Qual o número atômico do elemento que apresenta o subnível mais energético 6p3 *?

See other formats

Fronts Quimica 1 Feltre LA 10/06/2005 16:12 Page 1 Ricardo Feltre Engenheiro Químico pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Doutor em Engenharia Química pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Professor de Química em cursos pré-vestibulares e em cursos superiores. OUÍMICA Livro não-consumível Componente curricular: QuÍITIÍCcI Ilustrações: Adilson Secco, Nelson Matsuda 6 - edição São Paulo, 2004 =111 Moderna Composite JOHN WILLIAM BANAGAN / THE IMAGE BANK - GETTY IMAGES -f Título original: QUÍMICA © Ricardo Feltre, 2004 =111 Moderna Coordenação editorial: José Luiz Carvalho da Cruz Edição de texto: Alexandre da Silva Sanchez, Flávia Schiavo, Márcio Costa Colaboradora: Soraya Saadeh (Manual do Professor) Revisão técnica: Francisco Benedito Teixeira Pessini, Soraya Saadeh Revisão editorial: Maria Aiko Nishijima Preparação de texto: Morissawa Casa de Edição ME Assistência editorial: Joel de Jesus Paulo, Rosane Cristina Thahira, Regiane de Cássia Thahira Coordenação de design e projetos visuais: Sandra Botelho de Carvalho Homma Projeto gráfico: Marta Cerqueira Leite, Sandra Botelho de Carvalho Homma Capa: Luiz Fernando Rubio Foto: Mulher trabalhando nas salinas, Vietnã ©John William Banagan/The Image Bank-Getty Images Coordenação de produção gráfica: André Monteiro, Maria de Lourdes Rodrigues Coordenação de revisão: Estevam Vieira Lédo Jr. Revisão: Daniela Bessa Puccini, José Alessandre S. Neto Coordenação de arte: Wilson Gazzoni Agostinho Edição de arte: Wilson Gazzoni Agostinho Editoração eletrônica: Setup Bureau Editoração Eletrônica Coordenação de pesquisa iconográfica: Ana Lucia Soares Pesquisa iconográfica: Vera Lucia da Silva Barrionuevo As imagens identificadas com a sigla CID foram fornecidas pelo Centro de Informação e Documentação da Editora Moderna. Coordenação de tratamento de imagens: Américo Jesus Tratamento de imagens: Américo Jesus, Fabio N. Precendo e Rubens M. Rodrigues Saída de filmes: Helio P de Souza Filho, Mareio H. Kamoto Coordenação de produção industrial: Wilson Aparecido Troque Impressão e acabamento: Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) (Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil) Feltre, Ricardo, 1928- . Química / Ricardo Feltre. — 6. ed. — São Paulo : Moderna, 2004. Obra em 3 v. Conteúdo: V. 1 . Química geral — v. 2. Físico-química — v. 3. Química orgânica Bibliografia. 1 . Química (Ensino médio) 2. Físico-química (Ensino médio) — Problemas, exercícios etc. I. Título. 04-2879 CDD-540.7 índices para catálogo sistemático: 1. Química : Ensino médio 540.7 Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Todos os direitos reservados EDITORA MODERNA LTDA. Rua Padre Adelino, 758 - Belenzinho São Paulo - SP - Brasil - CEP 03303-904 Vendas e Atendimento: Tel. (0 11) 6090-1500 Fax (0_ _11) 6090-1501 www.moderna.com.br 2005 Impresso no Brasil 1 3579 10 8642 IIMICA 1-PNLEM 2 06/07/2005, 15:23 APRESENTAÇAO Em seus três volumes, esta obra procura contribuir para o ensino da Química entre os alunos do Ensino Médio. Nela são apresentados os conhecimentos básicos da Química e suas aplicações mais importantes. Continuamos nos guian- do para a simplificação da teoria, na articulação desta com os fatos do cotidiano e na diversificação dos exercícios. Para atingir essa finalidade, cada capítulo da obra foi dividido em tópicos que visam tornar a exposição teórica gradual e didática. No final de cada tópico, propusemos algumas perguntas cuja finalidade é a revisão das idéias principais aí desenvolvidas, seguindo-se também uma série de exercícios sobre o que foi discutido. Em todos os capítulos foram colocados, em muitas opor- tunidades, boxes com curiosidades e aplicações da Química, pequenas biografias de cientistas, sugestões de atividades práticas e leituras. A intenção dessas seções foi proporcio- nar maior articulação dessa ciência com outras, como a Ma- temática, a Física e a Biologia, e também com os avanços tecnológicos. Agradecemos aos professores e aos alunos que presti- giam nossa obra e reiteramos que críticas e sugestões serão sempre bem recebidas. O autor 6/7/05, 14:05 SUMARIO Capítulo Q primeIRA VISÃO DA QUÍMICA 1. Observando a natureza, 2 2. As transformações da matéria, 3 3. A energia que acompanha as transformações da matéria, 5 Box: Veja o que a falta de energia pode provocar, 7 4. Conceito de Química, 7 5. A Química em nosso cotidiano, 7 Atividades práticas — pesquisa 8 Revisão, 9 Exercícios, 9 Leitura, 1 0 Questões sobre a leitura, 1 0 Capítulo CONHECENDO A MATÉRIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES 1. Como a matéria se apresenta: Homogênea? Heterogênea?, 12 2. Fases de um sistema, 12 3. Como a matéria se apresenta: Pura? Misturada?, 1 3 Atividades práticas, 14 Revisão, 14 Exercícios, 1 5 Exercícios complementares, 1 5 4. Transformações da água, 1 5 Revisão, 18 Exercícios, 1 8 Exercícios complementares, 1 9 5. As observações e as experiências na ciência, 20 5.1. Medições: o cotidiano e o científico, 20 5.2. Uma medição importante: a densidade, 23 5.3. A importância dos gráficos no dia-a-dia, 24 Atividades práticas, 26 Revisão, 26 Exercícios, 26 Exercícios complementares, 28 6. Substância pura (ou espécie química), 29 Revisão, 30 Exercícios, 30 7. Processos de separação de misturas, 31 7.1. Filtração, 32 7.2. Decantação, 33 7.3. Destilação, 35 Box : Destilação do ar líquido, 36 Sumario-QFI -PNLEM 30/5/05, 10:53 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. rm Sumario-QFI -PNLEM 5 L] 7.4. Cristalização, 36 7.5. Outros processos de desdobramento de misturas, 36 8. Aprendendo mais sobre o laboratório de Química, 37 9. A segurança nos laboratórios de Química, 39 Atividades práticas, 40 Revisão, 40 Exercícios, 41 Exercícios complementares, 42 Leitura, 43 Questões sobre a leitura, 44 I Desafio, 45 EXPLICANDO A MATÉRIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES 1. Vale a pena explicar (entender) os fatos do