Por que o aumento de temperatura aumenta a rapidez de uma reação Química

13. Justifique a seguinte afirmação: o aumento da temperatura diminui a energia de ativação.

14. Qual é a influência da superfície de contato na rapidez de uma reação química?

15. Explique como a concentração pode alterar a rapidez de uma reação química.

16. Justifique a seguinte afirmação: analisando uma equação química é possível prever como a rapidez varia com a concentração dos reagentes dessa reação.

17. Alguns medicamentos são apresentados na forma de comprimidos que, quando ingeridos, se dissolvem lentamente no líquido presente no tubo digestório, garantindo um efeito prolongado no organismo. Contudo, algumas pessoas, por conta própria, amassam o comprimido antes de tomá-lo. Que inconveniente existe nesse procedimento?

18. (UFRGS-adaptado) O carvão é um combustível constituído por uma mistura de substâncias ricas em carbono. A situação em que a forma de apresentação do combustível e do comburente e a temperatura utilizada favorecerão a combustão do carbono com maior rapidez é:

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Roseli Takako Matsunaga
Professora do Ensino Médio da Secretaria de Educação do Distrito Federal. Licenciada em Química pela Universidade Católica de Brasília (UCB) e Mestre em Ensino de Ciências pela Universidade de Brasília (UnB).

Sandra Maria de Oliveira Santos
Professora do Ensino Médio da Secretaria de Estado de Educação do Distrito Federal. Licenciada em Química pela Universidade Católica de Brasília (UCB) e Mestre em Ensino de Ciências pela UnB.

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Contando entidades pequenas

Vimos no item de massa atômica como foi estabelecida a relação entre as massas de diferentes substâncias, utilizando uma substância simples como padrão. Entretanto, os químicos tinham, ainda, outro desafio a vencer: como saber o número de átomos ou entidades químicas presentes nessas quantidades de substâncias? Certamente, eles não poderiam contá-las da forma como você conta laranjas na feira. Ainda que conseguissem desenvolver uma máquina que contasse mil átomos por segundo, esta gastaria, aproximadamente, 20 trilhões de anos para contar todos os átomos existentes em 12 g de carbono-12!

Hely Demutti

Ainda que miçangas possam ser contadas uma por uma, essa não é tarefa fácil de ser efetuada no comércio. Como fazer?

Diante de tal impossibilidade, os químicos desenvolveram a grandeza numerosidade. Para compreendê-la, vamos estabelecer a comparação com objetos pequenos manuseáveis, como as miçangas empregadas na confecção de bijuterias (veja a foto acima).

As unidades mais apropriadas na comercialização de miçangas são aquelas que adotam padrões de medida próximos à quantidade de miçangas, às quais serão comercializadas. Assim, o grama poderia ser uma boa unidade de medida na venda direta de miçangas ao consumidor, o quilograma para vendas a comerciantes e a tonelada para a venda do produto a grandes indústrias.

Vamos imaginar que uma pessoa muito meticulosa resolvesse comprar a quantidade exata de miçangas para confeccionar, por exemplo, certo número de colares. Para essa pessoa, a grandeza mais apropriada seria a unidade de medida que estivesse relacionada ao número de miçangas (número de entidades) e não à massa. No entanto, é muito trabalhoso contar miçangas uma a uma. Mas, se não é possível usar a unidade simples, que grandeza devemos usar nesse caso?

A forma adequada seria estabelecer um padrão de referência que contivesse a quantidade de fácil manuseio. Como a balança é um instrumento de medida preciso e bastante comum, a pessoa poderia escolher, como padrão, de medida uma quantidade de miçangas que pudesse ser determinada com base em sua massa. Que tal escolher 150 g de miçangas de 6 mm de diâmetro como padrão de referência? Essa miçanga não é muito grande, nem muito pequena. Além disso, 150 g correspondem a uma quantidade razoável, fácil de ser medida.

Adotada essa convenção, poderiam ser determinadas quantas miçangas de 6 mm há em 150 g. De que maneira? Contando uma a uma as miçangas em uma amostra de 150 g.

Ou, para facilitar, simplesmente medindo a massa de uma dessas miçangas. Bastaria, depois, dividir 150 g pela massa de uma miçanga. Como curiosidade, fizemos essa conta e obtivemos o resultado de 1 359 miçangas.

Resolvido o problema. Se nosso amigo meticuloso precisasse de 4 077 miçangas, bastaria comprar 450 g de miçangas, ou seja, a quantidade contida em 150 g serviria como base para seus cálculos de unidade. Ela poderia facilitar ainda mais os cálculos inventando uma grandeza específica para contar a quantidade de miçangas. Essa grandeza poderia se chamar “quantidade de miçangas”, que tal? E, como toda grandeza tem de ter uma unidade, poderia ser batizada de “miçamol”.

Hely Demutti

Contar miçangas é muito trabalhoso, mas medir a massa é muito fácil. Se contarmos a quantidade de miçangas em determinada massa, saberemos quantas miçangas há em qualquer outro valor de massa.
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E se quiséssemos expressar a quantidade de água por numerosidade, como iríamos contar as moléculas de água dentro do copo?

