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QUÍMICA GERAL Prof. José Edson Reinert 2ª edição 2020 GABARITO DAS AUTOATIVIDADES 2 QUÍMICA GERAL UNIDADE 1 TÓPICO 1 1 O método científico foi um dos marcos que representou a transi- ção entre a alquimia e a química. Considerando a importância da aplicação do método científico e sua versatilidade para ser aplica- do em diversas situações, proponha uma situação cotidiana na qual possa aplicá-lo e destaque cada um dos passos. R.: Esta questão permite uma resposta pessoal, porém, um exemplo seria desvendar o porquê um fone de ouvido não está funcionando. Observação: o fone de ouvido não funciona. Caracterização do Pro- blema: Por que o fone de ouvido não funciona? Levantamento de Da- dos: Pesquisar sobre o funcionamento de fones de ouvido. Elaboração da Hipótese: O fone está desconectado do aparelho. Experimentação: Verificar a conexão entre aparelho e fone. Análise dos Resultados: Hi- pótese falsa, fone está bem conectado. Nova Elaboração de Hipótese: Fone pode estar “queimado”. Experimentação: Testar fone em outro aparelho. Análise dos Resultados: Hipótese verdadeira, fone não fun- cionou. Sempre que investigamos algum problema que se apresenta em nosso cotidiano estamos, geralmente, pondo em prática o método científico. 2 A Química faz parte de uma grande área, conhecida como Ciên- cias da Natureza, assim como a Biologia e a Física. Todas essas áreas estão em constante evolução, visto que todos os dias novas desco- bertas são realizadas, e essas descobertas complementam algo que já conhecemos ou refutam ideias anteriores. Na Química, um gran- de exemplo de algo que a cada dia intriga mais os cientistas e que os instiga a realizar novas pesquisas é o átomo. Considerado a menor parte da matéria, ele já foi objeto de estudo de muitos químicos e físicos. Dessa forma, indique as principais contribuições ao modelo atômico propostas por Rutherford, assim como a forma como ele chegou a estas definições. R.: Rutherford concluiu três pontos muito importantes a respeito do átomo. Primeiro, que o átomo é formado principalmente por espaço 3 QUÍMICA GERAL vazio. Segundo, possui um núcleo carregado com carga positiva. Ter- ceiro, o núcleo concentra praticamente toda massa do átomo. Estas conclusões foram obtidas através de sua experiencia de espalhamen- to de partículas alfa por meio de uma lâmina de ouro. O espaço vazio foi comprovado pelo fato de a maioria das partículas alfa passarem pela lâmina sem nenhum desvio. Já o fato de algumas partículas alfa (que são positivas) sofrerem desvio, concluiu que o núcleo era positi- vo. Por outro lado, o fato de algumas partículas alfa retornarem foi o indicativo de encontrarem o núcleo extremamente massivo. 3 As semelhanças atômicas permitem aos cientistas descobrir cada vez mais informações sobre os elementos. Muitas vezes, em labora- tório, podemos criar isótopos de elementos que anteriormente não existiam na natureza e buscar aplicações para ele. Considerando as semelhanças atômicas, determine o número atômico e o número de massa e identifique os átomos A e B, que são isóbaros e apresentam a seguinte representação: e R.: Se A e B são isóbaros então: Dessa forma: e 4 Conhecer o número de elétrons de determinado elemento permi- te estabelecer algumas relações entre os tipos de ligação que este pode realizar e suas propriedades. É importante saber realizar a dis- tribuição eletrônica, pois assim podemos identificar os elétrons de valência, responsáveis por estabelecer ligações. Portanto, realize a distribuição eletrônica das espécies químicas a seguir: 4 QUÍMICA GERAL a. b. c. R.: a. = 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d10 b. = 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d10, 4p6, 5s2, 4d10, 5p6, 4f14, 5d6 c. = 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6 5 Ao informar seu endereço para qualquer pessoa, normalmente, quatro informações são essenciais para que você seja localizado: es- tado, cidade, rua e número. Imagine que para o último elétron de uma distribuição eletrônica isso também seja possível. Para isso, é comum o uso dos números quânticos, sendo eles: o principal, o se- cundário, o magnético e o spin. Considerando seus conhecimentos sobre este tema, indique os quatro números quânticos das espécies químicas apresentadas na questão anterior. R.: a. = Subnível mais energético (3d10) Distribuindo os elétrons nos orbitais seguindo a regra de Hund: Então: n = 3, = 2, m = +2, s = -½ b. = Subnível mais energético (5d6) Distribuindo os elétrons nos orbitais seguindo a regra de Hund: Então: n = 5, = 2, m = -2, s = -½ c. = Subnível mais energético (3p6) Distribuindo os elétrons nos orbitais seguindo a regra de Hund: Então: n = 3, = 1, m = +1, s = -½ 5 QUÍMICA GERAL 6 Os números quânticos surgiram inicialmente com Bohr, através de seus postulados, porém, só foram realmente compreendidos com advento da mecânica quântica e as contribuições de Schrödinger e Dirac. Enquanto os números principal, secundário e magnético são utilizados para descrever um orbital, o número spin serve para definir completamente o estado de energia do elétron no átomo. Co- nhecendo o valor desses números, é possível identificar certo ele- mento, fazendo a distribuição eletrônica até atingir a configuração desejada. Portanto, determine o elemento que possui os seguintes números quânticos, n = 5, = 1, m = 0 e s = +½. R.: De acordo com os números quânticos, podemos determinar o nú- mero de elétrons no subnível, utilizando a regra de Hund. Como o número quântico secundário é 1, então, temos o subnível p, que pos- sui 3 orbitais. O último elétron distribuído está no orbital 0 e com spin para cima (de acordo com o determinado ao longo do livro). Então: Sendo assim, o subnível mais energético é o 5p2. Dessa forma, pode- mos fazer a distribuição para determinar o elemento. 