Exercícios Líquidos e sólidos

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EXERCÍCIOS.
A pressão e a temperatura do dióxido de carbono no ponto triplo são respectivamente 5,1 atm. e –56,6°C. Diga que mudanças de fase ocorrem quando o CO2 é aquecido de –100°C a –50°C na pressão ambiente.
R:	O CO2 é sólido a pressão ambiente e temperatura de –100° C. Sendo aquecido nessa pressão a uma temperatura acima do ponto triplo sólido sublima, passando diretamente para o estado gasoso.
Diga justificando, que substância de apresentar ponto de ebulição mais elevado CCl4 ou CH4?
R:	CCl4
Peso molecular: CH4 = 16g/mol	CCl4 = 154g/mol. Como a geometria de ambos é um tetraedro regular, estas são apolares. Portanto, o peso molecular é determinante no ponto de fusão, Quanto mais pesada for, maior a energia consumida no trabalho de expansão na passagem de líquido para gás.
Sabendo-se que o calor molar de vaporização da água é 40,7 KJ/mol. Determine a temperatura de ebulição da água sob pressão de 380 mmHg.
R:	
P1 = 760mmHg; T1 = 373K;		R = 8,315J;K.mol	∆Hv = 40,5KJ/mol
	P2 = 380mmHg;
LnP2/P1 = ∆Hv/R(1/T1 – 1/T2);	Ln(380/760) = 40500/8,315(1/373 – 1/T2)
 	–Ln 2 = 4871(0,00269 – 1/T2);	(Ln 2)/4871 + 0,00269 = 1/T2;	
Que substância deve apresentar ponto de ebulição mais elevado NH3 ou CH4? Justifique.
R: NH3
Peso molecular: CH4 = 16g/mol	NH3 = 17g/mol. A geometria do CH4 é um tetraedro regular, sendo portanto apolar. A do NH3 é piramidal, com um par de elétrons isolados, sendo portanto polar. Como os pesos moleculares são próximos e o NH3 é polar, as interações intermoleculares mais fortes fazem com que este apresente ponto de ebulição mais elevado.
	
5.	Um frasco contém um mol de glicose (C6H12O6) dissolvido em 1 litro de água; outro contém um mol de cloreto de estanho (SnCl4) dissolvido também em 1 litro de água. Explique e compare os efeitos provocados no ponto de fusão e de ebulição da solução nos dois casos.
 R:	Glicose: q = 1;	 		1 mol ( 1 mol de partículas
	SnCl4:	q = 4Cl– + 1Sn4+ = 5		1 mol ( 5 mols de partículas
	∆T = RTe2Ml.i/∆Hv; 		i = (q – 1) +1
Como o número de partículas dissolvidas no SnCl4 é maior, esta solução apresenta ponto de fusão mais elevado que a solução de glicose.
Determine a concentração em mols por litro de uma solução a 2%(p/v) de hidróxido de sódio (NaOH).
R:	0,5mols/L
M = n/VL; n = m/PM; PMNaOH = 40g/mol;	%.10 = g/L;	5.10/PM = M = mols /L
2% (p/v) = 2g/100mL;	2% . 10 = 20g/L;	2 . 10/40 = 0,5mols/L
A temperatura de 20°C a pressão de vapor da água é 18 mmHg e a do etanol nessa mesma temperatura é 44 mmHg. Determine a pressão de vapor de uma solução contendo um mol de etanol e um mol de água admitindo comportamento ideal.
R:	Pela Lei de Raoult ; Pv(solução) = PvH2O. fH2O + Pvetanol. fetanol
	fH2O = 1/(1 + 1) = 0,5;		fetanol = 1/(1 + 1) = 0,5;	
	Pv(solução) = 18 . 0,5 + 44 + 0,5 = 31mmHg
Doze gramas de hidróxido de sódio são adicionados a 500 mL de água destilada. Qual a concentração da solução resultante em mols por litro?
R: 0,6mols/L
n = m/PM;	PMNaOH = 40 g/mol;	n = 12/40
M = 12/(40 . 0,5) = 0,6mols/L
A pressão e a temperatura do dióxido de carbono no ponto triplo são respectivamente 5,1 atm e –56,6°C. Diga explicando claramente, que mudanças de fase ocorrem: 								 a) quando a temperatura do CO2 passa de –57°C para –56°C sob pressão de 5,2 atm. b) quando a temperatura do CO2 passa de –57°C para –56°C sob pressão de 5,0 atm. R: a) O CO2 está sendo aquecido a uma pressão acima do ponto triplo, ultrapassando a temperatura do ponto triplo. Assim, o sólido sofre fusão. R: b) O CO2 está sendo aquecido a uma pressão abaixo do ponto triplo, ultrapassando a temperatura do ponto triplo. Assim, o sólido sofre sublimação, passando diretamente para gás. 