cotidiano (e da ciência)?, 49 Box : Conhecimento e poder, 49 2. As tentativas de explicar a matéria e suas transformações, 49 3. O nascimento da Química, 50 3.1. A lei de Lavoisier, 50 3.2. A lei de Proust, 51 Atividades práticas, 52 Revisão, 52 Exercícios, 52 4. A hipótese de Dalton, 53 5. Os elementos químicos e seus símbolos, 54 Revisão, 55 Exercícios, 55 6. Explicando a matéria — As substâncias químicas, 55 6.1. Substâncias simples, 57 6.2. Substâncias compostas ou compostos químicos, 58 7. Explicando a matéria — As misturas, 58 Atividades práticas — pesquisa 59 Revisão, 59 Exercícios, 60 Exercícios complementares, 60 8. Explicando as transformações dos materiais, 61 8.1 As transformações físicas, 61 8.2 As transformações químicas, 61 • E fácil reconhecer uma transformação química?, 62 • Misturar ou reagir?, 63 9. As propriedades das substâncias, 64 Atividades práticas, 64 Revisão, 65 Exercícios, 65 Exercícios complementares, 65 30/5/05, 10:53 A 10 . Explicando as variações de energia que acompanham as transformações materiais, 66 11 . Segunda visão da Química, 66 12. Como a ciência progride, 67 Atividades práticas, 69 Revisão, 69 Exercícios, 69 Leitura, 70 Questões sobre a leitura, 71 H Desafio, 72 Capítulo Q A EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS a i. O modelo atômico de Thomson, 75 2 . A descoberta da radioatividade, 77 3. O modelo atômico de Rutherford, 78 Atividades práticas, 80 Revisão, 80 Exercícios, 81 Exercícios complementares, 81 4 . A identificação dos átomos, 81 4.1. Número atômico, 82 4.2. Número de massa, 82 4.3. Elemento químico, 82 4.4. íons, 82 4.5. Isótopos, isóbaros e isótonos, 83 Revisão, 84 Exercícios, 85 Exercícios complementares, 86 5. O modelo atômico de Rutherford-Bohr, 86 5.1 Introdução, 86 5.2 Um breve estudo das ondas, 87 5.3 As ondas eletromagnéticas, 88 5.4 O modelo de Rutherford-Bohr, 90 Atividades práticas, 92 Revisão, 92 Exercícios, 93 Exercícios complementares, 93 6. O modelo dos orbitais atômicos, 94 Box: Pode-se ver o átomo?, 95 7. Os estados energéticos dos elétrons, 96 7.1 Níveis energéticos, 96 7.2 Subníveis energéticos, 96 7.3 Orbitais, 96 7.4 Spin, 97 7.5 A identificação dos elétrons, 98 Revisão, 99 Exercícios, 1 00 Exercícios complementares, 1 01 QF1-PNLEM 30/5/05, 10:53 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A 8. A distribuição eletrônica, 101 8.1 Distribuição eletrônica em átomos neutros, 101 8.2 Distribuição eletrônica nos íons, 102 Exercícios, 1 03 Exercícios complementares, 1 04 Leitura, 1 05 Questões sobre a leitura, 1 07 H Desafio, 1 08 A CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA DOS ELEMENTOS 1. Histórico, 1 1 1 2. A classificação periódica moderna, 1 1 3 Classificação periódica dos elementos, 1 14 2.1. Períodos, 1 1 5 2.2. Colunas, grupos ou famílias, 1 1 5 2.3. Os nomes dos elementos químicos, 1 1 7 Revisão, 1 1 8 Exercícios, 1 1 8 Exercícios complementares, 1 1 9 3. Configurações eletrônicas dos elementos ao longo da classificação periódica, 1 1 9 Revisão, 1 21 Exercícios, 121 Exercícios complementares, 123 4. Propriedades periódicas e aperiódicas dos elementos químicos, 123 4.1 Introdução, 1 23 4.2 Raio atômico, 1 24 4.3 Volume atômico, 1 26 4.4 Densidade absoluta, 1 27 4.5 Ponto de fusão e de ebulição, 1 27 4.6 Potencial de ionização, 127 4.7 Eletroafinidade ou afinidade eletrônica, 127 Atividades práticas, 1 28 Revisão, 1 28 Exercícios, 1 28 Exercícios complementares, 1 30 Leitura, 1 31 Questões sobre a leitura, 1 32 H Desafio, 1 33 Capítulo AS LIGAÇÕES QUÍMICAS 1. Introdução, 1 36 2. Ligação iônica, eletrovalente ou heteropolar, 137 2.1. Conceitos gerais, 1 37 2.2. A ligação iônica e a Tabela Periódica, 1 39 2.3. O tamanho do íon, 1 40 Revisão, 141 Exercícios, 141 Exercícios complementares, 142 Sumario-QFI -PNLEM 7 30/5/05, 10:53 LI I* A 3. Ligação covalente, molecular ou homopolar, 143 3.1. Ligação covalente, 143 3.2. Caso particular da ligação covalente, 145 3.3. Fórmulas de compostos covalentes, 146 3.4. Compostos moleculares e compostos iônicos, 147 3.5. Exceções à regra do octeto, 148 Revisão, 149 Exercícios, 149 Exercícios complementares, 150 4. Ligação metálica, 1 51 4.1. Estrutura dos metais, 151 4.2. A ligação metálica, 152 4.3. Propriedades dos metais, 1 52 Revisão, 1 53 Exercícios, 153 Leitura, 1 54 Questões sobre a leitura, 1 54 I Desafio, 1 55 A GEOMETRIA MOLECULAR 1. A estrutura espacial das moléculas, 157 1.1. Conceitos gerais, 1 57 1.2. Moléculas com pares eletrônicos ligantes e não-ligantes, 158 1.3. Teoria da repulsão dos pares eletrônicos da camada de valência, 158 1.4. Macromoléculas covalentes, 159 1.5. Alotropia, 1 59 • A alotropia do carbono, 1 59 • A alotropia do fósforo, 1 60 • A alotropia do enxofre, 1 61 Revisão, 1 61 Exercícios, 162 Exercícios complementares, 163 2. Eletronegatividade/polaridade das ligações e das moléculas, 1 64 2.1. Conceitos gerais, 1 64 2.2. Ligações polares e ligações apoiares, 1 65 2.3. Momento dipolar, 1 66 2.4. Moléculas polares e moléculas apoiares, 167 Revisão, 1 68 Exercícios, 169 Exercícios complementares, 170 3. Oxidação e redução, 1 71 3.1. Conceitos de oxidação e redução, 1 71 3.2. Conceito de número de oxidação, 1 72 3.3. Números de oxidação usuais, 1 73 3.4. Cálculo dos números de oxidação, 1 73 Box: A explosão do foguete brasileiro VLS-1 (Veículo Lançador de Satélites-1 ), 1 74 Revisão, 1 74 Exercícios, 1 75 Exercícios complementares, 1 76 4. Forças (ou ligações) intermoleculares, 1 76 4.1. Forças (ou ligações) dipolo-dipolo, 1 76 QF1-PNLEM 8 6/7/05, 14:08 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 4.2. Ligações por pontes de hidrogênio, 1 76 4.3. Forças (ou ligações) de Van der Waals (ou de London), 1 78 4.4. Relação entre as ligações e as propriedades das substâncias, 1 79 Atividades práticas, 1 79 Revisão, 1 80 Exercícios, 1 80 Exercícios complementares, 1 82 Leitura, 1 83 Questões sobre a leitura, 1 84 I Desafio, 1 84 ÁCIDOS, BASES E SAIS INORGÂNICOS 1. Introdução, 1 88 1.1. Dissociação e ionização, 189 1.2. Grau de ionização, 189 Revisão, 1 90 