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1 SUMÁRIO CAPÍTULO 1- Dispersões e soluções ..................................................................................................... 06 1.1 Dispersões ....................................................................................................................................... 06 1.1.1 Classificação das dispersões ......................................................................................................... 06 1.2 Soluções verdadeiras ou Soluções .................................................................................................. 06 1.2.1 Classificação das soluções ............................................................................................................ 06 1.2.2 Regras de solubilidade ................................................................................................................. 07 1.2.3 Saturação da solução ................................................................................................................... 07 1.2.4 Curvas de solubilidade ................................................................................................................. 07 1.3 Concentrações das soluções ........................................................................................................... 08 1.3.1 Concentração comum (Concentração) ........................................................................................ 08 1.3.2 Título em massa ........................................................................................................................... 08 1.3.3 Molaridade ................................................................................................................................... 09 1.3.4 Fração molar ................................................................................................................................ 09 1.3.5 Partes por milhão ......................................................................................................................... 09 1.3.6 Concentração da água oxigenada ................................................................................................ 09 1.3.7 Densidade ..................................................................................................................................... 09 1.3.8 Relação entre concentração e título ............................................................................................ 09 1.3.9 Relação entre concentração e molaridade .................................................................................. 09 1.4 Contando íons em solução ............................................................................................................. 09 1.5 Diluições de soluções ..................................................................................................................... 10 1.6 Diluições de soluções ..................................................................................................................... 10 1.6.1 Mistura de duas soluções de um mesmo soluto ......................................................................... 10 1.6.2 Soluções de solventes iguais e solutos diferentes sem que haja reação química ....................... 10 1.6.3 Mistura de soluções com solventes iguais e solutos diferentes que reagem entre si ................. 10 Sessão Leitura ....................................................................................................................................... 11 Exercícios de fixação ............................................................................................................................. 11 Pintou no ENEM .................................................................................................................................... 15 Exercício comentado ............................................................................................................................. 19 CAPÍTULO 2- Propriedades Coligativas ............................................................................................... 19 2.1 Relação das mudanças de estado físico .......................................................................................... 19 2.1.1 Evaporação dos líquidos puros .................................................................................................... 19 2.1.2 Ebulição dos líquidos puros .......................................................................................................... 20 2 2.1.3 Congelamento de líquidos puros ................................................................................................. 20 2.1.4 Diagrama de fases ........................................................................................................................ 21 2.2 Os efeitos coligativos ...................................................................................................................... 21 2.2.1 Efeito tonométrico ....................................................................................................................... 21 2.2.2 Efeito ebuliométrico..................................................................................................................... 21 2.2.3 Efeito criométrico ......................................................................................................................... 22 2.3 Osmometria .................................................................................................................................... 22 2.3.1 Conceitos gerais ........................................................................................................................... 22 2.3.2 Leis gerais da osmometria............................................................................................................ 22 2.3.3 Classificação das soluções ............................................................................................................ 23 2.4 Propriedades coligativas das soluções iônicas ................................................................................ 23 Sessão Leitura ....................................................................................................................................... 23 Exercícios de fixação ............................................................................................................................. 24 Pintou no ENEM .................................................................................................................................... 26 Exercício comentado ............................................................................................................................. 28 CAPÍTULO 3- Termoquímica ................................................................................................................ 30 3.1 Calor ................................................................................................................................................ 30 3.2 Processos que liberam e absorvem calor ........................................................................................ 30 3.3 Entalpia e variação de entalpia ....................................................................................................... 30 3.4 Fatores que influenciam nas entalpias das reações ....................................................................... 31 3.5 Equação termoquímica ................................................................................................................... 32 3.6 Casos particulares das entalpias de reação .................................................................................... 32 3.6.1 Entalpia padrão de formaçãode uma substância ........................................................................ 32 3.6.2 Entalpia de combustão de uma substância ................................................................................. 33 3.6.3 Energia de ligação ........................................................................................................................ 33 3.7 A Lei de Hess ................................................................................................................................... 33 3.7.1 Consequências da lei de Hess ...................................................................................................... 34 3.8 Aspectos estequiométricos ............................................................................................................. 34 Sessão Leitura ....................................................................................................................................... 34 Exercícios de fixação ............................................................................................................................. 