Os constituintes dos materiais (átomos, moléculas, íons etc.) são entidades pequenas demais para serem contadas. Como, então, podemos conhecer a numerosidade de entidades químicas de substâncias e materiais? Fazendo o mesmo que nosso amigo detalhista fez para comprar miçangas: estabelecendo um padrão que seja fácil de manusear.

Assim como estabelecemos uma unidade padrão para quantificar as miçangas, os químicos também desenvolveram uma unidade de medida para as entidades constituintes das substâncias. No caso das miçangas, a grandeza usada foi “quantidade de miçangas”. No caso da Química, a numerosidade de espécies químicas (átomos, íons, moléculas, elétrons), além de ser expressa por número, foi adotada uma outra grandeza que facilita a contagem de átomos, como foi usada a grandeza para contar a quantidade de miçangas. Essa grandeza é denominada quantidade de matéria, que é uma grandeza de numerosidade, representada pela letra n, que permite determinar a quantidade de entidades químicas por unidade que contém uma grande quantidade de espécies.

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1. Tapar as pontas das seringas com silicone ou parafina.

2. Fixar as seringas no suporte feito com um pedaço de isopor.

3. Colocar solução de hidróxido de sódio no recipiente até 3/4 de seu volume.

4. Encher também as seringas com solução e colocá-las no recipiente plástico cuidadosamente, segurando-as pelo fundo (use luvas!), de modo que não se formem bolhas de ar.

5. Colocar os eletrodos de forma que as pontas fiquem sob a parte inferior da seringa.

6. Montar o circuito como mostrado na figura.

J. Yuji

8. Ligar o circuito e disparar o cronômetro no mesmo instante. multímetro isopor

9. Quando o volume de hidrogênio completar 5 mL, interromper o cronômetro e desligar o circuito.

10. Anotar os seguintes dados: temperatura ambiente (T), pressão atmosférica (P) – que pode ser obtida pelo serviço de meteorologia –, volume de hidrogênio produzido (V) e tempo de eletrólise (t).

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Analisando as reações químicas e tendo conhecimento da estrutura atômica da matéria, é possível encontrar a relação entre as quantidades de massa das substâncias envolvidas nas reações. Como exemplo, podemos citar a do dióxido de carbono:

C(s) + O2(g) → CO2(g)

Se conhecermos os valores de massa molar do carbono e a massa molar do gás oxigênio, a massa molar do dióxido de carbono será a soma da massa molar do carbono com a do gás oxigênio. Foi a partir de dados quantitativos de reações químicas, que se foi obtendo a massa molar de várias substâncias e dessas, a massa molar dos átomos de outros elementos químicos. Por exemplo, se análises químicas demonstram que o óxido de magnésio tem como fórmula química MgO e já sabe-se que a sua massa molar é de 40,30 g e que a massa molar dos átomos de oxigênio é 16 g, logo, deduz-se que a massa molar dos átomos de magnésio é 24,30 g (40,30 g – 16 g).

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No passado, alguns enganos foram cometidos por não serem conhecidas as fórmulas exatas de muitas substâncias. Hoje, com o avanço da Química e a tecnologia existente, é possível estabelecer a massa molar das substâncias com grande precisão.

A partir de dados experimentais, os valores de massas atômicas dos átomos dos elementos químicos foram determinados e estão disponíveis nas tabelas periódicas. A partir desses valores e conhecendo-se a fórmula química das substâncias, podemos calcular a sua massa molar. Veja como:

A massa molar dos átomos de hidrogênio é 1 g/mol e a dos átomos de oxigênio é 16 g/mol; logo, pode-se determinar a massa molar do gás hidrogênio (H2), do gás oxigênio (O2) e da água (H2O).

A massa molar da substância hidrogênio (H2) é igual à massa molar do hidrogênio multiplicada por dois, visto que as moléculas possuem dois átomos de hidrogênio:

M(H2) = 2 ⋅ 1 g/mol ⇒ M(H2) = 2 g/mol A massa molar da substância oxigênio (O2) é igual à massa molar do oxigênio multiplicada por dois, visto que as moléculas possuem dois átomos de oxigênio:

M(O2) = 2 ⋅ 16 g/mol ⇒ M(O2) = 32 g/mol

A água (H2O) é formada por moléculas que possuem dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio (H2O); logo, a sua massa molar será:

M(H2O) = 2M(H) + M(O) ⇒ M(H2O) = 2 ⋅ 1 g/mol + 16 g/mol ⇒ M(H2O) = 18 g/mol

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Devemos colocar limite em nosso consumo: mesmo que tenhamos condições financeiras favoráveis. Precisamos mudar de estilo de vida. Por exemplo, no início dos anos 1970, no mundo, gasolina não era problema. A ideia que as pessoas tinham era de que o petróleo fosse uma fonte inesgotável. Os motores dos carros não eram econômicos, alguns carros chegavam a gastar 1 litro de gasolina para rodar três quilômetros; o que importava era a potência do motor. Um fato mudou o rumo dessa história! Uma crise no fornecimento de petróleo, em 1973, provocou grande aumento no seu preço.

