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– 153 Q U ÍM IC A A 1. A xilocaína é utilizada como um anestésico local. Sua fórmula é a seguinte: Qual é o número de ligações sigma e pi existentes em uma molécula de xilocaína? RESOLUÇÃO: 39 ligações sigma 4 ligações π 2. (UNIMONTES-MG) – A isotretinoína, princípio ativo derivado da vitamina A, é usada para tratamento grave de acne e tem o poder de atrofiar as glândulas sebáceas e, desse modo, controlar a produção excessiva de óleo, sendo sua estrutura apresentada a seguir. Em relação à isotretinoína, é correto afirmar que sua estrutura apresenta a) dois carbonos quaternários. b) seis ligações covalentes pi. c) um grupo funcional nitrila. d) um ciclo ou anel benzênico. RESOLUÇÃO: A estrutura não apresenta anel benzênico e grupo nitrila e tem somente um carbono quaternário. É formada por 6 ligações pi. Resposta: B MÓDULO 28 COMPLEMENTOS DE ATOMÍSTICA II: LIGAÇÕES SIGMA E PI NH — C — CH2 — N — CH2 — CH3 — C2H5 — — O CH3 CH3 C N C C N C C HH — C C C C C C H C H H H H H H H O H H H H — C — H H — C — H H H H H H CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 C OH O CH3 C C C C C C H H H CH3 CH3 C C H H CH3 C C H C C H H CH3 C C H C O — H O π π π π π π H H H FRENTE 1 – QUÍMICA GERAL E INORGÂNICA C7A_QUIM_ALICE_PROF 27/05/11 11:00 Página 153 1. Com base no número de pares eletrônicos do átomo central, indique o tipo de hibridação de cada uma das seguintes moléculas. a) BeCl2 b) CCl4 Dados: RESOLUÇÃO: • • • • a) •• Cl • • Be • • Cl •• • • • • Be tem 2 pares eletrônicos hibridação sp • • • • Cl •• • • • • • • b) •• Cl • • C • • Cl •• • • • • • • • • Cl •• • • C tem 4 pares eletrônicos hibridação sp3 2. (UFPE-PE) – O trifluoreto de boro é um composto bastante rea - tivo e muito utilizado em sínteses quí micas. Sabendo os números atômicos do boro (Z = 5) e do flúor (Z = 9), podemos deduzir al - gumas caracte rísticas deste composto, tais como: 0-0) Possui geometria piramidal de base triangular, com o boro no topo da pirâmide, e com os três átomos de flúor na base. 1-1) A ligação B — F é polar, já que o flúor é um elemento mais eletronegativo que o boro. 2-2) A molécula do trifluoreto de boro é apolar por conta de sua simetria. 3-3) O boro apresenta hibridização de seus orbitais, do tipo sp3. 4-4) Apesar de fazer ligações covalentes com o flúor, o boro ainda possui orbitais vazios, o que torna o trifluoreto de boro um ácido de Lewis. RESOLUÇÃO: 5B: 1s2 2s2 2p1 híbrido: 1s2 sp2 pz 9F: 1s2 2s2 2p5 Ligações covalentes polares: sp2 – p Geometria plana trigonal Molécula apolar Resposta: 0-0) F 1-1) V 2-2) V 3-3) F 4-4) V MÓDULO 29 HIBRIDAÇÃO DE ORBITAIS • Be • • • C • • • • • Cl • • • • 154 – Q U ÍM IC A A C7A_QUIM_ALICE_PROF 26/05/11 17:13 Página 154 1. A concentração do principal gás do efeito estufa (CO2) na atmos - fera começou a aumentar no final do século XVIII, quando começou a Revolução Industrial, com a queima de grandes quantidades de carvão mineral e, posteriormente, petróleo. Outro gás responsável pelo efeito estufa é o CH4, formado na fermentação anaeróbica da matéria orgânica. Analisando as estruturas desses dois gases, indique a alternativa correta, em relação às suas ligações: a) π e σs b) π e σs–sp3 c) π e σs–p d) σs e π e) σs–sp3 e σs Dados: 6C; 8O; 1H RESOLUÇÃO: 1H: 1s1 6C: 1s2 2s2 2p2 8O: 1s2 2s2 2p4 σ σ O C O σsp–p e ππ π σ sp3– s Resposta: B 2. (MACKENZIE-SP) – Pesquisadores norte-americanos acabam de constatar que o glutamato monossódico (GMS), substância presente em temperos usados para acentuar o sabor dos alimentos, leva ao aumento de peso. O estudo, assinado por pesqui sadores da Escola de Saúde Pública da Universidade da Carolina do Norte, nos Estados Unidos, investigou mais de 750 chineses de ambos os sexos e com idade entre 40 e 59 anos. Cerca de 80% desses voluntários usavam o GMS nas refeições. O grupo que ingeriu uma quanti dade significativamente maior de GMS apresentou um sobrepeso quase três vezes maior do que os demais. Adaptado da revista Saúde Sobre a estrutura do composto citado, são feitas as afirmações: I. O GMS pode estabelecer forças intermoleculares do tipo pontes de