34 Pintou no ENEM .................................................................................................................................... 38 Exercício comentado ............................................................................................................................. 40 3 CAPÍTULO 4- Cinética química ............................................................................................................. 40 4.1 Velocidade das reações químicas ................................................................................................... 41 4.2 Como as reações ocorrem............................................................................................................... 41 4.2.1 Condições indispensáveis ............................................................................................................. 41 4.2.2 A teoria das colisões ..................................................................................................................... 41 4.2.3 Energia de ativação ...................................................................................................................... 41 4.3 Fatores que afetam a rapidez das reações .................................................................................... 42 4.3.1 Superfície de contato ................................................................................................................... 42 4.3.2 Temperatura ................................................................................................................................ 42 4.3.3 Concentração ............................................................................................................................... 42 4.3.4 Catalisadores ................................................................................................................................ 42 4.3.5 Pressão ......................................................................................................................................... 42 4.3.6 Luz ................................................................................................................................................ 42 4.4 Lei cinética ....................................................................................................................................... 43 Sessão leitura ........................................................................................................................................ 43 Exercícios de fixação ............................................................................................................................. 44 Pintou no ENEM .................................................................................................................................... 47 Exercício comentado ............................................................................................................................. 50 CAPÍTULO 5- Equilíbrios químicos ....................................................................................................... 51 5.1 Reversibilidade das reações ............................................................................................................ 51 5.2 Grau de equilíbrio ........................................................................................................................... 51 5.3 Constante de equilíbrio ................................................................................................................... 51 5.4 Princípio de Le Chatelier ................................................................................................................. 52 5.4.1 Deslocamento de equilíbrio ......................................................................................................... 52 5.4.2 Pressão ......................................................................................................................................... 52 5.4.3 Temperatura ................................................................................................................................ 53 5.4.4 Catalisadores ................................................................................................................................ 53 5.5 Equilíbrio iônico ............................................................................................................................... 53 5.5.1 Equilíbrio iônico ácido-base ......................................................................................................... 53 5.5.2 O efeito do íon comum ................................................................................................................ 53 5.5.3 Equilíbrio iônico da água .............................................................................................................. 54 5.5.4 Os conceitos de pH e pOH ............................................................................................................ 54 5.5.5 Indicadores do pH ........................................................................................................................ 54 5.6 Hidrólise de sais .............................................................................................................................. 54 4 5.6.1 Constante de hidrólise ................................................................................................................. 55 5.7 Produto de solubilidade .................................................................................................................. 55 Sessão leitura ........................................................................................................................................ 55 Exercícios de fixação ............................................................................................................................. 56 Pintou no ENEM .................................................................................................................................... 59 Exercício comentado ............................................................................................................................. 60 CAPÍTULO 6- Eletroquímica ................................................................................................................. 64 6.1 Oxirredução ..................................................................................................................................... 64 6.1.1 Regras práticas para a determinação do Nox .............................................................................. 646.1.2 Definição de reação oxirredução ................................................................................................. 64 6.1.3 Agente oxidante e agente redutor ............................................................................................... 64 6.2 Pilhas ............................................................................................................................................... 64 6.2.1 Potencial do eletrodo ................................................................................................................... 65 6.2.2 Diferença de potencial da pilha e sua espontaneidade ............................................................... 66 6.2.3 Pilhas e baterias comerciais ......................................................................................................... 66 6.3 Eletrólise .......................................................................................................................................... 67 6.3.1 Eletrólise em solução aquosa ....................................................................................................... 68 6.3.2 Aspectos quantitativos ................................................................................................................. 69 Sessão leitura ........................................................................................................................................ 69 Exercícios de fixação ............................................................................................................................. 69 Pintou no ENEM .................................................................................................................................... 75 Exercício comentado ............................................................................................................................. 77 CAPÍTULO 7- Reações nucleares .......................................................................................................... 78 7.1 A descoberta da radioatividade ...................................................................................................... 78 7.2 Natureza das emissões .................................................................................................................... 78 7.2.1 Radiação alfa (α)........................................................................................................................... 