EXERCÍCIOS ATKINS QUÍMICA GERAL 5 ed. FUNDAMENTOS - A (RESOLVIDOS)

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EXERCÍCIOS ATKINS QUÍMICA GERAL 5 ed.
FUNDAMENTOS - A (RESOLVIDOS)
A.1 Classifique as seguintes propriedades como físicas ou químicas: (a) os objetos feitos de prata ficam escuros com o tempo; (b) a cor vermelha dos rubis deve-se à presença de íons crômio; (c) o ponto de ebulição do etanol é 78ºC.
(a) propriedade química; (b) e (c) são propriedades físicas.
A.2 Um químico investiga os pontos de ebulição e de fusão, bem como a inflamabilidade da acetona, um componente do removedor de esmalte de unhas. Quais dessas propriedades são físicas e quais são químicas?
Pontos de ebulição e fusão são propriedades físicas pois é possível medi-las sem alterar a identidade do material. A inflamabilidade é uma propriedade química pois para observa-la é necessário a mudança da natureza química da substância.
A.3 Identifique todas as propriedades físicas e as mudanças nesta afirmação: “A enfermeira de uma pista de corridas mediu a temperatura do corredor e ligou um queimador de propano; quando a água começou a ferver, uma parte do vapor condensou-se na janela fria”.
Propriedades físicas: temperatura e ponto de ebulição. Ocorreram mudanças de temperatura e de estado físico da matéria (vaporização da água) em detrimento do queimador de propano. 
A.4 Identifique todas as propriedades químicas e as mudanças nesta afirmação: “O cobre é um elemento marrom-avermelhado, obtido de minerais que contêm sulfeto de cobre por aquecimento no ar, com formação de óxido de cobre. O aquecimento do óxido de cobre com carbono produz cobre impuro, que é purificado por eletrólise”.
Transformação do sulfeto de cobre mineral em óxido de cobre por aquecimento, produção de cobre impuro pelo aquecimento do óxido de cobre com carbono e purificação do cobre impuro por eletrólise são propriedades químicas pois envolvem transformações na natureza química do material.
A cor marrom-avermelhado é uma propriedade física do cobre.
A.5 Nos quadros a seguir, as esferas verdes representam os átomos de um elemento e as esferas vermelhas, os átomos de um segundo elemento. Em cada caso, as figuras mostram ou uma mudança física ou uma mudança química. Identifique o tipo de mudança.
(a) Houve uma mudança de estado físico da matéria pois os átomos de A e B estão arranjados da mesma maneira porém a distância entre as moléculas aumentou.
(b) Houve uma mudança química pois houve uma mudança nas ligações entre os átomos. Antes da mudança haviam apenas ligações A-B e após a mudança temos ligações A-A e B-B.
(c) Houve uma mudança química pois houve uma mudança nas ligações entre os átomos - quebra de ligações e formações de novas.
A.6 Quais dos quadros do Exercício A.5 mostra uma substância que poderia ser um gás?
O segundo quadro da letra (a).
A.7 Diga se as seguintes propriedades são extensivas ou intensivas: (a) a temperatura na qual o gelo derrete; (b) a cor do cloreto de níquel; (c) a energia produzida na queima da gasolina; (d) o preço da gasolina.
Uma propriedade extensiva depende do tamanho (extensão) da amostra.
(a) a temperatura na qual o gelo derrete não depende do tamanho da amostra; é uma propriedade intensiva. (b) a cor do cloreto de níquel é uma propriedade intensiva. (c) a energia produzida na queima da gasolina é uma propriedade extensiva pois a energia produzida depende da quantidade de gasolina queimada. (d) o preço da gasolina é uma propriedade extensiva pois o preço a ser pago depende da quantidade de gasolina que se pretende comprar.
A.8 Diga se as seguintes propriedades são extensivas ou intensivas: (a) o preço da platina; (b) a umidade da atmosfera; (c) a pressão de ar em um pneu; (d) a dureza do concreto.
(a) propriedade extensiva; (b) propriedade intensiva; (c) propriedade intensiva; (d) propriedade intensiva.
