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DETONANDO ADETONANDO A FÍSICO-QUÍMICAFÍSICO-QUÍMICA RESUMOS DE FÍSICO-QUÍMICA + 80 QUESTÕES DE VESTIBULARES Apresentação Se você adquiriu esse material, primeiramente quero te parabenizar pela sua escolha, você certamente é alguém protagonista da sua educação. Depois, te dizer que é uma honra ter a sua confiança no nosso material de estudos, tenho certeza que você não irá se decepcionar. A Químicas às vezes pode parecer uma matéria um tanto desafiadora, cheia de modelos e abstrações que, para muitos alunos, torna sua compreensão bem difícil e desestimulante. Se você já pensou assim, tudo bem. Isso acontece com grande parte dos alunos quando a química lhe é introduzida, muito pela forma tradicional a qual ela é mostrada e sem materiais que prendam sua atenção e torne o processo de aprendizado mais atraente. O e-book “Detonando a Físico-Química” foi criado para ajudar estudantes a darem seu segundo passo no estudo da química. A área pode ser um pouco temida ou vista como a mais difícil, mas não se preocupe, com esse material você poderá revisar e aprender os principais tópicos dentro de cada tema de maneira eficaz e sem desesperos. Use com sabedoria e bons estudos! O que você encontra aqui? No nosso material você encontrará 8 resumos ilustrados e esquematizados dos principais tópicos dentro da química geral a nível de ensino médio. Ao final de cada capítulo você encontrará também 10 exercícios mostrando como aquele assunto pode aparecer dentro de provas de vestibulares e também do ENEM, assim você pode colocar seus conhecimentos à prova. E não se preocupe, você também terá disponível o gabarito dessas questões. Nosso material lhe proporcionará a capacidade de revisar rapidamente e sem muita enrolação, mas sem perder a qualidade também, lhe deixando seguro para provas de colégio, processos seletivos e vestibulares. Então, use sabiamente! Os direitos autorais desempenham um papel fundamental na preservação e proteção da criatividade. Eles garantem que os criadores sejam reconhecidos e recompensados pelo seu trabalho intelectual, promovendo um ambiente propício à inovação e à expressão artística. No Brasil, a legislação específica dos direitos autorais, estabelecida pela Lei nº 9.610/1998, oferece um arcabouço legal robusto para a proteção desses direitos. Um dos aspectos essenciais da legislação brasileira de direitos autorais é a proibição da veiculação para fins lucrativos sem autorização do titular dos direitos. Essa medida visa proteger os criadores, permitindo-lhes controlar como suas obras são utilizadas comercialmente e assegurando uma remuneração justa por seu trabalho. Ao respeitar essa proibição, estamos não apenas cumprindo a lei, mas também demonstrando reconhecimento e valorização pelo esforço e talento dos criadores. É importante destacar que a proteção dos direitos autorais não se restringe apenas à legislação, mas também envolve uma questão ética e moral. Respeitar os direitos autorais é uma forma de promover a integridade e a sustentabilidade do ecossistema cultural e criativo, incentivando a produção contínua de conteúdo original e de qualidade. Sumário Estequiometria ................................................................... 1 Termoquímica .................................................................... 6 Soluções ............................................................................... 12 Cinética Química.............................................................. 17 Equilíbrio Químico ........................................................... 22 Pilhas .................................................................................... 28 Eletrólise ............................................................................. 35 Radioatividade................................................................. 40 Átomo de C-12 massa = 12u 1 unidade de massa atômica (u) H H O 1u 1u 16u A massa molecular será 1u + 1u + 16u = 18u 1x 12u + 2 x 16u = 44u H SO2 4 2x 1u + 32u + 4 x 16u = 98u Mol Número Atômico Massa atômica Massa Atômica x Massa molecular Massa Atômica: é a massa de um átomo medida em unidades de massa atômica (u). Unidades de massa atômica (u): É 1/12 da massa do átomo isótopo do carbono-12. Massa Molecular: é a massa da molécula medida em termos de “u”; Se dá através da soma das massa atômicas individuais dos átomos. Ou ainda podemos simplificar da seguinte maneira: - A massa atômica é encontrada na tabela periódica! - Mol é a unidade de medida da grandeza quantidade de matéria; - É expresso pela constante de Avogadro; Corresponde ao número de entidades elementares (átomos, moléculas, íons, etc) 6,022 x 1023 Constante de Avogadro 6,022 x 10231 mol de moléculas contém moléculas 6,022 x 1023 1 mol de átomos contém átomos 1 Massa Molar (M) M = n m massa em gramas n° de mols Balanceamento de equações químicas Mg + HCl MgCl2 + H2 Mg + 2HCl MgCl2 + H2 Cálculo Estequiométrico ZnS + O2 ZnO + SO2 2ZnS + 3O2 2ZnO + 2SO2 Massa Molar: é a massa, em gramas, de 1mol da substância analisada; - É a massa da substância por unidade de quantidade de matéria, ou seja, sua unidade é dada em g/mol; - Pode ser expressa pela seguinte relação: M(CO2) = 44g/mol, isso significa que em 1mol de CO2 há uma massa de 44,0g. Vejamos a massa molar (M) do CO2. -Significa acertar corretamente os coeficientes estequiométricos na equação química; -Consiste em igualar a quantidade de átomos nos reagentes e produtos; - Para isso alguns passos devem ser seguidos: Dica: siga essa sequência de elementos para facilitar o balanceamento. METAIS AMETAIS CARBONO HIDROGÊNIO OXIGÊNIO M.A.C.H.O - Olhando para o Mg, percebemos que temos 1 em cada lado da equação, logo passaremos ao Cl, que é o ametal. - Temos 1 elemento Cl nos reagentes e 2 nos produtos, logo, devemos multiplicar por 2 a molécula de HCl e assim igualar as quantidades. - Quando adicionamos o coeficiente 2 ao HCl, acabamos igualando também a quantidade de hidrogênios. - É o cálculo das quantidades de reagentes e produtos feitos com base nas leis ponderais das reações químicas. - Pode ser executado seguindo os seguintes passos: Escrever a equação química do problema;1. Balancear a equação;2. Montar uma regra de três considerando os dados fornecidos e o problema explorado (o que se pede na questão). 3. Vamos analisar o seguinte caso: O minério blenda (ZnS) foi intensamente aquecido na presença de oxigênio, produzindo óxido de zinco e dióxido de enxofre. Calcule a massa do dióxido de enxofre que seria produzido a partir de 24g de oxigênio. Passo 1: Escrever a reação: Passo 3: Montar a regra de 3 prestando atenção ao que se está sendo dado e ao que está sendo pedido. Passo 2: Balancear: 2ZnS + 3O2 2ZnO + 2SO2 3 mol 2 mol Dado do problema Pergunta 2ZnS + 3O2 3.32g 2.64g Agora basta organizar. x (g) Lembre-se que os valores em destaque são as massas molares de cada molécula! 2ZnO + 2SO2 x = 32g de SO2 24g Vamos supor agora que o problema nos perguntasse a quantidade de moléculas de SO2 formadas. Como faríamos? 2 2ZnS + 3O2 x moléculas 3.32g 2. 2ZnO + 2SO2 x 24g 6,022 x 1023 3 x 1023moléculas de SO2 Nas CNTP, 1mol de gás ocupa um volume de 22,4L. 2ZnS + 3O2 x L 3.32g 2. 2ZnO + 2SO2 x = 11,2L de SO2 (CNTP) 24g 22,4L O que muda é sempre a coluna da pergunta! Vamos supor agora que o problema nos pedisse para calcular o volume de SO2 formado na CNTP. Como faríamos? CNTP CNTP significa Condições Normais de Temperatura e Pressão; - É uma forma de descrever as condições ideais em que os cientistas e os químicos frequentemente realizam experimentos; - Temperatura nas CNTP, é fixada em 0 graus Celsius (ou 273,15 Kelvin). - A pressão é fixada em 1 atm, o que é basicamente a pressão do ar ao nosso redor. Voltando a resolução: Faça suas anotações aqui: 3 Exercícios Questão 1 Questão 2 Questão 4 Questão 5 Questão 6 Questão 7 Questão 8 Questão 3 4 (Fefisa-SP) Atualmente tem-se como padrão internacional da escalade massas atômicas: a) a mistura isotópica natural do oxigênio. b) a mistura isotópica natural do carbono. c) o isótopo carbono-12. d) o isótopo oxigênio-16 (Unifor-CE) Dos seguintes compostos, qual apresenta massa molecular igual a 30? a) C2H6 b) PH3 c) NH3 d) NO2 e) N2O3 (Ufac) A massa fórmula do composto Na2SO4 . 