78 7.2.2 Radiação beta ............................................................................................................................... 79 7.2.3 Radiação gama ............................................................................................................................. 79 7.2.4 Emissão de pósitrons ................................................................................................................... 79 7.3 Transmutação artificial.................................................................................................................... 79 7.4 Meia-vida ou período de semidesintegração ................................................................................. 79 7.5 Datação com carbono-14 ................................................................................................................ 80 7.6 Fissão nuclear .................................................................................................................................. 80 5 7.7 Fusão nuclear .................................................................................................................................. 80 Sessão leitura ........................................................................................................................................ 80 Exercícios de fixação ............................................................................................................................. 81 Pintou no ENEM .................................................................................................................................... 83 Exercício comentado ............................................................................................................................. 86 6 Capítulo 1- Dispersões e soluções 1.1 Dispersões Temos diferentes classificações para misturas. Podemos ter um sistema (mistura) homogêneo, quando temos a solubilidade de uma substância em outra, ou um sistema (mistura) heterogêneo, quando uma substância não se solubiliza na outra. Como um caso intermediário a esses dois, podemos ter algumas substâncias que se disseminam em maior quantidade ou em menor quantidade. Dispersão é um sistema com uma substância se disseminando, como pequenas partículas, em outra substância. O que se distribui uniformemente como pequenas partículas é chamado de disperso, e a substância em que o disperso é disseminado é chamada dispersante ou dispergente. 1.1.1 Classificação das dispersões A classificação das dispersões é feita de acordo com o diâmetro médio das partículas dispersas: Tabela 1: Classificação das dispersões Classificação Diâmetro médio das partículas dispersas Exemplo Soluções verdadeiras Inferior a 10 -7 cm Água + glicose Soluções coloidais Entre 10 -7 e 10 -4 cm Água + gelatina Suspensões Superior a 10 -4 cm Água + enxofre Tabela 2: Principais características dos sistemas dispersos Soluções verdadeira s Soluções coloidais Suspensões Natureza das partículas Átomos, íons ou moléculas. Aglomera dos de átomos, Grandes aglomerados de átomos, dispersas íons ou moléculas, além de moléculas gigantes e íons gigantes. íons ou moléculas. Homogen eidade do sistema As partículas não são visíveis com nenhum aparelho (sistema homogêneo ). As partículas são visíveis ao ultrami- croscópio (sistema heterogê- neo). As partículas são visíveis ao microscópio comum. Sediment ação das partículas As partículas não se sedimen- tam. As partículas sedimen- tam-se por meio de ultracentrí- fugas. Há sedimenta- ção espontânea ou por meio de centrífugas comuns. Separaçã o por filtração A separação não é possível. As partículas são separadas por meio de ultrafiltros. As partículas são separadas por meio de filtros comuns. 1.2 Soluções verdadeiras ou Soluções O grupo mais importante dentro de dispersões é o grupo das soluções verdadeiras ou soluções. Podemos fazer uma associação de dispersão com soluções: o que chamamos de disperso em dispersões, chamamos de soluto em soluções, e, o que chamamos de dispersante, em soluções chamamos de solvente. 1.2.1 Classificação das soluções Podemos classificar as soluções de acordo com 4 critérios: condução de corrente elétrica, estado de agregação da solução, proporção soluto/solvente, e natureza do soluto. Condução de corrente elétrica Soluções eletrolíticas ou iônicas: Uma solução eletrolítica conduz corrente elétrica, pois contêm 7 íons livres que são gerados pela ionização ou dissociação do soluto. Exemplo: Água e cloreto de sódio. Soluções não-eletrolíticas ou moleculares:Uma solução não-eletrolítica não conduz corrente elétrica, pois não apresenta íons livres e sim, moléculas. Exemplo: Água e etanol. Estado de agregação da solução Soluções sólidas Soluções líquidas Soluções gasosas Proporção entre soluto e solvente Soluções diluídas: são as que contêm uma quantidade pequena de soluto em relação à quantidade de solvente. Soluções concentradas: são as que contêm uma quantidade grande de soluto em relação à quantidade de solvente. Natureza do soluto Soluções moleculares: quando moléculas constituem as partículas dispersas. Soluções iônicas: quando íons constituem as partículas dispersas. 1.2.2 Regras de solubilidade Substância polar tende a dissolver substância polar e substância apolar tende a dissolver substância apolar. Obs.: Em geral, temos que as substâncias inorgânicas são polares e as substâncias orgânicas são apolares. Obs2.: Substâncias inorgânicas em água: ácidos são solúveis em geral, bases são insolúveis em geral, sais têm solubilidade variada, óxidos metálicos são insolúveis em geral e óxidos não- metálicos dissolvem-se reagindo com a água em geral. 1.2.3 Saturação da solução Quando adicionamos soluto continuamente, em um momento, ele não irá mais se dissolver. A partir daí, todo o sólido ficará depositado no fundo do recipiente e dizemos que a solução está saturada ou que a solução atingiu o ponto de saturação. A saturação de uma solução depende do soluto e do solvente que a compõem, bem como das condições físicas. Temperatura e pressão influem no ponto de saturação. Cada solução apresenta um coeficiente ou grau de solubilidade, que é a quantidade necessária de uma substância para saturar uma quantidade de solvente, em determinadas condições físicas de temperatura e de pressão. Quanto menor o coeficiente de solubilidade, menos solúvel a substância é naquele solvente. No caso de dois líquidos, dizemos que as substâncias são imiscíveis. Caso da água com óleo. Podemos classificar as soluções em função do seu ponto de saturação: Não-saturadas: menos soluto que o determinado pelo coeficiente de solubilidade; Saturadas: quando atingem o coeficiente de solubilidade; Supersaturadas: mais soluto que o determinado pelo coeficiente de solubilidade. Figura 1: Classificação e estabilidade das soluções Disponível em: http://vagnerbertoloto.blogspot.com.br/2012/01/solucoes.html. Acesso 23 mai. 2014. 1.2.4 Curvas de solubilidade As curvas de solubilidade representam a variação dos coeficientes de solubilidade das substâncias em função da temperatura. 8 Figura 2: Curva de solubilidade KNO3 em água Disponível em: http://vagnerbertoloto.blogspot.com.br/2012/01/solucoes.html. Acesso em 23 mai. 2014. Existem três tipos de curva: Ascendentes: representam as substâncias cujo coeficiente de solubilidade aumenta com a temperatura. Descendentes: representam substâncias cujo coeficiente de solubilidade diminui com a temperatura. Percebemos esse comportamento na dissolução de gases em líquidos, onde a solubilidade do gás aumenta com a elevação da pressão e, consequentemente, diminui com a elevação da temperatura. Curvas com inflexões: representam as substâncias que sofrem modificações em sua estrutura com a variação da temperatura. Geralmente a presença de pontos de inflexão ao longo da curva, indica que está ocorrendo a desidratação do soluto mediante aumento de temperatura. 1.3 Concentração das soluções Concentração de uma solução nada mais é que expressar a quantidade de soluto dissolvido em um certo volume de solução. Essas grandezas podem ser expressas em massa, volume ou mol. 1.3.1 Concentração comum (Concentração) Concentração comum, ou concentração (C), é a massa do soluto (mg, g, kg, t etc.) dividido pelo volume da solução (cm 3 , mL, dm 3 , L, m 3 etc.). 𝐶 = 𝑚𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑉𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 Exemplo: Qual a concentração em g/L de uma solução de nitrato de potássio que contem 60g do sal em 300cm 3 de água. 1.3.2 Título em massa Título em massa () é a massa do soluto dividido pela massa da solução (massa do soluto + massa do solvente). Assim, título em massa é uma grandeza adimensional (sem unidade). 𝜏 = 𝑚𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑚𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 Podemos expressar o título em massa em porcentagem (porcentagem em massa). 