A possibilidade da falta de petróleo alterou o comportamento das pessoas e significou uma mudança em alguns paradigmas. Com o tempo, os carros econômicos passaram a ser as vedetes do momento, os modelos mais procurados. Foram desenvolvidos motores com melhor relação custo-benefício, novas fontes alternativas de combustível, álcool, biodiesel, entre outros. O paradigma da produção de veículo mudou para o desenvolvimento de automóveis mais econômicos.

J. F. Diorio/Agência Estado/AE

Divulgação

Rodrigo Baleia/Folhapress

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• bem-estar • segurança • prazer • saúde • preservação do meio ambiente

5. De cada par de materiais apresentados abaixo, qual você escolheria para usar, indicando em que contexto o faria? Apresente para cada par, o valor (indicado na questão anterior que determinou o uso do material).

• Copo descartável e copo de vidro.

• Bloco de papel novo e papel com verso já usado (para rascunho ou para anotar recados).

• Embalagem com papel reciclado e embalagem com papel especial.

• Sanduíche de fast-food e sanduíche natural.

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1. Sintetize os principais cuidados que devem ser tomados no manuseio de produtos químicos.

2. Em sua casa, investigue os produtos químicos que possuem algum grau de toxidez, lendo os rótulos e anotando as informações no caderno, em um quadro como o representado abaixo.

4. Analise como estão armazenados os produtos de limpeza em sua casa e identifique se tem alguma irregularidade. Providencie para que ela seja sanada. Leia os rótulos dos produtos utilizados e verifique se estão sendo adequadamente usados em sua residência.

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O balanceamento de equações pode ser feito calculando-se as quantidades de átomos dos reagentes e dos produtos e determinando-se os coeficientes, de forma a igualar o número de átomos em reagentes e produtos, para cada elemento químico. Deve-se processar a contagem dos átomos, elemento por elemento, começando pelos que tiverem maior índice e que aparecerem apenas em uma substância de cada lado. Tal procedimento é chamado método de tentativa e erro e é recomendado para equações simples.

Esse balanceamento pode ser feito seguindo-se diferentes caminhos, mas para facilitar, recomendam-se os passos subsequentes: 1o Passo Representar a equação química em estudo. Sempre que possível, deve-se indicar o estado de agregação das substâncias envolvidas – sólido (s), líquido (l),
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gás (g) – e, quando se tratar de uma solução aquosa (substância dissolvida em água), usa-se a sigla (aq).

H2(g) + O2(g) → H2O(l)

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2. Balanceamento da equação química.

3. Identificação das relações estequiométricas envolvidas no cálculo e na definição dos fatores de conversão.

4. Determinação da quantidade de matéria de cada substância, a partir dos coeficientes estequiométricos.

5. Determinação, se necessário, de valores de massa e volume de substâncias envolvidas na reação.

Hely Demutti

Assim como os ingredientes de um bolo devem ser medidos em proporções ideais, os reagentes devem seguir relações estequiométricas corretas.

De modo geral, os cálculos químicos envolvem massa ou quantidade de matéria, que são as grandezas usualmente adotadas em Química. Vamos, então, exemplificar alguns cálculos estequiométricos com essas medidas.

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Veja um exemplo.

Na produção de sabão, uma amostra de 100 g de hidróxido de sódio reage com a estearina (Est), conforme a equação a seguir:

(C17H35COO)3C3H5(s) + NaOH(aq) → C17H35COONa(s) + C3H5(OH)3(ℓ)

Considerando que, a partir de 100 g de hidróxido de sódio (NaOH), foram obtidos 512 g de estearato de sódio (principal componente do sabão – EstNa), qual é o rendimento real do processo?

Levando em conta a proporção entre as substâncias envolvidas na reação, teremos a equação balanceada:

(C17H35COO)3C3H5(s) + 3NaOH(aq) → 3C17H35COONa(s) + C3H5(OH)3(ℓ)

Ao identificar a relação estequiométrica existente no cálculo em questão, temos a relação entre o reagente (hidróxido de sódio) e o produto (estearato de sódio).

Agora, vamos determinar a quantidade de material desejada, a partir do fator de conversão obtido das relações estequiométricas. Para isso, vamos igualar o símbolo da grandeza solicitada com o da fornecida inicialmente e fazer as devidas conversões. Fator de conversão:

Calculando a massa do estearato de sódio que deveria ser produzida:

Cálculo das conversões de unidade e do valor real do sabão: Sendo a massa, realmente produzida, igual a 512 g, e de acordo com a equação apresentada, teremos:

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De modo geral, as unidades de concentração mais utilizadas nos cálculos químicos são: concentração em massa e concentração em quantidade de matéria. Vejamos alguns exemplos de cálculos básicos de concentração de soluções.