A.11 Expresse em mililitros o volume de uma amostra de 1,00 copo de leite, considerando que 2 copos = 1 quartilho e 2 quartilhos = 1 quarto.
Usando a relação: 1 quarto = 0,946 L
1,00 copo de leite = ½ quartilho ; ½ quartilho = ¼ quarto
Volume = ¼ quarto x (946 mL / 1 quarto) = 236,5 mL
O copo de leite possui 236,5 mL de volume.
A.12 A unidade ångström (1 Å = 10-10 m) ainda é muito usada para registrar medidas das dimensões de átomos e moléculas. Expresse os seguintes dados em ångströns: (a) o raio de um átomo de sódio, 180 pm (2 as); (b) o comprimento da luz amarela, 550 nm (2 as). (c) Escreva um fator de conversão único entre ångströns e nanômetros.
(a) Usando as relações: 1 Å = 10-10 m ; 1 m = 1012 pm
180 pm x 1 m ∙ (1012 pm)-1 = 1,8 x10-10 m 
1,8 x10-10 m x 1 Å ∙ (10-10 m)-1 = 1,8 Å 
(b) Usando o fator de correção (Å para pm) e a seguintes relações: 1 nm = 10-9 m e 1 pm = 10-12 m
550 nm x 10-9 m ∙ (1 nm)-1 = 5,5 x10-7 m
5,5 x10-7 m x 1 Å ∙ (10-10 m)-1 = 5500 Å
(c) Fator de correção
F = (1 Å / 10-10 m) x (10-9 m / 1 nm)
F = 10(Å/nm)
A.13 Quando se deixa cair uma peça de um metal inerte cuja massa é 112,32 g em um cilindro graduado que contém 23,45 mL de água, o nível da água sobe para 29,27 mL. Qual é a densidade do metal (em gramas por centímetro cúbico)?
O volume da peça de metal pode ser obtido pela diferença entre o volume final e final: 29,27 – 23,45 = 5,82 mL.
Densidade = 112,32 g / 5,82 mL = 19,3 g∙mL-1 ou 19,3 g∙(cm3)-1
A.17 Um balão pesa 43,50 g quando vazio e 105,50 g quando cheio de água. Quando o mesmo balão está cheio de outro líquido, a massa passa a ser 96,75 g. Qual é a densidade do segundo líquido?
Como sabemos a densidade da água (1,0 g∙mL-1) e a massa de ambos os líquidos no balão cheio, podemos obter através de uma regra de três a densidade do segundo líquido.
1,0 g∙mL-1 --- (105,50 – 43,50 = 62 g)
x g∙mL-1 --- (96,75 - 43,50 = 53.25 g)
x g∙mL-1 = 53.25 g x 1,0g∙mL-1 x (62 g)-1
x g∙mL-1 = 0,86 g∙mL-1
A.18 Que volume (em centímetros cúbicos) de chumbo (densidade 11,3 g·cm-3) tem a mesma massa que 215 cm3 de uma tora de pau-brasil (densidade 0,38 g·cm-3)?
Para que uma tora de pau-brasil ocupe 215 cm3, é necessário que a mesma tenha massa igual a 81,7 g. Quando o chumbo apresentar massa igual a 81,7, o volume que ele irá ocupar será de 7,23 cm3.
Volume 1 x massa 1 = volume 2 x massa 2
Cálculo 1: Massa 1 x 215 cm-3 = 0,38 g x 1 cm-3
Massa 1 = 0,38 g x 215 = 81,7 g
Cálculo 2: 81,7 g x Volume 1 = 11,3 g x 1 cm-3
Volume 1 = 0,14 cm-3 = 7,23 cm3
A.19 As espaçonaves são comumente forradas com alumínio para proteção contra a radiação. A camada de proteção adequada deve ter 20. g de alumínio por centímetro quadrado. Calcule a espessura da proteção necessária.
Dados: dAl = 2,70g∙cm-3
20 g de alumínio ocupam 7,407 cm3 de volume por cm2.