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d10, 4p6, 5s2, 4d10, 5p2 O total de elétron é 50, se o átomo é neutro, seu número de prótons será 50, e o número de prótons representa o número atômico, o que identifica o elemento como sendo Estanho ( ). TÓPICO 2 1 Leia o texto a seguir: Sabe-se, por fatos experimentais que os elétrons se distribuem em níveis em torno do núcleo (os quais também podem ser chamados de camadas). Estes números são infinitos, mas só existem átomos na 6 QUÍMICA GERAL natureza que precisam de, no máximo, sete níveis para acomodar seus elétrons. Em cada nível há um número máximo de elétrons que podem ser acomodados. Muito além de apenas identificar a quantidade de elétrons em cada nível (ou camada) e subnível, a distribuição eletrônica carrega com si as informações que indicam a posição dos elementos na Tabela Periódica. Dessa forma, determine a localização e símbolo dos ele- mentos que tem subnível mais energético: a) 5d4 b) 4f2 c) 5p2 FONTE: https://docplayer.com.br/4335589-Nivel-1-2-3-4-5-6-7-camada-k-l-m-n-o- p-q-numero-maximo-de-eletrons-2-8-18-32-32-18-2.html. Acesso em: 6 set. 2020. R.: Para verificar o símbolo consequentemente necessitamos identi- ficar a posição do elemento, para isso é importante realizar a distri- buição eletrônica e classificar se o elemento é representativo ou de transição. a. Realizando a distribuição temos: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d10, 4p6, 5s2, 4d10, 5p6, 6s2, 4f14, 5d4. Como a distribuição termina no subnível d, este elemento é de transição externa, sendo assim, de acordo com a regra, devemos somar o número de elétrons do sub- nível mais externos com os da camada de valência para identificar o grupo. Neste caso, teremos grupo 6 (6s2 + 5d4). O período é indicado pela camada mais externa, neste caso, 6º período (6s2). O elemento localizado nesta posição é o Tungstênio (Símbolo = W). b. Realizando a distribuição temos: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d10, 4p6, 5s2, 4d10, 5p6, 6s2, 4f2. Como a distribuição termina no subnível f, este elemento é de transição interna, sendo assim, de acordo com a regra, devemos identificar o período pela camada mais externa. Nes- te caso, 6º período(6s2), e a casa que é identificada pelo número de elétrons no subnível mais externo (4f2). O elemento localizado nesta posição é o Cério (Símbolo = Ce). a. Realizando a distribuição temos: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d10, 4p6, 5s2, 4d10, 5p2. Como a distribuição termina no subnível p, este elemento é representativo, sendo assim, de acordo com a regra, deve- mos verificar o total de elétrons na camada de valência para identifi- https://docplayer.com.br/4335589-Nivel-1-2-3-4-5-6-7-camada-k-l-m-n-o-p-q-numero-maximo-de-eletrons-2-8-18-32-32-18-2.html https://docplayer.com.br/4335589-Nivel-1-2-3-4-5-6-7-camada-k-l-m-n-o-p-q-numero-maximo-de-eletrons-2-8-18-32-32-18-2.html 7 QUÍMICA GERAL car o grupo. Neste caso teremos grupo 14 (5s2 + 5p2). O período é in- dicado pela camada mais externa, neste caso, 5º período. O elemento localizado nesta posição é o Estanho (Símbolo = Sn). 2 Ao longo dos anos, a Tabela Periódica evoluiu tanto na busca por prever propriedades dos elementos quanto para comportar novos integrantes que surgiram com o avanço da área das ciências. Atu- almente, ela conta com 118 elementos distribuídos por 18 grupos e 7 períodos. Indicar um grupo e um período para um elemento na tabela é similar a indicar uma posição geográfica para uma pessoa ou lugar em um mapa. Considere um elemento que se encontra no grupo 13 e no 4º período e identifique-o com o auxílio da Tabela Periódica. R.: Utilizando a tabela periódica e seguindo a posição indicada na questão, o elemento encontrado é o Gálio (Ga) 3 Várias são as classificações que podemos fazer através da obser- vação dos elementos na Tabela Periódica, porém, uma das mais relevantes se trata da classificação através das características dos elementos. Portanto, relacione as colunas a seguir, indicando a res- pectiva classificação para as propriedades apresentadas: I. Metais ( ) São opacos, maus condutores de calor e ele- tricidade, e apresentam baixos pontos de fusão e ebulição. II. Semimetais ( ) Possuem brilho característico, são maleá- veis e dúcteis, são bons condutores de calor e eletricidade. III. Não Metais ( ) São semicondutores, quebradiços e apre-sentam pouco brilho. 