Exercícios, 1 90 2. Ácidos, 191 2.1 . A definição de ácido de Arrhenius, 1 91 2.2. Classificação dos ácidos, 1 91 a) De acordo com o número de hidrogénios ionizáveis, 191 b) De acordo com a presença ou não de oxigênio na molécula, 1 92 c) De acordo com o grau de ionização, 192 2.3. Fórmulas dos ácidos, 1 92 2.4. Nomenclatura dos ácidos, 193 a) Hidrácidos, 1 93 b) Oxiácidos, 1 93 2.5. Ácidos importantes, 194 a) Ácido sulfúrico — H 2 S0 4 , 1 94 b) Ácido clorídrico — HCl, 1 95 c) Ácido nítrico — HN0 3 , 1 95 d) Ácido fluorídrico — HF, 1 95 Revisão, 1 96 Exercícios, 196 Exercícios complementares, 197 3. Bases ou hidróxidos, 198 3.1 . Definição de base de Arrhenius, 1 98 3.2. Classificações das bases, 1 99 a) De acordo com o número de hidroxilas (OH), 199 b) De acordo com o grau de dissociação, 199 c) De acordo com a solubilidade em água, 1 99 3.3. Fórmulas das bases, 1 99 3.4. Nomenclatura das bases, 199 a) Quando o elemento forma apenas uma base, 1 99 b) Quando o elemento forma duas bases, 1 99 3.5. Bases importantes, 200 a) Hidróxido de sódio — NaOH, 200 b) Hidróxido de cálcio — Ca(OH) 2 , 200 c) Hidróxido de amónio — NH 4 OH, 201 Revisão, 201 Exercícios, 201 Sumario-QFI -PNLEM 9 30/5/05, 10:53 A 4. Comparação entre ácidos e bases, 202 4.1. Propriedades funcionais, 202 4.2. A medida do caráter ácido e do básico, 203 Box: Acidez do solo, 204 Atividades práticas, 204 Revisão, 205 Exercícios, 205 Exercícios complementares, 205 5. Sais, 206 Box: Império do sal, 206 5.1. Conceituação dos sais, 207 5.2. Reação de neutralização total/Sais normais ou neutros, 207 a) Fórmula geral dos sais normais, 208 b) Nomenclatura dos sais normais, 208 c) Solubilidade dos sais normais, 209 5.3. Outros tipos de sais, 209 a) Sais ácidos ou hidrogeno-sais, 209 b) Sais básicos ou hidroxi-sais, 209 c) Sais duplos ou mistos, 210 d) Sais hidratados ou hidratos, 21 0 e) Sais complexos, 21 0 Box: O galo do tempo, 21 0 5.4. Sais importantes, 210 a) Cloreto de sódio — NaCl, 21 0 b) Carbonato de sódio — Na 2 C0 3 , 21 1 c) Hipoclorito de sódio — NaOCt, 21 1 d) Carbonato de cálcio — CaC0 3 , 21 1 Atividades práticas, 21 1 Revisão, 21 2 Exercícios, 21 2 Exercícios complementares, 21 3 Leitura, 21 4 Questões sobre a leitura, 21 5 I Desafio, 21 6 ÓXIDOS INORGÂNICOS 1. Definição de óxido, 21 9 2. Fórmula geral dos óxidos, 21 9 3. Óxidos básicos, 220 3.1. Nomenclatura dos óxidos básicos, 220 4. Óxidos ácidos ou anidridos, 221 4.1. Nomenclatura dos óxidos ácidos, 222 5. Óxidos anfóteros, 222 6. Óxidos indiferentes ou neutros, 223 7. Óxidos duplos, mistos ou salinos, 224 8. Peróxidos, 224 Box: Agua oxigenada, 225 QF1-PNLEM 10 30/5/05, 10:53 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. rm Sumario-QFI -PNLEM 11 L] 9. Óxidos importantes, 225 9.1 . Óxido de cálcio — CaO, 225 9.2. Dióxido de carbono — C0 2; 226 Revisão, 226 Exercícios, 227 Exercícios complementares, 228 10. As funções inorgânicas e a classificação periódica, 228 Revisão, 231 Exercícios, 231 Exercícios complementares, 232 Leitura, 233 Questões sobre a leitura, 235 I Desafio, 235 AS REAÇÕES QUÍMICAS 1. Introdução, 238 1 . 1 . Equações iônicas, 239 2 . Balanceamento das equações químicas, 240 Revisão, 241 Exercícios, 241 3. Classificações das reações químicas, 242 3.1. Reações de síntese ou de adição, 242 3 . 2 . Reações de análise ou de decomposição, 243 3.3. Reações de deslocamento ou de substituição ou de simples troca, 243 3 . 4 . Reações de dupla troca ou de dupla substituição, 244 Revisão, 244 Exercícios, 244 Exercícios complementares, 245 4 . Quando ocorre uma reação química?, 246 4 . 1 . Reações de oxirredução, 246 a) Comportamento dos metais, 246 b) Comportamento dos não-metais, 247 4 . 2 . Reações que não são de oxirredução, 248 a) Quando um dos produtos for menos solúvel que os reagentes, 248 b) Quando um dos produtos for mais volátil que os reagentes, 248 c) Quando um dos produtos for menos ionizado que os reagentes, 249 Revisão, 249 Exercícios, 250 Exercícios complementares, 251 5 . Resumo das principais reações envolvendo as funções inorgânicas, 252 5 . 1 . Reações entre os opostos, 252 5 . 2 . Outros tipos de reação, 253 a) Reações com o oxigênio, 253 b) Reações com o hidrogênio, 253 c) Reações com a água, 253 d) Comportamento diante do calor, 254 Atividades práticas, 255 Revisão, 255 Exercícios, 255 Exercícios complementares, 256 Leitura, 258 Questões sobre a leitura, 258 H Desafio, 259 30/5/05, 10:53 A Capítulo MASSA ATÔMICA E MASSA MOLECULAR 1. Unidade de massa atômica (u), 263 2 . Massa atômica, 263 2.1. Massa atômica dos elementos químicos, 264 2.2. Determinação moderna das massas atômicas, 264 2.3. Regra de Dulong-Petit, 265 Revisão, 265 Exercícios, 265 3. Massa molecular, 266 Revisão, 267 Exercícios, 267 4. Conceito de mol, 268 5. Massa molar (M), 269 Revisão, 270 Exercícios, 270 Exercícios complementares, 273 Leitura, 274 Questões sobre a leitura, 276 H Desafio, 276 Capítulo 12 ESTUDO DOS GASES 1. Introdução, 278 2 . O estado gasoso, 278 3. O volume dos gases, 278 4 . A pressão dos gases, 279 5. A temperatura dos gases, 280 Box: Zero absoluto, 281 Revisão, 281 Exercícios, 281 6. As leis físicas dos gases, 282 6.1. Lei de Boyle-Mariotte, 282 Box: As leis da ciência só valem dentro de certos limites, 283 6.2. Lei de Gay-Lussac, 283 6.3. Lei de Charles, 284 7. Equação geral dos gases, 286 8. Condições normais de pressão e temperatura (CNPT), 286 9. Teoria cinética dos gases, 286 10. Gás perfeito e gás real, 287 Atividades práticas, 287 Revisão, 288 Exercícios, 288 Exercícios complementares, 290 11. Leis volumétricas das reações químicas (leis químicas dos gases), 291 11.1. Leis volumétricas de Gay-Lussac, 291 QF1-PNLEM 12 30/5/05, 10:54 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A 11.2. Hipótese ou lei de Avogadro, 291 Revisão, 293 Exercícios, 293 Exercícios complementares, 294 12. Volume molar, 294 13. Equação de Clapeyron, 295 Revisão, 297 Exercícios, 297 Exercícios complementares, 300 14. Misturas gasosas, 301 14.1. Conceitos gerais, 301 a) Relação entre os gases