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DQI–2014 IQGEng
INSTITUTO DE QUÍMICA–DEPARTAMENTO DE QUÍMICA INORGÂNICA
Lista de Exercícios 01 QUÍMICA GERAL–Engenharias
Tema: Modelo cinético da matéria:O estado gasoso
Prof. Juan Omar M. Herrera–DQI–IQ
1. Um balão de Mylar está cheio de ar a 20 ◦C e tem
o volume de 4 litros ao nível do mar. Na profundidade
de 15 m abaixo da superfície do mar o seu volume é
de 1,60 litros. Qual a temperatura da água nessa pro-
fundidade?
2. Um mergulhador está a 40 metros de profundidade
num lago, na temperatura ambiente de 5 ◦C. As bolhas
de ar que ele liberta têm volume de 15,0 cm3. As bo-
lhas sobem até a superfície, onde a temperatura é de
25 ◦C. Qual o volume das bolhas no instante em que
emergem da água? Sugestão: A pressão das bolhas
também se modifica.
3. Um balão meteorológico tinha um raio de 1,0m
quando foi lançado, ao nível do mar a 20 ◦C, e se ex-
pandiu até um raio de 3,0m ao atingir a sua altitude
máxima, onde a temperatura era de −20 ◦C. Qual a
pressão dentro do balão naquela altitude?
4. Calcule as velocidades relativas de efusão do H2 e
CO2 através de um orifício fino.
5. Em qual temperatura as moléculas do N2 têm
a mesma velocidade média que os átomos de He a
300K?
6. Dois frascos idênticos estão cheios, cada um deles
com um gás em 0 ◦C. Um frasco contém 1 mol de CO2
e, o outro, 1 mol de N2. Em qual frasco as partículas
sofrem mais colisões por segundo com as paredes do
recipiente?
7. Um hidrocarboneto de fórmula empírica C2H3 le-
vou 349 segundos para efundir por uma rolha porosa.
Nas mesmas condições de temperatura e pressão, são
necessários 210 segundos para que ocorra a efusão da
mesma quantidade de átomos de argônio. Determine a
massa molar e a fórmula molecular do hidrocarboneto.
8. Calcule a energia cinética molar (em joules) de uma
amostra de gás neônio em (a) 25 ◦C e (b) 26 ◦C. A di-
ferença de energia entre as respostas de (a) e (b) é a
energia por mol necessária para elevar a temperatura
do neônio em 1 ◦C. A quantidade é conhecida como
capacidade calorífica molar. Quanto ela vale?
9. O hidrogênio tem dois isótopos naturais 1H e 2H. O
cloro também tem dois isótopos naturais, 35Cl e 37Cl.
Assim o gás cloreto de hidrogênio consistente em qua-
tro tipos distintos de moléculas: H35Cl, H37Cl, 2H35Cl
e 2H37Cl. Coloque essas 4 moléculas em ordem cres-
cente de taxa de efusão.
10. Para diminuir a taxa de evaporação de um fila-
mento de tungstênio, 1,4 × 10−5 mol de argônio é co-
locado em uma lâmpada de 600 cm3. Qual é a pressão
de argônio na lâmpada a 23 ◦C?
11. Em que pressão o percurso livre médio do argô-
nio, contido num recipiente esférico de 1,0 litros de
volume, a 25 ◦C, torna-se comparável ao diâmetro
desse recipiente? Considere o diâmetro do argônio de
0,338 nm.
12. Se você tiver uma amostra de água em um recipi-
ente fechado, alguma água evaporará até que a pressão
do vapor de água, a 25 ◦C, seja de 23,8mm de mercú-
rio. Quantas moléculas de água por centímetro cúbico
existem na fase vapor?
13. Cada um dos quatro pneus de um carro é preen-
chido com um gás diferente. Todos têm o mesmo vo-
lume e são preenchidos até a mesma pressão, 3,0 atm a
25 ◦C. Um pneu contém 116 g de ar, outro contém 80,7
g de neônio, outro pneu contém 16,0 g de gás hélio e
o quarto pneu contém 160 g de um gás desconhecido.
1. Os quatro pneus contêm o mesmo número de molé-
culas? Em caso negativo, qual deles possui o maior
número de moléculas?
2. Uma molécula do gás desconhecido é quantas ve-
zes mais pesada do que um átomo de hélio?
3. Em qual pneu as moléculas tem a maior energia ci-
nética? E a maior velocidade quadrática média?
14. Um dos métodos empregados para estimar a tem-
peratura no centro do Sol é baseado na lei dos gases
ideais. Se o centro for assumido como sendo consti-
tuído de gases cuja massa molar é 2,0 e se a densidade
e a pressão são 1,4 × 103 kgm−3 e 1,3 × 109 atm, cal-
cule a temperatura.