hidrogênio com a água. II. Contém dois átomos de carbono com hibridação sp2. III.Não apresenta átomos de carbono com hibridação sp3. IV. Existe apenas um átomo de carbono com geometria linear. São corretas apenas a) I e II. b) II e III. c) I e IV. d) III e IV. e) II e IV. RESOLUÇÃO: Na estrutura, observa-se que o átomo de C faz 1 ligação π: hibridização sp2 E três átomos com hibridação sp3, não havendo nenhum átomo de carbono que realiza duas ligações pi. O grupo carboxila forma pontes de hidrogênio com a água. Resposta: A MÓDULO 30 HIBRIDAÇÃO DO CARBONO H σ σ C σ H H σ H – 155 Q U ÍM IC A A C7A_QUIM_ALICE_PROF 26/05/11 17:13 Página 155 Ressonância Mantendo os núcleos no mesmo lugar, se for pos sí - vel mudar a posi ção de ligação pi, ocorre res sonân cia. A estrutura do benzeno A estrutura de Kekulé para o ben zeno (C6H6) admi tia três ligações duplas alternadas. No entanto, o com pri - mento da ligação carbono-carbono no benzeno (1,40Å) é inter me diário ao da ligação dupla (1,34Å) e da ligação simples (1,54Å). Isso significa que no benzeno a ligação carbo no- carbono não é dupla nem simples: é uma ligação in ter - me diá ria. Observe que na estrutura de Kekulé é possível mu - dar a posição das ligações π. Essas estruturas são chamadas formas canô - nicas, pois elas não exis tem. A verdadeira estrutura do benzeno apresenta uma ligação pi deslo calizada, isto é, uma nuvem eletrônica ligando os seis átomos de carbono for mada pela superposição dos orbitais p. Por esse motivo, o benzeno é re presentado esquematicamente as sim: Observe que: 1. As formas canônicas não existem. 2. Só existe uma estrutura para o benzeno, que é intermediária a essas duas estruturas (o híbrido de ressonância). 3. Não existe equilíbrio entre as formas canônicas, pois estas não existem. 4. ÁTOMO NÃO SAI DO LUGAR. Outros exemplos de ressonância • Dióxido de enxofre – SO2 • Íon carbonato – CO2–3 • Íon acetato – H3C – COO – • • O • • • •• • • • C O O • • • • • • • • • • • • • • • • O • • • • C O O • • • • • • • • • •• • • •• • • • ––– O • • • •• • • • C O O • •• • • • • •• • • •• • – • • – – H C C O 3 O– H3C C O– O ←→ B Toda espécie do tipo A apresenta ressônancia. B 156 – Q U ÍM IC A A Ressonância C7A_QUIM_ALICE_PROF 26/05/11 17:13 Página 156 – 157 Q U ÍM IC A A 1. A sacarose e a lactose são dois dissacarídeos encontrados na cana- de-açúcar e no leite humano, respectivamente. As estruturas simplificadas, na forma linear, dos monos sacarídeos que os formam, são fornecidas a seguir. Qual a alternativa correta? a) Glicose e frutose são dextrogiras. b) A frutose é uma ceto-hexose dextrogira. c) A galactose é uma aldo-hexose. d) Glicose e galactose não são isômeras. e) A fórmula de projeção simplificada da frutose é: RESOLUÇÃO: Glicose e frutose são isômeros (C6H12O6); a glicose apre senta a função aldeído (aldo-hexose) e a frutose, a fun ção cetona (ceto-hexose), portanto, são isômeros de função. A galactose é uma aldo-hexose. Já a glicose e a galactose são isômeros espaciais, isto é, são isômeros ópticos. Glicose é dextrogira e frutose é levogira: A fórmula de projeçãoda frutose é: Resposta: C 2. (FUVEST-SP) – O seguinte fragmento (adaptado) do livro Estação Carandiru, de Drauzio Varella, refere-se à produção clandestina de bebida no presídio: “O líquido é transferido para uma lata grande com um furo na parte superior, no qual é introduzida uma mangueirinha conectada a uma serpentina de cobre. A lata vai para o fogareiro até levantar fervura. O vapor sobe pela mangueira e passa pela serpentina, que Ezequiel esfria constantemente com uma caneca de água fria. Na saída da serpentina, emborcada numa garrafa, gota a gota, pinga a maria-louca (aguardente). Cinco quilos de milho ou arroz e dez de açúcar permitem a obtenção de nove litros da bebida.” Na produção da maria-louca, o amido do milho ou do arroz é transformado em glicose. A sacarose do açúcar é transformada em glicose e frutose, que dão origem a dióxido de carbono e etanol. Entre as equações químicas, I. (C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6, II. �— CH2CH2O �— n + nH2O → n CH2 — CH2,| | OH OH III. C12H22O11 + H2O → 