iniciais e a mistura final, 302 b) Situação dentro da mistura final, 302 Box: As pressões parciais em nosso organismo, 302 c) Relacionando valores parciais com o valor total, 303 Box: Medidas da poluição, 304 14.2. Massa molar aparente de uma mistura gasosa, 304 Revisão, 304 Exercícios, 305 Exercícios complementares, 310 1 5. Densidade dos gases, 31 1 15.1. Densidade absoluta, 31 1 15.2. Densidade relativa, 312 Atividades práticas, 31 3 Revisão, 31 3 Exercícios, 314 Exercícios complementares, 315 16. Difusão e efusão dos gases, 316 Atividades práticas, 31 7 Revisão, 31 7 Exercícios, 31 7 Leitura, 318 Questões sobre a leitura, 320 I Desafio, 320 CÁLCULO DE FÓRMULAS 1. As fórmulas na Química, 323 2. Cálculo da fórmula centesimal, 323 Revisão, 325 Exercícios, 325 Exercícios complementares, 326 3. Cálculo da fórmula mínima, 326 Revisão, 328 Exercícios, 328 Exercícios complementares, 328 4. Cálculo da fórmula molecular, 328 4.1. Cálculo da fórmula molecular a partir da fórmula mínima, 329 4.2. Cálculo direto da fórmula molecular, 330 Revisão, 330 Exercícios, 330 Exercícios complementares, 331 Leitura, 331 Questões sobre a leitura, 334 I Desafio, 335 A Sumario-QFI -PNLEM 30/5/05, 10:54 A CÁLCULO ESTEQUIOMÉTRICO 1. Introdução, 337 2 . Casos gerais de cálculo estequiométrico, 339 2.1. Quando o dado e a pergunta são expressos em massa, 339 Exercícios, 339 Exercícios complementares, 340 2.2. Quando o dado é expresso em massa e a pergunta em volume (ou vice-versa), 341 Exercícios, 341 Exercícios complementares, 343 2.3. Quando o dado e a pergunta são expressos em volume, 343 Exercícios, 344 2.4. Quando o dado é expresso em massa e a pergunta em mols (ou vice-versa), 344 Exercícios, 344 Exercícios complementares, 345 2.5. Quando o dado é expresso em massa e a pergunta em números de partículas (ou vice-versa), 345 Exercícios, 346 2 . 6 . Havendo duas ou mais perguntas, 346 Exercícios, 347 3 . Casos particulares de cálculo estequiométrico, 347 3 . 1 . Quando aparecem reações consecutivas, 347 Exercícios, 348 Exercícios complementares, 349 3 . 2 . Quando são dadas as quantidades de dois (ou mais) reagentes, 350 Exercícios, 351 Exercícios complementares, 352 3 . 3 . Quando os reagentes são substâncias impuras, 353 Exercícios, 355 Exercícios complementares, 356 3 . 4 . Quando o rendimento da reação não é total, 356 Exercícios, 358 Exercícios complementares, 358 3 . 5 . Quando há participação do ar nas reações químicas, 359 a) Cálculo do volume do ar necessário à combustão, 359 b) Cálculo do volume total dos gases no final da reação, 359 Exercícios, 360 3 . 6 . Quando os reagentes são misturas, 360 Exercícios, 362 Leitura, 362 Questões sobre a leitura, 365 I Desafio, 365 Respostas, 369 Lista de siglas, 376 Tabelas auxiliares, 378 Sugestões de leitura para os alunos, 381 Museus brasileiros ligados à Ciência, 382 Referências bibliográficas, 384 QF1-PNLEM 14 30/5/05, 10:54 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. ÍNDICE DAS LEITURAS O planeta Terra (capítulo 1), 10 O ciclo da água na Terra (capítulo 2), 43 O meio ambiente em perigo (capítulo 3), 70 Usos das radiações eletromagnéticas (capítulo 4), 105 Três famílias importantes (capítulo 5), 1 31 ■ Ligas metálicas (capítulo 6), 154 Semicondutores (capítulo 7), 1 83 O tratamento da água (capítulo 8), 214 A chuva ácida (capítulo 9), 233 O vidro e o cimento (capítulo 1 0), 258 ■ História das medições (capítulo 1 1), 274 A camada de ozônio (capítulo 12), 318 O efeito estufa (capítulo 1 3), 331 Produção do ferro e do aço (capítulo 14), 362 ÍNDICE DAS BIOGRAFIAS Antoine Laurent de Lavoisier (capítulo 3), 50 Joseph Louis Proust (capítulo 3), 51 John Dalton (capítulo 3), 53 Joseph John Thomson (capítulo 4), 77 Ernest Rutherford (capítulo 4), 78 Niels Henrik David Bohr (capítulo 4), 91 ■ Linus Cari Pauling (capítulo 4), 1 01 Dimitri Ivanovitch Mendeleyev (capítulo 5), 112 Gilbert Newton Lewis (capítulo 6), 144 Svante August Arrhenius (capítulo 8), 1 88 Evangelista Torricelli (capítulo 12), 279 William Thomson - Lord Kelvin of Largs (capítulo 1 2), 280 Robert Boyle e Edme Mariotte (capítulo 1 2), 282 Joseph Louis Gay-Lussac (capítulo 12), 283 Jacques Alexandre César Charles (capítulo 12), 284 Amedeo Avogadro (capítulo 1 2), 291 Benoit Pierre Émile Clapeyron (capítulo 12), 295 Thomas Graham (capítulo 12), 316 Sumario-QFI -PNLEM 15 30/5/05, 10:54 rrrr m ELEMENTOS QUÍMICOS (As massas atômicas entre parênteses são dos isótopos mais estáveis dos elementos radioativos.) (De acordo com as últimas recomendações da IUPAC.) Elemento Símbolo Número Atômico Massa Atômica Actínio Ac 89 (227) Alumínio Al 13 26,9815 Amerício Am 95 (243) Antimônio Sb 51 121,75 Argônio Ar 18 39,948 Arsênio As 33 74,9216 Astato At 85 (210) Bário Ba 56 137,34 Berquélio Bk 97 (247) Berílio Be 4 9,0122 Bismuto Bi 83 209 Bóhrio Bh 107 (262,1) Boro B 5 10,811 Bromo Br 35 79,909 Cádmio Cd 48 112,40 Cálcio Ca 20 40,08 Califórnio Cf 98 (251) Carbono C 6 12,01115 Cério Ce 58 140,12 Césio Cs 55 132,905 Chumbo Pb 82 207,19 Cloro Cl 17 35,453 Cobalto Co 27 58,93 Cobre Cu 29 63,55 Criptônio Kr 36 83,80 Cromo Cr 24 51,996 Cúrio Cm 96 (247) Darmstácio Ds 110 (269) Disprósio Dy 66 162,50 Dúbnio Db 105 (262) Einstêinio Es 99 (252) Enxofre S 16 32,064 Erbio Er 68 167,26 Escândio Sc 21 44,956 Estanho Sn 50 118,69 Estrôncio Sr 38 87,62 Európio Eu 63 151,96 Férmio Fm 100 (257) Ferro Fe 26 55,847 Flúor F 9 18,9984 Fósforo P 15 30,9738 Frâncio Fr 87 (223) Cadolínio Cd 64 157,25 Gálio Ca 31 69,72 Cermânio Ce 32 72,59 Ffáfnio Hf 72 1 78,49 Hássio Hs 108 (265) FHélio He 2 4,0026 Hidrogênio H 1 1,00797 Hólmio Ho 67 164,930 Indio In 49 114,82 lodo 1 53 126,9044 Irídio Ir 77 192,2 Itérbio Yb 70 1 73,04 ítrio Y 39 88,905 Lantânio La 57 138,91 Elemento Símbolo Número atômico Massa atômica Laurêncio Lr 103 (260) Lítio Li 3 6,941 Lutécio Lu 71 1 74,97 Magnésio Mg 12 24,312 Meitnério Mt 109 (269) Manganês Mn 25 54,9380 Mendelévio Md 101 (258) Mercúrio Hg 80 200,59 Molibdênio Mo 42 95,94 Neodímio Nd 60 144,24 Neônio Ne 10 20,183 Netúnio Np 93 (237) Nióbio Nb 41 