Cálculo: 2,70g --- 1 cm3
 20 g --- x cm3
x cm3 = 20 g ∙ 1 cm3 / 2,70 g = 7,407 cm3
Usando a fórmula V = A x h onde V = volume; A = área e h espessura:
h = 7,407 cm3 / 1 cm2
h = 7,407 cm
A espessura de alumínio necessária é de 7,407 cm.
A.20 Imagine que toda a massa de um átomo está concentrada no núcleo, uma esfera de raio 1,5 x 10-5 pm.
(a) Se a massa de um átomo de carbono é 2,0 x 10-23g, qual é a densidade de um núcleo de carbono? O volume de uma esfera de raio r é 4 πr3/3. (b) Qual seria o raio da Terra se sua matéria fosse comprimida até ter a mesma densidade de um núcleo de carbono? (O raio médio da Terra é 6,4 x 103 km, e sua densidade média é 5,5 g∙cm-3.)
Usando a relação 100 cm = 1 m = 1012 pm:
Volume = 4 π (1,5 x10-15 cm)3 / 3
Volume = 1,41 x10-44 cm3
100 cm = 1 m = 1012 pm
Densidade do átomo de carbono = 2,0 x10-23g / 1,41 x10-44 cm3 = 1,42 x1021 g∙cm-3
Resposta a) 1,42 x1021 g∙cm-3
Para calcular a resposta da letra b, primeiro é necessário calcular o volume da terra e em seguida, a massa da terra.
Volume = 4 π (6,4 x 103 km)3 / 3
Volume = 4 π (6,4 x 106 m)3 / 3
Volume = 4 π (6,4 x 108 cm)3 / 3 = 1,09 x1027 cm3
Massa da terra = 5,5 g∙cm-3 x 1,09 x1027 cm3 = 6,04 x1027 g
Volume ocupado pela terra comprimida até a densidade de um núcleo de carbono será dado por: V = massa da terra / densidade do núcleo de carbono
V = 6,04 x1027 g / 1,42 x1021 g∙cm-3 = 4,25 x106 cm3
E o raio da terra comprimida será:
Volume = 4 π (6,4 x 106 m)3 / 3
3V / 4π = r3
r3 = 3 x 4,25 x106cm3 / 4π
r = 100,48 cm3
Resposta b) Sendo assim, se pudéssemos comprimir a Terra até a densidade de um átomo carbono, mantendo sua massa, ela teria apenas um raio de 100,5 cm3.
A.21 Quantos algarismos significativos devem ser atribuídos ao resultado do seguinte cálculo?
2 AS, pois o resultado final deve ser escrito com o mesmo número de AS ao do fator que possui a menor quantidade de algarismos significativos. Nesse caso é o 1,2.
A.22 Quantos algarismos significativos devem ser atribuídos ao resultado do seguinte cálculo?
3 AS, pois o resultado final deve ser escrito com o mesmo número de AS ao do fator que possui a menor quantidade de algarismos significativos. Nesse caso é o 0,53.
A.23 Use os fatores de conversão do Apêndice 1B e do final do livro para expressar as seguintes medidas nas unidades listadas: (a) 4,82 nm em pm; (b) 1,83 mL∙min-1 em mm3 ·s-1; (c) 1,88 ng em kg; (d) 2,66 g∙cm-3 em kg∙m-3 ; (e) 0,044 g∙L-1 em mg∙cm-3.
1 m = 109 nm = 1012 pm
(a) 4820 pm 
1 m3 = 103 dm3 (L) = 106 cm3 (mL) = 109 mm3
1 min = 60 s
(b) 1,83 mL∙min-1 x (103 mm3/1 mL) x (1 min / 60 s) = 30,5 mm3·s-1
1 kg = 103 g
1 cm3 = 10-6 m
(d) 2,66 g∙cm-3 x (1 kg / 103 g) x (1 cm3 / 10-6 m3) = 2660 kg∙m-3 
1 g = 1000 mg
1 m3 = 103 dm3 (L) = 106 cm3 (mL) = 109 mm3
(e) 0,044 g∙L-1 x (1000 mg / 1 g) x (10-3 L / 1 cm3) = 0,044 mg∙cm-3
A.25 A densidade de um metal foi medida por dois métodos diferentes. Em cada caso, calcule a densidade e indique que medida é mais precisa. 