Cálculo de concentração em quantidade de matéria a partir da massa do soluto

1. As informações a seguir foram retiradas de uma bula de medicamento para reidratação oral:

Calcule a concentração em quantidade de matéria de cloreto de potássio, na solução preparada segundo as instruções da bula. Sabendo que, para dados de soluto em massa, a concentração em quantidade de matéria é definida por:

Inicialmente, calcula-se a massa molar do cloreto de potássio.

Dados:

M(K) = 39,1 g/mol, M(Cl) = 35,5 g/mol.

M(KCl) = 39,1 + 35,5 = 74,6 g/mol

Em seguida, calcula-se a quantidade de matéria e converte-se o volume para litro:

Determina-se, agora, a concentração em quantidade de matéria, substituindo-se os valores com as unidades apropriadas:

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a) 0,020.

b) 0,050.

c) 1,1.

e) 50.

62. (UFG-GO) A quantidade diária de cálcio, recomendada a adultos, é de 1,0 g. Um indivíduo, pela manhã, ingere um copo de iogurte integral de 200 g e no almoço, 250 mL de leite, preparado a partir de leite em pó. Que quantidade de leite integral deverá ser consumida à noite, para o indivíduo alcançar a dose diária de cálcio? Dados: 400 g de leite em pó produzem 4 L de leite; teores médios de cálcio: 145 mg/100 g de iogurte integral; 120 mg/100 g de leite integral; 100 mg/100 g de leite em pó.

63. (Fuvest-SP) Um analgésico, em gotas, deve ser ministrado na quantidade de 3 mg por quilograma de peso corporal, não podendo exceder 200 mg por dose. Cada gota contém 5 mg de analgésico. Quantas gotas deverão ser ministradas a um paciente de 80 kg?

64. Calcule a massa (em gramas) do soluto necessária para o preparo das seguintes soluções:

a) 2,0 L de NaCl(aq) 0,20 mol/L.

b) 500 mL de CaCl2(aq) 0,50 mol/L.

c) 250 mL de C6H12O6(aq) 0,315 mol/L.

65. O soro caseiro é um grande aliado no combate à desidratação. Uma de suas receitas é: dissolver 1 colher de chá de sal (NaCl), 2,5 g, e 8 colheres de chá de açúcar, (C12H22O11), 18 g, em um litro de água. Calcule a concentração em quantidade de matéria de cada componente dessa solução.

66. (Uerj) Algumas soluções aquosas, vendidas no comércio com nomes especiais, são mostradas a seguir:

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Expressar uma concentração em mg/kg significa que para cada 1 000 000 mg de solução tem-se x mg do soluto, ou seja, x partes por milhão. Outras combinações de unidades, por exemplo, mg/L, mL/kg ou mL/kL, também representam essa proporção. Todas elas podem ser representadas por ppm (partes por milhão).

Essa unidade é muito utilizada para expressar a concentração de contaminantes, como chumbo, em água. Se na água há 25 ppm de chumbo, isso significa que haverá 25 g de chumbo em cada metro cúbico (1 m3 = 1 000 L = 1 000 000 mL = 1 000 000 g).

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Como preparar uma solução

Uma atividade muito comum no laboratório de química é a preparação de solução. A técnica envolve a pesagem cuidadosa do soluto, a medida rigorosa de seu volume, a transferência correta do soluto e o acréscimo da quantidade exata do solvente. O rigor exige materiais de laboratório bem calibrados, como balão volumétrico e balança. Este experimento deve ser feito no laboratório da escola. Na ausência dos materiais indicados, eles poderão ser substituídos por materiais caseiros. Nesse caso, o experimento poderá ser desenvolvido em casa. Com ele, você vai aprender a técnica utilizada pelos químicos na preparação de soluções.

Materiais

• Água destilada (ou filtrada)

• Béquer (ou copo de vidro)

• Permanganato de potássio (KMnO4) – 1 envelope de 0,1 g

• 5 balões volumétricos (ou pipetas, ou seringas descartáveis) de 100 mL

• Pipeta (ou seringa) de 10 mL

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a) Soro.

c) Água sanitária.

d) Água oxigenada.

67. (UFRJ) A sacarina, que tem massa molecular 183 u e fórmula estrutural conforme ilustração ao lado, é utilizada em adoçantes artificiais. Cada gota de um certo adoçante contém 4,575 mg de sacarina. Foram adicionadas, a um recipiente contendo café com leite, 40 gotas desse adoçante, totalizando um volume de 200 mL.

a) Determine a concentração em quantidade de matéria da sacarina nesse recipiente.

b) Quantos mililitros de café com leite devem ser adicionados ao recipiente para que a concentração em massa da sacarina se reduza a 1/3 da concentração em massa inicial?