92,906 Níquel Ni 28 58,69 Nitrogênio N 7 14,0067 Nobélio No 102 (259) Osmio Os 76 190,2 Ouro Au 79 196,967 Oxigênio O 8 15,9994 Paládio Pd 46 106,4 Platina Pt 78 195,09 Plutônio Pu 94 (244) Polônio Po 84 (209) Potássio K 19 39,098 Praseodímio Pr 59 140,907 Prata Ag 47 107,870 Promécio Pm 61 (145) Protactínio Pa 91 (231) Rádio Ra 88 (226) Radônio Rn 86 (222) Rênio Re 75 186,2 Ródio Rh 45 102,905 Roentgênio Rg 111 (272) Rubídio Rb 37 85,47 Rutênio Ru 44 101,07 Rutherfórdio Rf 104 (261) Samário Sm 62 150,35 Seabórgio Sg 106 (263,1) Selênio Se 34 78,96 Silício Si 14 28,086 Sódio Na 11 22,9898 Tálio Tl 81 204,37 Tantálio Ta 73 180,948 Tecnécio Tc 43 (98) Telúrio Te 52 127,60 Térbio Tb 65 158,924 Titânio Ti 22 47,90 Tório Th 90 232,0 Túlio Tm 69 168,934 Tungsténio w 74 183,85 Urânio u 92 238 Vanádio V 23 50,942 Xenônio Xe 54 131,38 Zinco Zn 30 65,38 Zircônio Zr 40 91,22 QF1-PNLEM 16 30/5/05, 10:54 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. ULZL LI Tópicos do capítulo 1 Observando a natureza 2 As transformações da matéria 3 A energia que acompanha as transformações da matéria 4 Conceito de Química 5 A Química em nosso cotidiano PRIMEIRA VISÃO DA QUÍMICA Leitura: 0 planeta Terra Un alquimista, obra de Adriaen van Ostade, 1661 Apresentação do capítulo Imaginemos um filme sobre a evolução da humanidade, desde o ser humano mais primitivo até os dias atuais. Notaríamos que o desenvolvimento material da humanidade ocorreu graças ao melhor aproveitamento e ao desenvolvimento das técnicas de transformação dos recursos disponíveis na natureza. Com o advento da Revolução Industrial, o trabalho artesanal foi, em grande parte, substituído por técnicas cada vez mais sofisticadas de produção em série. Do mesmo modo, as observações sobre os acontecimentos do cotidiano foram dando origem a teorias científicas crescentemente avançadas. Nesse contexto, como todo ramo do conhecimento humano, a Química também tem acompanhado a evolução histórica da humanidade. Com relação ao título deste capítulo — " Primeira visão da Química " —, devemos esclarecer que a "visão" aqui apresentada é, por enquanto, bastante simplificada e incompleta. 0 objetivo deste capítulo é exatamente o de dar algumas idéias de matéria, suas transformações, e da energia que estas envolvem. Capitulo 01-QF1 -PNLEM 1 I 29/5/05,18:08 T OBSERVANDO A NATUREZA Desde o início da civilização até hoje, a humanidade pôde observar que a natureza é formada por materiais muito diferentes entre si. O solo em que pisamos pode ser de: terra vermelha, terra preta, areia, pedras etc. Os vegetais também apresentam enorme variedade: existem desde os minúsculos musgos até árvores gigantescas; a madeira pode ser mais mole ou mais dura; as flores têm cores muito diversificadas; há grandes diferenças entre os frutos, e assim por diante. O mesmo ocorre com os ani- mais: existem aves, mamíferos, peixes etc. de formas, tamanhos e constituições muito diferentes entre si. Todos esses materiais que nos rodeiam (a terra, as pedras, a água e os seres vivos) constituem o que chamamos matéria. Daí dizemos que: Matéria é tudo que tem massa e ocupa lugar no espaço (isto é, tem volume). Massa e volume são então propriedades gerais da matéria. É bom lembrar também que a maté- ria pode se apresentar sólida (por exemplo, as pedras), líquida (por exemplo, a água) ou gasosa (por exemplo, o ar que respiramos). As pedras se apresentam na forma sólida. A água se apresenta na O ar se apresenta na forma gasosa. forma líquida. O trabalho de separação dos diferentes materiais encontrados na natureza foi uma atividade mui- to importante para a humanidade. Um primeiro cuidado do homem primitivo deve ter sido o de reco- nhecer os alimentos comestíveis e os venenosos, bem como o de encontrar as plantas que podiam curar suas enfermidades. Com o passar dos séculos, os seres humanos foram aperfeiçoando as técnicas de extração e sepa- ração de materiais úteis ao seu dia-a-dia. Assim, por exemplo: dos vegetais extraíram as tintas para pintar seus corpos e seus utensílios; da terra separaram metais, como a prata e o ouro; do leite, a gordura para fabricar a manteiga, e assim por diante. Podemos então dizer que: Separações são os processos que visam isolar os diferentes materiais encontrados numa mistura. A cozinheira “cata” o feijão, separando os grãos de má qualidade. O garimpeiro, com sua peneira, separa diamantes do cascalho existente no fundo do rio. 2 Capitulo 01-QF1-PNLEM 2 6/7/05, 14:10 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 2 AS TRANSFORMAÇÕES DA MATÉRIA Ao longo do tempo, a humanidade tem observado que, sob certas condições, a matéria se trans- forma. A própria natureza se encarrega de muitas transformações. Assim, por exemplo: o frio intenso transforma a água em gelo; o fogo transforma uma árvore em cinzas; com o tempo, os frutos apodre- cem; o ferro se enferruja; e até nosso corpo envelhece. Dizemos então que: Transformação material é toda e qualquer alteração sofrida pela matéria. As transformações da matéria são também chamadas de fenômenos materiais (ou simplesmente fenômenos), sendo que, nessa expressão, a palavra "fenômeno" significa apenas transformação, não significando nada de extraordinário, fantástico ou sobrenatural. Exemplos de transformações ou fenômenos materiais A explosão de fogos de artifício. A água se transformando em vapor ao A ferrugem formada em tambores, ser aquecida em um béquer. É muito importante lembrar também que os seres humanos têm provocado transformações na matéria, em seu próprio interesse. Assim, por exemplo, com o fogo conseguiu: • assar a carne dos animais para melhorar sua alimentação; • cozer vasos de barro para guardar água ou alimentos; • cozer blocos de barro, transformando-os em tijolos, para construir suas casas; etc. A.C. johnny hart Capítulo 1 • Primeira Visão da Química 3 A Capitulo 01-QF1-PNLEM 3 29/5/05, 18:08 2003 TRIBUNE MEDIA/ INTERCONTINENTAL PRESS A Usando técnicas cada vez mais avançadas, os seres humanos conseguiram, com o passar dos sécu- los, transformar, por