(a) As dimensões de um bloco de seção retangular de um metal foram 1,10 cm x 0,531 cm x 0,212 cm. Sua massa foi 0,213 g. (b) A massa de um cilindro cheio de água até a marca de 19,65 mL é 39,753 g. Quando uma peça do metal foi imersa na água, o nível subiu para 20,37 mL e a massa do cilindro contendo o metal foi 41,003 g.
(a) Volume = 1,10 x 0,531 x 0,212 = 0,12 cm3 (2 AS)
Densidade = 0,213 g ∙ 0,12 cm-3 = 1,7 g∙cm-3 
(b) Volume = 20,37 - 19,65 = 0,72 cm3 (2 AS)
Massa = 41,003 – 39,753 = 1,250 g 
Densidade = 1,250 g ∙ 0,72 cm3 = 1,7 g∙cm-3 
Ambos os métodos possuem a mesma precisão.
A.29 A velocidade máxima de uma galinha no chão é 14 km·h-1. Calcule a energia cinética de uma galinha, cuja massa é 4,2 kg, que atravessa uma estrada em sua velocidade máxima.
· 1 J = 1 kg·m2·s-2
1 km = 1000 m ; 1 h = 3600 s
E = ½ (4,2 kg x (14000 m·3600 s-1)2 ) = 31,76 kgm2·s-2 = 32 J
A.30 Marte orbita o Sol com velocidade média igual a 25 km·s-1. Uma nave espacial que tenta pousar em Marte precisa ajustar-se à velocidade da órbita. Se a massa da nave espacial é 3,6 x 105 kg, qual é sua energia cinética quando sua velocidade for igual à de Marte?
E = ½ (3,6 x 105 kg x (25000 m· s-1)2 ) = 1,1x1014 J
A.31 Um veículo cuja massa é 2,8 t reduz sua velocidade de 100. km·h-1 para 50. km·h-1 ao entrar em uma cidade. Quanta energia poderia ser recuperada em vez de se dissipar como calor? Até que altura, desprezando o atrito e outras perdas, essa energia poderia, ao ser usada, levar o veículo ladeira acima?
A energia recuperada será dada por E2 – E1:
E2 = ½ (2800 kg x (100000 m·3600 s-1)2 = 1,08 x106 J
E1 = ½ (2800 kg x (50000 m·3600 s-1)2 = 0,270 x106 J
E2 – E1 = 0,81 x106 J
Ep = mgh
0,81 x106 J = 2800 kg x 9,8 m·s-2 x h
h = 29,5 m
A.33 Qual é a energia gasta para levantar um garfo cheio, de massa total 40,0 g, até a altura de 0,50 m, 30 vezes durante uma refeição?
Ep = mgh = 0,04 kg x 0,50 m x 9,81 m·s-2 = 2,0 kg·m2·s-2
Ep x 30 = 6,0 J
A energia gasta é 6,0 J.
A.34 Calcule a energia liberada quando um elétron é trazido do infinito até a distância de 53 pm de um próton. (Esta é a distância mais provável de se encontrar um elétron em um átomo de hidrogênio.) A energia liberada quando um elétron e um próton formam um átomo de hidrogênio é 13,6 elétrons-volt (eV; 1 eV = 1,602 x 10-19J). Explique a diferença.
Sendo a carga do elétron = -1,602 x10-19 C, a do próton = 1,602 x10-19 C e a permissividade no vácuo = 8,854 x10-12J-1·C2·m-1:
1 pm = 10-12 m
53 pm = 53 x 10-12 = 5,3 x10-11 m
Ep = -4.35211 x10-18 J
Usando a relação: 1 eV = 1,602 x 10-19 J
Ep = -4.35211 x10-18 J x (1 eV / 1,602 x 10-19 J) = -27,16 eV
A diferença entre a energia liberada calculada (-27,16 eV) e a descrita pelo problema (-13,6 eV) se dá pelo fato de a energia total ser a energia cinética e potencial. 
-13,6 eV = -27,16 eV + Ec
Ec = 13,6 eV
Dessa forma, 13,6 eV são ganhos pelo sistema na forma de energia cinética.