8 QUÍMICA GERAL I. Metais ( III ) São opacos, maus condutores de calor e ele- tricidade, e apresentam baixos pontos de fusão e ebulição. II. Semimetais ( I ) Possuem brilho característico, são maleáveis e dúcteis, são bons condutores de calor e eletri- cidade. III. Não Metais ( II ) São semicondutores, quebradiços e apresen-tam pouco brilho. R.: 4 Além de permitir uma melhor organização dos elementos, a Ta- bela Periódica atual conseguiu prever várias propriedades que se repetem, por esse motivo utiliza-se o termo “periódica”. Dentre es- sas propriedades está o raio atômico, que de certa forma ajuda a compreender as demais propriedades e indica a medida média da distância de seu núcleo até o “final” da eletrosfera. Com relação ao raio atômico: a) De que forma os tamanhos dos átomos variam ao longo de um período? b) De que forma os tamanhos dos átomos variam ao longo de um grupo? c) Coloque os seguintes átomos em ordem crescente de raio atômi- co: Na, F, C , Co. R.: a. O raio atômico aumenta da direita para esquerda, visto que num período todos tem o mesmo número de camadas, mas os elementos da direita terão maior número atômico e exerceram maior força ele- trostática sobre a eletrosfera, fazendo com que o raio seja menor. b. Num grupo, o raio atômico irá aumentar de cima para baixo, visto que elementos que estão embaixo possuem um maior número de ca- madas, o que faz com que o raio seja maior. c. (Menor Raio) F < C < Co < Na (Maior Raio) 5 O raio atômico indica a medida média da distância de seu núcleo até o “final” da eletrosfera, porém, a eletrosfera pode sofrer modi- ficações quando determinado átomo se torna um íon, ganhando ou perdendo elétrons. Essa modificação irá interferir diretamente nas demais propriedades periódicas da espécie química que se forma. 9 QUÍMICA GERAL Com relação à formação de íons e a alteração no raio atômico, expli- que: a) Por que os cátions possuem raios iônicos menores que seus áto- mos neutros correspondentes? b) Por que os ânions possuem raios iônicos maiores que seus áto- mos neutros? R.: a. Com a perda de elétrons, dois motivos podem fazer o raio diminuir. Primeiro pelo fato de que haverá um maior número de prótons, assim, a força eletrostática sobre a eletrosfera será maior, diminuindo o raio. E, segundo, porque, em algumas situações, ao perder elétrons, algumas camadas podem ser totalmente esvaziadas e deixaram de existir. b. Com o ganho de elétrons, dois motivos podem explicar o aumento do raio. Primeiro, a força de atração exercida pelo núcleo é superada pela força de repulsão entre os elétrons presentes nas eletrosferas. Isso faz com que eles tendam a se afastar, aumentando o raio. E, segundo, porque, ao ganhar elétrons, camadas podem ser completamente pre- enchidas e novas camadas podem ser necessárias para comportar os novos elétrons. 6 Os elementos químicos apresentam diversas características que os definem, e isso é importante, por exemplo, numa análise qualitati- va, quando se busca determinar uma espécie desconhecida em uma amostra. Suponha que em um quis, um aluno recebeu as seguintes dicas a respeito de um determinado elemento químico: I. É produzido em laboratório. II. É classificado como cisurânico. III. É classificado como não metal. A partir das caraterísticas apresentadas, qual dos elementos a se- guir representa as características apresentadas pelas dicas? a) U b) Tc c) At d) Pm R.: De acordo com as dicas, o elemento deve ser artificial, estar locali- zado antes do urânio e ser um não metal. Portanto, o único com esta classificação é o Astato (At). 10 QUÍMICA GERAL 7 A formação de um cátion envolve um processo no qual elétrons devem ser retirados e, para isso, certa quantidade de energia deve ser fornecida ao átomo original. Essa energia é chamada de ener- gia de ionização. Essa propriedade apresenta um valor crescente, pois conforme um elétron é retirado, mais energia é necessária para remover o próximo. Sendo assim, por que a segunda energia de io- nização de um átomo é sempre maior que sua primeira energia de ionização? R.: Conforme os elétrons vão sendo retirados da eletrosfera, a atração eletrostática entre núcleo e eletrosfera aumenta. Assim, a energia ne- cessária para conseguir remover o segundo elétron tende a ser maior que a energia utilizada na remoção do primeiro elétron. TÓPICO 3 1 O elemento cloro ( ) é um dos mais conhecidos da Tabela Perió- dica. Na forma de substância simples ele se apresenta como um gás de coloração amarelo esverdeada, porém, ele também forma com- postos com carbono, cálcio, hidrogênio e sódio. Monte as fórmulas de Lewis para os compostos formados entre cloro e os outros ele- mentos e classifique-os como covalentes ou iônicos. Utilize a Tabela Periódica como apoio. R.: • Cloro ( ) [7 elétrons de valência] e Carbono ( ) [4 elétrons de valência]. Há o compartilhamento de elétrons, pois se trata de uma ligação en- tre não metais, dessa forma, a ligação estabelecida é covalente. 11 QUÍMICA GERAL • Cloro ( ) [7 elétrons de valência] e Cálcio ( ) [2 elétrons de va- lência]. Há a transferência de elétrons, pois se trata de uma ligação entre um metal e um não metais, dessa forma, a ligação estabelecida é iônica. • Cloro ( ) [7 elétrons de valência] e Hidrogênio ( ) [1 elétrons de valência]. Há o compartilhamento de elétrons, pois se trata de uma ligação en- tre não metais, dessa forma, a ligação estabelecida é covalente. • Cloro ( ) [7 elétrons de valência] e Sódio ( ) [1 elétrons de va- lência]. Há a transferência de elétrons, pois se trata de uma ligação entre um metal e um não metais, dessa forma, a ligação estabelecida é iônica. 2 O gás nitrogênio (N2) ocupa cerca de 78% da composição da at- mosfera terrestre. Além disso, ele é um gás incolor, inodoro e in- sípido. Monteas fórmulas de Lewis e estrutural do gás e indique que tipo de ligação se estabelece entre os átomos: simples, dupla ou tripla? Polar ou apolar? R.: O nitrogênio se encontra no grupo 15 da Tabela Periódica, portan- to, possui 5 elétrons na última camada. Dessa forma, para adquirir estabilidade, ele precisa estabelecer 3 ligações covalentes. Veja as re- presentações: 12 QUÍMICA GERAL Fórmula de Lewis Fórmula Estrutural Como há três compartilhamento entre os dois átomos de nitrogênio, a ligação estabelecida é tripla, e como essa ligação se estabelece entre dois átomos do mesmo elemento (que possuem a mesma eletronega- tividade), esta ligação é apolar. 