𝜏 % = 𝑚𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑚𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 𝑥 100 Exemplo: Uma solução de cloreto de potássio (KCl) 10% possui 10 g de soluto em 100 g de solução ou 90 g de água. Obs.: O título ainda pode ser escrito em termos de volume. As definições são idênticas às anteriores, trocando apenas massa por volume. 9 1.3.3 Molaridade Molaridade (ɱ) é a quantidade de soluto em mols, dividido pelo volume da solução. 𝔪 = 𝑛 𝑉𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 Mas, 𝑛 = 𝑚 𝑀𝑀 Logo, 𝔪 = 𝑚 𝑀𝑀𝑥𝑉(𝐿) Exemplo: Qual a concentração em mol/L de uma solução de iodeto de sódio que contem 45g do sal em 400mL de solução? Massas atômicas: Na = 23; I = 127. 1.3.4 Fração molar Fração molar (X) é o número de mols do soluto dividido pelo número de mols da solução (soluto + solvente). Denotamos o índice 1 para soluto e 2 para solvente 𝑋 = 𝑛𝑖 𝑛𝑇 1.3.5 Partes por milhão Partes por milhão (ppm) expressa a concentração de soluções extremamente diluídas. O soluto se apresenta em quantidade muito pequena, dissolvido em uma quantidade muito grande de solvente. 1.3.6 Concentração da água oxigenada A água oxigenada é uma solução de peróxido de hidrogênio em água. Normalmente sua concentração é expressa em volumes. Isso significa a quantidade de litros de oxigênio que se obtém a partir da decomposição completa do peróxido de hidrogênio contido em 1,0 litro de solução, nas condições normais de temperatura e pressão. 1.3.7 Densidade É a razão entre a massa e o volume de uma solução. 𝑑 = 𝑚𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 𝑉𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 Unidade: gramas por mL (g/mL) 1.3.8 Relação entre concentração e título 𝐶 = 𝜏 𝑑 Com a densidade expressa em g/L Para densidade em mg/L, temos: 𝐶 = 𝜏 𝑑 1000 1.3.9 Relação entre concentração e molaridade 𝐶 = 𝔪 𝑀𝑀 Exemplo: Qual a concentração em mol/L de uma solução de HCl que apresenta concentração igual a 146g/L? Massas atômicas: H = 1; Cl = 35,5 1.4 Contando íons em solução Para determinar a quantidade de moléculas ou íons numa solução precisamos considerar a natureza do soluto e o seu comportamento na presença do solvente, no caso a água. 10 Consideremos uma solução 2mol/L de ácido nítrico. O ácido nítrico é um eletrólito forte e,em água, se ioniza de acordo com a equação: HNO3(l) → H + (aq) + NO - 3(aq) Portanto, nessa solução não existem mais moléculas de soluto, mas íons. Como cada molécula origina um mol de íons H + e um mol de íons NO - 3, em 1L de solução 2mol/L desse ácido, há 2mol de íons H + e 2mol de íons NO - 3. Essa condição só é verdadeira para solutos que sofrem ionização (principalmente ácidos) ou dissociação (sais e alguns hidróxidos) em água. 1.5 Diluição e mistura de soluções 1.5.1- Diluição de soluções A diluição consiste em adicionar mais solvente à solução, e, portanto, diminuir sua concentração. A quantidade de soluto éa mesma antes e depois da diluição: m1 = m2 Sabemos que m = C . V, portanto: C1 . V1 = C2 . V2 onde V2 é igual ao volume inicial da solução mais o volume de solvente adicionado. Exemplo: Um volume de 500mL de uma solução aquosa de CaCl2 0,3mol/L é diluída até o volume final de 1500mL. Qual a concentração final da solução? 1.6 Mistura de soluções 1.6.1- Mistura de duas soluções de um mesmo soluto Se misturarmos duas soluções de mesmo soluto: Figura 3: Mistura de soluções de mesmo solvente. Disponível em: http://aprendaquimicarenatojr.blogspot.com.br/2012/05/exercicios- diluicao-e-misturas-de.html. Acesso em 23 mai. 2014. A massa total do soluto será a soma das massas do soluto das soluções iniciais. O mesmo acontece com o solvente, o volume final é a soma dos iniciais. Assim a concentração final é a razão entre a quantidade final de soluto e o volume final: 𝐶 = 𝑚 𝑉 = 320𝑔 0,300𝐿 = 1067𝑔/𝐿 1.6.2- Mistura de soluções de solventes iguais e solutos diferentes sem que haja reação química Ao se misturar soluções de solutos diferentes sem ocorrer reação química entre eles, a quantidade de cada soluto permanece inalterada, antes e após a mistura. 1.6.3- Mistura de soluções com solventes iguais e solutos diferentes que reagem entre si Normalmente ocorre com a mistura de uma solução de um ácido com uma solução de uma base; ou solução de um oxidante com uma solução de um redutor; ou com soluções de dois sais que reagem um com o outro. Quando soluções com solutos diferentes reagem entre si ao se misturar, se trata de um problema relacionado com cálculo estequiométrico. 11 2 Sessão leitura O risco do monóxido de carbono O monóxido de carbono se combina com a hemoglobina nos glóbulos vermelhos no sangue e a inutiliza para sua função essencial, que é de transportar oxigênio pelo corpo. Sem oxigênio, morremos rapidamente. E nosso cérebro é o primeiro a morrer. O monóxido de carbono é um gás incolor, inodoro e altamente tóxico. Todos estamos expostos a ele porque está presente em quantidades muito pequenas traço na atmosfera. Os maiores níveis são encontrados no ar das cidades, provenientes da combustão nos motores dos veículos. A maior parte dos átomos de carbono existentes em um combustível transforma-se em CO2 com dois oxigênios na molécula, porém um pouco do combustível queimado em um motor ou aquecedor pode encontrar pouco oxigênio para sua combustão completa, e o carbono acaba se combinando com apenas um oxigênio por molécula. O monóxido de carbono no ar que respiramos pode se combinar com até 5% de hemoglobina de nosso sangue e, se fumarmos, esse valor pode subir para valores de ordem de 10%. Se chegar a 30% percebemos os sintomas do envenenamento por monóxido de carbono: naúseas, dores de cabeça, indolência e dores no peito. A principal fonte humana de monóxido de carbono são os escapamentos de carros, que podem produzir nivéis tão altos como 50 ppm (0,005%) em locais de tráfego intenso. (Fonte: John Emsley. Molecules at na exhibition. Portraits of intriguing materials in everyday life. Oxford University, 1998, p.108). 3 Exercícios de fixação 1-(Mackenzie) A concentração em g/L, da solução obtida ao se dissolverem 4g de cloreto de sódio em 50cm 3 de água é: a) 200 g/L b) 20 g/L c) 0,08 g/L d) 12,5 g/L e) 80 g/L. 2- (Cesgranrio-RJ) Considere o quadro a seguir: Logo, podemos afirmar que: a. A = solução verdadeira; B = suspensão; C = solução coloidal. b. A = suspensão; B = solução coloidal; C = solução verdadeira. c. A = solução coloidal; B = solução verdadeira; C = suspensão. d. A = solução coloidal; B = suspensão; C = solução verdadeira. e. A = solução verdadeira; B = solução coloidal; C = suspensão. 3- Considere este gráfico: 12 As soluções indicadas pelos pontos A, B e C podem ser classificadas quanto à saturação, respectivamente, como: a. Insaturada, saturada com corpo de chão, supersaturada. b. Saturada, insaturada, saturada com corpo de chão. c. Saturada com corpo de chão, saturada, insaturada. d. Supersaturada, insaturada, saturada. e. Saturada com corpo de chão, supersaturada, insaturada. 4- Certa substância X pode ser dissolvida em até 53g a cada 100 mL de água (H2O). As soluções formadas por essa substância, descritas a seguir, podem ser classificadas, respectivamente, como: 1. 26,5g de X em 50 mL de H2O 2. 28g de X em 100 mL de H2O 3. 57,3g de X em 150 mL de H2O 4. 55g de X em 100 mL de H2O a) Insaturada, Insaturada, Saturada com precipitado e Saturada. b) Saturada, Saturada, Saturada com precipitado e Insaturada. c) Saturada com precipitado, Insaturada, Saturada e Saturada. d) Saturada com precipitado, Insaturada, Insaturada e Saturada. e) Saturada, Insaturada, Insaturada e Saturada com precipitado. 5- Um técnico resolveu misturar sobras de soluções num laboratório para serem reaproveitadas. Ele misturou 100 mL de uma solução de NaCl 0,02 mol/L com 200 mL de uma solução de NaCl 0,05 mol/L. Qual é a concentração da solução originada da mistura? a) 0,04 mol/L b) 0,07 mol/L c) 0,035 mol/L d) 0,05 mol/L e) 0,025 mol/L. 6- A água de coco é uma solução rica em potássio e outros sais minerais. A concentração de íons potássio nessa solução é cerca de 320 mg em 200 mL de água de coco. Qual é a concentração aproximada de potássio em mol/L? a) 41,0 b) 51,6 c) 1,6 d) 0,041 e) 0,052 7- (MED – ITAJUBA) Quantos gramas de Na3PO4 (PM = 164) são necessárias para preparar 5,0 litros de uma solução 3 molar? a)10,9 b)65,6 c)98,4 13 d)273 e) 2460 8- Um mL de suco de laranja contém cerca de 400 ppm de vitamina C. Quantos mL de suco de laranja uma pessoa deve ingerir para suprir a necessidade diária de 60 mg de vitamina C? Considere que a densidade do suco de laranja seja 1,00 g/mL. a) 0,15 b) 150 c) 0,015 d) 1500 e) 1,50 9- A concentração em mol/L de Cl – em uma solução aquosa 0,1 mol/L de FeCl3 é: a) 0,5 mol/L. b) 0,4 mol/L. c) 0,3 mol/L. d) 0,2 mol/L. e) 0,1 mol/L. 10- Uma solução aquosa de NaCl apresenta porcentagem em massa de 12,5%. Isso significa que, para cada 100g de solução, teremos ........ g de soluto e .......... g de solvente. Completa-se corretamente a afirmação acima, respectivamente, com: a) 12,5g e 100 g. b) 12,5g e 87,5g. c) 87,5g e 12,5g. d) 100g e 12,5g. e) 58,5g e 41,5g. 11- Um vidro de medicamento contendo 200 mL de antiácido possui 11,6 g de Mg(OH)2. Quantos gramas de ácido clorídrico podem ser neutralizados pelo uso de duas colheres de sopa deste medicamento (volume total de 10,0 mL)? Considere a massa molar do HCl igual a 36,5 g/mol, e do Mg(OH)2 igual a 58 g/mol. a) 3,65 g. b) 7,3 g. c) 14,6 g. d) 0,58 g. e) 0,73 g. 12- Numa diluição de uma solução, podemos afirmar que: a) A massa do solvente permanece constante. b) A massa do soluto permanece constante. c) O volume da solução permanece constante. d) A molaridade da solução permanece constante. e) A molalidade da solução permanece constante. 13- – Uma solução contendo5 mL de NaCl 1mol/L é diluída com água suficiente para atingir o volume de 500mL. A concentração desta nova solução é: a) 0,002 mol/L b) 0,01 mol/L c) 0,05 mol/L d) 0,50 mol/L e) 10 mol/L 14- Para um determinado alimento ser considerado light, o mesmo deve apresentar redução mínima de 25% em gordura, proteína ou carboidratos em relação ao convencional. Considerando que um copo de 200 mL de suco de laranja convencional possui 20 gramas de carboidratos, qual é a concentração máxima de carboidratos, em g.L-1, presente em um copo de 200 mL de suco de laranja light? a) 5,0 b) 75,0 14 c) 100,0 d) 0,5 e) 7,5 15-100g de solução de um certo sal tem a concentração de 30% em massa. A massa de água necessária para diluí-la a 20% em massa é: a) 25g. b) 50g. c) 75g. d) 100g. e) 150g. 16- Qual a molaridade de uma solução de NaOH formada pela mistura de 60 mL de solução 5 mol/L com 300 mL de solução 2 mol/L, da mesma base ? a) 1,5 mol/L. b) 2,0 mol/L. c) 2,5 mol/L. d) 3,5 mol/L. e) 5,0 mol/L. 17- Qual a molaridade de uma solução de ácido sulfúrico obtida pela mistura de 30 mL do ácido 1,3%, densidade de 1,5 g/mL e 20 mL do mesmo ácido 0,5 mol/L ? Dados: H = 1 u.; O = 16 u.; S = 32 u a) 0,64 mol/L. b) 0,32 mol/L. c) 0,48 mol/L. d) 0,10 mol/L. e) 0,50 mol/L. 18- Quando se adiciona uma solução de cloreto de cálcio a uma solução de carbonato de sódio forma- se uma solução de carbonato de cálcio insolúvel (utilizado como giz), de acordo com a equação: CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3 + 2NaCl Para reagir completamente com 50 mL de solução 0,15 mol/L de Na2CO3, é necessário um volume de solução 0,25 mol/L de CaCl2 igual a: a) 15,0 mL. b) 25,0 mL. c) 30,0 mL. d) 50,0 mL. e) 75,5 mL. 19- A tabela seguinte fornece dados sobre a solubilidade do KCl em diversas temperaturas. Analisando essa tabela pode-se prever que a adição de 60 g de KCl em 200 g de água sob temperatura constante de 50ºC formará uma solução aquosa ............... e ............... corpo de fundo. Resfriando-se o sistema a 10ºC, a solução se apresentará ............... e ............... corpo de fundo. Para completar corretamente o texto, as lacunas devem ser preenchidas, na ordem em que aparecem, por: a) saturada – sem – insaturada – com b) insaturada – sem – saturada – sem c) insaturada – sem – saturada – com d) insaturada – sem – insaturada – sem e) saturada – com – saturada – com 20- O “soro caseiro” consiste em uma solução aquosa de cloreto de sódio 3,5g/L e de sacarose 15 11g/L. A massa de cloreto de sódio e de sacarose necessárias para preparar 500mL de soro caseiro são respectivamente: a) 17,5g e 55g b) 175g e 550g c) 1750mg e 5500mg d) 17,5mg e 55mg e) 175mg e 550mg Gabarito: 1-E 2- E 3. C 4. E 5. A 6. D 7. E 8. B 9. C 10. B 11. E 12. B 13. B 14. B 15. B 16. A 17. B 18. C 19. C 20. C 4 Pintou no ENEM 1- No Japão, um movimento nacional para a promoção da luta contra o aquecimento global leva o slogan: 1 pessoa, 1 dia, 1 kg de CO2 a menos! A ideia é cada pessoa reduzir em 1 kg a quantidade de CO2 emitida todo dia, por meio de pequenos gestos ecológicos, como diminuir a queima de gás de cozinha. Um hamburguer ecológico? É pra já! Disponível em: http://lqes.iqm.unicamp.br. Acesso em: 24 fev. 2012 (adaptado). Considerando um processo de combustão completa de um gás de cozinha composto exclusivamente por butano (C4H10), a mínima quantidade desse gás que um japonês deve deixar de queimar para atender à meta diária, apenas com esse gesto, é de Dados: CO2 (44 g/mol); C4H10 (58 g/mol) A 0,25 kg. B 0,33 kg. C 1,0 kg. D 1,3 kg. E 3,0 kg. 2- Aspartame é um edulcorante artificial (adoçante dietético) que apresenta potencial adoçante 200 vezes maior que o açúcar comum, permitindo seu uso em pequenas quantidades. Muito usado pela indústria alimentícia, principalmente nos refrigerantes diet, tem valor energético que corresponde a 4 calorias/grama. É contraindicado a portadores de fenilcetonúria, uma doença genética rara que provoca o acúmulo da fenilalanina no organismo, causando retardo mental. O IDA (índice diário aceitável) desse adoçante é 40 mg/kg de massa corpórea. Disponível em: http://boaspraticasfarmaceuticas.blogspot.com. Acesso em: 27 fev. 2012. Com base nas informações do texto, a quantidade máxima recomendada de aspartame, em mol, que uma pessoa de 70 kg de massa corporal pode ingerir por dia é mais próxima de Dado: massa molar do aspartame = 294 g/mol A 1,3 × 10 –4 . B 9,5 × 10 –3 . C 4 × 10 –2 . D 2,6. E 823. 3- Certas ligas estanho-chumbo com composição específica formam um eutético simples, o que significa que uma liga com essas características se comporta como uma substância pura, com um ponto de fusão definido, no caso 183ºC. Essa é uma temperatura inferior mesmo ao ponto de fusão dos metais que compõe esta liga (o estanho puro 16 funde a 232ºC e o chumbo puro a 320ºC), o que justifica sua ampla utilização na soldagem de componentes eletrônicos, em que o excesso de aquecimento deve sempre ser evitado. De acordo com as normas internacionais, os valores mínimo e máximo das densidades para essas ligas são de 8,74 g/mL e 8,82 g/mL, respectivamente. As densidades do estanho e do chumbo são 7,3 g/mL e 11,3 g/mL, respectivamente. Um lote contendo 5 amostras de solda estanho- chumbo foi analisado por um técnico, por meio da determinação de sua composição percentual em massa, cujos resultados estão mostrados no quadro a seguir. Amostra Porcentagem de Sn(%) Porcentagem de Pb(%) I 60 40 II 62 38 III 65 35 IV 63 37 V 59 41 Disponível em: www.eletrica.ufpr.br. Com base no texto e na análise realizada pelo técnico, as amostras que atendem às normas internacionais são A) I e II. B) I e III. C) II e IV. D) III e V. E) IV e V. 4- A eutrofização é um processo em que rios, lagos e mares adquirem nível altos de nutrientes, especialmente fosfatos e nitratos, provocando posterior acúmulo de matéria orgânica em decomposição. Os nutrientes são assimilados pelos produtores primários e o crescimento desses é controlado pelo nutriente limítrofe, que é o elemento menos disponível em relação à abundância necessária à sobrevivência dos organismos vivos. O ciclo representado na figura seguinte reflete a dinâmica dos nutrientes em um lago. SPIRO, T.G.; STIGLIANI, W.M. Química Ambiental. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2008 (adaptado). A análise da água de um lago que recebe a descarga de águas residuais provenientes de lavouras adubadas revelou as concentrações dos elementos carbono (21,2 mol/L), nitrogênio (1,2 mol/L) e fósforo (0,2 mol/L). Nessas condições, o nutriente limítrofe é A) C. B)N. C)P. D)CO2. E) PO4 3- 5- O peróxido de hidrogênio é comumente utilizado como antisséptico e alvejante. Também pode ser empregado em trabalhos de restauração de quadros enegrecidos e no clareamento de dentes. Na presença de soluções ácidas de oxidantes, como o permanganato de potássio, este óxido decompõe-se, conforme a equação a seguir: 5 H2O2 (aq) + 2 KMnO4 (aq) + 3 H2SO4 (aq) → 5 O2 (g) +2 MnSO4 (aq) + K2SO4 (aq) + 8 H2O (l) ROCHA-FILHO, R. C. R.; SILVA, R. R. Introdução aos Cálculos da Química. São Paulo: McGraw-Hill, 1992. De acordo com a estequiometria da reação descrita, a quantidade de permanganato de potássio necessária para reagir completamente com 20,0 mL 17 de uma solução 0,1 mol/L de peróxido de hidrogênio é igual a A 2,0×10 0 mol. B 2,0×10 -3 mol. C 8,0×10 -1 mol. D 8,0×10 -4 mol. E 5,0×10 -3 mol.. 6- Todos os organismos necessitam de água e grande parte deles vive em rios, lagos e oceanos. Os processos biológicos, como respiração e fotossíntese, exercem profunda influência na química das águas naturais em todo o planeta. O oxigênio é ator dominante na química e na bioquímica da hidrosfera. Devido a sua baixa solubilidade em água (9,0 mg/L a 20ºC) a disponibilidade de oxigênio nos ecossistemas aquáticos estabelece o limite entre a vida aeróbica e anaeróbica. Nesse contexto, um parâmetro chamado Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) foi definido para medir a quantidade de matéria orgânica presente em um sistema hídrico. A DBO corresponde à massa de O2 em miligramas necessária para realizar a oxidação total do carbono orgânico em um litro de água. BAIRD, C. Química Ambiental. Ed. Bookmam, 2005 (adaptado). Dados: Massas molares em g/mol: C = 12; H = 1; O = 16. Suponha que 10 mg de açúcar (fórmula mínima CH2O e massa molar igual a 30 g/mol) são dissolvidos em um litro de água; em quanto a DBO será aumentada? A) 0,4 mg de O2/litro B) 1,7 mg de O2/litro C) 2,7 mg de O2/litro D) 9,4 mg de O2/litro E) 10,7 mg de O2/litro 7- A composição média de uma bateria automotiva esgotada é de aproximadamente 32% Pb, 3% PbO, 17% PbO2 e 36% PbSO4. A média de massa da pasta residual de uma bateria usada é de 6 kg, onde 19% é PbO2, 60% PbSO4 e 21% Pb. Entre todos os compostos de chumbo presentes na pasta, o que mais preocupa é o sulfato de chumbo (II), pois nos processos pirometalúrgicos, em que os compostos de chumbo (placas das baterias) são fundidos, há a conversão de sulfato em dióxido de enxofre, gás muito poluente. Para reduzir o problema das emissões de SO2(g), a indústria pode utilizar uma planta mista, ou seja, utilizar o processo hidrometalúrgico, para a dessulfuração antes da fusão do composto de chumbo. Nesse caso, a redução de sulfato presente no PbSO4 é feita via lixiviação com solução de carbonato de sódio (Na2CO3) 1M a 45ºC, em que se obtém o carbonato de chumbo (II) com rendimento de 91%. Após esse processo, o material segue para a fundição para obter o chumbo metálico. PbSO4 + Na2CO3 → PbCO3 + Na2SO4 Dados: Massas Molares em g/mol Pb = 207; S = 32; Na = 23; O = 16; C = 12. Segundo as condições do processo apresentado para a obtenção de carbonato de chumbo (II) por meio da lixiviação por carbonato de sódio e considerando uma massa de pasta residual de uma bateria de 6 kg, qual quantidade aproximada, em quilogramas, de PbCO3 é obtida? A) 1,7 kg B) 1,9 kg C) 2,9 kg D) 3,3 kg E) 3,6 kg 8- Ao colocar um pouco de açúcar na 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 18 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 xícara de 50 mL do líquido. Qual é a concentração final, em mol/L, de sacarose nesse cafezinho A 0,02 B 0,2 C 2 D 200 E 2000 9- O álcool hidratado utilizado como combustível veicular é obtido por meio da destilação fracionada de soluções aquosas geradas a partir da fermentação de biomassa. Durante a destilação, o teor de etanol da mistura é aumentado, até o limite de 96% em massa. Considere que, em uma usina de produção de etanol, 800 kg de uma mistura etanol/água com concentração 20% em massa de etanol foram destilados, sendo obtidos 100 kg de álcool hidratado 96% em massa de etanol. A partir desses dados, é correto concluir que a destilação em questão gerou um resíduo com uma concentração de etanol em massa A de 0%. B de 8,0%. C entre 8,4% e 8,6%. D entre 9,0% e 9,2%. E entre 13% e 14% 10-Diesel é uma mistura de hidrocarbonetos que também apresenta enxofre em sua composição. Esse enxofre é um componente indesejável, pois o trióxido de enxofre gerado é um dos grandes causadores da chuva ácida. Nos anos 1980, não havia regulamentação e era utilizado óleo diesel com 13 000 ppm de enxofre. Em 2009, o diesel passou a ter 1 800 ppm de enxofre (S1800) e, em seguida, foi inserido no mercado o diesel S500 (500ppm). Em 2012, foi difundido o diesel S50, com 50 ppm de enxofre em sua composição. Atualmente, é produzido um diesel com teores de enxofre ainda menores. Os impactos da má qualidade do óleo diesel brasileiro. Disponível em www.cnt.org.br Acesso em 20 dez.: 2012 (adaptado). A substituição do diesel usados nos anos 1980 por aquele difundido em 2012 permitiu uma redução percentual de emissão SO3 de a) 86,2% b) 96,2% c) 97,2% d) 99,6% e) 99,9% 12-A utilização de processos de biorremediação de resíduos gerados pela combustão incompleta de compostos orgânicos tem se tornado crescente, visando minimizar a poluição ambiental. Para a ocorrência de resíduos de naftaleno, algumas legislações limitam sua concentração em até 30 mg/kg para solo agrícola e 0,14 mg/L para água subterrânea. A quantificação desse resíduo foi realizada em diferentes ambientes, utilizando- se amostras de 500g de solo e 100 mL de água, conforme apresentado no quadro. a) Solo I b) Solo II c) Solo III 19 d) Água II e) Agua III Gabarito: 1. B 2. B 3. D 4. C 5. B 6. D 7. E 8. C 9. B 10.D 11.D 12-B 5 Exercício Comentado (UFPI) A nova legislação de trânsito prevê um limite máximo de 6 decigramas de álcool –C2H5OH –por litro de sangue do motorista (0,6 g/L). Considerando que a porcentagem média de álcool ingerida que fica no sangue é de 15% em massa, indique, para um adulto com peso médio de 70 kg cujo volume de sangue é de 5 litros, o número máximo de latas de cerveja (volume = 350 mL) ingeridas sem que o limite estabelecido seja ultrapassado. Dados complementares: a cerveja tem 5% de álcool em volume, e a densidade do álcool é de 0,8 g/mL. RESOLUÇÃO: Concentração máxima de etanol no sangue: 0,6 g/L. Volume de sangue: 5 L. Massa de etanol máxima no sangue: C = m/v 0,6=m/5 m=3,0 g de álcool. Nem todo etanol ingerido é absorvido chega a corrente sanguínea. Do total ingerido, apenas 15% vai para a corrente sanguínea. Assim, a massa de álcool ingerida é: 3,0 g álcool ----- 15% (absorvido) x ----- 100% (ingerido) x = 20 g de álcool ingerido. O álcool ingerido vem da cerveja, onde esse corresponde a 5% do volume total. Volume de álcool: dálc= málc/válc 0,8= 20/válc válc= 25 mL Volume de cerveja: 25 mL ----- 5% (Válc) y ----- 100% (Vcerveja) y = 500 mL de cerveja. Cada lata de cerveja tem um volume de 350 mL. Se um indivíduo ingerisse duas latas de cerveja, o volumeseria de 700 mL de cerveja e a concentração de álcool na corrente sanguínea seria maior do que 0,6 g/L. Dessa forma, a quantidade máxima de latas que pode ser ingerida é uma lata. OBS: tente calcular a concentração de álcool no sangue se fossem ingeridas duas latas de cerveja. Capítulo 2- Propriedades Coligativas Propriedades coligativas são propriedades que dependem apenas do número de partículas dispersas na solução, independente da natureza delas. Existem quatro propriedades coligativas, são elas tonometria, ebuliometria, criometria e osmometria. Antes de entrar em cada propriedade coligativa, vamos discutir alguns pontos importantes das mudanças de estado físico. 2.1 Relação das mudanças de estado físico 2.1.1 Evaporação dos líquidos puros Todos já vimos uma poça de água secar (evaporar), assim como também sabemos que o ponto de ebulição da água é 100°C. Logicamente, não temos a temperatura do ambiente tão elevada. Como essa poça evapora? 20 A evaporação ocorre em qualquer temperatura, pois as moléculas não ficam paradas, estão sempre em movimento. Nem todas as moléculas têm a mesma velocidade, e algumas, então, conseguem “escapar” do líquido e irem para a atmosfera. A esse fenômeno damos o nome de evaporação. Ao imaginarmos um recipiente fechado com o líquido colocado, e que anteriormente havia apenas vácuo. No início, a evaporação é rápida, depois mais lenta, até que parece cessar. Acontece que como o recipiente é fechado, as moléculas na têm para onde ir, e como as moléculas gasosas têm maior velocidade, elas começam a se chocar e voltam para a fase líquida. Assim, parece que a evaporação cessou, mas o que ocorreu foi um equilíbrio dinâmico entre as fases, ou seja, a velocidade de evaporação do líquido tornou-se igual à velocidade de condensação de seus vapores. Quando isso acontece, dizemos que os vapores do líquido alcançaram o estado dos vapores saturados e a pressão máxima de vapor do líquido foi alcançada, na temperatura em que a experiência foi realizada. Pressão máxima de vapor de um líquido é a pressão exercida pelos vapores saturados quando estão em equilíbrio dinâmico com o líquido. A pressão máxima de vapor depende do líquido e da temperatura em que a experiência é feita. Figura 1: Gráfico pressão de vapor da água x temperatura Disponível em: http://www.mundoeducacao.com/quimica/fatores-que- alteram-pressao-vapor-um-liquido.htm (adaptado). Acesso em: 23 mai. 2014. 2.1.2 Ebulição dos líquidos puros Existem duas formas para uma substância passar do estado líquido para o gasoso. Evaporação: Ocorre lentamente e apenas na superfície do líquido; Ebulição: Ocorre de forma turbulenta, com formação de bolhas de vapor que se formam no líquido, se expandem, vão até a superfície do líquido e “explodem”. Para isso acontecer, a pressão de vapor no interior de cada bolha tem que ser igual ou um pouco superior que a pressão externa, que no caso de um recipiente aberto, é a pressão atmosférica. 2.1.3 Congelamento de líquidos puros A temperatura de solidificação varia muito pouco com a variação da pressão externa, ao contrário da temperatura de ebulição. 21 Figura 2: Gráfico de solidificação da água Disponível em: http://hifisicoquimica.wordpress.com/category/tema-2- pressao-de-vapor/ (adaptada). Acesso em: 23 mai. 2014. 