68. (Vunesp) Alguns produtos de limpeza doméstica consistem, basicamente, em solução aquosa de amônia. Para reagir completamente com a amônia presente em 5,00 mililitros de amostra de um determinado produto de limpeza, foram necessários 31,20 mililitros de ácido clorídrico 1,00 mol/L. A reação que ocorre é:

NH3(aq) + HCl(aq) → NH4Cl(aq)

a) Calcule a concentração em quantidade de matéria de amônia na amostra.

b) Supondo a densidade da solução de amônia igual a 1 grama por mililitro, calcule a fração percentual em massa de amônia presente na amostra.

69. (UFRGS-RS) Um aditivo para radiadores de automóveis é composto de uma solução aquosa de etilenoglicol. Sabendo que em um frasco de 500 mL dessa solução existem cerca de 5 mol de etilenoglicol (C2H6O2), a concentração em massa dessa solução, em g/L, é:

a) 0,010.

b) 0,62.

c) 3,1.

e) 620.

a) 2,2 ⋅ 10–6.

b) 4,5 ⋅ 10–4.

c) 2,3 ⋅ 10–3.

d) 4,5 ⋅ 10–1.

e) 2,2 ⋅ 10–1.

71. (Ufes) Em diabéticos, a ingestão de 80 g de açúcar comum (sacarose) eleva a quantidade de glicose no sangue em 1,0 g de glicose para cada litro de sangue. Considerando-se que a taxa de glicose no sangue dos diabéticos, em condições normais, é de aproximadamente 1,4 g/L, a concentração, em quantidade de matéria, de glicose (C6H12O6) no sangue de uma pessoa diabética, após o consumo de 100 g de açúcar, será cerca de:

a) 7,8 ⋅ 10–3 mol/L.

b) 6,9 ⋅ 10–3 mol/L.

c) 6,9 ⋅ 10–2 mol/L.

d) 1,5 ⋅ 10–2 mol/L.

e) 1,5 ⋅ 10–1 mol/L.

72. (Uerj) Um fertilizante de larga utilização é o nitrato de amônio, de fórmula NH4NO3. Para uma determinada cultura, o fabricante recomenda a aplicação de 1 L de solução de nitrato de amônio de concentração, em quantidade de matéria 0,5 mol ⋅ L–1 por m2 de plantação. A figura, a seguir, indica as dimensões do terreno que o agricultor utilizará para o plantio.

J. Yuji

a) 120.

c) 180.

73. (ITA-SP) Para preparar 500 mL de uma solução aquosa 0,2 mol/L de NaOH, um indivíduo tem à sua disposição: Frasco I – solução aquosa de NaOH 5,0 mol/L à vontade; Frasco II – balão volumétrico de 500 mL e água destilada à vontade. O procedimento correto será:

a) Colocar, no frasco II, 40,0 mL da solução do frasco I e completar os 500 mL com água destilada.

b) Colocar, no frasco II, 20,0 mL da solução do frasco I e completar os 500 mL com água destilada.

c) Colocar, no frasco II, 460 mL de água destilada e completar os 500 mL com solução do frasco I.

d) Colocar, no frasco II, 480 mL de água destilada e completar os 500 mL com solução do frasco I.

e) Colocar, no frasco II, 460 mL de água destilada e completar os 500,0 mL de solução do frasco I.

74. O café tomado por grande parte da população, possui como uma das principais substâncias de sua composição a cafeína (1,3,7-trimetilxantina). Embora haja divergência entre os especialistas, a quantidade máxima de consumo diário gira em torno de quatro xícaras de café. Cada xícara contém um volume de 200 mL. Sabendo que cada xícara contém, em média, 80 mg de cafeína (massa molar igual a 194 g/mol), qual a concentração em mol/L de cafeína usada diariamente?

75. Conforme a quantidade de essência utilizada, os perfumes podem ser classificados em:

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A fração por quantidade de matéria (φ) é pouco utilizada para soluções líquidas, porque a quantidade de matéria do soluto, normalmente, é muito menor que a quantidade de matéria total da solução. No entanto, ela é importante porque certas propriedades químicas dependem diretamente dessa fração dos constituintes, que pode variar de zero a um.

Qual será a fração por quantidade de matéria do açúcar (sacarose — C12H22O11) quando se dissolvem 171 g em 540 g de água, sabendo que a massa em quantidade de matéria do açúcar, é igual a 342 g/mol? Para facilitar, vamos calcular, inicialmente, a quantidade de matéria dos dois constituintes da solução: o açúcar e a água.

E a fração por quantidade de matéria será, então:

Note que a fração por quantidade de matéria não apresenta unidade porque, ao final, teremos sempre mol/mol.

Somando as frações por quantidades de matéria, teremos:

ϕ(açúcar) + ϕ(água) = 1

A soma das frações por quantidades de matéria de todos os constituintes de uma solução será sempre igual a um, independentemente, do seu número de constituintes.

Hely Demutti

O teor de acidez do ácido acético em vinagre é, geralmente, expresso em percentual. Esse teor indica a fração percentual em massa. Assim, um vinagre com 4% de acidez possui 4 g de ácido acético em 100 g de vinagre.