Que substância deve apresentar ponto de ebulição mais elevado SiH4 ou PH3? Justifique sua resposta.								 R: PH3									 Peso molecular: SiH4 ≈ 34g/mol;	PH3 ≈ 34g/mol. A geometria do SiH4 é um tetraedro regular, sendo este portanto apolar; a do PH3 é piramidal, com um par de elétrons isolados, sendo este portanto polar. Como os pesos moleculares são próximos e o PH3 é polar, as interações intermoleculares mais fortes fazem com que este apresente ponto de ebulição mais elevado.
Duzentos mililitros de solução a 12%(m/V) de hidróxido de sódio são adicionados a 400 mL de água destilada. Qual a concentração da solução resultante em mols/L?
R:	1mol/L 
12% (m/v) = 12g/100mL = 24g/200mL;		PMNaOH = 40g/mol; 
n = m/PM = 24/40 = 0,6mols;	V = 200 + 400 = 600mL;	 M = 0,6/0,6 = 1mol/L	 
Explique o que ocorre com os pontos de ebulição e congelamento da água, quando se adiciona a mesma, separadamente, uma mesma quantidade em mols de glicose e de cloreto de sódio.
R:	Glicose: q = 1;	 		1 mol ( 1 mol de partículas
	NaCl:	 q = 1Cl– + 1Na+ = 1		1 mol ( 2 mols de partículas
	∆T = RTe2Ml.i/∆Hv; 		i = (q – 1) +1
Como o número de partículas dissolvidas no caso do NaCl é maior, esta solução apresenta ponto de ebulição mais elevado que a solução de glicose.
EXERCÍCIOS.
Classifique como P ou N o semicondutor formado por silício dopado com boro, justificando sua resposta. Explique de modo claro, as características elétricas desse tipo de semicondutor.
R:		B: 2s2; 2p1			Si: 2s2;2p2; 
O silício possui 4 elétrons de valência, enquanto o boro apenas 3. Assim, o boro contaminando um cristal de silício não consegue efetuar as quatro ligações existentes na rede e desse modo o cristal elétron deficiente se comporta como um condutor positivo P. Com a aplicação de um potencial elétrico sobre o mesmo, as “lacunas” de elétron de movem na direção do polo negativo.
Determine o eixo de maior multiplicidade (eixo principal) de um retículo hexagonal compacto.
R: C6 	O eixo de maior multiplicidade passa perpendicularmente pelo centro das faces hexagonais da célula unitária.
O cloreto de sódio cristaliza com estrutura cúbica de face centrada, com íons sódio ocupando cavidades octaédricas. Determine, justificando sua resposta, o índice de ocupação dessas cavidades no retículo.				R: 100%
Número de Cl– formando á célula unitária: 1/8 em cada vértice mais ½ em cada face; total= 1/8.8 + ½.6 = 4 partículas Cl–.						Número de Na+ ocupando cavidades octaédricas na célula: NaCl = 1---1; 4Cl– ( 4Na+			
Número de cavidades octaédricas: um no centro da célula mais ½ em cada aresta; total= 1 + ½.12 = 4.	 A ocupação é portanto 100%.
A prata cristaliza com arranjo cúbico de face centrada. Se o raio metálico da prata é 0,144 nm. qual o comprimento da aresta da célula cúbica?		 R:	 0,102nm
	 Diagonal da face = 4r = aresta√2;	aresta = 4r/√2 = 0,144/1,4142 = 0,102nm		
O cobre apresenta célula cúbica, com aresta medindo 0,362 nm. Se a densidade do cobre é 8,92 g/cm3 determine se a célula cúbica é simples, de corpo centrado ou de face centrada.									R: número de partículas n: célula cúbica simples: 1/8 . 8 vértices = 1 cúbica de corpo centrado: 1/8 . 8 vértices + uma central = 2
cúbica de face centrada: 1/8 . 8 vértices + ½ em cada uma das 6 faces = 4
d = m/V; V = a3; m = n . PA/N°; PA = 63,5g/mol; V = (0,362x10–7)3cm3; m = n . 63,5/6,023x1023; 		n = d . a3 . N°/PA; 
n = 8,92 . (0,362x10–7)3 . 6,023x1023/63,5 = 4 A célula que possui 4 partículas é a cúbica de face centrada
Sabendo-se que o raio do íon brometo mede 0,182 nm. qual o tamanho ideal de um cátion para se alojar perfeitamente nas cavidades octaédricas de uma célula cúbica compacta formada por íons brometo?
R: 0,0753nm
A cavidade octaédrica é formada pelos brometos do centro de cada uma das faces de célula CFC. Desse modo, os brometos no centro das quatro faces verticais formam entre si um quadrado perfeito cuja diagonal é igual a (2rBr + 2rcátion)
O lado do quadrado é igual a 2rBr. d = a√2; 2rBr + 2rcátion = 2rI √2; 	 rcátion/rBr = √2 – 1; 		rcátion = 0,414 . 0,182 = 0,0753nm
Num arranjo deempacotamento denso de íons iodeto, cujo raio mede 0,206 nm. qual o tamanho ideal de um cátion para se alojar perfeitamente nas cavidades tetraédricas desse retículo? 