3H2O é: (Dados: H=1u, O=16u, Na= 23u e S= 32u.) a) 142 u. b) 196 u. c) 426 u. d) 444 u. e) 668 u. (F. Dom Bosco-DF) A massa molecular da sulfanilamida é: (Dado: A fórmula molecular da sulfanilamida é C6H8N2O2S.) a) 196 u. b) 174 u. c) 108 u. d) 112 u. e) 172 u. Sabendo que a massa atômica do magnésio é igual a 24 u, determine a massa, em gramas, de um átomo desse elemento. (Dado: Número de Avogadro = 6,0 . 10^23). a) 24 g. b) 4,0 g. c) 24 . 10^-23 g. d) 4,0 . 10^23 g. e) 4,0 . 10^-23 g. (Enem 2013) O brasileiro consome em média 500 miligramas de cálcio por dia, quando a quantidade recomendada é o dobro. Uma alimentação balanceada é a melhor decisão para evitar problemas no futuro, como a osteoporose, uma doença que atinge os ossos. Ela se caracteriza pela diminuição substancial de massa óssea, tornando os ossos frágeis e mais suscetíveis a fraturas. Disponível em: www.anvisa.gov.br. Acesso em: 1 ago. 2012 (adaptado). Considerando-se o valor de 6 × 10^23 para a constante de Avogadro e a massa molar do cálcio igual a 40 g/mol, qual a quantidade mínima diária de átomos de cálcio a ser ingerida para que uma pessoa supra suas necessidades? a) 7,5 × 10^21 b) 1,5 × 10^22 c) 7,5 × 10^23 d) 1,5 × 10^25 e) 4,8 × 10^25 (UFSM-RS) O ácido fosfórico, usado em refrigerantes do tipo “cola” e possível causador da osteoporose, pode serformado a partir da equação não balanceada: Partindo-se de 62 g de Ca3(PO4)2 e usando- se quantidade suficiente de H2SO4, qual será, em gramas, a massa aproximada de H3PO4 obtida? a) 19 b) 25 c) 39 d) 45 e) 51 (Ufac) Utilizando 148 g de hidróxido de cálcio, Ca(OH)2, a massa obtida de CaCL2, segundo a equação balanceada, é: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 c a b e e b c c d d Questão 9 Questão 10 (Ceeteps-SP) Antiácido estomacal, preparado à basede bicarbonato de sódio (NaHCO3), reduz a acidezestomacal provocada pelo excesso de ácido clorídrico segundo a reação: (massa molar NaHCO3=84g/mol; volume molar=22,4 L/mol a 0 °C e 1 atm). Para cada 1,87 g de bicarbonato de sódio, o volume de gás carbônico liberado a 0 °C e 1 atm é de aproximadamente: a)900 mL. b) 778 mL. c) 645 mL. d) 493 mL. Dados: Ca — 40 g/mol; Cl — 35,5 g/mo O — 16 g/mol; H — 1 g/mol. a) 111 g. b) 75,5 g. c) 222 g. d) 74 g. e) 22,4 g (UFC-CE) A 0 °C e 1 atm, 19,5 g de sulfeto de zinco puro reagem estequiometricamente com oxigênio, de acordo com a reação: Assumindo comportamento ideal, o volume (em L) de SO2 gerado será de aproximadamente: a) 1,1. b) 2,2. c) 3,3. d) 4,5. e) 5,6. (Ceeteps-SP) Antiácido estomacal, preparado à basede bicarbonato de sódio (NaHCO3), reduz a acidezestomacal provocada pelo excesso de ácido clorídrico segundo a reação: e) 224 mL. Gabarito 5 Alguns Conceitos importantes Transformação Libera calor Absorve Calor Exotérmico Endotérmico 1 cal = 4,18J Entalpia (H): é uma grandeza que nos diz a quantidade de energia que um sistema possui, que pode ser transformada em calor, a pressão constante. Variação de Entalpia ( H): é a medida do calor liberado ou absorvido numa reação, a pressão constante. H H Hprodutos - reagentes= H0 Entalpia Hi Hf Entalpia Inicial Entalpia final H2 + O21/2 H2O(g) (g) (l) entalpia igual a zero H = - 270, 8 - (- 46,11 - 36,40) H = - 188,29kJ/mol - Uma reação absorve calor (endotérmica) quando a entalpia dos reagentes menor do que a dos produtos; - A energia entra no sistema. - É a mudança de entalpia observada quando 1 mol da substância é produzida a partir das substâncias simples correspondentes, todas no estado padrão. - Também pode ser chamada de calor padrão de formação ou calor molar de formação; substâncias simples no estado padrão tem entalpia igual a zero. Alguns valores de energia padrão de formação são tabelados! Calcular a variação da entalpia da seguinte reação: Sabendo que as entalpias padrão de formação, em kJ/mol são: NH3(g) = -46,11 HBr (g) = -36,40 NH4Br (s) = -270,8 Resolvendo, fica: Lei de Hess - A Lei de Hess afirma que a variação da entalpia em uma reação química é a mesma, independente do caminho que essa reação ocorra; qualquer reação química pode ser expressa por uma série de etapas; essas reações podem ser diretas ou inversas; - A Lei de Hess permite que as variações de entalpia de diferentes reações sejam somadas para encontrar a variação de entalpia de uma reação global. H Hf(NH4Br) -= H f(NH3) + H f(HBr) 7 Podemos observar a Lei de Hess através de diagramas de energia como esse: A B C D H H1 H3 H2 H1 A B C H2 H3 H2 H1 = 120kJ = 250kJ Nesse caso, todas as reações são endotérmicas. Supondo que: Qual seria o valor de ?H3 H3 = H2H1 + H3 = 120kJ + 250kJ H3 = 370kJ E a variação da entalpia? H H= f Hi- 370kJ - 120kJH = H = 250kJ Faça suas anotações aqui: 8 Exercícios Questão 1 Questão 2 Questão 3 Questão 4 (PUC - MG) Sejam dadas as equações termoquímicas, todas a 25 ºC e 1 atm: I- H2(g)+ ½O2(g) →H2O(l) ∆H = -68,3 Kcal/mol II- 2Fe(s)+ 3/2 O2(g)→Fe2O3(s) ∆H = -196,5 Kcal/mol III- 2Al(s)+ 3/2 O2(g)→Al2O3(s) ∆H = -399,1 Kcal/mol IV – C(grafite)+ O2(g)→ CO2(g) ∆H = -94,0 Kcal/mol V- CH4(g) + O2(g) → CO2(g)+ H2O(l) ∆H = -17,9 Kcal/mol Exclusivamente sob o ponto de vista energético, das reações acima, a que você escolheria como fonte de energia é: a) I. b) II. c) III. d) IV. e) V. (UFRS) Considere as transformações a que é submetida uma amostra de água, sem que ocorra variação da pressão externa: Pode-se afirmar que: a) as transformações 3 e 4 são exotérmicas. b) as transformações 1 e 3 são endotérmicas. c) a quantidade de energia absorvida em 3 é igual à quantidade liberada em 4. d) a quantidade de energia liberada em 1 é igual à quantidade liberada em 3. e) a quantidade de energia liberada em 1 é igual à quantidade absorvida em 2. I. A combustão completa do metano (CH4) produzindo CO2 e H2O. II. O derretimento de um iceberg. III. O impacto de um tijolo no solo ao cair de uma altura h. Em relação aos processos analisados, pode- se afirmar que: a) I é exotérmico, II e III são endotérmicos. b) I e III são exotérmicos e II é endotérmico. c) I e IIsão exotérmicos e III é endotérmico. d) I, II e III são exotérmicos. e) I, II e III são endotérmicos. (UNESP) Diariamente podemos observar que reações químicas e fenômenos fisicos implicam em variações de energia. Analise cada um dos seguintes processos, sob pressão atmosférica. (UFRRJ)Desde a pré-história, quando aprendeu a manipular o fogo para cozinhar seus alimentos e se aquecer, o homem vem percebendo sua dependência cada vez maior das várias formas de energia. A energia é importante para uso industrial e doméstico, nos transportes, etc. Existem reações químicas que ocorrem com liberação ou absorção de energia, sob a forma de calor, denominadas, respectivamente, como exotérmicas e endotérmicas. Observe o gráfico a seguir e assinale a alternativa correta: a) O gráfico representa uma reação endotérmica. b) O gráfico representa uma reação exotérmica. c) A entalpia dos reagentes é igual à dos produtos. d) A entalpia dos produtos é maior que a dos reagentes. e) A variação de entalpia é maior que zero. 9 Questão 5 Questão 6 Questão 7 Questão 8 Considere as seguintes equações termoquímicas: I. 3 O2(g) → 2 O3(g) ∆H1 = +284,6 kJ II. 1 C(grafita) + 1 O2(g)→1 CO2(g) ∆H2 = -393,3 kJ III. 1 C2H4(g) + 3 O2(g) → 2 CO2(g) + 2H2O(l) ∆H3 = -1410,8 kJ IV. 1 C3H6(g) + 1 H2(g) → 1 C3HO8(g) ∆H4 = -123,8 kJ V. 1 I(g) → 1/2 I2(g) ∆H5 = -104,6 kJ Qual é a variação de entalpia que pode ser designada calor de formação ou calor de combustão? a) ∆H1. b) ∆H2. c) ∆H3. d) ∆H4. e) ∆H5. (Enem PPL, 2020) A água sofre transições de fase sem que ocorra variação da pressão externa. A figura representa a ocorrência dessas transições em um laboratório. Tendo como base as transições de fase representadas (1 a 4), a quantidade de energia absorvida na etapa 2 é igual à quantidade de energia: a) liberada na etapa 4 b) absorvida na etapa 3 c) liberada na etapa 3 d) absorvida na etapa 1 e) liberada na etapa 1 (VUNESP 2005) – Considere a equação a seguir: 2 H2 (g) + O2 (g) → 2 H2O (l) ΔH = –572 kJ É correto afirmar que a reação é: a) exotérmica, liberando 286 kJ por mol de oxigênio consumido. b) exotérmica, liberando 572 kJ para dois mols de água produzida. c) endotérmica, consumindo 