O mesmo cálculo pode ser feito para uma mistura de sólidos, líquidos ou gases. Calculemos, por exemplo, a fração por quantidade de matéria do etanol (CH3CH2OH), quando se misturam 500 g deste com 500 g de água:

E a fração por quantidade de matéria do etanol será, então:

Consequentemente, a fração por quantidade de matéria da água na mistura será de 0,7188, o que corresponde à diferença 1 – 0,2812.

Hely Demutti

Utilizados pelos químicos, os espectrofotômetros possibilitam a determinação de concentrações em ppm e até em ppb (partes por bilhão). Página 74

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1. Dissolva completamente 0,1 grama de permanganato de potássio (KMnO4) em um béquer com água destilada.

2. Transfira, quantitativamente, para um balão de 100 mL.

3. Lave, por duas vezes, o béquer com um pouco de água destilada e transfira-a para o balão.

4. Adicione água ao balão até a marca do volume e homogeneíze.

5. Verta um pouco da solução para um béquer e retire, com auxílio de uma pipeta, 10 mL.

6. Adicione os 10 mL da solução a um balão de 100 mL contendo água até a metade de seu volume, homogeneíze e complete o volume.

7. Repita o procedimento anterior, retirando 10 mL de cada solução e diluindo novamente para 100 mL, até obter uma solução incolor.

MEC | Reprodução

Montagem do experimento.

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a) Esta é a duração média do cheiro dos perfumes na pele: meia hora aproximadamente, 1 hora e meia, 4 horas, 6 a 8 horas, 8 horas a dois dias. Correlacione a duração com a classificação. Justifique.

b) Se colocarmos 0,6 g (δ = 0,9 g/mL) de essência em 800 mL de solvente, obteremos um perfume concentrado? Qual será a sua concentração em massa (g/L)?

76. Em um envelope de adoçante dietético de 1 g há, em massa, frações percentuais de: aspartame (edulcorante artificial) – 3,8%; lactose alfamonoidratada (diluente) – 95,7%; dióxido de silício coloidal (antiumectante) – 0,5%.

a) Calcule a massa de cada soluto.

b) Pesquise o significado das palavras: edulcorante, diluente e antiumectante.

77. O rótulo de um álcool em gel apresenta a indicação de álcool etílico hidratado: 65° INPM. Nesse tipo de notação, o número indica a porcentagem do volume de álcool. Isso significa que, para cada 100 mL desse produto, 65 mL são de álcool. Qual o volume de álcool em 1 L de álcool gel? Classifique o material.

78. No rótulo de uma água mineral natural fluoretada, consta sua composição química: 2,21 mg/L de NaF (fluoreto de sódio). Será que essa água possui quantidade suficiente de flúor para proteger a dentição das crianças, sabendo que o teor recomendado de íons fluoreto, na água mineral, para o combate às cáries é de 0,8 ppm?

79. Sabendo-se que uma solução foi preparada pela dissolução de 0,50 mol de cloreto de sódio em 36 g de água, calcule a fração por quantidade de matéria do cloreto de sódio e da água.

80. Considerando que em 100 g de ar existem 75,4 g de nitrogênio (N2), 23,3 g de oxigênio (O2) e 1,3 g de argônio (Ar), calcule a fração por quantidade de matéria desses gases.

81. (UFPA) Uma solução contém 30 g de NaI, 48 g de NaOH e 702 g de água. As frações por quantidade de matéria do NaI e do NaOH são, respectivamente:

a) 0,5 e 0,3.

b) 0,005 e 0,03.

c) 5 e 5.

d) 0,05 e 0,3.

e) 0,005 e 0,3.

82. (UFMG) Uma dona de casa, em um supermercado, se depara com as seguintes informações sobre detergentes à base de amoníaco:

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Na comunidade científica, os químicos buscam padronizar suas unidades de medidas e expressá-las corretamente. No caso de soluções, usa-se concentração em quantidade de matéria. Na indústria, porém, nem sempre há uma padronização. Por esse motivo, frequentemente são encontrados nos rótulos dos produtos químicos teores com unidades diferentes das estudadas aqui. Muitos desses teores não especificam claramente a relação a que se referem.

Um dos teores utilizados é a fração em volume, usualmente expressa em fração percentual. Essa fração é usada para líquidos e gases. Como na mistura de líquidos o volume total nem sempre corresponde à soma dos volumes das substâncias que o compõem, considera-se o total como a soma de cada um dos volumes separadamente.

Por exemplo, a mistura de 50 mL de água com 50 mL de álcool produz uma solução com volume final inferior a 100 mL, mas, para cálculo da fração em volume, consideram-se 100 mL como a soma das duas substâncias.