3 A determinação de propriedades das substâncias, como pontos de fusão e ebulição, dureza, solubilidade, entre tantas outras, é re- sultado da estrutura interna da substância no momento em que os átomos estão se ligando. Essa estrutura, chamada de geometria da molécula, em junção com a polaridade da molécula, irá permitir analisar o comportamento da substância e prever as propriedades citadas anteriormente. Considerando a importância do conheci- mento sobre este assunto, determine a geometria e a polaridade das seguintes substâncias: a) NH3 b) HCN c) CC 4 d) SF6 R.: Usando a Teoria da Repulsão dos Pares de Elétrons da Camada de Valência podemos montar as estruturas de Lewis, determinar a geo- metria e, consequentemente, a polaridade das substâncias. a. Fórmula de Lewis Como o átomo central possui 3 pares ligantes e 1 par isolado, a subs- tância apresentará geometria Piramidal Trigonal. Neste caso, há for- mação de um momento dipolar diferente de zero ( ), portanto, a substância é Polar. b. Fórmula de Lewis 13 QUÍMICA GERAL Como o átomo central possui 2 pares ligantes (Lembre-se: Ligações Duplas e Ligações Triplas contam como apenas um par ligante) e ne- nhum par isolado, a substância apresentará geometria Linear. Neste caso, há formação de um momento dipolar diferente de zero ( ), portanto, a substância é Polar. c. Fórmula de Lewis Como o átomo central possui 4 pares ligantes e nenhum par isola- do, a substância apresentará geometria Tetraédrica. Neste caso, há formação de um momento dipolar igual a zero ( ), portanto, a substância é Apolar. d. Fórmula de Lewis Como o átomo central possui 6 pares ligantes e nenhum par isolado, a substância apresentará geometria Octaédrica. Neste caso, há forma- ção de um momento dipolar igual a zero ( ), portanto, a substân- cia é Apolar. 4 As bases nitrogenadas são compostos químicos responsáveis pela composição do DNA e do RNA, sendo estes os ácidos nucleicos en- contrados nas células. Essas bases nitrogenadas são moldes para as proteínas que proporcionaram as características do indivíduo. Con- siderando o exposto, observe a imagem a seguir: 14 QUÍMICA GERAL FONTE: <https://bit.ly/2ApkDBN>. Acesso em: 29 maio 2020. Na imagem são apresentadas as bases nitrogenadas que formam as duas fitas de dupla hélice que formam o DNA. Note que há uma interação que ocorre entre as duas fitas e que é destacada através da linha pontilhada. Assim, determine qual o tipo de interação inter- molecular está ocorrendo. Justifique sua resposta. R.: As interações que se estabelecem entre as bases nitrogenadas são chamadas de ligações de hidrogênio. Esse tipo de interação é uma versão singular de uma interação do tipo dipolo permanente – dipolo permanente em que o átomo de hidrogênio deve interagir com ele- mentos extremamente eletronegativos, sendo eles: flúor (F), oxigênio (O) ou nitrogênio (N). No caso das fitas de DNA apresentadas, vemos interações hidrogênio/oxigênio e hidrogênio/nitrogênio. 5 Algumas propriedades como ponto de fusão, ponto de ebulição e condução de corrente elétrica permitem determinar o tipo de liga- ção de prevalece entre os átomos de determinado composto. Essa avaliação é útil principalmente quando falamos de Química Analí- tica Qualitativa, um ramo da Química que tem como objetivo ava- liar amostras e determinar seus constituintes. Considerando o ex- posto, imagine que em uma análise qualitativa foram encontradas as substâncias A, B e C em uma amostra e suas propriedades foram https://bit.ly/2ApkDBN 15 QUÍMICA GERAL definidas de acordo com a tabela a seguir. Dessa forma, determine o tipo de ligação que prevalece para cada uma das substâncias e preencha na tabela. R.: De acordo com a com a tabela, a substância A possui alto ponto de fusão e ebulição, e conduz corrente elétrica tanto no estado líquido quanto sólido, ou seja, é um composto formado por ligação metálica. Com baixo ponto de fusão e ebulição e sendo um não condutor de eletricidade, a substância B só pode ser um composto formado por ligações covalentes. Já a substância C possui altos pontos de fusão e ebulição, mas só conduz eletricidade quando líquido, o que caracteri- za um composto formado por ligações iônicas. SUBS- TÂNCIA PONTO DE FUSÃO PONTO DE EBULIÇÃO CONDUÇÃO DE CORRENTE ELÉTRICA TIPO DE LIGA- ÇÃO QUÍMICA Sólido Líquido A 1856°C 2550°C Sim Sim B 80°C 203°C Não Não C 1547°C 1992°C Não Sim 16 QUÍMICA GERAL UNIDADE 2 TÓPICO 1 1 A amônia ( ) é amplamente utilizada nas mais diversas aplica- ções. Além de formar a base quando borbulhada em água, ela ainda é empregada em outras várias reações, como as apresen- tadas a seguir: III. IV. Considerando a Teoria Ácido-Base de Bronsted-Lowry, classifique a amônia em ácido ou base para as reações I e II. R.: De acordo com a Teoria de Bronsted-Lowry, ácido é qualquer substância capaz de doar um próton, enquanto base é qualquer subs- tância capaz de receber um próton ( ), portanto, para a equação I a amônia se comporta como ácido e na equação II como base. 2 A titulação ácido-base é uma técnica utilizada em química ana- lítica a fim de determinar a concentração de determinada solução. Essa técnica envolve o uso de um indicador ácido-base pois ele tem a propriedade de mudar de cor dependendo do meio em que se en- contra. Seguindo a mesma ideia da mudança de coloração, foi ini- ciada uma análise qualitativa com o objetivo de determinar a faixa de pH de uma solução desconhecida, para isso ela foi dividida em três béqueres e a cada um deles foi adicionado um indicador. FONTE: O autor. 