R: 
A cavidade tetraédrica é formada pelos iodetos do centro de cada uma das 3 faces que formam um vértice da célula CFC mais o iodeto desse vértice. A medida do lado desse tetraedro é portanto igual ao raio do iodeto do vértice mais o raio do iodeto no centro da face = 2 rI. Como o tetraedro é regular, o cátion central forma com dois iodeto adjacentes a ele um triângulo cujo lado mede rI + rcátion e o ângulo é igual a 109,5°; a = 2 rI;	b = c = rI + rcátion; θ = 109,5
a2 = b2 + c2 – 2bc . cos θ;		a2 = 2b2(1 – cos θ);	b = a/√[2(1 – cos θ)]	
rI + rcátion = 2 rI/√[2(1 – cos θ)]; rcátion /rI = [√2/√(1 – cos 109,5)] – 1; 
rcátion = {[√2/√(1 – cos 109,5)] – 1}0,206; 
A prata cristaliza com estrutura CFC. Se o raio metálico da prata mede 0,144 nm. determine o volume da célula unitária.
R: 0,0675nm3
Cada face da célula CFC é um quadrado perfeito, com uma prata no centro da mesma.
V = a3;		a = d/√2;	d = 4rAg;	V = (4rAg/√2)3
	 V = (4 . 0,144/√2)3;	V = 0,0675nm3
O ferro cristaliza com estrutura CCC. Se o raio do metal é 0,124 nm e um mol de ferro pesa 56 g, determine a densidade do metal.
R: 7,91g/cm3
Número de partículas na célula CCC: uma central mais 1/8 em cada vértice n = 1+ 1/8 . 8 = 2; 	PA = 56;				d = m/V
V = a3; a = diagonal do cubo /√3 = 4rCu/√3; V = (4rCu/√3)3
m = 2 . 56/6,023x1023
	 d = m/V;	d = (2 . 56/6,023x1023)/(4rCu/√3)3; 						 d = 2 . 56 . 3√3/ 64 . 0,1243 . 6,023x1023;		d = 7,91g/cm3
Determine o tamanho relativo ideal de uma partícula para se alojar perfeitamente na cavidade central de um retículo cúbico simples.
R: rp/rc = 0,732
rp = partícula na cavidade;		rc = partícula da célula
aresta do cubo a = 2 rc;		diagonal do cubo d = 2 rc + 2 rp
 a = d/√3;		2 rc = 2 rc + 2 rp/√3;		rp/rc = √3 – 1 = 0,732
	 
Determine o tamanho relativo ideal de uma partícula para se alojar perfeitamente numa cavidade octaédrica de um retículo CFC.
R: 0,414
rp = partícula na cavidade;		rc = partícula da célula
A cavidade octaédrica é formada pelas partículas do centro de cada uma das faces de célula CFC. Desse modo, as partículas no centro das quatro faces verticais formam entre si um quadrado perfeito cuja diagonal é igual a (2rp + 2rc) 
O lado do quadrado é igual a 2rc. 						 d = a√2; 2rc + 2rp = 2rc √2; 	 rp/rc = √2 – 1; 	rp/rc = 0,414 
Quais as principais características que distinguem os sólidos iônicos dos sólidos metálicos?
Os sólidos iônicos são maus condutores de calor e eletricidade, apresentam elevados ponto de fusão e são quebradiços.
Os sólidos metálicos são bons condutores de calor e eletricidade, são maleáveis e os pontos de fusão podem ser muito altos ou muito baixos, dependendo dos elétrons de valência do metal.
Classifique cada um dos sólidos seguintes como moleculares covalentes, metálicos ou iônicos: Pd; Si; CCl4; KBr 
 Pd; 	metálico
 Si; 	covalente
 CCl4; 	molecular
 KBr;	iônico
Um sal de fórmula MX cristaliza com estrutura cúbica de face centrada. Se os íons X– formam a estrutura do retículo e os íons M+ ocupam cavidades octaédricas determine, justificando, o índice de ocupação dessas cavidades.
R: 100%
Número de partículas que formam a célula: 1/8em cada vértice mais ½ no centro de cada face; 1/8X– . 8 + ½ X– . 6 = 4 X– 
MX = 1===1;	4 X– ( 4 M+
	 Cavidades octaédricas: uma central mais ¼ em cada aresta: 1 + ¼ 12 = 4
	 Desse modo, o índice de ocupação é de 100%
Classifique como N ou P o semicondutor formado por silício dopado com arsênio e explique de modo claro as características elétricas desse tipo de semicondutor.
As: 2s2; 2p3			Si: 2s2;2p2; 
O silício possui 4 elétrons de valência, enquanto o arsênio 5. Assim, o arsênio contaminando um cristal de silício efetua as quatro ligações existentes na rede e sobra um elétron não ligado. Desse modo o cristal se comporta como um condutor negativo N. Com a aplicação de um potencial elétrico sobre o mesmo, os elétron não ligados se movem na direção do polo positivo.