Como as embalagens não têm especificação precisa das unidades, muitas vezes ficamos confusos sobre a que se referem os valores. Por exemplo, quando na embalagem há informação de que determinado componente ativo tem o teor de 0,50%, fica para nós a seguinte interrogação: esse percentual é relativo à massa ou ao volume? Por essa razão, os químicos evitam empregar teores em percentual, mesmo sendo usuais, para expressar a composição, em frascos de desinfetantes, água sanitária, álcool etc. Veja outros exemplos de teores comumente empregados. Nos frascos de água oxigenada, usada como antisséptico, o teor em fração percentual em volume de peróxido de hidrogênio (H2O2) é 3%, embora a embalagem indique água oxigenada 10 volumes. Esse teor diz respeito à quantidade de gás oxigênio produzida pela decomposição do peróxido de hidrogênio. Assim, um frasco de um litro de água oxigenada 10 volumes produzirá 10 litros de gás oxigênio nas condições normais de temperatura e pressão (CNTP).

A concentração do álcool comercial é expressa em dois tipos de unidades: grau GL (Gay-Lussac) e grau INPM (Instituto Nacional de Pesos e Medidas). O grau GL refere-se à fração percentual em volume, e o INPM, à fração percentual em massa. Assim, um álcool 96 graus GL é um álcool que contém, em volume, etanol na fração percentual de 96%, ou seja, nesse material há a proporção 960 mL de etanol para cada 40 mL de água.

Fábio Motta/AE

Muitos postos de combustíveis adulteram o teor de álcool na gasolina, adicionando outros solventes. Inspeções periódicas, para verificar se a composição dos combustíveis está com seus teores corretos, são feitas por químicos.

Hely Demutti

No Brasil, a fração percentual em volume do etanol na gasolina é de aproximadamente 24%. A gasolina é altamente inflamável e não deve ser transportada como mostra a foto.

Hely Demutti

O álcool mais recomendado para uso doméstico como desinfetante é o 46° INPM. Esse álcool, com menor teor de etanol, não queima tão facilmente como o álcool 92,8° INPM, que possui maior teor de etanol.

Hely Demutti

Os teores de determinados produtos possuem uma significação diferente das usualmente adotadas. Um frasco de água oxigenada de 10 volumes é assim denominado não porque tenha 10 volumes de peróxido de hidrogênio, mas porque um litro desse frasco produz 10 litros de gás oxigênio nas CNTP. Página 75

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O título, muito utilizado pela indústria, expressa a concentração em massa do soluto, ou solutos, por massa da solução. A massa do soluto (m1) é normalmente expressa em gramas ou miligramas, enquanto a massa da solução (m) é expressa em grama, quilograma ou dag (100 g). Dessa forma, as unidades que comumente aparecem são: g/g, mg/g, mg/kg. A expressão do teor em massa por massa (δ) será:

Se em um xampu específico existem 2,4 g de cloreto de sódio em cada 100 g de xampu, além de poder expressar o teor de NaCl como 2,4 g/100 g de xampu, podemos também representá-lo assim:

Outra forma comum de apresentar o título é em percentual.

É usual encontrar a concentração expressa dessa forma em embalagens de produtos de limpeza, cosméticos, alimentos, medicamentos e outros. Ela indica a massa (m1, em gramas) de determinada substância existente em 100 g do produto. Por ser em 100 g é que chamamos de porcentagem. Nesse caso, o teor é denominado fração percentual em massa, que corresponde ao título multiplicado por 100%.

P(m) % = δ ⋅ 100%

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1   ...   93   94   95   96   97   98   99   100   ...   480

a) I.

c) III.

7 Diluição de soluções

Vereshchagin Dmitry/Shutterstock

Diluir produtos concentrados é uma prática comum no cotidiano.

PARE E PENSE

O que significa diluição? Como diluímos um suco concentrado?

Em suas atividades, o químico necessita preparar soluções com concentração conhecida. Isso pode ser feito a partir da medida precisa da massa do soluto e do volume da solução, conforme a técnica apresentada no experimento da página seguinte. Outro procedimento seria diluir soluções de concentração conhecida.

O processo de diluição é muito usual no nosso cotidiano. Isso ocorre com materiais de limpeza, medicamentos, tintas etc. O processo de diluição consiste no acréscimo de solvente à solução. Ao fazermos isso, a quantidade do soluto permanece constante, mas a concentração (razão entre quantidade de soluto e volume da solução) altera-se.

Assim, poderemos ter as seguintes relações, diferenciando-se a solução inicial da final, utilizando, respectivamente, os índices i e f:

Como a quantidade de soluto não varia com a diluição, podemos, então, afirmar que mi é igual a mf. Igualando as equações anteriores, teremos:

O mesmo raciocínio pode ser empregado para soluções, cujas concentrações são expressas em quantidade de matéria por litro (mol/L). Nesse caso, igualando as quantidades de matéria iniciais e finais, obteremos a equação:

Esse raciocínio permite-nos fazer cálculos para preparar soluções a partir de soluções concentradas por diluições.

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FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

56. Como podemos identificar os diferentes componentes de uma mistura?

57. Em uma solução, o que é denominado soluto e o que é solvente?

58. Foram preparadas, em um laboratório, duas soluções A e B, contendo soluções aquosas. No rótulo da solução A pode-se ler a concentração que é 0,1 mol/L de NaOH e na solução B no rótulo está escrito 4 g/L de NaOH. Comparando-se as duas soluções, qual é a mais concentrada? Dados massa molar do NaOH: 40 g/mol.