exemplo: • fibras vegetais ou pêlos de animais em tecidos para se abrigarem; • produtos vegetais em corantes para colorir seus tecidos; • minérios em metais, como o cobre, o ferro, o chumbo etc. Atualmente a Química está presente em todas as situações de nosso cotidiano. De fato, grande parte dos avanços tecnológicos obtidos pela civilização ocorreu graças à curiosidade e ao esforço em desenvolver novas técnicas para separar e transformar os materiais encontrados na natureza. Do mesmo modo que, ao longo do tempo, os cozinheiros procuraram transformar os alimentos em pratos cada vez mais saborosos, os técnicos e os cientistas experimentaram novos caminhos para transformar os mate- riais da natureza em produtos que permitem melhorar a qualidade de vida das pessoas. Podemos então dizer que um dos conceitos de experiência em Química refere-se às tentativas de separar e reconhecer alguns materiais e, em seguida, tentar transformá-los em novos produtos. Cozinha industrial Laboratório químico moderno Por meio dessas técnicas podemos fabricar: • adubos, inseticidas e diversos insumos que aumentam a produção agrícola; • produtos que permitem conservar os alimentos por mais tempo; • fibras e tecidos para produzir desde roupas delicadas até coletes à prova de balas; • cosméticos e perfumes para embelezar as pessoas; • medicamentos específicos para o tratamento de inúmeras doenças; • matérias variados para a construção de casas e edifícios; • veículos (carros, ônibus, aviões, navios etc.) para o transporte de pessoas e cargas; • chips de computadores que revolucionaram a vida moderna, pois armazenam milhares de informações. 4 Capitulo 01-QF1-PNLEM 4 29/5/05, 18:08 CID MICHAEL ROSENFELD/ STONE-GETTY IMAGES Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A GARFIELD JIM DAVIS EPAI E55E5 TENI5 DE CORRIDA S Ko NOVOS. \foi vitima )do avanço 'TECNOLÓSICO NA INDÚSTRIA DE CALÇADOS ESPORTIVOS, £5?MB WÇ5 5 i9 O QUE HOUVc COM O SEU RASO? CO O 5 !< ç/> Q A ENERGIA QUE ACOMPANHA AS TRANSFORMAÇÕES DA MATÉRIA A descoberta do fogo foi um dos passos mais importantes na evolução da humanidade. O fogo controlado surgiu quando o ser humano aprendeu a acender uma fogueira, na hora desejada. Nesse caso, a energia se apresenta nas formas de luz e calor. Com a luz, o homem primitivo iluminou suas noites e afugentou os animais perigosos e, com o calor, aprendeu a assar seus alimentos, a cozer o barro e, muitos séculos depois, a extrair os metais dos minérios. Atualmente sabemos que algumas transformações são passageiras ou reversíveis, isto é, podem ser desfeitas. Transformações desse tipo recaem, em geral, no que chamamos de transformações físicas (ou fenômenos físicos). Exemplificando: • em montanhas muito altas, a água se congela; mas, com um pouco de calor, a neve ou o gelo se derretem facilmente, voltando à forma líquida; • num termômetro, o mercúrio se dilata com o calor e se contrai com o frio, mas continua sendo sempre o mesmo mercúrio; • o sal que dissolvemos na água pode ser recuperado, bastando que ocorra a evaporação da água. Outras transformações são mais profundas e freqüentemente irreversíveis, isto é, torna-se difícil (e, às vezes, impossível) retornar à situação inicial. São, em geral, transformações, fenômenos ou reações químicas. Exemplos: • depois de se queimar um pedaço de madeira, é impossível juntar as cinzas e a fumaça finais e refazer a madeira inicial; • depois de se preparar um ovo frito, é impossível fazer o ovo voltar à forma original; • se um objeto de ferro se enferruja, é muito difícil reverter o processo (raspar o objeto antes de pintá-lo significa apenas "jogar a ferrugem fora", e não recuperar a porção de ferro oxidado). O progresso da civilização foi também devido à procura de novas formas de obtenção de ener- gia. Como exemplo podemos citar que os primeiros seres humanos dependiam de seus músculos para obter energia. Mais tarde, animais foram domesticados e atrelados a moendas, a carroças, passando a ser utilizados como fonte de energia. Capítulo 1 • Primeira Visão da Química 5 Capitulo 01-QF1-PNLEM 5 29/5/05, 18:08 A energia proveniente de quedas d'água foi aproveitada para movimentar as rodas d'água e as turbinas das modernas hidroelétricas, e a energia proveniente dos ventos, para acionar os moinhos e as modernas turbinas eólicas. Evolução no aproveitamento dos ventos 0 mesmo vento que move moinhos em alguns países da Europa move as turbinas eólicas (modernos geradores de eletricidade). Atualmente o consumo de energia é cada vez maior e sua produção, crescentemente diversificada: • a queima do carvão e dos derivados de petróleo movimenta caldeiras, automóveis, aviões etc.; • a energia elétrica ilumina nossas ruas e edifícios e aciona um grande número de aparelhos domés- ticos e industriais; • a energia química de pilhas e baterias é fundamental para o funcionamento de aparelhos portá- teis (rádios, telefones celulares etc.); • a energia nuclear, defendida por alguns e combatida por outros, talvez se torne importante no futuro. A foto mostra prédios comerciais iluminados no horário em que Usina nuclear Angra I, Angra dos Reis, RJ poucos funcionários estão trabalhando. Assim, concluímos que ocorre desperdício de energia. cb d) 0. o C7) TD ■O O O CO tf < E, afinal, o que é energia? É difícil defini-la, por se tratar de algo que não é material, mas nem por isso duvidamos de sua existência. De fato, até hoje ninguém viu a energia elétrica passando por um fio, mas, mesmo assim, evitamos o contato direto com fios desencapados. Costuma-se dizer, de modo geral, que: Energia é a propriedade de um sistema que lhe permite realizar um trabalho. 