Semana 8 Allan Rodrigues Gabriel Pereira (Victor Pontes) Este conteúdo pertence ao Descomplica. Está vedada a cópia ou a reprodução não autorizada previamente e por escrito. Todos os direitos reservados.
CRONOGRAMA 03/04 Relações numéricas: u.m.a, massa atômica, número de massa, etc 15:00 Relações numéricas: volume molar nas CNPT e fora das CNPT 19:15 04/04 Relações numéricas: exercícios específicos 13:30 10/04 Leis ponderais; Fórmulas (mínimas, centesimal, molecular) Estequiometria simples 15:00 19:15 11/04 Estequiometria simples: exercícios 13:30
17/04 Casos particulares de estequiometria: graus de pureza e rendimento Exercícios de grau de pureza e rendimento 15:00 19:15 18/04 Casos particulares de estequiometria: reagente limitante e em excesso 13:30 24/04 Todos os casos particulares de estequiometria Definições de misturas 15:00 19:15 25/04 Classificação das soluções quanto ao coeficiente e curvas de solubilidade 13:30
Relações numéricas 03 abr U.m.a, massa atômica, número de massa, massa molecular, massa molar, número de avogadro, volume molar, CNTP 01. Resumo 02. Exercícios para aula 03. Exercícios para casa 04. Questão contexto 05. Gabarito
RESUMO Massa atômica Quando pesamos um pacote de açúcar e dizemos que ele pesa 5kg, estamos comparando a massa do pacote com certa massa-padrão, que é o quilograma. Generalizando, podemos dizer que para pesar ou medir alguma coisa torna-se necessário escolher um padrão, o que é feito sempre arbitrariamente; por exemplo, nós pesamos o pacote de açúcar em quilograma; já os ingleses o pesariam em libra (que corresponde a aproximadamente 0,454 kg); notaremos que são necessárias 44 unidades de massa atômica (u) no outro prato(16 de um oxigênio+12 do carbono + 16 do outro oxigênio), a fim de equilibrar a balança. Dizemos, então, que a massa molecular do dióxido de carbono (CO2) é 44 u. Dessa ideia resulta a definição geral de que massa molecular é a massa da molécula medida em unidades de massa atômica (u). Qual seria, então, a unidade conveniente para pesar átomos e moléculas? Os átomos e as moléculas são partículas tão pequenas que as unidades usuais não seriam convenientes (por exemplo, hoje, sabemos que um átomo de hidrogênio pesa aproximadamente 0,000000000000000000000001660 g). Surgiu então entre os químicos a ideia de usar um certo átomo como padrão de pesagem dos demais átomos e moléculas. Atualmente, o padrão escolhido é o átomo do isótopo de carbono de número de massa igual a 12 (é o átomo que possui 6 prótons e 6 nêutrons em seu núcleo). A esse átomo foi atribuída arbitrariamente a massa 12 (para coincidir com seu número de massa); então, desse átomo separou- -se uma fração correspondente a 1/12, que é usada como unidade internacional. Esquematicamente: Hoje, é possível determinar experimentalmente que a unidade de massa atômica (u) vale aproximadamente 1,66.10-24 grama. Podemos dizer que: Mais exemplos de cálculo de massas moleculares, a partir das massas atômicas aproximadas: Número de Avogadro No cotidiano, várias mercadorias são vendidas em conjunto. Normalmente não se compra um ovo, mas sim uma dúzia de ovos; não se compra uma folha de papel, mas sim uma resma de papel (pacote com 500 folhas); não se compra um tijolo, mas sim um milheiro de tijolos (1.000 tijolos); e assim por diante. O átomo é tão pequeno que é impossível pesar um único átomo. Os químicos procuraram então uma quantidade de átomos que pudesse ser pesada em balanças comuns. A escolha mais lógica foi considerar uma quantidade de átomos que, pesada, fornecesse em gramas, o mesmo número já estabelecido como massa atômica. Veja o exemplo no caso do ferro: 141 Massa atômica é a massa do átomo medida em unidades de massa atômica (u). A massa atômica indica quantas vezes o átomo considerado é mais pesado que 1/12 do isótopo C 12. Massa molecular Se pudéssemos colocar, por exemplo, uma única molécula de CO2 em um dos pratos de uma balança, Pois bem, a esse conjunto de N partículas foi dado o nome de mol. A definição oficial de mol, de acordo com o Sistema Internacional de Unidades (SI), é:
Mol é a quantidade de matéria de um sistema que contém tantas entidades elementares quantos átomos existem em 0,012 kg de carbono -12. 2. Quantos mols correspondem a 100 g de cálcio? (Dado: massa atômica do cálcio = 40). Resolução: E quanto vale esse número N que utilizamos para chegar ao conceito de mol? Hoje sabemos que seu valor é aproximadamente, 6,02 x 10 23 partículas/mol. A esse valor foi dado o nome de constante de Avogadro, em homenagem ao químico italiano Amedeo Avogadro. Avogadro intuiu que esse valor seria constante, mas somente técnicas mais modernas permitiram determinar seu valor numérico. O SI estabelece que quando se utiliza o mol, as entidades elementares devem ser especificadas, podendo ser átomos, moléculas, íons, elétrons, assim como outras partículas ou agrupamentos especificados em tais partículas: Exemplificando, temos: Enfim, mol deve ser entendido como quantidade de matéria ligada a um número de partículas, uma noção tão simples quanto dúzia, resma, milheiro etc. Massa molar Massa molar ( M ) é a massa, em gramas, de um mol da substância (ou elemento ou íon etc.). Usualmente as quantidades das substâncias, dos elementos, dos íons etc. são dadas em gramas (ou quilogramas ou toneladas etc.), entretanto, todos os cálculos químicos se simplificam se usamos as quantidades de matéria na sua unidade (mol). Torna-se então muito importante aprendermos a transformação de gramas em mols. Vejamos, então, alguns exemplos desse cálculo da quantidade de mols (n): 1. Quantos mols correspondem a 88g de dióxido de carbono(co2)? (Massas atômicas : C= 12; O = 16) Resolução: Volume molar De maneira simplificada podemos dizer que o volume de um gás coincide com o próprio volume do recipiente que o contém. No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade padrão de volume é o metro cúbico (m3). No estudo dos gases, os volumes são também medidos em litros (L), em mililitros (ml), em centímetros cúbicos (cm3). É bom relembrar que: É interessante notar, porém, que o volume ocupado por 1 mol de um sólido ou de um líquido varia muito de uma substância para outra. No entanto, o volume ocupado por 1 mol de qualquer gás é sempre o mesmo, em determinadas pressão e temperatura. É fácil entender esse fato, pois 1 mol contém sempre o mesmo número de partículas; nos gases o mesmo número de partículas é encontrado em volumes iguais (a pressão e temperatura constantes). Consequentemente, 1 mol de qualquer gás ocupa sempre o mesmo volume, que é o chamado volume molar. O volume molar independe da natureza do gás, mas varia com a pressão e a temperatura. Verifica-se experimentalmente que, nas condições normais de temperatura e pressão(cntp), que por definição é P= 1 atm e T= 0ºC(273K), o volume molar de qualquer gás é 22,4 L/mol. Observe a prova: PV = nrt 1.V = 1.0,0821. 273 V = 22,4L 142
EXERCÍCIOS PARA AULA! 1. Um elemento X tem massa atômica 63,5 e apresenta os isótopos 63X e 65 X. A abundância do isótopo 63 no elemento X é: a)25% b)63% c)65% d)75% e)80% Observação: considere os números de massa 63 e 65 como sendo as massas atômicas desses elementos. 2. Submetida a um tratamento médico, uma pessoa ingeriu um comprimido contendo 45 mg de ácido acetil salicílico(c9h8o4). Considerando a massa molar do C9H8O4 180g/mol, e o número de Avogadro 6,0 x 10 23, é correto afirmar que o número de moléculas da substância ingerida é: a)1,5 x 10 20 b)2,4 x 10 23 c)3,4 x 10 23 d)4,5 x 10 20 e)6,0 x 10 23 143 3. Considere que a alga microscópica Spirulina platensis, muito utilizada como complemento alimentar, possui 48% de carbono e 7% de hidrogênio em massa. Um comprimido dessa alga, comprado em farmácias, possui 1 g de Spirulina (constante de Avogadro : 6 x 10 23 ). Quantos átomos de carbono e de hidrogênio, respectivamente, existem nesse comprimido? a)2,4 x 10 22 e 2,1 x 10 22 b)2,4 x 10 22 e 4,2 x 10 22 c)1,2 x 10 23 e 2,1 x 10 22 d)4 e 7 e)0,04 e 0,07 4. Para a prevenção da cárie dentária recomenda-se adição de fluoreto à água potável ou a fluoretação do sal de cozinha. Há necessidade de se acrescentar cerca de 1,8 x 10-3 g de fluoreto à dieta diária (dado: massa molar do íon fluoreto = 19 g/ mol). Que quantidade de íons, em mol, há em 1,8 x 10-3 g de fluoreto? a)10-2 b)10-3 c)10-4 d)10-5 e)10-6