2C6H12O6, IV. C6H12O6 + H2 → C6H14O6, V. C6H12O6 → 2CH3CH2OH + 2CO2, as que representam as transformações químicas citadas são a) I, II e III. b) II, III e IV. c) I, III e V. d) II, III e V. e) III, IV e V. Dado: C6H12O6 = glicose ou frutose RESOLUÇÃO: As equações das reações citadas são: – hidrólise do amido (I) (C6H10O5)n + nH2O ⎯→ nC6H12O6 amido glicose – hidrólise da sacarose (III) – C12H22O11 + H2O ⎯→ C6H12O6 + C6H12O6 sacarose glicose frutose – fermentação da glicose ou frutose (V) C6H12O6 ⎯⎯→ 2C2H5OH + 2CO2 glicose etanol Resposta: C MÓDULO 28 REAÇÕES ORGÂNICAS III: HIDRATOS DE CARBONO (CARBOIDRATOS) FRENTE 2 – QUÍMICA ORGÂNICA C7A_QUIM_ALICE_PROF 26/05/11 17:13 Página 157 158 – Q U ÍM IC A A 1. a) Fornecer a equação da reação de transesterificação do éster formado por glicerol e ácido palmítico com etanol (éster + álcool →← éster + álcool); b) Qual a fórmula geral da série homóloga à qual pertence o ácido oleico? Dados: Na tabela, são apresentados os ácidos de cadeia longa mais comuns. RESOLUÇÃO: a) Transesterificação: b) Fórmula de alcano: CnH2n+2 Fórmula de ácido carboxílico saturado: CnH2n+1 — COOH Fórmula de ácido carboxílico com 1 dupla-ligação: 2. (FUNDAÇÃO CARLOS CHAGAS) – A fórmula estrutural CH2 — OOC — C17H31| CH — OOC — C17H33 | CH2 — OOC — C17H35 refere-se à molécula de a) óleo vegetal saturado. b) óleo animal saturado. c) óleo vegetal ou animal insaturado. d) gordura vegetal saturada. RESOLUÇÃO: Grupo saturado: CnH2n+1: C17H35 Grupo insaturado com uma dupla: CnH2n–1: C17H33 Grupo insaturado com duas duplas: CnH2n–3: C17H31 Predomina grupo insaturado: óleo vegetal ou animal Resposta: C 3. Um agricultor utiliza em sua lavoura de café o adubo químico NPK, assim denominado por conter em sua formulação nitrogênio, fósforo e potássio. O potássio é adicionado ao adubo na forma de KCl. Depois de aplicado ao solo, o íon potássio é absorvido pelo ca - feeiro. Após colhido e beneficiado o café, esse agricultor utiliza as cas cas obtidas para alimentar uma fornalha. A cinza gerada na for - nalha, contendo óxido de potássio, é colocada em latões com pe que - nos furos no fundo. A esses latões, adiciona-se água, recolhendo, atra - vés dos furos, hidróxido de po tássio em solução. Essa solução é mis - turada com sebo de boi, que contém triacilglicerídeos, e sub metida à fervura, resultando na obtenção de um excelente sabão contendo glicerol. a) Escreva a equação balanceada da reação do óxido de potássio com água. b) Escreva a equação da reação de saponificação que ocorre entre 3 mol de KOH e 1 mol de triacil glicerídeo (fórmula dada acima). c) Calcule a massa, em gramas, de glicerol formada pela reação de saponificação completa de um mol de triacilglicerídeo. Dados: C = 12u, H = 1u, O = 16u. d) Dê a fórmula estrutural e o nome sistemático (IUPAC) do glicerol. e) Equacione a reação de glicerina com ácido nítrico, formando nitroglicerina. MÓDULO 29 LÍPIDES: ÓLEOS E GORDURAS ácido número de átomosde carbono número de ligações C = C Palmítico 16 0 Esteárico 18 0 Oleico 18 1 Linoleico 18 2 H2C — OOC — C15H31 HC — OOC — C15H31 + 3CH3CH2OH H2C — OOC — C15H31 H2C — OH HC — OH + 3C15H31 — COO — CH2 — CH3 (biodiesel) H2C — OH H — C — O — C — R — H — — O H — C — O — C — R — — O H — C — O — C — R — — O — H Triacilglicerídeo R = grupo alquila CnH2n–1 — COOH C7A_QUIM_ALICE_PROF 26/05/11 17:13 Página 158 – 159 Q U ÍM IC A A RESOLUÇÃO: a) K2O + H2O → 2KOH b) c) Há formação de 1 mol de glicerol, de fórmula molecular C3H8O3; sua massa molar é 92g/mol. d) H2C — CH — CH2| | | OH OH OH 1,2,3-propanotriol ou propano-1,2,3-triol e) H2C — OH H2C — O — NO2| H2SO4 |HC — OH + 3HO — NO2 ⎯⎯⎯→ HC — O — NO2 + 3H2O | | H2C — OH H2C — O — NO2 TNG (trinitroglicerina) 1. (FUVEST-SP-2011) – O acidente ocorrido em abril de 2010, em uma plataforma de petróleo no Golfo do México, colocou em risco o delicado equilíbrio do ecossistema da região. Além da tentativa de contenção, com barreiras físicas, de parte do óleo derramado, foram utilizados dispersantes químicos. Dispersantes são compostos que contêm, em uma mesma molécula, grupos compatíveis com óleo (lipofílicos) e com água (hidrofílicos). Levando