17 QUÍMICA GERAL Considerando as colorações adquiridas pelas soluções, determine a faixa aproximada de pH. R.: Como a primeira solução adquiriu coloração vermelha isso indica que o pH está acima de 5,2, na segunda solução a coloração é amarela, então o pH está abaixo de 6,6 e na última solução novamente colora- ção amarela, portanto, o pH está acima de 6,4. Assim, a faixa de pH da solução desconhecida vai de 6,2 a 6,4. 3 Ao medir a concentração de íons em uma solução obteve-se o valor de 0,002mol/L. Calcule o valor de pH da solução e determine seu caráter. (Considere e R.: A concentração pode ser expressa em notação científica como mol/L e aplicada na fórmula do pH: Como o valor do pH é inferior a 7, a solução é de caráter ácido. 4 Os ácidos são uma das funções químicas mais comuns do nosso cotidiano. Eles estão presentes em situações que, talvez, muitas pes- soas não estão tão acostumadas a perceber, como nas baterias dos veículos, ou em situações corriqueiras, como no vinagre utilizado na salada. No entanto, para um químico, conhecer suas fórmulas moleculares e seus nomes é essencial para evitar acidentes em labo- ratório. Assim, dê nome aos seguintes ácidos: a) b) c) d) R.: a. Ácido Bromídrico. b. Ácido Perclórico. c. Ácido Iódico. d. Ácido Hiponitroso. 18 QUÍMICA GERAL 5 Uma experiência comum no ensino médio é denominada “Sangue do Diabo”, mas apesar do nome assustador ela é uma atividade in- teressante no estudo de bases e indicadores, pois a solução é basi- camente composta de hidróxido de amônio ( ) e fenolftaleína. Por ser uma base, o hidróxido de amônio faz com que o indicador adquira uma coloração vermelha, daí a origem do nome. Ao jogar essa solução vermelha em um tecido brancologo a coloração desa- parece. Considerando seus conhecimentos sobre bases, classifique o hidróxido de amônio e proponha uma explicação para o desapare- cimento da coloração com o passar do tempo. R.: O hidróxido de amônio é classificado como uma monobase, so- lúvel e fraca. Quanto ao descoramento da solução, isso ocorre pelo fato de esta base ser extremamente instável e só existir em solução, ao jogá-la sobre um tecido a amônia evapora e só sobrará água, dessa forma, o indicador muda de cor e fica incolor. 6 No dia a dia muitos vegetais funcionam como indicadores ácido- -base naturais, como beterrabas, amoras, jabuticabas, além de flores com pétalas coloridas, como a hortênsia e a azaleia. No entanto, o vegetal mais comum é o repolho roxo. Dentre as funções químicas que reagem com esses indicadores temos as bases. Conhecer seu comportamento químico contribui na compreensão de sua intera- ção com esses indicadores. Considerando a importância de conhe- cer essa função química, dê nome as seguintes bases: a) b) c) d) R.: a. Hidróxido de Bário. b. Hidróxido de Prata. c. Hidróxido de Es- tanho IV (ou Hidróxido Estânico). d. Hidróxido de Chumbo II (ou Hidróxido Plumboso). 19 QUÍMICA GERAL TÓPICO 2 1 (UCS/RS – Adaptada) Os antiperspirantes funcionam como ini- bidores da transpiração e mantêm o corpo relativamente seco. O componente ativo mais comum desses produtos é o penta-hidroxi- -cloreto de alumínio. Esse sal libera os íons que coagulam as proteínas, formando estruturas bloqueadoras do canal de saída das glândulas sudoríparas. De a fórmula unitária deste sal e a classifica- ção considerando todos os critérios. FONTE: DIAS, Diogo Lopes. Exercícios Sobre O Caráter Dos Sais, 2018. Disponível em: https://bit.ly/3kuPEpv. Acesso em: 18 set. 2020. R.: Fórmula Unitária: . Classificação: Quaternário, Solúvel, Anidro, Sal Básico. 2 Os sais podem ser classificados quanto à natureza dos íons que os formam. Assim, associe os itens, utilizando o código a seguir: Assinale a alternativa que apresenta a sequência CORRETA: a) ( ) IV – II – III – II – I. b) (X) I – I – III – II – IV. c) ( ) III – IV – II – I – I. d) ( ) III – II – III – IV – I. I- Sal Neutro. II- Sal Ácido. III- Sal Básico. IV- Sal Misto. ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 20 QUÍMICA GERAL 3 Ao conhecer as substâncias químicas, as funções as quais perten- cem e suas propriedades, podemos, de forma segura, manipulá- -las ao nosso favor, produzindo novas substâncias que podem não ser encontradas na natureza, mas que podem possuir uma grande importância comercial. Considerando o exposto, dê o nome dos seguintes compostos e classifique-os de acordo com suas funções inorgânicas: a) b) c) d) e) f) R.: a. Sulfato de Ferro II (ou Sulfato Ferroso) – Sal / b. Hidreto de Gálio – Hidreto / c. Trióxido de Enxofre – Óxido / d. Tetróxido de Chumbo – Óxido / e. Hidreto de Berílio – Hidreto / f. Carbonato de Amônio – Sal. 4 O filme “Perdido em Marte” conta a história de um astronauta, vi- vido pelo ator Matt Damon, que tem que sobreviver nas condições adversas do planeta vermelho. Uma das ações pensadas por ele foi produzir água através de dióxido de nitrogênio ( ) e hidrazina ( para cultivar batatas. A hidrazina é um hidreto e possui como característica a presença do íon hidreto representado por . Con- siderando seus conhecimentos sobre esta função química, monte a fórmula unitária dos hidretos a seguir e equacione suas reações com água. c. Hidreto de Sódio d. Hidreto de Cálcio R.: a. Fórmula Unitária: . Reação: . b. Fór- mula Unitária: . Reação: . 