5. A hidrazina é uma substância de fórmula molecular N2H4, foi utilizada na segunda guerra mundial misturada com peróxido de hidrogênio como carburante de foguetes; atualmente, é utilizada nas indústrias químicas no processo de tratamento de águas para retirada de oxigênio. Na reação química entre a hidrazina e o oxigênio é formado um gás inerte e água. A reação, devidamente balanceada da retirada de oxigênio, está representada abaixo: N2H4 + O2(g) N2(g) + 2H2O Considere que na reação foram liberados para atmosfera 113,5 L de gás nitrogênio nas CNTP. Indique a massa de hidrazina utilizada. Dados: massa molar, em g/mol: N = 14 e H = 1; Vm = 22,7 L/mol a)160g b)50g c)180g d)138g e)100g EXERCÍCIOS PARA CASA! 1. Ao saírem do supermercado, Gabi e Tomás avistaram uma exposição de carros em cujos acessórios de segurança se destacava o airbag. O airbag é inflado quando o nitrogênio (N2) é produzido através do azoteto de sódio, em condições especiais. Uma das reações envolvidas nesse processo é 144 2 NaN3(s) 2 Na(s) + 3 N2(g) Considerando CNTP e volume molar 22,7L, a massa de azoteto de sódio necessária para inflar um airbag de 10L com nitrogênio, conforme a equação dada, é, aproximadamente, a) 0,19 g b) 1,9 g c) 19 g d) 130 g e) 68 g 2. O Brasil produz, por ano, aproximadamente, 5,0x106 t de ácido sulfúrico, 1,2 x 106 t de amônia e 1,0 x 106 t de soda cáustica. Transformando-se toneladas em mols, a ordem decrescente de produção dessas substâncias será:
a)h2so4 > NH3 > NaOH b)h2so4 >NaOH >NH3 c)nh3 > H2SO4 > NaOH d)nh3 >NaOH > H2SO4 e)naoh > NH3 > H2SO4 3. O mercúrio, na forma iônica, é tóxico porque inibe certas enzimas. Uma amostra de 25,0 g de atum de uma grande remessa foi analisada e constatou-se que continha 2,x 10-7 mols de Hg 2+. Considerando-se que os alimentos com conteúdo de mercúrio acima de 0,50 x 10-3 g por quilograma de alimento não podem ser comercializados, demonstrar se a remessa de atum deve ou não ser confiscada (massa atômica do Hg = 200). 4. Estudos apontam que a amônia (NH3) adicionada ao tabaco aumenta os níveis de absorção de nicotina pelo organismo. Os cigarros canadenses têm, em média, 8,5 mg de amônia por cigarro, valor bem mais baixo do que a média nacional. Veja, 29 maio 1996. A quantidade de mols de moléculas existentes em 8,5 mg de amônia é igual a: a)2,0 x 103 mol de moléculas. b)5,0 x 10-4 mol de moléculas. c)5,1 x 10 24 mol de moléculas. d)8,5 x 10-3 mol de moléculas. e)3,0 x 10 23 mol de moléculas. 145 5. Silicatos são compostos de grande importância nas indústrias de cimento, cerâmica e vidro.quantos gramas de silício há em 2,0 mols do silicato natural Mg2SiO4? a)56,2 b)42,1 c)28,1 d)14,0 e)10,2 6. Se um dentista usou em seu trabalho 30 mg de amálgama de prata, cujo teor em prata é de 72% (em massa), o número de átomos de prata que seu cliente recebeu em sua arcada dentária é de aproximadamente (massa atômica: Ag = 108; constante de Avogadro = 6,0 x 10 23 ):
a)4,0 x 10 23 b)12,0 x 10 19 c)4,6 x 10 19 d)12,0 x 10 24 e)1,6 x 10 23 7. Quando bebemos água, normalmente a tomamos na forma de goles. Sabendo- -se que 1 gole de água ocupa em média o volume de 18 cm3 e que a densidade da água é 1 g/cm3 a 4 C, qual o número de moléculas de água ingeridas de cada vez? (Massas atômicas: H = 1 u; O = 16 u) a)0,18 x 10 24 moléculas b)8,36 x 10 23 moléculas c)20,4 x 10 23 moléculas d)6,02 x 10 23 moléculas e)16,7 x 10 23 moléculas 8. Quantas cm³ 110 g de dióxido de carbono (CO2) ocupam nas CNTP? a) 2500 b) 44000 c) 2500 d) 67200 e) 56000 146 QUESTÃO CONTEXTO! Supondo que a massa do gás que chegou no ouvido do seu crush tenha sido de aproximadamente de 164g de metano (CH4), caso ele quisesse saber em dm³ quanto de gás ele recebeu nas CNTP e quantas moléculas isso seria, o que você diria a ele para conquistar seu coração?
GABARITO 01. Exercícios para aula! 1. d 2. a 3. b 4. c 5. a 03. Questão contexto C= 12g ; H= 16g CH4 = 16g 1dm³ = 1L 16g ---- 22,4L 164g---- x 02. Exercícios para casa! 1. c 2. c 3. A remessa deve ser confiscada, pois contém 1,68x10-3 g de Hg 2+ por quilo de atum. 4. b 5. a 6. b 7. d 8. e X = 229,6L 16g ---- 6,0x10 23 moléculas 164g ---- y y= 61,5x10 23 moléculas 147