa de mais dis lg carga dinegativa 5.4. Opçã B 5.5. Opçã B 5.6. sódi e enxfre n mesm períd, rai diminui a lng d períd e sódi é anterir a enxfre. Bm Estud Jvens Cientistas! Escla Secundária de Laga Paula Mel Silva Página 8