59. As ditas “bebidas energéticas” são ricas em cafeína e agem como poderosos estimulantes. Entretanto não possuem o poder de nos carregar de energia. Antes de consumir esse tipo de bebida, convém ler os rótulos. Veja a composição de uma bebida energética qualquer: água gaseificada, sacarose, glicose, taurina (1 000 mg/250 mL), glucoronolactona (60 mg/250 mL), cafeína (80 mg/250 mL), inositol (50 mg/250 mL), vitamina, ácido cítrico, caramelo e aromatizantes. Responda aos itens a seguir.

a) Calcule a concentração em massa (g/L) da cafeína, da taurina, da glucoronolactona e do inositol.

b) Será que podemos considerar a bebida energética como bebida isotônica (que visa reidratar o corpo rapidamente)? Cuidado: bebidas isotônicas são recomendadas para pessoas que praticam atividade física intensa. Beber água com frequência é o ideal.

c) Que pessoas não devem tomar esse tipo de bebida?

Justifique.

60. (Fuvest-SP) Considere duas latas do mesmo refrigerante, uma na versão diet e outra na versão comum. Ambas contêm o mesmo volume de líquido (300 mL) e têm a mesma massa quando vazias. A composição do refrigerante é a mesma em ambas, exceto por uma diferença: a versão comum contém certa quantidade de açúcar, enquanto a versão diet não contém açúcar (apenas massa desprezível de um adoçante artificial). Pesando-se duas latas fechadas do refrigerante, foram obtidos os seguintes resultados:

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Muitos produtos domésticos de uso cotidiano devem ser diluídos antes de ser usados. Porém, cada produto que precisa ser diluído possui uma forma específica de diluição que, geralmente, vem expressa nos rótulos. Veja na página seguinte alguns produtos de uso doméstico, com suas aplicações e também as diferentes formas de diluição identificadas em seus rótulos.

Alguns rótulos de desinfetante sugerem que o produto seja diluído em água na proporção de 1 para 3, o que significa que para cada parte do produto devem-se acrescentar 3 partes de água.

Você segue as recomendações dos fabricantes dos produtos que utiliza? Nem todas as pessoas o fazem, o que pode trazer desperdício ou prejuízo à economia doméstica ou ao ambiente. Por exemplo, se você dilui um produto de limpeza mais do que deveria, pode estar perdendo dinheiro. Em vez de fazer o seu produto “render mais”, como muita gente pensa, a diluição excessiva impede sua eficácia.

Resultado: você gasta o produto sem atingir o objetivo desejado. Entretanto, quando se usa uma quantidade superior à recomendada, além de desperdiçar dinheiro, você estará agredindo a natureza, pois o destino de todos os produtos de limpeza é o ralo, que os conduz aos rios e mares. Então, quanto menos produtos químicos jogarmos no ralo, melhor.

Hely Demutti

Na limpeza doméstica, muitos produtos devem ser diluídos em água antes de ser utilizados. Para isso, devem-se usar medidores para que a diluição ocorra na concentração correta.

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1. Os resíduos desta prática podem ser descartados na pia, sob água corrente.

Análise de dados

1. A última solução (a que não apresentou cor) também possui soluto? Justifique sua resposta.

2. Calcule a concentração em massa (Cm/V) e em quantidade de matéria (Cn/V) para cada uma das soluções preparadas.

3. O fato de a solução ser incolor significa que ela não possui soluto?

4. Qual será a concentração final da solução obtida pela diluição de 5,0 mL de solução aquosa de NaOH 2,0 mol/L, a qual se adiciona água destilada até completar 50 mL?

Para facilitar a resolução dos problemas, é melhor trabalharmos com as unidades-padrão. Nesse caso, utilizaremos os volumes em litro, a partir da expressão:

Substituindo os valores, temos:

ou então: Cf = 0,2 mol/L

5. Um técnico tem 500 mL de solução de um detergente de concentração 1,2 mol/L e precisa diluir sua concentração a 1/4 desse valor. Como esse técnico deve proceder? A concentração final desejada pelo técnico é de 0,3 mol/L (1/4 de 1,2). Precisamos conhecer, então, qual será o volume final. Da relação de igualdade entre a quantidade de matéria das duas soluções, temos:

ni = nf → Ci ⋅ Vi = Cf ⋅ Vf

o que nos fornece o volume final:

Substituindo os valores, temos:

Para obter dois litros de solução, partindo de meio litro, o técnico deverá adicionar 1500 mL de água aos 500 mL do detergente.

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Função: lavar roupas. Unidade de medida de dosagem: copo americano (180 mL). Conforme a marca da máquina, a quantidade pode variar.

Recomendações do fabricante: dissolver o produto na máquina antes de colocar a roupa.

Outras informações importantes: em caso de roupas muito sujas, deixar de molho por 1 ou 2 horas.