em conta as informações acima e com base em seus conhecimentos, indique a afirmação correta. a) O uso de dispersantes é uma forma de eliminar a poluição a que os organismos marítimos estão expostos. b) Acidentes como o mencionado podem gerar novos depósitos de petróleo, visto que a formação desse recurso depende da concentração de compostos de carbono em ambientes continentais. c) Entidades internacionais conseguiram, após o acidente, a aprovação de sanções econômicas a serem aplicadas pela ONU a empresas e países que venham a ser responsabilizados por novos danos ambientais. d) A presença de petróleo na superfície da água, por dificultar a passagem da luz, diminui a taxa de fotossíntese realizada pelo zooplâncton, o que, no entanto, não afeta a cadeia alimentar. e) Os dispersantes aumentam a quantidade de petróleo que se mistura com a água, porém não o removem do mar. RESOLUÇÃO O petróleo é uma mistura de hidrocarbonetos, mate rial apolar, logo imiscível com a água, que é polar. Os dispersantes apresentam uma parte apolar (lipofílica) e outra polar (hidrofílica). Assim, o dispersante forma uma emulsão, aumen tando a quantidade de petróleo que se mistura com a água, porém não removendo o petróleo do mar. Resposta: E 2. Algumas frações do petróleo podem ser transfor madas em outros compostos químicos úteis nas indústrias. Relacione os métodos citados às reações fornecidas: I. A isomerização catalítica transforma alcanos de cadeia reta em al - canos de cadeia ramificada. II. O craque ou craqueamento converte alcanos de cadeia longa em alcanos de cadeia menor e alcenos. Aumenta o rendimento em ga - solina e os alcenos produzidos podem ser utilizados pa ra a fabricação de plásticos. III.A reforma catalítica converte os alcanos e cicloalcanos em hi - drocarbonetos aromáticos. A) H3C — C — C — C — CH3 → H2 H2 H2 → H3C — CH — CH2 — CH3| CH3 B) + 3H2 C) C10H22 → C8H18 + C2H4 a) I-A, II-B, III-C b) I-A, II-C, III-B c) I-C, II-A, III-B d) I-C, II-B, III-A e) I-B, II-A, III-C MÓDULO 30 PETRÓLEO: FRAÇÕES, CRAQUEAMENTO E OCTANAGEM A massa formada é de 92g. H2C — O — C — R = O HC — O — C — R = O H2C — O — C — R = O + 3KOH 3R — C = O — O–K+ HO — CH2 + HO — CH — — HO — CH2 sal álcool (glicerol) C7A_QUIM_ALICE_PROF 26/05/11 17:13 Página 159 160 – Q U ÍM IC A A RESOLUÇÃO: A) Alceno → alcano (normal)(ramificada) B) Cicloalcano → hidrocarboneto aromático C) Alcano → alcano + alceno (cadeia maior) (cadeia menor) I-A; II-C; III-B Resposta: B 3. (FUVEST-SP) – O glicerol é um subproduto do biodiesel, preparado pela transesterificação de óleos vegetais. Recentemente, foi desenvolvido um processo para aproveitar esse sub produto: Tal processo pode ser considerado adequado ao desen volvimento sustentável porque I. permite gerar metanol, que pode ser reciclado na produção de biodiesel. II. pode gerar gasolina a partir de uma fonte renovável, em substituição ao petróleo, não renovável. III. tem impacto social, pois gera gás de síntese, não tóxico, que alimenta fogões domésticos. É verdadeiro apenas o que se afirma em a) I. b) II. c) III. d) I e II. e) I e III. RESOLUÇÃO: I. Verdadeira. O glicerol vai produzir o gás de síntese, que vai gerar o metanol, que é utilizado na obtenção do bio diesel. II. Verdadeira. O gás de síntese também produz uma mistura de al canos de 6 a 10 átomos de carbono, que são os com ponentes da gasolina. III.Falsa. O gás de síntese contém CO, que é tóxico. Resposta: D 4. Leia a notícia abaixo. (Folha de S. Paulo. Online) Um dos problemas na exploração de petróleo é a presença de gases nos depósitos, em geral, sob alta pressão. O gás encontrado em maior quantidade associado a depósito de petróleo é a) o metano. b) a amônia. c) o vapor-d’água. d) o dióxido de enxofre. e) o dióxido de nitrogênio. RESOLUÇÃO: O metano, de fórmula CH4, é um hidrocarboneto. O petróleo é uma mistura de hidrocarbonetos, e, entre estes, os que contêm de 1 a 4 átomos de C são gases. Resposta: A Petrobras descobre mais petróleo no pré-sal da Bacia de Santos. C7A_QUIM_ALICE_PROF 26/05/11 17:13 Página 160 1. (FUVEST-SP) – Para se determinar o conteúdo de ácido ace - tilsalicílico (C9H8O4) num comprimido analgésico, isento de outras substâncias ácidas, 1,0 g do comprimido foi dissolvido numa mistura de etanol e água. Essa solução consu miu 20 mL de solução aquosa de NaOH, de concen tração 0,10 mol/L, para reação completa. Ocorreu a se guinte transformação química: C9H8O4 (aq) + NaOH (aq) → NaC9H7O4 (aq) + H2O (l) Logo, a porcentagem em massa de ácido acetilsali cí lico no com - primido é de, aproximadamente, a) 0,20% b) 2,0% c) 18% d) 36% e) 55% (Dado: massa molar do C9H8O4 = 180 g/mol.) RESOLUÇÃO: Cálculo da quantidade em mol do NaOH que reagiu com o ácido: 1,0 L –––––––– 0,10 mol 20 . 