5 Os óxidos possuem diversas classificações e uma delas são os cha- mados óxidos básicos. Estes óxidos quando dissolvido em água for- ma sua base correspondente deixando o meio alcalino. Dentre as al- 21 QUÍMICA GERAL ternativas a seguir, assinale a alternativa CORRETA que representa somente óxidos básicos: a) ( ) b) (X) c) ( ) d) ( ) e) ( ) 6 Nos últimos tempos muito tem se falado sobre os impactos da poluição sobre o meio ambiente. Várias convenções, ONG’s, e ins- tituições buscam maneira de retardar esse avanço da produção de poluentes, principalmente no que se refere a poluição do ar. Um efeito grave deste tipo de poluição é a chuva ácida, pois além de deteriorar monumentos e degradar plantas, solos e lagos, ela ainda pode ser um fator causador de doenças respiratórias. Nesse quesito, os óxidos são os principais responsáveis pelo surgimento da chuva ácida. Dessa forma, assinale a alternativa CORRETA que apresenta o óxido que adicionado à água pode lhe conferir caráter ácido: a) ( ) b) ( ) c) ( ) d) (X) e) ( ) TÓPICO 3 1 A adição de sódio metálico em água faz com que ocorra uma inte- ração entre estas duas espécies químicas. Essa interação é represen- tada a seguir: Classifique este fenômeno e indique o fator que indica a ocorrência deste fenômeno. 22 QUÍMICA GERAL R.: Como há a formação de novas substâncias este fenômeno é quí- mico. Este fenômeno é evidenciado pela formação de gás hidrogênio. 2 Ao nosso redor, diversas transformações estão acontecendo. Ob- serve o orvalho se formando sobre as plantas pela manhã, a água para o café fervendo na chaleira, o pão sendo torrado ou as frutas apodrecendo em uma fruteira. Além dessas, diversas outras podem ocorrer sem que você se dê conta disso. Dentre essas transforma- ções, temos as físicas e as químicas. Portanto, associe os itens, utili- zando o código a seguir: R.: 3 Balancear as equações químicas é parte do processo ao se analisar uma reação química. Dessa forma, faça o balanceamento das equa- ções químicas a seguir: a) b) c) R.: a. (Caso queira remover a fração basta multiplicar todas a equação por 2, portanto, teríamos ). b. . c. . 23 QUÍMICA GERAL 4 De forma geral, reações químicas envolvem o rompimento de liga- ções que existem nos reagentes para formação de novas ligações nos produtos, porém, isso não expressa toda a magnitude desse tema. Reações podem ser classificadas de acordo com o tipo de reagentes envolvidos, o tipo de produto formado ou até mesmo a quantidade de reagente e produtos envolvidos. Dessa forma, classifique as rea- ções a seguir de acordo com sua estrutura: a) b) c) d) f) R.: a. Reação de Síntese. b. Reação de Simples Troca. c. Reação de Dupla-Troca. d. Reação de Síntese. e. Reação de Decomposição. 5 Utilizado na construção civil para preparação de argamassa e na agricultura para diminuição da acidez do solo, o óxido de cálcio é obtido através da decomposição do calcário. No processo o calcá- rio é extraído de rochas e depois selecionado, moído e submetido a altas temperaturas em fornos industriais. Considere seus conheci- mentos sobre as leis das reações químicas e reação de decomposição do calcário e descubra os valores de A, B e C. R.: Pela Lei de Lavoisier é possível determinar o valor de A, pois a soma da massa dos reagentes deve ser igual a soma das massas dos produtos, então A é igual a 56g. Pela Lei de Proust é possível determi- nar B e C, pois a proporção entre as massas é constante. Utilizando-se regra de três entre os dois experimentos determina-se que B é igual a 25g e C é igual a 11g. 24 QUÍMICA GERAL UNIDADE 3 TÓPICO 1 1 A fissão nuclear é um processo muito importante quando se fala da produção de energia elétrica. A seguir é representada uma das principais reações de fissão nuclear que ocorre em usinas termoe- létricas: Considerando a reação apresentada, determine os valores de Z e A. R.: Para resolver essa questão basta isolarmos os números superiores como uma equação matemática onde a seta irá representar a igualda- de e posteriormente fazer o mesmo com os números inferiores: Números Superiores: Números Inferiores: 2 Numa série radioativa, o elemento urânio-238 sofre sucessivos de- caimentos, no total são 8 emissões alfa ( ) e 6 emissões beta ( ). Dessa forma, monte a equação nuclear que representa essas emissões e determine o elementoestável que se forma indicando seu número atômico, número de massa e símbolo. 25 QUÍMICA GERAL R.: A equação nuclear será: Analisando os números superiores: Analisando os números inferiores: Portanto, nosso elemento é o chumbo-206 ( ). 3 (Mackenzie-SP – Adaptada) A irradiação é uma técnica eficiente na conservação e esterilização dos alimentos, pois reduz as perdas naturais causadas por processos fisiológicos (brotamento e matura- ção), além de eliminar ou reduzir microrganismos, parasitas e pra- gas, sem causar qualquer prejuízo ao alimento. Assim, cebolas, ba- tatas e morangos são submetidos à irradiação, utilizando-se, como fonte, isótopos radioativos, emissores de radiação gama, como ele- mento químico cobalto-60, que destroem bactérias e fungos respon- sáveis pela deterioração desses alimentos. O cobalto ( ) pode também sofrer transmutação para manganês ( ), que por sua vez transforma-se em átomos de ferro ( ). Baseado nessas informações determine a sequência de partículas emitidas durante essa transmutação. FONTE: https://bit.ly/35Zu5Ia. Acesso em: 3 nov. 2020. R.: Observa-se que o cobalto-60 se transforma em manganês-56 onde há uma diminuição de 4 unidades no número