572 kJ para dois mols de água produzida. d) endotérmica, liberando 572 kJ para dois mols de oxigênio consumido. e) endotérmica, consumindo 286 kJ por mol de água produzida. (UERJ) O alumínio é utilizado como redutor de óxidos, no processo denominado de aluminotermia, conforme mostra a equação química: 8 Al(s) + 3 Mn3O4(s) → 4 Al2O3(s) + 9Mn(s) Observe a tabela: Segundo a equação acima, para a obtenção do Mn(s), a variação de entalpia, na temperatura de 298 K, em KJ, é de: a) -282,5 b) -2515,3 c) -3053,1 d) -10827,1 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 c e b b b e b b b b Questão 9 Questão 10 Gabarito (ENEM)O ferro é encontrado na natureza na forma de seus minérios, tais como a hematita (α-Fe2O3), a magnetita (Fe3O4) e a wustita (FeO). Na siderurgia, o ferro-gusa é obtido pela fusão de minérios de ferro em altos fornos em condições adequadas. Uma das etapas nesse processo é a formação de monóxido de carbono. O CO (gasoso) é utilizado para reduzir o FeO (sólido), conforme a equação química: FeO (s) + CO (g) → Fe (s) + CO2 (g) Considere as seguintes equações termoquímicas: a) -14. b) -17. c) -50. d) -64. e) -100. O benzeno, um importante solvente para a indústria química, é obtido industrialmente pela destilação do petróleo. Contudo, também pode ser sintetizado pela trimerização do acetileno catalisada por ferro metálico sob altas temperaturas, conforme a equação química: 3C2H2(g) → C6H6(l) A energia envolvida nesse processo pode ser calculada indiretamente pela variação de entalpia das reações de combustão das substâncias participantes, nas mesmas condições experimentais: a) -1090. b) -150. c) -50. d) +157. e) +470. 11 Alguns Conceitos importantes Classificação das soluções Concentração Comum C m V soluto solução Concentração em quantidade de matéria V Título em massa Título em volume m m soluto solução Solvente é uma substância capaz de dissolver outra. Soluto é uma substância que é dissolvida em um solvente. - Eletrolíticas: conduzem corrente elétrica devido a presença de íons livres. esses íons são produto da ionização ou dissociação iônica do soluto (eletrólito); Ex.: água e cloreto de sódio - Não eletrolíticas: não conduzem corrente elétrica devido a ausência de íons livres. Ex:. Etanol e água - As soluções podem ser sólidas, líquidas e gasosas. - Demonstra a quantidade de soluto dissolvido em um determinado volume de solução. - A massa será expressa g ou seus múltiplos (mg, kg, t, etc); - O volume será expresso em L ou seus múltiplos. - Também chamada de Concentração Molar ou Molaridade(M): - Nos informa a quantidade em mol de soluto que há em cada litro ou decímetro cúbico de solução. M n soluto solução O volume deve estar em L ou decímetros cúbicos! mol/L ou mol/dm3 a unidade de concentração deve ser expressa em - Relaciona a massa do soluto (m1) com a massa total da solução (massa do soluto + massa do solvente); - A massa da solução é a massa do soluto + a massa do solvente. - é um valor adimensional; Quando o valor do título em massa ficar entre zero e um, seu valor pode ser expresso em porcentagem. - Representa a fração do volume do soluto em uma solução; V V soluto soluçãov Solução: possui diâmetro das partículas inferior a 10 cm; Dispersão Coloidal: possui diâmetro das partículas entre 10 e 10 ; Suspensão: possui diâmetro superior a 10 . -7 -4 -7 -4 12 Fração Molar nsolutoxsoluto nsoluto nsolvente+ n solventex solvente nsoluto nsolvente+ Diluição - Expressa a quantidade de mols de um dos componentes da solução pela quantidade de mols total, ou seja, o número de mols do soluto + número de mols do solvente. A fração molar é um número adimensional, ou seja, não tem unidades; A fração molar do soluto + a fração molar do solvente deve ser igual a 1. - Diluição é o ato de adicionar mais solvente ao soluto em uma solução. em uma diluição a quantidade de soluto não se altera, mas o volume e a massa total da solução sim; como o soluto não se altera, o número de mols se mantém constante. Ci Vi. =Cf Vf. Faça suas anotações aqui: 13 Exercícios Questão 1 Questão 2 Questão 3 (UFSCAR - SP) Soro fisiológico contém 0,900 gramas de NaC ℓ , massa molar=58,5g/mol, em 100 mL de solução aquosa. A concentração do soro fisiológico, expressa em mol/L, é igual a: a) 0,009 b) 0,015 c) 0,100 d) 0,154 e) 0,900 As soluções são misturas que se obtêm através da dissolução de uma substância em outra, formando assim um composto homogêneo. Ela pode ser sólida, gasosa ou líquida, e um exemplo básico de solução é a mistura de água e sal. Levando em consideração a afirmação acima e as propriedades gerais das soluções químicas, é possível afirmar que: I – Dentro da mistura das soluções, o solvente é o componente que se dissolve. Nesse caso, a sua quantidade tende a ser menor do que as demais substâncias. II – O soluto é o responsável por fazer a dissolução dos demais componentes. No entanto, sua quantidade não interfere diretamente nesse processo, já que possui uma alta capacidade de ação. III – A água é conhecida dentro das soluções químicas como o “solvente universal”. E essa nomenclatura deve-se à sua capacidade de dissolver todas as opções de solutos. IV – As soluções saturadas são misturas onde o solvente já atingiu a sua máxima capacidade de dissolução do soluto. Assim, não poderá mais dissolver uma nova adição de soluto, o que levará ao surgimento do chamado “corpo de fundo”. V – Nas soluções insaturadas, os solventes ainda não atingiram sua capacidade máxima de dissolução. No entanto, não conseguirão dissolver mais nenhuma quantidade de soluto adicional. Das referidas afirmações, está correto o escrito: A) em todos os itens. B) apenas nos itens II e IV. C) em nenhum dos itens. D) apenas nos itens I, II e V. E) apenas no item IV. (Enem 2010) Ao colocar um pouco de açúcarna água e mexer até a obtenção de uma só fase, prepara- se uma solução. O mesmo acontece ao se adicionar um pouquinho de sal à água e misturar bem. Uma substância capaz de dissolver o soluto é denominada solvente; por exemplo, a água é um solvente para o açúcar, para o sal e para várias outras substâncias. A figura a seguir ilustra essa citação. Suponha que uma pessoa, para adoçar seu cafezinho, tenha utilizado 3,42g de sacarose (massa molar igual a 342 g/mol) para uma xıćara de 50 ml do lıq́uido. Qual é a concentração final, em mol/, de sacarose nesse cafezinho? a) 0,02 b) 0,2 c) 2 d) 200 e) 2000 14 Questão 4 (ENEM) O quadro apresenta o teor de cafeína em diferentes bebidas comumente consumidas pela população. Da análise do quadro conclui-se que o menor teor de cafeína por unidade de volume está presente no a)refrigerante de cola. b)chá preto. c)café filtrado. d)café expresso. e)chocolate quente. Questão 5 (UNIFENAS) Analise os dados e marque a opção que indica o volume correspondente de uma solução para que um cozinheiro prepare uma solução 0,8 mol/L de cloreto de sódio, sabendo que ele adiciona 234 g de NaCl em um caldeirão. Dados: (Na = 23u Cl = 35,5u). a) 10 L. b) 2 L. c) 0,8 L. d) 8 L. e) 5 L. Questão 6 (UFMS) Para a realização de um experimento, preparou-se uma solução contendo 35 g de sulfato de alumínio dissolvidos em 10 litros de água. Qual a concentração molar dessa solução? (Dados: Al=27; S=32,1; O=16) a) 0,01 M. b) 0,1 M. c) 0,001 M. d) 0,05 M. e) 0,005 M. Questão 7 (ENEM) Para cada litro de etanol produzido em uma indústria de cana-de-açúcar são gerados cerca de 18 L de vinhaça que é utilizada na irrigação das plantações de cana-de-açúcar, já que contém teores médios de nutrientes N, P e K iguais a 357 mg/L, 60 mg/L e 2 034 mg/L, respectivamente. SILVA, M. A. S.; GRIEBELER, N. P.; BORGES, L. C. Uso de vinhaça e impactos nas propriedades do solo e lençol freático. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, n. 1, 2007 (adaptado). Na produção de 27 000 L de etanol, a quantidade total de fósforo, em kg, disponível na vinhaça será mais próxima de a) 1. b) 60. c) 29. d) 170. e) 1000. Questão 8 (UFPI) Qual será o volume de água que deve ser acrescentado a 300ml de uma solução 1,5 mol/L de ácido clorídrico (HCl) para torná-la 0,3mol/L? a) 1000mL b) 1500mL c) 1200mL d) 1800mL e) 500 mL Questão 9 (VUNESP) Na preparação de 750mL de solução aquosa de H2SO4 de concentração igual a 3,00 mol/L a partir de uma solução- estoque de concentração igual a 18,0 mol/L, é necessário utilizar um volume da solução- estoque, expresso, em mL, igual a: a) 100 b) 125 c) 250 d) 375 e) 500 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 b e b b e a c c b e Gabarito Determine a molaridade de uma solução que apresentava 400 mL de volume e, após receber 800 mL de solvente, teve sua molaridade diminuída para 5 mol/L. a) 13 mol/L b) 16 mol/L c) 14 mol/L d) 12 mol/L e) 15 mol/L Questão 10 16 Velocidade média de uma reação Vm = |variação da quantidade de substância| variação do tempo 2NH3 (g) N2 (g) 3H2 (g)+ Teoria das Colisões Quanto maior for a concentração de reagentes, maior será a velocidade de uma reação química. Cinética Química é o ramo da Química que estuda a rapidez ou velocidade das reações. Ela analisa como reagentes e produtos variam com o passar do tempo e também os fatores que influenciam nessa velocidade. - É uma grandeza que indica como as quantidades de reagentes e produtos variam com o tempo; - As quantidades podem ser expressas em massa, mols, em concentração e em volume (para os gases); - Quando essa variação é aplicada para o reagente, calcula-se a quantidade consumida de reagente ao longo do tempo; - Quando é aplicada para o produto, essa variação equivale à quantidade formada de produto num dado intervalo de tempo. Vejamos o exemplo da decomposição da amônia: - Explica como alguns fatores influenciam na velocidade das reações, segundo essa teoria: O choque entre as moléculas devem ser efetivos; - Choques efetivos: são aqueles que resultam em quebra e formação de novas ligações, ou seja, formam produtos. A concentração dos reagentes tem influência na quantidade de choques efetivos. - As moléculas em uma reação estão sob grande agitação e sofrendo contínuas colisões, logo: quanto maior for a concentração de reagentes, mais choques haverão e maior a probabilidade das colisões serem efetivas e, portanto, maior a velocidade da reação. H2 I2+ H H I I 2HI Moléculas com energia suficiente Complexo Ativado Produto entre 0 e 1h: Vm = 4,0 - 8,0 1,0 - 0 = 4,0 mol . L . h -1 -1- entre 1 e 2h: Vm = 2,0 - 4,0 2,0 - 1,0 = 2,0 mol . L . h -1 -1- entre 2 e 3h: Vm = 1,0 - 2,0 3,0 - 2,0 = 1,0 mol . L . h -1 -1 - Note que o sinal na frente é negativo, pois a velocidade é de consumo de reagente. 17 Fatores que influenciam na velocidade das reações É a energia mínima necessária que as moléculas de reagentes devem possuir para gerar colisões eficazes. complexo ativado caminho da reação entalpia Ea - Para visualizar esse fenômeno usaremos o seguinte esquema: Comprimido efervescente inteiro Comprimido efervescente triturado Menor superfície de contato. Menor velocidade Maior superfície de contato. Maior velocidade. complexo ativado caminho da reação energia Ea com o catalisador Ea sem o catalisador Os choques precisam ter uma energia mínima suficiente para formar o complexo ativado. - Essa energia é chamada de Energia de Ativação. A orientação das colisões também importa, ou seja, é necessário que as moléculas estejam geometricamente alinhadas durante o choque para que haja a formação do complexo ativado. ENERGIA DE ATIVAÇÃO (Ea) Quanto maior a energia de ativação, mais lenta é a reação química. Gráfico que representa a Energia de Ativação TEMPERATURA SUPERFÍCIE DE CONTATO CATALISADORES - Quando se eleva a temperatura de uma reação, aumenta-se a energia cinética das moléculas; - Isso faz com que haja uma grande quantidade de moléculas com energia suficiente para superar a energia de ativação; Logo: Quanto maior a temperatura, maior a velocidade da reação; O comprimido em pó tem maior superfície de contato com o solvente, logo a sua velocidade será maior. Quanto maior a superfície de contato entre os reagentes, maior a velocidade da reação. - Catalisadores são substâncias que aumentam a velocidade das reações químicas sem serem efetivamente consumidos durante o processo reacional. - Eles diminuem a Energia de ativação; Catalisador Diminui a Ea Aumenta a velocidade da reação. 18 Lei da Velocidade aX + bY cW + dZ 2 2H O H2O+2 21 2 2N H+ N 3H23 reação de síntese da amônia 4x2x 2x 2x Seja uma reação química genérica: A sua lei da velocidade será dada por: v = k [X] . [Y] a b Em que: v é a velocidade da reação; k é constante de velocidade (depende da temperatura) [X] e [Y] são as concentrações dos reagentes; a e b são chamados de ordem da reação; É a influência que cada participante exerce na velocidade da reação. - A lei da velocidade parte de observações experimentais; Para reações elementares, ou seja, aquelas que ocorrem em uma única etapa, a ordem da reação é dada a partir dos coeficientes estequiométricos da reação. 2 1 2Hv = k [ ] [O2] A Lei de Velocidade será: Para reações não elementares, ou seja, aquelas que acontecem em mais de uma etapa, devemos analisar os dados experimentais para determinar a ordem da reação. Por exemplo: - Para isso uma sequência de passos podem ajudar: 2. Escolher um dos reagentes para determinar a ordem; 3. Observar como a concentração do reagente escolhido varia com a velocidade quando o outro reagente fica constante. Vejamos o exemplo com a reação de síntese da amônia: Escolhendo os experimentos 1 e 2, observamos que quando a [N2] dobra, a velocidade quadruplica (2 )2 A concentração de N2 deve se manter constante nesta análise. - Logo, o expoente (ordem) do N2 deve ser 2. 2 2Nv = k [ ] Escolhendo os experimentos 1 e 3, observamos que quando a [H2] dobra, a velocidadetambém dobra, logo, seu expoente (ordem) será 1. 2 2Nv = k [ ] [H ]2 1 Assim temos a Lei da Velocidade dessa reação! Observar a tabela com os dados experimentais e escolher dois dos experimentos; 1. A constante de velocidade (k), pode ser determinada escolhendo um dos experimentos e fazendo a substituição dos valores na equação encontrada. 2 (0,1) 1 k = 1 (0,1) = 1 10-3 = 10 3 s -1 Usando os dados do exp. 1: 19 Exercícios Questão 1 Questão 2 Questão 3 Questão 4 Questão 5 Questão 6 (PUC-RS) A velocidade de uma reação química depende: I. do número de colisões intermoleculares por unidade de tempo. II. da energia cinética das moléculas que colidem entre si. III. da orientação das moléculas na colisão, isto é, da geometria da colisão. Estão corretas as alternativas: a) I, II e III b) somente III c) somente II d) somente I e II. e) somente I. (URCA 2016.2) Geralmente, uma reação química ocorre quando espécies potencialmente reativas possuem um mínimo de energia no momento da colisão. É uma barreira que as espécies que colidem devem superar para produzir os produtos. Esse mínimo de energia denomina-se energia de: a) Reação. b) Dissociação c) Conexão. d) Ativação. e) Ionização. (UDESC 2017.2) A cinética química é a área da química que trata das velocidades das reações. Analise os processos em relação à cinética química. I. Quando o carvão está iniciando a sua queima, as pessoas ventilam o sistema para que a queima se propague mais rapidamente. II. Um comprimido efervescente se dissolve mais rapidamente quando triturado. Assinale a alternativa que contém os fatores que influenciam as velocidades das reações químicas nos processos descritos em I e II, respectivamente. a) concentração, superfície de contato b) catalisador, concentração c) temperatura, concentração d) superfície de contato, catalisador d) temperatura, catalisador (UERJ) A sabedoria popular indica que, para acender uma lareira, devemos utilizar inicialmente lascas de lenha e só depois colocarmos as toras. Em condições reacionais idênticas e utilizando massas iguais de madeira em lascas e em toras, verifica-se que madeira em lascas queima com mais velocidade. O fator determinante, para essa maior velocidade da reação, é o aumento da: a) pressão b) temperatura c) concentração d) superfície de contato (UFMG) A elevação de temperatura aumenta a velocidade das reações químicas porque aumenta os fatores apresentados nas alternativas, EXCETO a) A energia cinética média das moléculas. b) A energia de ativação. c) A frequência das colisões efetivas. d) O número de colisões por segundo entre as moléculas. e) A velocidade média das moléculas. (UFRGS) Observe o gráfico a seguir. O perfil da reação genérica A B, nele representado, indica que a energia de ativação do processo, em kJ, é igual a 20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 d a a d b d c b e b Questão 7 Questão 8 Questão 9 Gabarito a) 100 b) 150 c) 250 d) 300 e) 400 (UCPEL) Foram realizados três experimentos para determinar a expressão da velocidade da reação química: 2 A(g) + B2(g) → 2 AB(g). Os seguintes dados foram coletados: a) V = k.