2.1.4 Diagrama de fases Todas as substâncias apresentam um diagrama de fases, mas o da água é o mais conhecido, por isso, vamos colocá-lo como ilustração. http://entendame.wordpress.com/2013/01/30/evapo racao/ Esse diagrama nos mostra as regiões dos três estados físicos da água e as linhas de fronteira, onde 1T marca a passagem do gelo para água líquida e vice-versa; 2T marca a passagem da água líquida para a forma de vapor e vice-versa; e 3T marca a passagem do gelo para a forma de vapor e vice-versa. O ponto T é a temperatura e pressão onde os três estados físicos coexistem e é chamado de ponto triplo. Conhecidas as relações de mudanças de estado físico, vamos estudar as propriedades coligativas propriamente ditas. 2.2 Os efeitos coligativos 2.2.1 Efeito tonométrico Tonometria é a diminuição ou abaixamento da pressão máxima de vapor do solvente pela dissolução de um soluto não-volátil. 𝑝0 − 𝑝 𝑝0 = ∆𝑝 𝑝0 onde p0 é a pressão máxima de vapor do líquido puro, à uma temperatura t; p é a pressão máxima de vapor da solução, na mesma temperatura t; p é o abaixamento absoluto da pressão máxima de vapor da solução. O abaixamento da pressão máxima de vapor de uma solução é, normalmente, calculado pela Lei de Raoult, que diz que a pressão de vapor do solvente em uma solução de soluto não-eletrólito e não-volátil, é igual ao produto da fração em quantidade de matéria do solvente pela pressão de vapor do solvente puro, numa dada temperatura. 𝑃𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 = 𝑋𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒𝑃𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑝𝑢𝑟𝑜 Exemplo: A pressão de vapor da água pura, a 25°C, é 3,2 kPa. Utilize a Lei de Raoult para prever a pressão de vapor, a 25°C, de uma solução de 0,10 mol de glicose em 0,90 mol de água. 2.2.2 Efeito ebuliométrico Ebuliometria é o aumento ou elevação da temperatura de ebulição do solvente pela dissolução de um soluto não-volátil. ∆𝑡𝑒 = 𝑡𝑒 − 𝑡0 onde te é a temperatura inicial de ebulição da solução e t0 é a temperatura de ebulição do líquido puro. 22 Exemplo:Considere três soluções aquosas obtidas dissolvendo em 100 g de água: I- 18,0 g de glicose (C6H12O6) II- 17,1 g de sacarose (C12H22O11) III- 13,5 g de frutose (C6H12O6) Dentre essas soluções, sob mesma pressão, a de maior e a de menor temperatura de ebulição são, respectivamente Dados: Massas molares: Glicose = 180 g/mol Sacarose = 342 g/mol Frutose 180 g/mol 2.2.3 Efeito criométrico Criometria é a diminuição ou abaixamento da temperatura de solidificação pela dissolução de um soluto não-volátil. ∆𝑡𝑐 = 𝑡0 − 𝑡𝑐 onde t0 é a temperatura de solidificação do solvente puro e tc é a temperatura de de início da solidificação do solvente na solução. Exemplo: Qual é a temperatura de solidificação de uma solução contendo 8,9 g de antraceno (C14H10) em 256 g de benzeno? (Temperatura de solidificação do benzeno puro = 5,42°C; constante criométrica do benzeno = 5,12°C; massas atômicas: H=1; C=12.) 2.3 Osmometria 2.3.1 Conceitos gerais Quando adicionamos açúcar a um copo com água e não agitamos, inicialmente o açúcar vai para o fundo, mas com o passar do tempo, ele se dissolve e se distribui uniformemente pela solução. Chamamos esse fenômeno de difusão. Logo, a difusão se caracteriza pelo movimento espontâneo entre partículas de naturezas diferentes que se misturam e dão origem a uma solução. Podemos imaginar um obstáculo que impeça a passagem do açúcar, mas não da água. A esse obstáculo podemos dar o nome de membrana semipermeável, que permite a passagem do solvente, mas não do soluto. Se temos um recipiente dividido por uma membrana semipermeável, podemos colocar de um lado água pura e do uma solução saturada de açúcar até igualar os níveis. Após um tempo, vamos perceber que a parte com água pura diminuiu o volume, enquanto que parte da solução saturada de açúcar aumentou o volume. Como dito, a membrana impede a passagem do soluto, e, portanto o açúcar não pôdese difundir por todo o recipiente. Então, a água atravessou a membrana “à procura” do açúcar. O movimento que a água fez de atravessar a membrana semipermeável, é chamado de osmose e a pressão que impulsiona a água, chama-se pressão osmótica. Pressão osmótica é então definida como a pressão exercida sobre a solução saturada para impedir sua diluição pela passagem do solvente através da membrana semipermeável. Com o tempo de ocorrência da osmose, o volume da solução mais concentrada aumenta e exerce sobre a membrana semipermeável uma pressão, impedindo a continuação da passagem do solvente. Por isso, aplica-se a pressão osmótica, para que a osmose sequer comece. 2.3.2 Leis da osmometria Existem duas leis que regem a osmometria. 1 a lei: A pressão osmótica é diretamente proporcional à molaridade da solução, quando em temperatura constante. 2 a lei: A pressão osmótica é diretamente proporcional à temperatura absoluta da solução, em molaridade constante. Como essas leis se assemelham muito às leis dos gases ideais, a equação fundamental da 23 osmometria, para soluções moleculares e diluídas, é idêntica à equação dos gases ideais. 𝜋𝑉 = 𝑛𝑅𝑇 onde é a pressão osmótica da solução, V é o volume da solução, T a temperatura absoluta da solução, n quantidade de mols do soluto e R a constante universal dos gases ideais. Exemplo: Calcule a pressão osmótica, a 27°C, de uma solução aquosa que contém 6 g de glicose (MM = 180 g/mol) em 820 mL de solução. 2.3.3 Classificação das soluções Sejam duas soluções, A e B, à mesma temperatura, compressões osmóticas A e B: Hipertônica: A solução A é hipertônica em relação à solução B se A>B; Isotônica: As soluções A e B são isotônicas entre si, se A=B; Hipotônica: A solução A é hipotônica em relação à solução B se, A<B. 2.4 Propriedades coligativas nas soluções iônicas Os efeitos coligativos são maiores nas soluções iônicas do que nas soluções moleculares nas mesmas condições. Isso ocorre porque as propriedades coligativas dependem do número de partículas do soluto dispersas na solução. Como solutos iônicos sofrem ionização e dissociação, o número de partículas é maior nesses casos, aumentando os efeitos coligativos. O fator de aumento dos efeitos coligativos nas soluções iônicas é chamado de fator de Van’t Hoff e é representado pela letra i. 𝑖 = 1 + 𝛼(𝑞 − 1) onde α é o grau de dissociação do eletrólito e q é o número de partículas formadas pela ionização de cada moléculas. Basta, então, aplicar i às fórmulas anteriores para que elas possam ser usadas nas soluções iônicas. Exemplo: Em uma solução aquosa, o grau de dissociação do ácido sulfúrico é 85%. Calcule o fator de Van’t Hoff. 2 Sessão leitura O cloreto de sódio e a osmose “Qual deve ser a concentração adequada de soluto no soro que é administrado em pacientes? Por que o sal ajuda a conservar a carne- seca? As respostas a essas perguntas relacionam-se ao conceito de osmose. O sangue é formado por elementos celulares (glóbulos brancos, glóbulos vermelhos e plaquetas) e por uma solução aquosa de vários componentes, que é o soro sanguíneo. O soro sanguíneo apresenta uma pressão osmótica bem definida, que é a mesma pressão osmótica do líquido presente no interior das células sanguíneas. Um glóbulo vermelho, por exemplo, se for colocado em uma solução de pressão osmótica maior que ele, denominado meio hipertônico, perderá água por osmose e murchará. Se for colocado em um meio com pressão osmótica menor, um meio hipotônico, ganhará água por osmose e inchará até estourar. Só em um meio com a pressão osmótica igual àquela de seu interior, um meio isotônico, um glóbulo vermelho não corre o risco de murchar ou estourar. Assim, ao administrar na circulação de um paciente grandes volumes de líquido, é necessário 24 que esse líquido apresente a mesma pressão osmótica do plasma sanguíneo. O soro glicosado é uma solução aquosa 5% em massa de glicose, que é uma solução isotônica ao sangue. Não oferece, portanto, risco às células sanguíneas. O soro fisiológico é uma solução aquosa de NaCl a 0,9% e também apresenta a mesma pressão osmótica do sangue. Seu uso consiste numa maneira de hidratar o paciente (repor água que foi perdida), sem risco de afetar as células sanguíneas. Na conservação da carne pela salga, produzindo a carne-seca (jabá, charque, carne-se- sol), o cloreto de sódio retira a água da carne, por osmose. Também retira água de microrganismos eventualmente presentes, impedindo seu crescimento e sua atividade. Assim, a carne é preservada por mais tempo. A salga do pescado (por exemplo, bacalhau seco) baseia-se no mesmo princípio”. PERUZZO, F.M.; CANTO, E.L: Química na abordagem do cotidiano. 4 a edição. São Paulo: Moderna, 2006. Volume 2. 3 Exercícios de fixação 1- (PUC) Qual das soluções abaixo apresenta maior grau de dissociação iônica? a) CaCl2 com fator Vant’Hoff igual a 2,5 b) FeCl3 com fator Vant’Hoff igual a 3 c) NaCl com fator Vant’Hoff igual a 1,9 d) Na2CO3 com fator Vant’Hoff igual a 2,6 e) N. D. A. 2- (UEL) O ponto de ebulição determinado experimentalmente numa amostra de certa substancia mostrou-se maior do que o valor encontrado em tabelas. Esta diferença pode ser atribuída ao fato de que, no experimento, usou-se: a) Um combustível de alto poder calorifico b) Uma quantidade de substancia muito grande. c) Uma quantidade de substância muito pequena. d) Uma substância composta. e) Uma substância contendo impurezas. 