de massa e 2 unidades no número atômico, o que indica a emissão de uma partícula alfa, já do manganês-56 para o ferro-56 o número de massa não se altera e o número atômico aumenta 1 unidade, ou seja, há a emissão de uma partícula beta. 26 QUÍMICA GERAL 4 A radioatividade está presente no nosso cotidiano, mesmo que de forma indireta. Você pode encontrar elementos radioativos até mesmo no corpo humano, um exemplo clássico é o carbono-14, usa- do na datação radioativa. Esses elementos estão constantemente so- frendo decaimento e se transformando em outros átomos. Imagine que uma amostra de um radioisótopo de 68g tem sua atividade re- duzida à 25% num período de 12 horas. Assim, determine: a) O tempo de meia-vida do radioisótopo; b) O número de meias-vidas que passaram; c) A vida média do radioisótopo; d) A quantidade restante da amostra em gramas. R.: A resolução desta questão pode ser realizada através da represen- tação a seguir: TÓPICO 2 1 “A nitração do fenol é um procedimento bastante utilizado em química orgânica experimental, principalmente pelo fato de de- monstrar com relativa simplicidade as forças dirigentes em uma reação de substituição eletrofílica de anéis aromáticos [...]” (TENÓ- RIO et al., 2009, p. 1). A reação de nitração do fenol, descrita anteriormente, está represen- tada a seguir: a) 6 horas. b) 2 meias-vidas. c) 8,65 horas. d) 17g. 27 QUÍMICA GERAL Calcule a massa de fenol, em gramas, necessária para reagir completamente com 37,8 g de ácido nítrico. (Massas Molares: , ) FONTE: TENÓRIO, John Aldson Bezerra et al. Nitração do fenol, procedimento em escala semimicro, e purificação dos componentes através de cromatografia em co- luna, utilizando areia como adsorvente. XI Encontro de Iniciação à Docência, João Pessoa, 2009. Disponível em: https://bit.ly/3k6AWVy. Acesso em: 11 set. 2020. R.: FONTE: O autor 2 (UFCG – Adaptada) Alguns gases como o gás mostarda, o fosgênio etc. são utilizados como arma de guerra devido ao alto grau de toxi- dez e de letalidade. A ação desses gases se deve à produção do ácido clorídrico, que é responsável pela irritação da pele, dos olhos e do sistema respiratório. No caso do gás mostarda ( ), a produ- ção do ácido clorídrico ( ) ocorre conforme a equação química a seguir: 28 QUÍMICA GERAL Admitindo que a dose letal deste gás seja de 0,01 mg de por kg de massa corporal, qual seria a quantidade de gás mostarda sufi- ciente para matar uma pessoa com 80 kg, em mg? (Massas Molares: , ). FONTE: https://bit.ly/2GtJB6m. Acesso em: 3 nov. 2020. R.: O primeiro passo é determinar a quantidade total de que de- verá ser ingerido por uma pessoa de 80 kg, para isso podemos utilizar uma regra de três, utilizando os dados apresentados: FONTE: O autor. Conhecendo a quantidade de que é letal para um ser humano de 80 kg, podemos agora aplicar os passos do cálculo estequiométrico e determinar a quantidade, em mg, de gás mostarda que irá produzir os 0,8 mg de . FONTE: O autor. 29 QUÍMICA GERAL 3 Leia o texto a seguir: Fontes minerais são essenciais para a construção civil, na manufatu- ra de diversos produtos, para a agricultura, ou mesmo como fontes energéticas. Em outras palavras, a disponibilidade, o beneficiamen- to e o emprego de recursos minerais afetam direta e indiretamente no desenvolvimento sustentável da economia moderna [...]. Dentre os mais diversos produtos advindos de fontes minerais, a cal é, sem dúvida, um dos de maior expressão no mercado, em ter- mos de volume consumido e aplicabilidade. A cal é produzida a partir da decomposição térmica dos carbonatos de cálcio e de mag- nésio obtidos de depósitos de calcário. Sua composição depende da origem da rocha calcária empregada, tendo, como característica geral, o óxido de cálcio ( ) como componente majoritário. FONTE: SOARES, Bruno Daniel. Estudo da produção de óxido de cálcio por calci- nação do calcário: Caracterização dos sólidos, decomposição térmica e otimiza- ção paramétrica. Orientador: Humberto Molinar Henrique. 2007, p. 1. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade Federal de Uberlândia, Uberlân- dia, 2007. Disponível em: https://bit.ly/3kiJDvW. Acesso em: 14 set. 2020. A reação de decomposição térmica do carbonato de cálcio ( ) [calcário] para produção de óxido de cálcio ( [cal] citada no texto é representada a seguir: Considerando todas as informações apresentadas, determine o grau de pureza do calcário, sabendo que em certa reação 500,0 g de carbo- nato de cálcio produziram 238,0 g de óxido de cálcio. (Massas Mola- res: , , ) R.: Para responder a esta questão, primeiramente devemos determi- nar a massa real de carbonato de cálcio que reagiu para formar 238 g de óxido de cálcio. Para isso aplicamos os passos dos cálculos este- quiométricos. 