(B)² b) V = k. 2(A) c)V = k.(A)².(B) d)V = k.(A).(B) e)V = k.(A).(B)² (Unimontes-MG) Os dados abaixo são relativos a uma série de experimentos envolvendo a reação entre óxido nítrico e bromo a 273 ºC. Em análise dos dados e da lei de velocidade da reação, é correto afirmar que a constante de velocidade k equivale a: a) 1,2. 10^5 b) 1,2 · 10^4 c) 1,0. 10^5 d) 1,0 · 10^-4 (UniRio) Num laboratório, foram efetuadas diversas experiências para a reação: 2 H2(g) + 2 NO(g) → N2(g) + 2 H2O(g) Com os resultados das velocidades iniciais obtidos, montou-se a seguinte tabela: Baseando-se na tabela acima, podemos afirmar que a lei de velocidade para a reação é: a) V = k. (H2) b) V = k. (NO) c) V = k. (H2) . (NO) d) V = k. (H2)² . (NO) e) V = k. (H2) . (NO)² Questão 10 (Uespi) Pesquisadores do Instituto Max Planck, na Alemanha, conseguiram ativar o CO2 para uso em uma reação química. Esse procedimento é um primeiro passo para um sonho antigo do homem: realizar a fotossíntese artificial. Para isso, os pesquisadores se utilizaram de um catalisador sem metal. Nesse sentido, qual o papel de um catalisador em uma reação química? a) Diminuir as energias de reagentes e produtos. b) Encontrar um novo caminho reacional com uma menor energia de ativação. c) Ser consumido durante a reação, propiciando uma maior quantidade de reagente. d) Eliminar completamente a energia de ativação. d) Inibir os choques efetivos de reagentes e produtos. 21 Conceito de Equilíbrio Equilíbrio Químico é um conceito fundamental na química que descreve o estado em que as concentrações dos reagentes e produtos de uma reação química não mudam com o tempo. Isso ocorre porque as taxas de reação direta e inversa se igualam, resultando em um sistema dinâmico, mas estável. Observe a seguinte reação genérica: - O equilíbrio ocorre em reações reversíveis; - Uma reação reversível pode ocorrer no sentido direto ou no sentido inverso; - Sentido direto: reagentes se transformando em produtos; - Sentido Inverso: produtos se transformando em reagentes. No ponto de equilíbrio, a velocidade da reação direta e inversa se igualam e a concentração dos reagentes fica constante. - Para uma reação alcançar o equilíbrio: A temperatura deve ser constante; O sistema deve ser fechado, ou seja, não há trocas com o ambiente; aA bBVd Vi Velocidade da reação inversa Velocidade da reação direta Gráficos de Equilíbrio - Podemos observar o comportamento de reações em equilíbrio através de gráficos; o equilíbrio ocorre quando as curvas se encontram e permanecem constantes no eixo y. Gráfico Velocidade x Tempo ve lo ci d ad e Tempo Vd Vi Vd = Vi Eq Gráfico Concentração x Tempo C on ce n tr aç ão Tempo Reagentes Produtos Eq Gráfico Concentração x Tempo C on ce n tr aç ão Tempo Reagentes Produtos Eq 22 Constante de Equlíbrio aA bB+ cC dD+ Kc = [C]c [D]d [A]a [B]b 2SO3(g) 2SO2 (g) O2 (g)+ Kc = 2 [ ][ ]SO2 O2 [ ]SO3 2 C (s) CO2 (g)O2 (g)+ Kc = [ ] [ ]CO 2 O2 2CO (g) O2 (g)+ CO2 (g)2 Kc = 2 [ ]CO2 [ ]O2[ ]CO 2 Kp = 2 CO2 O2 2 P COP P C (s) CO2 (g)O2 (g)+ Kc = [ ] [ ]CO 2 O2 Kp = CO2P O2P Kp = Kc . (RT) n T é a temperatura em Kelvin; n Na expressão de Kc, substâncias sólidas não participam; Na expressão de Kp, só aparecem componentes gasosos; Kc e Kp variam com a temperatura. Importante lembrar! - Em um sistema em que todos os participantes da reação formam um sistema homogêneo, a constante de equilíbrio Kc será dada por: Os termos entre colchetes expressam a concentração de cada participante; Os expoentes a, b, c e d são os coeficientes estequiométricos da reação; Sistema Homogêneo: todos os participantes da reação estão no mesmo estado físico. Todos entram na constante de equilíbrio. Sistema Heterogêneo: os participantes da reação estão em estados físicos distintos. Em sistemas heterogêneos, a concentração das substâncias sólidas não entra na Kc, pois se admite que elas são constantes. EM TERMOS DA CONCENTRAÇÃO EM TERMOS DE PRESSÃO - Em equilíbrios em que pelo menos um dos componentes da reação é um gás, podemos expressar a constante de equilíbrio em termos das pressões parciais dos gases. Por exemplo: Kc e Kp se relacionam através da seguinte relação: R é a constante dos gases e seu valor é 0,082 atm.L.mol .K-1 -1-1 é a variação entre o numero de mols, ou seja, é o valor dos coeficientes estequiométricos. 23 Deslocamento do Equilíbrio Estado de Equilíbrio 1 Estado de Equilíbrio 2 Perturbação Resposta do sistema à perturbação NO2 (g)N (g)O42 2 NO2 (g)N (g)O42 21 H = +57,2kJ “Delta H” positivo significa que a reação é endotérmica. Novo equilíbrio O princípio de Le Chatelier Enunciado em 1884 pelo químico Henry Louis Le Chatelier: “Se, em uma situação de equilíbrio, nenhuma ação externa ocorrer, este se manterá continuamente. Porém, se uma ação for exercida e o equilíbriofor “perturbado”, este reagirá de maneira a diminuir essa perturbação.” A condição de equilíbrio pode ser afetada por fatores como concentração, pressão e temperatura. Concentração Pressão Temperatura Vamos tomar como exemplo a seguinte reação: O aumento da [N2O4] desloca o equilíbrio para a direita. O aumento da [NO2] desloca a esquerda. A diminuição da [NO2] desloca o equilíbrio para a direita. A diminuição da [N2O4] desloca o equilíbrio para a esquerda. De forma geral: O aumento da concentração de um dos participantes desloca o equilíbrio para o lado oposto. A diminuição da concentração de um dos participantes da reação desloca o equilíbrio para esse mesmo lado. O aumento de pressão desloca o equilíbrio para o lado de menor volume de gás. A diminuição da pressão desloca o equilíbrio para o lado de maior volume de gás. Se o volume de gás é igual em ambos os lados, esse equilíbrio não é afetado pela pressão. O aumento da temperatura desloca o equilíbrio para o sentido endotérmico. NO2 (g)N (g)O42 2calor + end exo A diminuição da temperatura desloca o equilíbrio para o sentido exotérmico. 24 Exercícios Questão 1 Questão 2 Questão 3 Questão 4 Questão 5 (Uema) Na equação Após atingir o equilíbrio químico, podemos concluir a constante de equilíbrio A respeito da qual é correto afirmar que: a) quanto maior for o valor de Kc, menor será o rendimento da reação direta. b) Kc independe da temperatura. c) se as velocidades das reações direta e inversa forem iguais, então Kc = 0. d) Kc depende das molaridades iniciais dos reagentes. e) quanto maior for o valor de Kc, maior será a concentração dos produtos. (UFRS) Uma reação química atinge o equilíbrio químico quando: a) ocorre simultaneamente nos sentidos direto e inverso. b) as velocidades das reações direta e inversa são iguais. c) os reagentes são totalmente consumidos. d) a temperatura do sistema é igual à do ambiente. e) a razão entre as concentrações de reagentes e produtos é unitária. (FATEC) Nas condições ambientes, é exemplo de sistema em estado de equilíbrio uma: a) xícara de café bem quente; b) garrafa de água mineral gasosa fechada; c) chama uniforme de bico de Bunsen; d) porção de água fervendo em temperatura constante; e) tigela contendo feijão cozido. (UFPE) No início do século XX, a expectativa da Primeira Guerra Mundial gerou uma grande necessidade de compostos nitrogenados. Haber foi o pioneiro na produção de amônia, a partir do nitrogênio do ar. Se a amônia for colocada num recipiente fechado, sua decomposição ocorre de acordo com a seguinte equação química não balanceada: NH3(g) → N2(g) + H2(g). As variações das concentrações com o tempo estão ilustradas na figura a seguir: A partir da análise da figura acima, podemos afirmar que as curvas A, B e C representam a variação temporal das concentrações dos seguintes componentes da reação, respectivamente: a) H2, N2 e NH3 b) NH3, H2 e N2 c) NH3, N2 e H2 d) N2, H2 e NH3 e) H2, NH3 e N2 (Cesgranrio) O sistema representado pela equação abaixo estava em equilíbrio. O estado de equilíbrio foi alterado bruscamente por uma adição da substância G. O sistema reage no sentido de restabelecer o equilíbrio. Qual dos gráficos a seguir melhor representa as modificações ocorridas ao longo do processo descrito? 