3- (OSEC) A pressão do vapor de um líquido puro molecular depende: a) Apenas da estrutura de suas moléculas. b) Apenas da massa específica do líquido. c) Apenas da temperatura do líquido. d) Da estrutura de suas moléculas e da temperatura do líquido. e) Da estrutura de suas moléculas e do volume do vapor. 4-(UFG-2007) Ao preparar uma sopa, um cozinheiro colocou mais sal do que o necessário. Para reduzir a quantidade de sal no caldo, ele acrescentou batatas descascadas. Após algum tempo, as batatas foram removidas e a sopa voltou a ter um gosto agradável. O fenômeno, que levou à redução da quantidade de sal no caldo, foi: a) a osmose. b) a difusão. c) a variação de pH. d) o aumento da pressão de vapor. e) a adsorção. 5- (ITA) A dissolução de um solido iônico em certa quantidade de água com que, em relação a água pura e nas mesmas condições de temperatura e pressão, a solução apresente: I. Pressão osmótica menor. II. Pressão de vapor menor. III.Temperatura de fusão menor. IV.Temperatura de inicio de ebulição menor. V.Densidade maior. Das afirmações acima, estão corretas: a) Apenas I, II e V. b) Apenas II,III e IV. c) Apenas II, III e V. d) Apenas I, II, III e V. e) Apenas I, II, IV e V. 6- Em países onde os invernos são rigorosos, coloca-se sobre o leito de ruas consideradas prioritárias ao trânsito, uma mistura de sal (NaCl), cloreto de cálcio (CaCl2) e areia, para diminuir os riscos de derrapagens dos veículos, durante os períodos de nevadas. Cada um desses produtos tem uma função definida, que associadas são 25 muito eficientes. Indique a afirmação correta. a) O sal abaixa o ponto de congelamento da água, o cloreto de cálcio quando se dissolve, absorve calor, e a areia aumenta a aderência dos pneus ao solo. b) O sal elevao ponto de congelamento da água, o cloreto de cálcio quando se dissolve, absorve calor, e a areia aumenta a aderência dos pneus ao solo. c) O sal abaixa o ponto de congelamento da água, o cloreto de cálcio quando se dissolve, libera calor, e a areia aumenta a aderência dos pneus ao solo. d) O sal abaixa o ponto de congelamento da água, o cloreto de cálcio dissolve-se através de uma reação endotérmica, e a areia aumenta a aderência dos pneus ao solo. e) O sal eleva o ponto de congelamento da água, o cloreto de cálcio dissolve-se através de uma reação endotérmica, e a areia aumenta a aderência dos pneus ao solo. 7- (UCDB-MT) As propriedades coligativas das soluções dependem: a) Da pressão máxima de vapor do líquido. b) Da natureza das partículas dispersas na solução. c) Da natureza do solvente, somente. d) Do número de partículas dispersas na solução. e) Da temperatura de ebulição do líquido. 8- (VUNESP/96 – Conhec. Gerais) Comparando-se os pontos de congelação de três soluções aquosas diluídas de KNO3, MgSO4 e Cr(NO3)3, de mesma concentração em mol/L, verifica-se que: a) as três soluções têm o mesmo ponto de congelação. b) os pontos de congelação decrescem na seguinte ordem: KNO3 < MgSO4 < Cr(NO3)3. c) a solução de Cr(NO3)3 tem ponto de congelação mais baixo que as soluções dos outros dois sais. d) o ponto de congelação de cada solução depende de seu volume. e) as três soluções têm pontos de congelação maiores que o da água. (Quanto maior a concentração de partículas, menor o ponto de congelação ou solidificação. Considerando α = 100% para todos os casos) 9- (Vunesp-2003) Uma das formas de se conseguir cicatrizar feridas, segundo a crença popular, é a colocação de açúcar ou pó de café sobre elas. A propriedade coligativa que melhor explica a retirada de líquido, pelo procedimento descrito, favorecendo a cicatrização, é: estudada pela a) osmometria. b) crioscopia. c) endoscopia. d) tonoscopia. e) ebuliometria 10-(Mack) A pressão osmótica do soro fisiológico que é injetado num paciente deve ser: a) igual à pressão atmosférica. b) igual à pressão osmótica do sangue. c) menor que a pressão osmótica do sangue. d) menor que a pressão atmosférica. e) maior que a pressão osmótica do sangue. 11- Adicionando-se agua em células animais, como os glóbulos vermelhos, observa-se que incham até arrebentarem. Esse fenômeno pode ser explicado pela: a) Migração de ions de dentro da célula para a água pura a fim de igualar as temperaturas de ebulição da solução celular. b) Passagem de moléculas de água para dentro da célula a fim de aumentar a pressão da solução celular. c) Diminuição da temperatura de congelamento da água pura devido a adição de um soluto volátil. d) Migração de ions da solução celular para água pura, pois a temperatura de ebulição da solução é menor do que a da agua pura. e) Passagem de moléculas de água para dentro da célula devido à diferença de pressão osmótica no 26 interior e exterior da membrana celular. 12- A adição de 150g de sacarose na água pura: a) Causará diminuição da pressão de vapor. b) Passará a conduzir corrente elétrica. c) Aumentará a pressão de vapor. d) Diminuirá o ponto de ebulição. e) Aumentará o ponto de congelamento. 13- (FEI-SP) A temperatura de solidificação de uma solução que contém dissolvido 0,5 mol de um composto molecular em 1500 g de benzeno é: a) 0°C b) 1,7°C c) -1,7°C d) 3,8°C e) 7,2°C Dados: temperatura de solidificação do benzeno = 5,5°C. Constante crioscópica do benzeno = 5,1°C/mol. Gabarito: 1. C 2. E 3. D 4. A 5. C 6. C 7. D 8. C 9. A 10. B 11. E 12. C 13. D 4 Pintou no ENEM 1- A cal (oxido de calcio, CaO), cuja suspensão em água e muito usada como uma tinta de baixo custo, da uma tonalidade branca aos troncos de árvores. Essa é uma prática muito comum em praças públicas e locais privados, geralmente usada para combater a proliferação de parasitas. Essa aplicação, também chamada de caiação, gera um problema: elimina microrganismos benéficos para a árvore. Disponivel em: http://super.abril.com.br. Acesso em: 1 abr. 2010 (adaptado). A destruição do microambiente, no tronco de arvores pintadas com cal, e devida ao processo de: A difusão, pois a cal se difunde nos corpos dos seres do microambiente e os intoxica. B osmose, pois a cal retira água do microambiente, tornando-o inviável ao desenvolvimento de microrganismos. C oxidação, pois a luz solar que incide sobre o tronco ativa fotoquimicamente a cal, que elimina os seres vivos do microambiente. D aquecimento, pois a luz do Sol incide sobre o tronco e aquece a cal, que mata os seres vivos do microambiente. E vaporização, pois a cal facilita a volatilização da água para a atmosfera, eliminando os seres vivosdo microambiente. 2- Sob pressão normal (ao nível do mar), a água entra em ebulição à temperatura de 100°C. Tendo por base essa informação, um garoto residente em uma cidade litorânea fez a seguinte experiência: • Colocou uma caneca metálica contendo água no fogareiro do fogão de sua casa. • Quando a água começou a ferver, encostou cuidadosamente a extremidade mais estreita de uma seringa de injeção, desprovida de agulha, na superfície do líquido e, erguendo o êmbolo da seringa, aspirou certa quantidade de água para seu interior, tapando-a em seguida. • Verificando após alguns instantes que a água da seringa havia 27 parado de ferver, ele ergueu o êmbolo da seringa, constatando, intrigado, que a água voltou a ferver após um pequeno deslocamento do êmbolo. Considerando o procedimento anterior, a água volta a ferver porque esse deslocamento A) permite a entrada de calor do ambiente externo para o interior da seringa. B) provoca, por atrito, um aquecimento da água contida na seringa. C) produz um aumento de volume que aumenta o ponto de ebulição da água. D) proporciona uma queda de pressão no interior da seringa que diminui o ponto de ebulição da água. E) possibilita uma diminuição da densidade da água que facilita sua ebulição. 3- É muito comum o uso de aditivos químicos para a preservação e conservação de produtos alimentícios por um tempo maior e, também, para melhorar o aspecto visual, o odor e o sabor de alimentos. Dois bons exemplos são o processo de salgamento da carne e a utilização de fermentos químicos e biológicos nas massas para bolos. Os microorganismos presentes na carne são a causa da decomposição natural. Com o processo de salgamento, o meio se torna hipertônico e, por isso, ela se conserva por um tempo maior. Já a utilização de fermentos químicos à base de bicarbonato de sódio (hidrogeno carbonato de sódio) faz com que a massa cresça em virtude do gás carbônico oriundo do fermento, o que torna o bolo mais saboroso e atraente. A conservação da carne pelo processo citado impede o desenvolvimento de agentes decompositores que morrem em decorrência da(o): a) osmose, pois as suas células desidratam. b) osmose, pois as suas células ganham água provocando o rompimento da membrana plasmática. c) difusão, pois a perda de sais de suas células torna o meio intracelular mais hipotônico. d) difusão facilitada, pois a perda de sais de suas células torna o meio mais hipotônico. e) transporte ativo, pois
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