10–3 L –––––––– x x = 2,0 . 10–3 mol Cálculo da massa do ácido no comprimido: O ácido acetilsalicílico e o hidróxido de sódio reagem na propor ção em mols de 1:1. 1,0 mol –––––––– 180 g 2,0 . 10–3 mol –––––––– y y = 0,36 g Cálculo da porcentagem em massa do ácido em 1,0 g do comprimido: 1,0 g –––––––– 100% 0,36 g –––––––– z z = 36% Resposta: D 2. (UNIFESP) – Os dados do rótulo de um frasco de eletrólito de bateria de automóvel informam que cada litro da solução deve conter aproximadamente 390 g de H2SO4 puro. Com a finalidade de verificar se a con cen tração de H2SO4 atende às especificações, 4,00 mL desse produto foram titulados com solução de NaOH 0,800 mol/L. Para consumir todo o ácido sulfúrico dessa amostra foram gastos 40,0 mL da solução de NaOH. (Dado: massa molar de H2SO4 = 98,0 g/mol) a) Com base nos dados obtidos na titulação, discuta se a especificação do rótulo é atendida. b) Escreva a fórmula e o nome oficial do produto que pode ser obtido pela evaporação total da água contida na solução resultante do processo de titulação efetuado. RESOLUÇÃO: a) A equação química do processo é: 2 NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + 2 H2O 2 mol ––––––– 1 mol nB ––––––– nA nB = 2 nA MBVB = 2 MAVA 0,800 mol/L . 40,0 mL = 2 . MA . 4,00 mL MA = 4,00 mol/L 1 mol ––––– 98,0g 4,00 mol ––––– x x = 392g A especificação do rótulo é atendida. b) Na2SO4: sulfato de sódio MÓDULO 28 TITULOMETRIA – 161 Q U ÍM IC A A FRENTE 3 – FÍSICO-QUÍMICA C7A_QUIM_ALICE_PROF 26/05/11 17:13 Página 161 1. (UNESP) – Em 1896, o cientista francês Henri Becquerel guardou uma amostra de óxido de urânio em uma gaveta que continha placas fotográficas. Ele ficou surpreso ao constatar que o composto de urânio havia escurecido as placas fotográficas. Becquerel percebeu que algum tipo de radiação havia sido emitida pelo composto de urânio e chamou o fenômeno de radioativi dade. Os núcleos radioa - tivos comumente emitem três tipos de radiação: partículas α, partículas β e raios γ. Essas três radiações são, respectivamente, a) elétrons, fótons e nêutrons. b) nêutrons, elétrons e fótons. c) núcleos de hélio, elétrons e fótons. d) núcleos de hélio, fótons e elétrons. e) fótons, núcleos de hélio e elétrons. RESOLUÇÃO: Partículas α: formadas por dois prótons e dois nêutrons (núcleos de hélio). Partículas β: formadas por elétrons. Raios γ: são ondas eletromagnéticas de alta ener gia (fótons). Resposta: C 2. (UNESP) – Detectores de incêndio são dispositivos que disparam um alarme no início de um incêndio. Um tipo de detector contém uma quantidade mínima do elemento radioativo amerício-241. A radiação emitida ioniza o ar dentro e ao redor do detector, tornando-o condutor de eletricidade. Quando a fumaça entra no detector, o fluxo de corrente elétrica é bloqueado, disparando o alarme. Este elemento se desintegra de acordo com a equação a seguir: 241 95Am → 237 93Np + Z Nessa equação, é correto afirmar que Z corresponde a a) uma partícula alfa. b) uma partícula beta. c) radiação gama. d) raios X. e) dois prótons. RESOLUÇÃO: A equação da transmutação fornecida é: 241 95 Am → 237 93 Np + x yZ 241 = 237 + x ∴ x = 4 95 = 93 + y ∴ y = 2 A partícula alfa apresenta 2 prótons (Z = 2) e 2 nêutrons (A = 4). Resposta: A 3. (FGV-SP-2011) – O isótopo de massa 226 do elemento químico rádio (22688Ra) é produzido naturalmente a partir do decaimento radioativo do 23892 U. Os números de partículas alfa e beta emitidas para a obtenção de um átomo de 22688Ra a partir do 238 92U são, respec - tivamente, a) 2 e 3. b) 