6 Capitulo 01-QF1-PNLEM 6 29/5/05, 18:08 DELFIM MARTINS / PULSAR Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Enfim, reconhecemos a existência da energia pelo efeito (trabalho) que ela produz. Por exemplo: • a energia térmica (calor) pode realizar o trabalho de dilatar um corpo; • a energia elétrica (eletricidade) pode realizar o trabalho de movimentar um motor elétrico; • a energia química de uma explosão pode realizar o trabalho de demolir um prédio. VEJA O QUE A FALTA DE ENERGIA PODE PROVOCAR _ Em geral, só percebemos a importância de alguma coisa, quando ela nos falta. Na tarde de 14 de agosto de 2003, faltou energia elétrica em Nova York e em grande parte da região leste dos Estados Unidos e do Canadá, durante aproximadamente 24 horas. O blecaute deixou 50 milhões de norte-americanos às escuras, sem elevadores, sem metrô e trens elétricos, e sem comunicação telefônica. Milhares de pessoas dormiram nas ruas. Sob forte onda de calor, os aparelhos de ar-condicionado não funcionaram, os alimentos se deterioraram nas geladeiras e muitos incêndios foram provocados pelo uso de velas. O prejuízo foi de milhões de dólares. L Considerando os conceitos vistos nas páginas anteriores, podemos agora dizer que: O 5 A Química (ou, melhor, a matéria e suas transformações) está sempre presente em nosso dia-a-dia: nos alimentos, no vestuário, nos edifícios, nos medicamentos, e assim por diante. Não têm sentido certas propagandas que anunciam "alimento natural sem Química", pois o próprio alimento em si já é uma mistura química. Talvez o exemplo mais ligado a nosso cotidiano seja o funcionamento de nosso próprio organismo. O corpo humano é um "laboratório" em que ocorrem, durante todo o tempo, fenômenos químicos muito sofisticados, a saber: • ingerimos vários materiais: alimentos, água, ar (pela respiração) etc.; • há muitas transformações desses materiais, no estômago, nos intestinos etc. auxiliadas por "produtos químicos" específicos existentes no suco gástrico, na bile (do fígado) etc.; • há produção de energia, utilizada nas movimentações de nosso corpo e também para manter a temperatura do organismo em torno de 36-37 °C etc.; • há recombinação dos alimentos para a manutenção de nossos ossos, tecidos, órgãos etc.; • após inúmeras transformações, o organismo elimina os produtos residuais, por meio das fezes, urina, suor etc. Enfim, nesse "processo da vida", notamos ainda um perfeito entrosamento dos fenômenos que são estudados pela Química, Física, Biologia e por novos ramos da ciência. Uma das críticas mais constantes, na atualidade, é a de que a Química é perigosa, responsável por toda a poluição existente no mundo. Isso não é verdade. Seus produtos são projetados para serem úteis à humanidade. O problema reside no mau uso desses produtos. Assim, por exemplo, o petróleo é útil na produção da gasolina, do diesel etc., mas torna-se nocivo quando derramado nos mares, devido aos acidentes marítimos. Capítulo 1 • Primeira Visão da Química 7 Química é o ramo da ciência que estuda: • a matéria; • as transformações da matéria; • e a energia envolvida nessas transformações. estudo que iniciamos agora visa detalhar e aprofundar cada um desses tópicos. A QUÍMICA EM NOSSO COTIDIANO D CONCEITO DE QUÍMICA Capitulo 01-QF1-PNLEM 7 29/5/05, 18:08 O problema não está no uso, mas no abuso da utilização dos produtos químicos. É o que aconte- ce, por exemplo, com o uso excessivo de carros para satisfazer o conforto da vida moderna, mas que acarreta a poluição do ar das grandes cidades. Enfim, a culpa não é da Química, mas da ignorância, da incompetência ou da ganância das pessoas que a usam. Em um lixão podem ser encontrados desde restos de comida até materiais tóxicos e infectados. Praia de Atafona, em São João da Barra, RJ, atingida pelos produtos químicos da fábrica de celulose Cataguazes, de Minas Gerais, em 04/04/2003. Note como é importan- te conhecer a Química (e evi- dentemente outros ramos da ciência) para compreender melhor o mundo em que vi- vemos. O conhecimento evi- tará que você seja enganado por produtos e propagandas, tornando-se um cidadão mais consciente, e o levará, sem dúvida, a evitar o consumo excessivo de materiais e de energia. Por fim, o conheci- mento irá conscientizá-lo da necessidade de reciclagem de materiais como o papel, o vi- dro, os metais etc. Usina de reciclagem de lixo de Campinas, Estado de São Paulo. r ATIVIDADES PRÁTICAS — PESQUISA 1- Identifique cinco produtos utilizados em sua casa que contenham componentes químicos. 2 a Procure saber por que há, nos postos, dois ou mais tipos de gasolina com preços diferentes. 3 a Faça uma relação de equipamentos existentes em sua casa que possuam chips eletrônicos. 4 a Compare os rótulos de vários cremes dentais. Procu- re verificar se há componentes químicos em comum. 5 a Imagine uma experiência para provar que o ar tem massa. 8 Capitulo 01-QF1-PNLEM 8 6/7/05, 14:11 MARCOS PERON / KINO FÁBIO MOTTA / AE Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Mn Responda em seu caderno a) O que é matéria? b) Como pode se apresentar a matéria? c) O que são separações e para que servem? d) O que são transformações materiais? e) O que se costumam realizar, especialmente, os cientistas, na tentativa de separarar e reconhecer alguns materiais e tentar transformá-los em novos produtos? f) O que é fenômeno físico? g) O que é fenômeno químico? h) O que é energia? i) O que a Química estuda? J) O que o abuso no uso de matéria e energia pode causar ao planeta? EXERCÍCIOS 1 Cite três materiais comuns retirados do solo. 2 Costuma-se dizer que a água é um líquido. Isso é sempre verdade? 3 Cite três materiais gasosos que você conhece. 4 Como se costuma retardar o processo de enferrujamento, por exemplo, de um portão de ferro? 5 Antigamente, tubos de ferro eram utilizados em instala- ções de água nas residências. Hoje preferem-se tubos de plástico. Por quê? 6 Por que são empregados aditivos nos alimentos? 7 De que modo o fogo ajudou os seres humanos primitivos? 8 Cite uma forma de produção de energia e uma de suas aplicações. 9 Cite três produtos normalmente encontrados no lixo domiciliar. 10 Você considera que a Química é responsável por toda a poluição existente no planeta? 1 1 (Mackenzie-SP) A alternativa que contém um fenômeno físico observado no dia-a-dia é: a) a queima de um fósforo. b) o derretimento do gelo. c) a transformação do leite em coalhada. d) o desprendimento de gás, quando se coloca sal de frutas em água. e) o escurecimento de um objeto de cobre. 