15. Qual é a razão entre a energia cinética molecular
média do UF6 e a do He, ambos a 300K?
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16. Você aprendeu que em uma mistura, cada gás
exerce uma pressão parcial proporcional a sua fração
molar. No entanto, em uma caixa com ar, uma mo-
lécula de N2 média, devido a sua maior velocidade,
bate mais frequentemente nas paredes que uma mo-
lécula média de O2, sugerindo que o nitrogênio pode
contribuir mais que 80% para pressão. Explique a dis-
crepância aparente.
17. A parede de um recipiente a 90 ◦C é atingida por
1,0 × 1023 moléculas de N2 por segundo. Qual é a
força total exercida sobre as paredes se a velocidade
das moléculas é de 450ms−1? Calcule a pressão se a
área da parede é de 10,0 cm2.
18. Um átomo de hélio a 25 ◦C, é liberado na superfí-
cie da Terra e sobe em linha reta através da atmosfera.
Assumindo que não colide com outras moléculas qual
é máxima altitude que alcança?
19. A velocidade de escape ve é a velocidade necessá-
ria para um objeto escapar do campo gravitacional de
um corpo celeste.
ve =
√
2gR
para nosso planeta R é 6,37 × 106 metros. Calcule
a temperatura na qual a velocidade quadrática média
vrms de moléculas de H2 e N2 sejam suficientes para
escapar da gravidade do planeta?
20. Que massa de moléculas de CO2, presentes no ar,
colidem com uma folha que um área de 100 cm2 du-
rante um dia? Assuma que a pressão atmosférica é de
1,0 bar e a temperatura de 25 ◦C. A fração de CO2 no
ar é de 3 × 10−4 por mol de ar.
21. Calcule a velocidade quadrática média de a) Um
vírus com massa 2,0 × 10−17 kg imerso no sangue à
temperatura de 310K e b) Partículas de poeira com
massa de 1,0 × 10−13 kg, suspensas no ar à tempera-
tura de 295K.
22. A menor temperatura possível no espaço sideral é
de 2,7K. Qual é a velocidade quadrática média das
moléculas de hidrogênio nesta temperatura. Qual é
energia cinética, por mol, de moléculas de hidrogênio
nestas condições?
23. A lei de Avogadro estabelece que, sob as mesmas
condições de temperatura e pressão volumes iguais de
gases contêm igual número de moléculas. Esta lei é
equivalente à lei dos gases ideais?
24. Qual é o caminho livre médio para 115 grãos gela-
tinosos esféricos colocados num saco que é agitado vi-
gorosamente? Faça o volume deste saco igual a 1,0 li-
tros e o diâmetro dos grãos gelatinosos igual a 1,0 cm.
25. Um dos mais importantes critérios quanto ao uso
do hidrogênio como combustível veicular é sua carac-
terística de ser compacto. Compare o número de áto-
mos de hidrogênio por metro cúbico disponíveis em:
1. Gás hidrogênio sob pressão de 14,0 MPa e 300K.
2. Hidrogênio líquido a 20K e com densidade de
70,0 kgm−3.
3. O composto sólido DyCO3H5 com uma densidade
de 8200 kgm−3 e 300K, a partir do qual o hidrogê-
nio pode ser preparado para combustão.
26. Se as energias cinéticas médias dos átomos que
compõem duas substâncias diferentes são as mesmas,
o que pode ser dito sobre as temperaturas das duas
substâncias? E sobre a natureza das mesmas?
27. Água em fase líquida e água em fase gás coexis-
tem a 100 ◦C e a pressão de 1 atmosfera. Compare as
energias cinéticas médias das moléculas de água nes-
tes estados sob estas condições?
28. Dois recipientes de igual volume na mesma tem-
peratura estão cheios com gases diferentes na mesma
pressão. Um contém N2 e o outro contém H2. Qual
deles tem o maior número de moléculas?
29. O que ocorreria a um balão se as colisões entre as
moléculas de gás não fossem perfeitamente elásticas?
30. O que ocorreria a um balão se as moléculas de
um gás estivessem se movimentando constantemente,
mais o movimento não fosse aleatório?
31. Dois frascos estão rotulados A e B. O frasco A
contém NH3(g) a 50
◦C e o frasco B contém O2(g) na
mesma temperatura. A energia cinética média do O2 é
de 7 × 10−21 J/molécula. a) Qual é energia cinética
média de uma molécula de NH3? b) Que molécula,
NH3 ou O2, está se movendomais rapidamente? Ex-
plique por quê. c) Com a informação fornecida, você
pode dizer em que frasco a pressão é maior? Explique.
d) Como a energia cinética média das moléculas de O2
pode ser duplicada? e) Se a única mudança feita fosse
dobrar o volume do frasco que contém as moléculas
de O2, explique que ocorreria com a energia cinética
média das moléculas.