30 QUÍMICA GERAL FONTE: O autor. Agora podemos aplicar uma regra de três simples considerando os 500 g de carbonato de cálcio informados no enunciado como 100% e descobrir o grau de pureza para os 425 g calculados anteriormente. FONTE: O autor Portanto, o grau de pureza do calcário é de 85%. TÓPICO 3 1 A gasolina representa uma fração muito importante do petróleo, comercialmente falando. Para sua obtenção é realizada a destilação fracionada onde o petróleo é aquecido e passa pela torre de fracio- 31 QUÍMICA GERAL namento, esse processo também produz outras frações importantes como o diesel e a querosene. FONTE: <https://bit.ly/34hbSVq>. Acesso em: 30 set. 2020. Num laboratório, a torre de fracionamento é representada pela co- luna de fracionamento, uma versão em menor escala. Tendo em vis- ta a importância desse processo e seus conhecimentos a respeito da destilação fracionada, disserte sobre a função e o funcionamento da coluna de fracionamento. R.: A coluna de fracionamento tem a função de separar os compo- nentes de uma mistura homogênea, as chamadas frações, através dos seus pontos de ebulição. Geralmente essa coluna é recheada de es- peras de vidro ou porcelana, ou ainda, possui rugosidades em seu interior que dificultam a passagem do vapor. Ao realizar a troca de calor com a superfície da coluna os componentes menos voláteis con- densam e voltam para o balão e o mais volátil consegue chegar ao condensador. A passagem dos componentes é controlada pelo termô- metro na ponta da coluna de fracionamento. 2 O uso de soluções no laboratório é muito comum, porém, muitas vezes não nos damos conta que preparamos soluções no nosso co- tidiano também quando preparamos um refresco, um café ou um 32 QUÍMICA GERAL leite com achocolatado. Muitas vezes percebemos que ao adicionar soluto a um solvente numa temperatura constante há um ponto onde o solvente não consegue mais dissolver o soluto. Ao atingir este ponto, obtemos qual solução? a) ( )Diluída b) ( ) Fraca c) ( ) Insaturada d) ( ) Supersaturada e) (X) Saturada R.: Quando o solvente não consegue mais dissolver soluto teremos uma solução saturada, portanto, a alternativa correta é letra e. 3 Ao preparar uma solução, devemos estar atentos à temperatura ambiente e ao coeficiente de solubilidade, pois esses dados serão primordiais para identificar a quantidade de soluto que o solvente será capaz de dissolver. Considerando que a solubilidade do sul- fato de potássio ( ) a 20°C é de 11,1g / 100g de , determine a massa necessária deste sal em gramas para preparar uma solução saturada com 245 mL de água. (Lembre-se 1g de água equivalem a 1mL). R.: Para responder a esta questão basta aplicarmos uma regra de três utilizando a solubilidade do sal e o volume de água utilizado no pre- paro da solução. 4 O consumo de bebidas alcoólicas pode causar desde uma leve eu- foria, passando pela perda de julgamento crítico até coma e morte, isso tudo depende de organismo para organismo, mas principal- mente quanto de álcool foi ingerido. Comparando bebidas fermen- tadas e destiladas é constatado que o teor alcoólico das bebidas des- 33 QUÍMICA GERAL tiladas é mais elevado. Podemos comparar, por exemplo, a cerveja (bebida fermentada) que possui cerca de 4°GL e a vodca (bebida destilada) que possui cerca de 37,5ºGL. Considere o exposto e anali- se a situação: Dois amigos vão a uma festa, um deles bebe somente cerveja, enquanto o outro bebe apenas vodca. Com base nos valores de teores alcoólicos apresentados, calcule o volume de cerveja em litros que o indivíduo que está bebendo essa bebida deverá ingerir para alcançar o mesmo volume de álcool ingerido por seu amigo que consumiu 300 mL de vodca. R.: Para responder a esta questão é necessário calcular qual o volu- me de álcool ingerido pelo amigo que bebe vodca. Para isso, basta lembrar que °GL indica o percentual em volume de álcool que há na solução e com isso aplicar uma regra de três. Dividindo o volume de cerveja que deve ser ingerido por 1000 chega- mos ao valor de 2,812L. 5 O sistema respiratório pode sofrer por várias patologias que cau- sam infecções e acarretam o comprometimento das vias aéreas. Geralmente, nestes casos é recomendado o uso de expectorantes, como o iodeto de potássio ( ). Ao preparar um xarope expectoran- te são utilizadas duas soluções de iodeto de potássio (BATISTA, 2015)). São misturados 25 mL de uma solução 21 g/L e 40 mL de uma solução 60 g/L. Considerando a massa molar do como sendo e os dados apresentados na questão, determine: a) A concentração em g/L da solução final. b) A concentração em mol/L da solução final. FONTE: BATISTA, Fábio Roberto. Química: Ensino Médio. Curitiba: Positivo, 2015. v. 5. R.: a. Para calcular a concentração g/L da solução final basta utilizar- mos a fórmula para mistura de soluções de mesmo soluto, lembrando 34 QUÍMICA GERAL que o volume final ( ) será a soma dos volumes das soluções que forma misturadas, neste caso, . b. Para calcular a concentração em mol/L basta utilizar a fórmula que relaciona esta unidade de medida com a concentração comum. Aqui devemos considerar a massa molar do iodeto de potássio informado no enunciado. 6 O processo de titular é uma prática comum em laboratório, além de ajudar na determinação da concentração de soluções, ela ajuda na confirmação das concentrações descritas nos rótulos. Conhecer a concentração correta de uma solução influi diretamente nos resulta- dos obtidos em uma análise quantitativa. Imagine que ao titular 10 mL de solução de ácido bórico ( ) foram gastos 40 mL de uma solução de hidróxido de cálcio ( ) 0,6 mol/L até que fosse ob- servada uma mudança de coloração. Considere o exposto e calcule a concentração em mol/L da solução de ácido bórico. R.: Primeiramente devemos identificar a equação química balanceada da reação que ocorre na titulação. Agora devemos identificar a quantidade de matéria de que reagiu. 35 QUÍMICA GERAL Por estequiometria podemos identificar a quantidade de mols de no titulado. Conhecendo o volume de titulado e o número de mols de soluto do titulado, é possível calcular a concentração em mol/L. É importante lembrar que devemos converter o volume de mL para L dividindo o valor por 1000, sendo assim,
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