25 Questão 6 Questão 7 Questão 8 Questão 9 (UEL-adaptada) Para a reação representada por: As constantes de equilíbrio Kc e Kp são expressas pelas equações: (Dado: p = pressão parcial). (ENEM 2010) Às vezes, ao abrir um refrigerante, percebe-se que uma parte do produto vaza rapidamente pela extremidade do recipiente. A explicação para esse fato está relacionada à perturbação do equilíbrio químico existente entre alguns dos ingredientes do produto de acordo com a equação: A alteração do equilíbrio anterior, relacionada ao vazamento do refrigerante nas condições descritas, tem como consequência a: a) Liberação de CO2 para o ambiente. b) Elevação da temperatura do recipiente. c) Elevação da pressão interna do recipiente. d) Elevação da concentração de CO2 no líquido. e) Formação de uma quantidade significativa de H2O. (UFRN) Sabendo-se que Kp = Kc (RT)^∆n, podemos afirmar que Kp = Kc, para: a) CO2(g) + H2(g) ↔ CO(g) + H2O(g) b) H2(g) + ½ O2(g) ↔ H2O(l) c) N2(g) + 3 H2(g) ↔ 2 NH3(g) d) NO(g) + ½ O2(g) ↔ NO2(g) e) 4 FeS(s) + 7 O2(g) ↔ 2 Fe2O3(s) + 4 SO2(g) (INTEGRADO-RJ) Abaixo é apresentada uma reação química em equilíbrio: Com o objetivo de deslocar esse equilíbrio no sentido da formação de dióxido de nitrogênio, deve-se: a) diminuir a pressão e a temperatura b) aumentar a pressão e a temperatura c) aumentar a pressão e diminuir a temperatura d) aumentar a pressão e diminuir as concentrações de NO e O2 e) aumentar a temperatura e as concentrações de NO e O2 (UDESC) O princípio de Le Chatelier diz: “Quando uma perturbação exterior for aplicada a um sistema em equilíbrio dinâmico o equilíbrio tende a se ajustar, para minimizar o efeito da perturbação”. Observe a reação química abaixo. 2 HCℓ (g) + I2 (g) ⇌ 2 HI (g) + Cℓ2 (g) Em relação a essa reação química, é correto afirmar: Questão 10 26 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 e b b d d e a c a d Gabarito a) Com o aumento da pressão o equilíbrio se desloca para o sentido de formação do produto. b) O equilíbrio se desloca no sentido de formação do produto, com o aumento da concentração HI (g). c) Com o aumento da pressão o equilíbrio se desloca para o sentido de formação dos reagentes. d) Com o aumento da pressão não ocorre deslocamento do equilíbrio da reação. d) Quando o gás I2 for consumido, o equilíbrio não se altera. 27 Eletroquímica Pilha de Daniell - É o ramo da química que estuda as reações de transferência de elétrons, ou seja, as reações de oxidorredução. - Os dispositivos de transferência de elétrons são as células galvânicas (pilhas) e células eletrolíticas. Célula galvânica (pilha): produz energia elétrica através de uma reação de oxidorredução espontânea. Célula eletrolítica: usa-se uma corrente elétrica para forçar a ocorrência de uma reação de oxidorredução não espontânea. Esse processo recebe o nome de eletrólise. Pilha (espontânea) Reação Química Corrente Elétrica Eletrólise (não espontâneo) Pilha (espontânea) Reação Química Corrente Elétrica Eletrólise (não espontâneo) - Foi construída em 1836 pelo cientista inglês John Daniell; - É formada por duas semi-células; v Eletrodo de Zn Solução de ZnSO4 1mol/L Eletrodo de Cu Solução de CuSO4 1mol/L e- e- e- e- e- e- e- e- e- e- e- e- Ponte Salina Semi-célula do Zinco Oxidação - Perda de elétrons Ânodo Zn (s) Zn (aq) 2+ + 2e- Semi-célula do Cobre Redução - ganho de elétrons Cátodo Cu (s) Cu (aq) 2+ + 2e- Zn (s) Cu (aq) 2++ Cu (s) Zn (aq) 2+ +Reação Global 1,10V 28 Potencial das Pilhas Representação IUPAC para uma pilha Zn (s) Zn (aq) 2+ + 2e- Cu (s) Cu (aq) 2+ + 2e- Zn (s) Cu (aq) 2++ Cu (s) Zn (aq) 2+ + Zn (s) | Cu (aq) 2+ Cu (s) Zn (aq) 2+ || | semicélula de zinco semicélula de cobre oxidação redução ânodo cátodo ponte salina E = 00 =E0 E0 cátodo E0 ânodo - placa de Pt fio de Pt H2 (g) H+(aq) 1molL - A ponte salina é um tubo de vidro contendo um sal que não interfira no processo (KCl, por exemplo), ela serve para controlar o acúmulo de cargas nas soluções e permitir que a pilha continue funcionando. Ponte Salina - Podemos representar as semi-reações e a equação global como ilustrado abaixo: De acordo com a IUPAC, a representação de uma pilha é feita da seguinte maneira: - Não é possível medir diretamente o potencial de redução de uma semicélula; - Para isso utiliza-se o Eletrodo padrão de Hidrogênio, que apresenta: Zero Volt, atuando como ânodo ou como cátodo! O “delta E” de uma pilha dependerá dos potenciais padrão das espécies envolvidas e pode ser expresso por: Vejamos os exemplos: Semicélula de prata +(aq) 25 v e- e- e- e- e- e- e- e- e- e- e- e- Ponte Salina H+(aq) 1molL Ag 1molL Ag (s) 0,80V Oxidação Redução E0 Pt (s) | H2 (g) | H+ (aq) || Ag+(aq) | Ag (s) = E0 cátodo E0 ânodo- 0,80V = E°(Ag+/Ag0) - E°(H+/H2) 0,80V = E°(Ag+/Ag0) - zero E° (Ag+/Ag0) = 0,80 V Semicélula de zinco e v Zn (s) e- e- e- e- e- e- e- e- e- e- e- - Ponte Salina H2 (g) H+(aq) 1molL Zn+(aq) 1molL 0,76V Oxidação Redução 25 Zn (s) | Zn2+ (aq) || H+ (aq) | H2 (g) | Pt (s) E0= E0 cátodo E0 ânodo- 0,76V = E°(H+/H2) - E°(Zn2+/Zn0) 0,76V = zero - E°(Zn2+/Zn0) E°(Zn2+/Zn0) = -0,76V 29 Espontaneidade de uma reação Quanto maior o potencial padrão de uma semicélula, maior é a tendência dela receber elétrons, ou seja, de sofrer redução. Vejamos ume exemplo de uma pilha de Al e Ag: E°(Ag+|Ag) = +0,80V E°(Al3+| Al) = -1,66 V A prata (Ag) tem o maior potencial de redução, logo reduzirá e será o cátodo; O alumínio então, oxidará e será o ânodo. E° = Ecátodo - Eânodo E° = (+0,80V) - (-1,66V) E° = +2,46V A reação é espontânea, pois o E° > 0 Reação de oxirredução espontânea: E° espécie que recebe elétrons - E° espécie que perde elétrons > 0 Reação de oxirredução não espontânea: E° espécie que recebe elétrons - E° espécie que perde elétrons . Acesso em: 20 set. 2022. O experimento foi feito utilizando-se um limão onde foram inseridos, separadamente, duas placas: uma de zinco e outra de cobre, sem se encostarem. As placas foram ligadas a um relógio digital por um fio condutor cujas pontas estavam: uma no polo negativo e outra no polo positivo do dispositivo. Sabe-se que o potencial de redução do zinco é menor do que o potencial de redução do cobre. Após a professora realizar esse experimento, é correto afirmar que a) na placa de cobre chegam os elétrons, sendo ela o polo positivo da pilha. O fio, preso a essa placa, deve ser conectado no polo positivo do relógio. b) o zinco, ao sofrer redução, tem a massa de sua placa diminuída a fim de gerar fluxo de elétrons para o relógio digital. c) da placa de zinco saíram os elétrons, sendo ela o polo negativo da pilha. O fio, preso a essa placa, deve ser conectado no polo positivo do relógio. d) o cobre é o cátodo da pilha e, ao final do experimento, verifica-se aumento na concentração de íons cobre no sumo do limão. (UEA) O esquema apresenta uma pilha de Daniell. Cada um de seus compartimentos contém uma solução com íons do metal que é usado como eletrodo. O potencial da pilha é calculado de acordo com a seguinte equação: A respeito dessa pilha, afirma-se que a) a oxidação ocorre em Q. b) os elétrons fluem do polo positivo para o polo negativo. 