3 e 1. c) 3 e 2. d) 3 e 3. e) 4 e 1. RESOLUÇÃO: A equação de decaimento radioativo do 238U é: 238 92U ⎯→ 226 88Ra + x 4 2α + y – 1 0β Cálculos para determinar os valores de x e y: 238 = 226 + 4x + y(0) ⇒ 92 = 88 + 2x – y ⇒ Portanto, a equação balanceada será: 238 92U ⎯→ 226 88Ra + 3 4 2α + 2 – 1 0β Resposta: C x = 3 y = 2 MÓDULO 29 RADIOATIVIDADE: RADIAÇÕES NATURAIS 162 – Q U ÍM IC A A C7A_QUIM_ALICE_PROF 26/05/11 17:13 Página 162 1. (FATEC-SP) – O actínio-225 é obtido artificialmente e tem tempo de meia-vida igual a 10 dias. Isso significa que, a cada 10 dias, a quantidade dessa espécie radioativa em uma amostra cai à metade. Sendo assim, nanobombas contendo uma quantidade x de actínio-225, após 10 dias, passam a conter uma quantidade x/2, após mais 10 dias, passam a conter x/4 e assim por diante. Entre os gráficos representados abaixo, o que mostra a variação da atividade radioativa do actínio-225 em função do tempo, está na alternativa: RESOLUÇÃO: A cada meia-vida, a atividade da amostra cai pela metade. t1/2 = 10 dias Resposta: E MÓDULO 30 RADIOATIVIDADE: MEIA-VIDA, FISSÃO E FUSÃO NUCLEAR atividade 100% 50% 25% tempo 0 10 dias 20 dias – 163 Q U ÍM IC A A C7A_QUIM_ALICE_PROF 26/05/11 17:13 Página 163 2. (FUVEST-SP-2011) – O isótopo 14 do carbono emite radiação β, sendo que 1 g de carbono de um vegetal vivo apresenta cerca de 900 de - caimentos β por hora — valor que permanece constante, pois as plantas absorvem continuamente novos átomos de 14C da atmosfera enquanto estão vivas. Uma ferramenta de madeira, recolhida num sítio arqueológico, apresentava 225 decaimentos β por hora por grama de carbono. Assim sendo, essaferramenta deve datar, aproximadamente, de a) 19 100 a.C. b) 17 100 a.C. c) 9 400 a.C. d) 7 400 a.C. e) 3 700 a.C. Dado: tempo de meia-vida do 14C = 5 700 anos RESOLUÇÃO: Enquanto o vegetal se encontra vivo, ocorre absorção de 14C, por fotos - síntese. Quando ocorre a morte do vegetal, a quantidade de 14C decresce devido ao decaimento radioativo representado pela equação nuclear. 14 6C → 0 –1β + 147N Cálculo da idade da ferramenta de madeira: t1/2 = 5 700 anos 5 700 a 5 700 a 900 dec/h ⎯⎯⎯⎯⎯→ 450 dec/h ⎯⎯⎯⎯→ 225 dec/h Tempo total: 11 400 anos = 2 t1/2 11 400anos – 2010 anos = 9 390 a C Aproxidamente, 9 400 a C Resposta: C 3. As bombas de U-235 e Pu-239 liberam uma grande quantidade de energia. A reação que ocorre na bomba de U-235 pode ser equa - cionada do seguinte modo: 235 92U + x → 140 56Ba + 93 36Kr + 3 1 0n + energia a) Qual o nome do processo utilizado na bomba atômica? b) Qual o nome da partícula que se choca com os átomos de urânio? RESOLUÇÃO: a) Utiliza-se do processo de fissão nuclear. b) 23592U + a bx → 140 56Ba + 93 36Kr + 3 1 0n * 235 + a = 140 + 93 + 3(1) * 92 + b = 56 + 36 + 3(0) Logo: 10x ⇒ 1 0n: nêutron a = 1 b = 0 164 – Q U ÍM IC A A C7A_QUIM_ALICE_PROF 26/05/11 17:13 Página 164 1. (FUVEST-SP) – Devido à toxicidade do mercúrio, em caso de derramamento desse metal, costuma-se espalhar enxofre no local para removê-lo. Mercúrio e enxofre reagem, gradativamente, formando sulfeto de mercúrio. Para fins de estudo, a reação pode ocorrer mais rapi damente, se as duas substâncias forem misturadas num almofariz. Usando esse procedimento, foram feitos dois experimentos. No primeiro, 5,0g de mercúrio e 1,0g de enxofre reagiram, formando 5,8g do produto, sobrando 0,2g de enxofre. No segundo experimento, 12,0g de mercúrio e 1,6g de enxofre forneceram 11,6g do pro duto, restando 2,0g de mercúrio. a) Mostre que os dois experimentos estão de acordo com a lei da conservação da massa (Lavoisier) e a lei das proporções definidas (Proust). b) Existem compostos de Hg (I) e de Hg (II). Consi derando os valo - res das massas molares e das massas envolvidas nos dois experimentos citados, verifique se a fórmula do composto formado, em ambos os casos, é HgS ou Hg2S. Mostre os cálculos. Dados: massas molares (g mol–1): mercúrio (Hg): 200 enxofre (S): 32 RESOLUÇÃO: a) • Lei de Lavoisier ou lei da conservação das massas: – exp. 1: 0,8g + 5g = 5,8g – exp. 2: 1,6g + 10g = 11,6g • Lei de Proust ou lei das proporções constantes: = = = = b) Cálculo das quantidades em mol: • enxofre: 1 mol ––––––––––––– 32g x 0,8g x = 0,025 mol de S • mercúrio: 1 mol 200g y 5g y = 0,025 mol de Hg Observa-se a proporção 1:1, portanto o composto apresenta a fórmula molecular HgS, sulfeto de mercúrio (II). 