32. Dois frascos com o mesmo volume estão conec-
tados por uma válvula. Um grama de hidrogênio é
acrescentado a um frasco e um grama de oxigênio ao
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outro. O que ocorre à massa do gás no frasco cheio de
hidrogênio quando a válvula é aberta?
33. Um salão de conferências tem 50 filas de assentos.
Se gás do riso (N2O) é liberado na parte de frente do
salão ao mesmo tempo em que amônia (NH3) é libe-
rada na parte de trás do salão, em que fila (contando a
partir da frente do salão) os estudantes começarão a rir
e cheirar NH3 primeiro?
34. Um feixe de átomos de potássio é gerado num
forno a 425 ◦C. O forno tem uma fenda de 1,0 cm por
15 µm. Quantos átomos de potássio estão presentes no
feixe? A pressão de vapor no forno é de 7,05mmHg.
35. Um sistema de vácuo, de 1,0m3 tem um pequeno
furo, pelo qual durante o período de uma hora 0,1Pa
de ar vazou do sistema. Qual é o raio do furo? As-
suma que a "massa molar média"do ar é 29,0 gmol−1.
A pressão e a temperatura no laboratório são 1,00 bar
e 25 ◦C respectivamente.
36. Calcule o tempo necessário para que moléculas de
O2 na pressão de 1,0Pa e temperatura de 25
◦C cubram
1% de uma superfície metálica de 1,0m2 que adsorve
cada molécula que com ela colide. Assuma que a área
de uma molécula de O2 é de 0,098 nm
2.
37.- A pressão do ar dentro do ambiente da estação es-
pacial é de 1,05 bar a 25 ◦C. Um buraco com 5,0mm
de raio é aberto na parede da estação pelo impacto de
um micrometeorito e faz a pressão interna diminuir.
Qual deve ser a pressão no interior da estação passa-
dos 3,5 minutos (tempo necessário para colocar e pres-
surizar o capacete)? Assuma que a cabine da estação
tem um volume de 4,0m3. A pressão pode ser obtida
utilizando a seguinte equação:
ln
P2
P1
= −(
kT
2pim
)1/2(
A
V
)t
38. A atmosfera do planeta Marte é formada princi-
palmente de dióxido de carbono CO2 e possui apro-
ximadamente 6,07 × 1016 moléculas por centímetro
cúbico. Calcule a densidade da atmosfera do planeta
Marte. Estime a pressão atmosférica na superfície de
planeta.
39. A pressão atmosférica na superfície de Marte,
onde g=3,7ms−2, é somente 0,0060 atmosferas. Até
que ponto essa baixa pressão é devido à baixa atra-
ção gravitacional e não ao fato de a atmosfera ser ra-
refeita? Que pressão a mesma atmosfera exerceria na
Terra, onde g=9,81ms−2?
40. O ar que entra nos pulmões fica "encerrado"nos
alvéolos, antes de se difundir para o sangue. O raio de
um alvéolo é 0,0050 cm, e o ar no seu interior contém
cerca de 14% de oxigênio. Assumindo que a pressão
no seu interior é 1,0 atm e a temperatura 37 ◦C, calcule
o número de moléculas de oxigênio num alvéolo.
41. A composição do ar inalado por um humano é 21%
de O2 e de 0,03% de CO2 por volume, e a composição
do ar exalado é de 16% de O2 e 4,4% de CO2. Con-
siderando um volume tipico de 7200 litros/dia, calcule
a massa de O2 que é consumida e a massa de CO2 ge-
rada pelo corpo humano por dia. Assuma que o ar se
comporta como gás ideal.
42. A pressão de vapor do mercúrio é 0,0020mmHg
a 300K e a densidade do ar na mesma temperatura é
1,18 gL−1. Calcule a concentração do vapor de mer-
cúrio no ar em (a) mol/litro e (b) ppm (partes por mi-
lhão).
43. Expresse a pressão de 1 atmosfera em (a) libra-
força (lbf) por polegada quadrada e (b) em quilo pas-
cal.
44. A concentração média externa de monóxido de
carbono, CO, é de cerca de 1000 µgm−3. Qual é esta
concentração expressa na escala de ppm? E na escala
de moléculas por cm3? Considere que a temperatura
exterior seja de 17 ◦C e que a pressão total do ar seja
1,04 atmosferas.
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