32 Questão 9 c) o potencial de redução da reação que ocorre em R é maior do que o que ocorre em Q. d) o eletrodo R é o polo negativo. e) com seu funcionamento, a solução do cátion Rˣ⁺ torna-se mais diluída. O quadro lista alguns dispositivos eletrônicos que estão presentes no dia a dia, bem como a faixa de força eletromotriz necessária ao seu funcionamento. Considere que uma bateria é construída pela associação em série de três pilhas de lítio- iodo, nas condições-padrão, conforme as semiequações de redução apresentadas. Essa bateria é adequada para o funcionamento de qual dispositivo eletrônico? a) l b) ll c) lll d) lV e) V Questão 10 (Enem 2017) A invenção do LED azul, que permite a geração de outras cores para compor a luz branca, possibilitou a construção de lâmpadas energeticamente mais eficientes e mais duráveis do que as incandescentes e fluorescentes. Em um experimento de laboratório, pretende-se associar duas pilhas em série para acender um LED azul que requer 3,6 volts para o seu funcionamento. Considere as semirreações de redução e seus respectivos potenciais mostrados no quadro. Qual associação em série de pilhas fornece diferença de potencial, nas condições padrão, suficiente para acender o LED azul? a) b) c) d) 33 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 e e c e d b c d d c Gabarito e) 34 Conceito Traço longo: polo negativo Traço curto: polo positivo Eletrólise Ígnia - Passagem de uma corrente elétrica através de um líquido contendo íons acarretará em uma reação química; - Processo não espontâneo; - Ocorre nas células eletrolíticas, aonde a corrente elétrica é produzida por um gerador de corrente contínua; Existem dois tipos de eletrólise: Eletrólise Ígnia: passagem da corrente através de um líquido fundido; Eletrólise Aquosa: passagem da corrente através de uma solução aquosa de eletrólito. - O eletrólito é uma substância fundida; Vejamos o esquema da eletrólise do NaCl: Quando o NaCl é fundido, ele se separa em seus íons: NaCl(l) +Na+ Cl-(l) (l) Então a cuba está cheia de cátions (Na+) e ânions cloreto (Cl-); Quando o gerador é ligado, os elétrons migram para o eletrodo negativo (cátodo) e os cátions, por terem cargas contrárias, são atraídos para o mesmo, recebendo um elétrons e sendo reduzido a Na(s). Na+(l) + e - Na (s) Reação no Cátodo Os eletrodos são inertes! 35 2Cl -(l) Cl 2 + 2e(g) - Eletrólise Aquosa NaCl (s) + H2O(l) Na+ (aq) + Cl- (aq) -2H +(aq) H 2+ 2e (g) -2Cl - (l) Cl 2 + 2e(g) e- cátodo ânodo e- Eletrólise Aquosa do NaCl H+H2(g) Cl- Cl2(g) Na+ OH- Na+ Na+ OH- OH- Da mesma forma, os ânions são atraídospelo eletrodo positivo (ânodo), perdem elétrons, se oxidando a Cl, que por sua vez, se combinam a Cl2, que sobem na sua forma gasosa para a superfície. Reação no ânodo - O eletrólito será uma solução aquosa com íons dissolvidos; Nesse processo, além dos íons da substância dissolvidas, também haverá os íons da água (H+ e OH-); Assim haverá a competição entre os íons da água e aqueles dissolvidos no eletrólito. Para saber quais ânions deverão reagir com o eletrodo, devemos utilizar a Fila de facilidade de descarga. - Descarga se refere à perda de carga, ou seja, transformação em uma espécie eletricamente neutra. Vejamos o esquema da eletrólise da Salmoura: E a água se autonioniza: H2O (l) H+ (aq) + OH- (aq) O cátion H+ será atraído para o cátodo | (sofrendo redução), pois na tabela de descarga ele tem prioridade sobre o Na+, que se comportará como um íon espectador. Reação no Cátodo Por outro lado, o Cl- será atraído para o ânodo (sofrendo redução), já que na tabela de descarga ele tem prioridade sobre o OH-. Reação no Ânodo O NaCl sofre dissociação na água: 36 Fi la d e Fa ci lid ad e de D es ca rg a H + O H - m et ai s al ca lin os (L i+ , N a+ , K +, ... ) CÁ TI O N S m et ai s al ca lin ot er ro so s (B e2 +, M g2 +, C a2 +, ... ) Al 3+ (M n2 +, Z n2 +, F e2 +, N i2 +, C u2 +, Ag 2+ , H g2 +, A u3 +, ... ) ÂN IO N S ân io ns o xi ge na do s N O 3- SO 42- Cl O 3- F - Fl uo re to ân io ns n ão o xi ge na do s (C l-, B r- , I -) H SO 4- hi dr og en os su lfa to Fa ci lid ad e de D es ca rg a Cr es ce nt eD em ai s M et ai s Material Suplementar 37 Exercícios Questão 1 (Unifor-CE) As proposições a seguir estão relacionadas com eletrólise: I. As reações de eletrólise ocorrem com consumo de energia elétrica. II. Soluções aquosas de glicose não podem ser eletrolisadas porque não conduzem corrente elétrica. III. Nas eletrólises de soluções salinas, os cátions metálicos sofrem oxidação. Podemos afirmar que apenas: a) I é correta. b) II é correta. c) III é correta. d) I e II são corretas. e) II e III são corretas. Questão 2 (MACK-SP) Na eletrólise ígnea de NaCl, verifica-se que: a) no cátodo, deposita-se sódio metálico. b) no ânodo, ocorre redução. c) no cátodo, ocorre oxidação. d) no ânodo, há deposição de NaCl. e) no cátodo, os íons sódio perdem elétrons. Questão 3 Analise as seguintes afirmações a respeito da eletrólise ígnea do CaF2 e indique a única que está incorreta: a) A redução ocorre no polo negativo com formação de cálcio. b) A oxidação ocorre no polo positivo com formação de gás flúor. c) O cálcio deposita-se no cátodo. d) O gás flúor deposita-se no cátodo. e) O gás flúor deposita-se no ânodo. Questão 4 (UFRGS-RS) No cátodo de uma célula de eletrólise sempre ocorre: a) Deposição de metais. b) Uma semirreação de redução. c) Produção de corrente elétrica. d) Desprendimento de gás hidrogênio. e) Corrosão química. Questão 5 (FEI-SP) Dois alunos de Química realizaram eletrólise do BaCl2; a primeira aquosa e, a segunda, ígnea. Com relação ao resultado, podemos afirmar que ambas obtiveram: a) H2 e O2 nos ânodos. b) H2 e Ba nos ânodos. c) Cl2 e Ba nos eletrodos. d) H2 nos cátodos. e) Cl2 nos ânodos. Questão 6 (UFRN) Considere os seguintes sistemas: I. Cloreto de sódio fundido; II. Solução aquosa de cloreto de sódio; III. Hidróxido de sódio fundido; IV. Solução aquosa de hidróxido de sódio. Os que podem fornecer sódio, quando submetidos à eletrólise, são: a) Apenas I e II. b) Apenas I e III. c)Apenas II e IV. d) Apenas III e IV. e) I, II, III e IV. 38 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 d a d b e b a d e b Questão 7 Questão 8 Gabarito (FUVEST) Água contendo Na2SO4 apenas para tornar o meio condutor e o indicador fenolftaleína, é eletrolisada com eletrodos inertes. Nesse processo observa-se desprendimento de gás a) De ambos os eletrodos e aparecimento de cor vermelha somente ao redor do eletrodo negativo. b) De ambos os eletrodos e aparecimento de cor vermelha somente ao redor do eletrodo positivo. c) Somente do eletrodo negativo e aparecimento de cor vermelha ao redor do eletrodo positivo. d) Somente do eletrodo positivo e aparecimento de cor vermelha ao redor do eletrodo negativo. e) De ambos os eletrodos e aparecimento de cor vermelha ao redor de ambos os eletrodos. (Enem 2017) A eletrólise é um processo não espontâneo de grande importância para a indústria química. Uma de suas aplicações é a obtenção do gás cloro e do hidróxido de sódio, a partir de uma solução aquosa de cloreto de sódio. Nesse procedimento, utiliza- se uma célula eletroquímica, como ilustrado. No processo eletrolítico ilustrado, o produto secundário obtido é o a) vapor de água. b) oxigênio molecular. c) hipoclorito de sódio. d) hidrogênio molecular. e) cloreto de hidrogênio. Questão 9 (FAAP) Industrialmente, a soda cáustica (NaOH) é obtida por eletrólise de uma solução aquosa de cloreto de sódio. Durante essa eletrólise, obtém-se como sub- produtos: a) Hidrogênio e cloro no ânodo b) Somente hidrogênio no ânodo c) Somente cloro no cátodo d) Hidrogênio e cloro no cátodo e) Somente cloro no ânodo Questão 10 (UFMG) - Um método industrial utilizado para preparar sódio metálico é a eletrólise de cloreto de sódio puro fundido. Com relação à preparação de sódio metálico, é INCORRETO afirmar que: A) a formação de sódio metálico ocorre no eletrodo negativo. B) a eletrólise é uma reação espontânea. C) a quantidade, em mol, de cloro (Cl2) formada é menor que a de sódio metálico. D) a quantidade de sódio metálico obtido é proporcional à carga elétrica utilizada. 39 Leis da Radioatividade A radiação (alfa) XAZ 2 4 + YA-4 Z-2 Quando um núcleo emite uma partícula, o seu número de massa diminui em 4 unidades e seu número atômico em 2 unidades. U238 92 2 4 + Th234 90 Ra226 88 2 4 + Rn222 86 -1 0XAZ + YAZ+1 Quando o núcleo emite uma partícula beta, o número de massa permanece constante e o número atômico aumenta em uma unidade. Bi214 83 + Po214 84-1 0 Tl210 81 + Pb210 82-1 0 Radioatividade é o processo pelo qual um núcleo instável de um átomo emite partículas ou energia na forma de radiação. Esse fenômeno pode ser natural, como a radioatividade presente em certos elementos químicos, ou artificial, resultante de reações nucleares induzidas pelo ser humano. - O núcleo dos átomos são instáveis; - A emissão de radiação é uma forma dos átomos diminuírem essa instabilidade; - As partículas alfa são compostas por 2 prótons e 2 nêutrons, logo elas tem carga elétrica +2 e número de massa igual a 4; As emissões alfa são enunciadas pela Primeira Lei da Radioatividade ou Primeira Lei de Soddy. A emissão alfa pode ser exemplificada da seguinte forma: A radiação (beta) As partículas beta são elétrons emitidos pelo núcleo de um átomo instável; Mas como elétrons podem ser emitidos pelo núcleo de um átomo? Isso ocorre devido ao fato de que em núcleos betaemissores, um nêutron é decomposto em um próton, um elétron e um antineutrino. Essa é a origem do elétron que é emitido por um núcleo. Nas emissões beta, o núcleo tem a diminuição de um nêutron e aumento de um próton, logo a massa fica constante; Dessa maneira, temos enunciada a Segunda Lei da Radioatividade. As emissões beta podem ser exemplificadas da seguinte forma: A radiação (gama) - Diferente das emissões alfa e beta, que são partículas, as emissões gama são ondas eletromagnéticas emitidas por núcleos instáveis. 