2. Uma amostra contendo 1 mol de átomos de ferro em pó foi colocada em um recipiente de porcelana, denominado cadinho. Em seguida, este sistema foi fortemente aquecido na presença do ar atmosférico, e o ferro, transformado em óxido de ferro sólido. A variação da massa do sistema, nessa transformação, é representada pelo gráfico: RESOLUÇÃO: A reação que ocorre é: 4Fe(s) + 3O2(g) → 2Fe2O3(s) Como o sistema é aberto, temos massa medida do reagente (Fe(s)): m massa medida do produto (Fe2O3(s)): m’ m’ > m, logo, com o tempo, a massa aumenta até estabilizar-se, ou seja, ficar constante (término da reação). Resposta: A MÓDULO 28 LEIS DAS COMBINAÇÕES QUÍMICAS: LEIS DE LAVOISIER, PROUST E GAY-LUSSAC massa de enxofre que reagiu massa de mercúrio que reagiu massa do composto experimento I 1g – 0,2g = 0,8g 5g 5,8g experimento II 1,6g 12g – 2g = 10g 11,6 g mexp1 –––––– mexp2 0,8g –––– 1,6g 5g –––– 10g 5,8g ––––– 11,6g 1 ––– 2 – 165 Q U ÍM IC A A FRENTE 4 – QUÍMICA GERAL E INORGÂNICA E QUÍMICA ORGÂNICA C7A_QUIM_ALICE_PROF 26/05/11 17:13 Página 165 3. Dada a reação gasosa: N2 + 3H2 → 2NH3, para a obtenção de 60L de NH3, nas mesmas condições de temperatura e pressão, serão necessários: a) 60L de N2 b) 60L de H2 c) 30L de H2 d) 30L de N2 e) 30L de N2 e 30L de H2 RESOLUÇÃO: De acordo com a Lei de Gay-Lussac, temos: N2 + 3H2 → 2NH3 ↓ ↓ ↓ 1V 3V 2V x y 60L Resposta: D 1. Como forma lucrativa de reaproveitar milhões de pneus descartados a cada ano no País, foi criada por pesquisadores da UNICAMP uma máquina capaz de transformar pneus velhos em óleo combustível e em matéria-prima para fabricação de PVC. PVC, um polímero de grande utilidade, é a) considerado polímero de condensação. b) conhecido como polietileno. c) resultante do craqueamento do petróleo. d) derivado do cloreto de vinila. e) representado pela fórmula (– CF2 – CF2 –) n. RESOLUÇÃO: Reações de polimerização por adição: Resposta: D 2. (UNICAMP-SP) – Marcas Esmaecidas – Gel feito de látex na - tural é a mais recente promessa para combater rugas. Um teste preliminar realizado com 60 mulheres de idade próxima a 50 anos indicou uma redução de 80% das rugas na região da testa e dos olhos, após quase um mês de uso diário de um gel antirrugas feito de látex da seringueira. Esses dados são parte de uma reportagem sobre farma - cologia, divulgada pela Revista n°157. O látex natural, a que se refere o texto, é uma dispersão coloidal de partículas de polímeros que, após coagulação, leva à formação da borracha natural. A partir da estrutura dos monômeros fornecidos no espaço de resposta, represente dois polímeros do látex, usando 4 mo - nômeros em cada representação. RESOLUÇÃO: A reação de polimerização para os quatro monô meros será: CH3| 4H2C = C — CH = CH2 → CH3 CH3 CH3 CH3| | | | → �—H2C—C= C—C—C— C= C—C— C —C= C—C— C —C= C—C—� H H2 H2 H H2 H2 H H2 H2 H H2 O polímero formado apresenta isomeria geo métrica para cada ligação dupla representada. Dessa forma, dois polímeros possíveis são: y = 90L de H2x = 30L de N2 MÓDULO 29 POLÍMEROS C = C — — H H — — H Cl cloreto de vinila n P, T cat. — C — C — — — H H — H — Cl [ poli(cloreto de vinila) (PVC) C = C — — H H — — H H etileno n P, T cat. — C — C — — — H H — H — H [ [ polietileno n n C = C — — F F — — F F tetrafluoretileno n P, T cat. — C — C — — — F F — F — F [ [ teflon ou politetrafluoretileno n [ 166 – Q U ÍM IC A A C7A_QUIM_ALICE_PROF 26/05/11 17:13 Página 166 3. (UFRJ – MODIFICADA) – Uma possibilidade para o sequestro do CO2 atmosférico é sua transformação, por fotossíntese, em açúcar, que, por processos de fermentação, é convertido em etanol. O etanol, por sua vez, é submetido a uma reação de desidratação, formando etileno que pode ser transformado em diversos polímeros, como mostra a ilustração a seguir: Represente as equações químicas das reações que ocorrem em (A), (B), (C) e (D). RESOLUÇÃO: (A)6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2 (B) C6H12O6 → 2C2H6O + 2CO2 H O — H H H| | (C)H — C — C — H → C C + H2O | | H H H H (D)n �H2C CH2� → �— H2C — CH2—� n 1. (UNIFESP – MODIFICADA) – As garrafas PET são um dos problemas de poluição citados por ambientalistas; sejam depositadas em aterros sanitários ou até mesmo jogadas indiscriminadamente em terrenos baldios e cursos d’água, esse material leva cerca de 500 anos para se degradar. A reciclagem tem sido uma solução válida, embora ainda não atinja nem metade das garrafas PET produzidas no País. Pesquisadores brasileiros estudam o desenvolvimento de um plástico obtidoa partir das garrafas PET, que se degrada em apenas 45 dias. O segredo para o desenvolvimento do novo polímero foi utilizar em sua síntese um outro tipo de plástico, no caso um poliéster alifático, para acelerar o processo de degradação. O polímero PET, poli(tereftalato de etileno), é obtido a partir da reação do ácido tereftálico com etilenoglicol na presença de catalisador e em condições de temperatura e pressão adequadas ao processo. Dê a fórmula estrutural do PET. Em relação à estrutura química dos polímeros citados, o que pode estar associado à biodegra dabilidade deles? RESOLUÇÃO A biodegradabilidade está relacionada ao tipo de cadeia. Pelo texto, podemos concluir que o plástico biodegradável possui cadeia alifática e o PET, que possui cadeia aromática, não é biodegradável. 2. (UFABC) – Apesar do desenvolvimento e de toda a tecnologia, as carcaças cilíndricas dos dirigíveis utilizados nas primeiras décadas do século XX eram confeccionadas em alumínio e revestidas por uma tela recoberta por uma lona de algodão, pintada com tinta prata. Nos modelos projetados atualmente, polímeros como a borracha, o náilon e fibras sintéticas são usados na estrutura e no recobrimento das carcaças. A fórmula apresentada a seguir é uma representação parcial do kevlar, a marca registrada de um polímero leve e muito resistente utilizado em construções aeronáuticas. Para atribuir ao kevlar uma denominação que permita a um estudante de química reconhecer a classe funcional presente nesse polímero, pode-se classificá-lo como a) um polibifenilo. b) uma poliamida. c) uma poliamina. d) uma polianilina. e) um policarbonilo. RESOLUÇÃO: Resposta: B MÓDULO 30 POLÍMEROS (CONTINUAÇÃO) – 167 Q U ÍM IC A A C7A_QUIM_ALICE_PROF 26/05/11 17:13 Página 167 3. A unidade de repetição de um polímero de con den sação é assim representada. Entre os monômeros, cujas estruturas são dadas a seguir pode-se afirmar que originaram o polímero os monô meros repre - sentados por a) I e II. b) I e III. c) I e IV. d) II e III. e) II e IV. RESOLUÇÃO: O polímero de condensação é uma poliamida formada pela união dos monô meros I e III. Resposta: B 4. Como elastômeros (elevado grau de elasticidade), podemos citar a borracha natural cujo monômero é o isopreno (2-metilbutadieno). A borracha natural apresenta certas características in desejáveis: é pegajosa no verão e dura e quebradiça no inverno. A resistência à tração e à abrasão é relativa mente pequena. É solúvel nos solventes orgânicos. Para melhorar essas propriedades, pratica-se, então, a vulca - nização, que consiste em aquecer a borracha com enxofre (7%) que se adiciona nas duplas ligações, ser vindo de ponte entre as cadeias carbônicas. A seguir, temos três estruturas de borracha, vulcanizada ou não: que representam, não respectivamente: borracha vul canizada, bor - racha não vulcanizada e vulcanizada submetida a estiramento. Quais as estruturas citadas? RESOLUÇÃO: Borracha não vulcanizada (I). Borracha vulcanizada (II). Borracha vulcanizada submetida a estiramento (III). I. Estrutura linear II. Estrutura tridimensional III.Estrutura estirada - - - N — C — C — (CH2)4 — N — C — (CH2)4 — C - - - - — H — H — — O — — O — H — H — H — CH2OH [ ] H2N — CH2 — CH — (CH2)4 — NH2 — CH2OH I II III IV H2N — (CH2)6 — NH2 C — (CH2)4 — C— — — Cl O — — O — Cl C — CH2 — CH2 — CH — CH2 — C — — — Cl O — — O — Cl COOH — - - - N — C — C — (CH2)4 — N — C — (CH2)4 — C - - - - — H — H — — O — — O — H — H — CH2OH [ ] monômero I monômero III — H 168 – Q U ÍM IC A A C7A_QUIM_ALICE_PROF 26/05/11 17:13 Página 168