40 0 0 Poder de penetração Radiação Radiação Radiação > > Cinética de Desintegração 1P 2P m0 m0 2 m0 4 Tempo (min) Quantidade de átomos radioativos na amostra 0 100 10 50 20 25 30 12,5 40 6,25 Fissão Nuclear Placa de metal - Não possuem nem massa nem carga; - Tem alto poder de penetração; Papel Bloco de concreto - É o tempo necessário para que a massa de um radionuclídeo presente em uma amostra caia pela metade. - Também pode ser chamado de períodode desintegração (P). Tempo de meia Vida - Imaginemos a massa de uma amostra radioativa como a presente na seguinte tabela; - Colocando os dados dessa tabela em um gráfico, temos que: Curva de decaimento - O tempo de meia vida dessa amostras é de 10 min. O tempo de meia vida é característico de cada amostra e não depende de fatores como pressão e temperatura. - É a divisão do núcleo de um átomo em dois núcleos menores, no qual há, nesse processo, grande geração de energia. 41 Fusão Nuclear nêutron U235 92 Ba140 56 Kr93 36 nêutron nêutron nêutron U235 92 + n1 0 Ba140 56 Kr93 36+ n1 0+ 3 H12 Deutério Trítio H13 He2 4 nêutron energia H1 2 H1 3 + He2 4 n1 0+ + energia - Foi explicado pela física nuclear Lise Meitner de acordo com o seguinte esquema. Quando um átomo de urânio é bombardeado por um nêutron, há a quebra desse átomo, produzindo dois átomos menores e liberando uma grande quantidade de energia; São produzidos nessa reação Bário e Kriptônio e outros 3 nêutrons; Esses 3 nêutrons podem atingir outros átomos de urânio que formarão outros átomos de Bário e Kriptônio e assim sucessivamente. Esse processo chamamos de Reação em Cadeia. Reação de fissão Nuclear do Urânio - É o contrário da fissão nuclear, ou seja, é a junção de átomos menores para formar átomos maiores; - Liberam mais energia do que a fissão nuclear; - Tipo de reação que acontece no interior das estrelas e também do sol; - Reação presente também na bomba de hidrogênio. Faça suas anotações aqui: 42 Exercícios Questão 1 Questão 2 Questão 3 Questão 4 (PUC-RS) Responder à questão com base na tabela a seguir, que apresenta características de emissões radioativas naturais. As características apresentadas pertencem, respectivamente, às radiações: a) alfa, beta e gama. b) alfa, gama e beta. c) beta, alfa e gama. d) beta, gama e alfa. e) gama, alfa e beta. (UFU-MG) Em 6 de julho de 1945, no estado do Novo México, nos Estados Unidos, foi detonada a primeira bomba atômica. Ela continha cerca de 6 kg de plutônio e explodiu com a força de 20.000 toneladas do explosivo TNT (trinitrotolueno). A energia nuclear, no entanto, também é utilizada para fins mais nobres, como curar doenças através de terapias de radiação.Em relação à energia nuclear, qual é a alternativa incorreta? a) Raios a (alfa) possuem uma baixa penetração na matéria, e os núcleos que emitem estas partículas perdem duas unidades de número atômico e quatro unidades de massa. b) Raios a (alfa) são formados por um fluxo de alta energia de núcleos de hélio, combinações de dois prótons e dois nêutrons. c) Raios g (gama) são uma forma de radiação eletromagnética, que não possuem massa ou carga, sendo, portanto, menos penetrantes que as partículas a (alfa) e b (beta). d) Partículas b (beta) são elétrons ejetados a altas velocidades de um núcleo radioativo e possuem uma massa muito menor que a massa de um átomo. e) Partículas b (beta) são mais penetrantes que as partí- culas a (alfa), e a perda de uma única dessas partículas produz aumento de uma unidade no número atômico do núcleo que a emitiu. (Uepa) O ferro-59 é um isótopo radioativo, utilizado em diagnósticos de anemia. A equação nuclear para o decaimento do 59Fe, como um emissor beta, é: (PUC-SP) Na sequência radioativa: temos, sucessivamente, quais emissões? temos, sucessivamente, quais emissões? Questão 5 (Ceub-DF) Dispõe-se de 16,0 g de um isótopo radioativo cuja meia-vida é de 15 dias. Decorridos 60 dias, a quantidade residual do mesmo será: a) 0,5 g. b) 1,0 g. c) 2,0 g. d) 8,0 g. e) 16,0 g. 43 Questão 6 Questão 7 (UFMT) A humanidade convive diariamente com a radioatividade através de fontes naturais ou artificiais. Um determinado elemento radioativo natural tem tempo de meia-vida igual a 10 minutos. Após uma hora, 64 mg desse elemento terão massa de: a) 0,64 g. b) 10 mg. c) 1 mg. d) 0,1 g. e) 6,4 mg. (Fuvest-SP) Na reação de fusão nuclear representada por ocorre a liberação de um nêutron (n). A espécie “E” deve ter: a) 2 prótons e 2 nêutrons. b) 2 prótons e 3 nêutrons. c) 2 prótons e 5 nêutrons. d) 2 prótons e 3 elétrons. e) 4 prótons e 3 elétrons. H1 2 H1 3 + E n1 0+ Questão 8 (Enem/2017) O avanço científico e tecnológico da física nuclear permitiu conhecer, com maiores detalhes, o decaimento radioativo dos núcleos atômicos instáveis, desenvolvendo-se algumas aplicações para a radiação de grande penetração no corpo humano, utilizada, por exemplo, no tratamento do câncer. A aplicação citada no texto se refere a qual tipo de radiação? a) Beta. b) Alfa. c) Gama. d) Raios X. e) Ultravioleta. Questão 9 Questão 10 (ENEM/2012) Leia o texto a seguir. A falta de conhecimento em relação ao que vem a ser um material radioativo e quais os efeitos, consequências e usos da irradiação pode gerar o medo e a tomada de decisões equivocadas, como a apresentada no exemplo a seguir. “Uma companhia aérea negou-se a transportar material médico por este portar um certificado de esterilização por irradiação. “ Física na Escola, v.8,n.2. 2007 (adaptado). A decisão tomada pela companhia é equivocada, pois: a) o material é incapaz de acumular radiação, não se tornando radioativo por ter sido irradiado. b) A utilização de uma embalagem é suficiente para bloquear a radiação emitida pelo material. c) a contaminação radioativa do material não se prolifera da mesma forma que as infecções por microorganismos. d) o material irradiado emite radiação de intensidade abaixo daquela que ofereceria risco à saúde. e) o intervalo de tempo após a esterilização é suficiente para que o material não emita mais radiação. (ENEM 2021) Embora a energia nuclear possa ser utilizada para fins pacíficos, recentes conflitos geopolíticos têm trazido preocupações em várias partes do planeta e estimulado discussões visando o combate ao uso de armas de destruição em massa. Além do potencial destrutivo da bomba atômica, uma grande preocupação associada ao emprego desse artefato bélico é a poeira radioativa deixada após a bomba ser detonada. Qual é o processo envolvido na detonação dessa bomba? a)Fissão nuclear do urânio, provocada por nêutrons. b)Fusão nuclear do hidrogênio, provocada por prótons. c)Desintegração nuclear do plutônio, provocada por elétrons. 44 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 a c e a b c a c a a Gabarito a)Fissão nuclear do urânio, provocada por nêutrons. b)Fusão nuclear do hidrogênio, provocada por prótons. c)Desintegração nuclear do plutônio, provocada por elétrons. d) Associação em cadeia de chumbo, provocada por pósitrons. e)Decaimento radioativo do carbono, provocado por partículas beta. 45 FELTRE, Ricardo. Química. 7. ed. v. 1. São Paulo: Moderna, 2008. FONSECA, Martha Reis Marques da. Química: ensino médio. 2. ed. v. 1. São Paulo: Ática, 2016. PERUZZO, Francisco Miragaia; CANTO, Eduardo Leite do. Química na abordagem do cotidiano. 5. ed. v. 1. São Paulo: Moderna, 2009. Referências Bibliográficas Usberco, J.; Salvador, E. Conecte Química Geral. 2ª edição. São Paulo: Editora Saraiva, 2014. ISBN-13: 978-8547234072.