12 (UFPE) Considere as seguintes tarefas realizadas no dia-a- dia de uma cozinha e indique aquelas que envolvem trans- formações químicas. 1) Aquecer uma panela de alumínio. 2) Acender um fósforo. 3) Ferver água. 4) Queimar açúcar para fazer caramelo. 5) Fazer gelo. a) 1 , 3 e 4 b) 2 e 4 c) 1 , 3 e 5 d) 3 e 5 e) 2 e 3 1 3 (UFPE) Em quais das passagens grifadas abaixo está ocor- rendo transformação química? 1) " O reflexo da luz nas águas onduladas pelos ventos lembrava-lhe os cabelos de seu amado." 2) " A chama da vela confundia-se com o brilho nos seus olhos." 3) "Desolado, observava o gelo derretendo em seu copo e ironicamente comparava-o ao seu coração." 4) "Com o passar dos tempos começou a sentir-se como a velha tesoura enferrujando no fundo da gaveta." Estão corretas apenas: a) 1 e 2 b) 2 e 3 c) 3 e 4 d) 2 e 4 e) 1 e 3 Capítulo 1 • Primeira Visão da Química 9 Capitulo 01 -QF1-PNLEM 9 29/5/05, 18:09 LEITURA O PLANETA TERRA A "espaçonave" chamada PLANETA TERRA é uma esfera com cerca de 12.600 km de diâme- tro, que pesa cerca de 6 ■ 1 0 21 toneladas e se des- loca no espaço com uma velocidade de aproxi- madamente 106.000 km/h. No entanto, na vas- tidão do universo, nosso planeta é apenas uma "partícula de poeira". Essa espaçonave carrega mais de 6 bilhões de seres humanos e um núme- ro enorme de vegetais e animais. Na verdade, todos os seres vivos habitam apenas uma "pelí- cula" da Terra, que se assemelha, em proporções, à casca de uma maçã. Essa película é uma região denominada biosfera (do grego: bios, vida; sphaira, esfera). E importante também notar que todos os seres vivos só existem à custa do que é retirado do ar (atmosfera), da água (hidrosfera) e do envoltório sólido (litosfera). Do espaço ex- terior, porém, nos chega a energia solar, sem a qual não existiria na Terra a vida tal qual a co- nhecemos. A atmosfera é formada principalmente por ni- trogênio e oxigênio. A hidrosfera é a "capa" de água que envolve a Terra. Encontra-se na forma sólida (gelo, nas altas montanhas, nas geleiras, nos icebergs etc.), na forma líquida (oceanos, rios, la- gos, água subterrânea etc.) ou na forma gasosa (como na umidade do ar, por exemplo). A litosfera ou crosta terrestre é conhecida, com relativa preci- são, somente até poucos quilômetros de profundi- dade. E formada por rochas, minerais, minérios etc., onde aparecem, em maior quantidade, o oxigênio, o silício, o alumínio e o ferro. Isso é tudo de que a humanidade dispõe para sobreviver. Portanto, não "gaste" a Terra com con- sumos excessivos nem a torne uma "lata de lixo" com demasiado desperdício. ■ Questões sobre a leitura ^ca^ernlT 14 O que é biosfera? 15 De onde são retirados todos os materiais necessários à vida humana? 16 Qual é a fonte de energia mais importante para a huma- nidade? 17 (Enem-MEC) Se compararmos a idade do planeta Terra, avaliada em quatro e meio bilhões de anos (4,5 • 1 0 9 anos), com a de uma pessoa de 45 anos, então, quando come- çaram a florescer os primeiros vegetais, a Terra já teria 42 anos. Ela só conviveu com o homem moderno nas últi- mas quatro horas e, há cerca de uma hora, viu-o come- çar a plantar e a colher. Há menos de um minuto perce- beu o ruído de máquinas e de indústrias e, como denun- cia uma ONC de defesa do meio ambiente, foi nesses últimos sessenta segundos que se produziu todo o lixo do planeta! I. O texto acima, ao estabelecer uma paralelo entre a idade da Terra e a de uma pessoa, pretende mostrar que: a) a agricultura surgiu logo em seguida aos vegetais, perturbando desde então seu desenvolvimento. b) o ser humano só se tornou moderno ao dominar a agricultura e a indústria, em suma, ao poluir. c) desde o surgimento da Terra, são devidas ao ser hu- mano todas as transformações e perturbações. d) o surgimento do ser humano e da poluição é cerca de dez vezes mais recente que o do nosso planeta. e) a industrialização tem sido um processo vertiginoso, sem precedentes em termos de dano ambiental. II. O texto permite concluir que a agricultura começou a ser praticada há cerca de: a) 365 anos c) 900 anos e) 460.000 anos b) 460 anos d) 10.000 anos III. Na teoria do Big Bang, o Universo surgiu há cerca de 1 5 bilhões de anos, a partir da explosão e expansão de uma densíssima gota. De acordo com a escala pro- posta no texto, essa teoria situaria o início do Univer- so há cerca de: a) 100 anos c) 1 .000 anos e) 2.000 anos b) 1 50 anos d) 1 .500 anos 10 Capitulo 01-QF1-PNLEM 10 6/7/05, 14:11 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Tópicos do capítulo 1 Como a matéria se apresenta: homogênea? heterogênea? 2 Fases de um sistema 3 Como a matéria se apresenta: pura? misturada? 4 Transformações da água 5 As observações e as experiências na ciência 6 Substância pura (ou espécie química) 7 Processos de separação de misturas 8 Aprendendo mais sobre o laboratório de Química 9 A segurança nos laboratórios de Química Leitura: O ciclo da água na Terra CONHECENDO A MATÉRIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES Erupção do vulcão Etna. Sicília, Itália, 2001. Apresentação do capítulo No capítulo 1 , falamos da matéria e de suas transformações, de um modo muito superficial. Neste vamos aprofundar nossos conhecimentos desse assunto. Faiaremos sobre como a matéria se apresenta aos nossos oihos — homogênea e heterogênea. É o que chamamos de uma visão macroscópica da matéria. Estudaremos as chamadas mudanças de estado físico da matéria. Veremos também os processos que permitem separar os diferentes tipos de matéria existentes numa mistura até se chegar a várias substâncias isoladas umas das outras. Falaremos, ainda, da medida de propriedades características das substâncias, como ponto de fusão, ponto de ebulição, densidade etc., que permitem distinguir uma substância de outra. 11 ^ 29/5/05,18:11 -QF1-PNLEM A COMO A MATÉRIA SE APRESENTA: HOMOGÊNEA? HETEROGÊNEA? Quando observamos e estudamos uma "porção limitada da matéria, passamos a chamá-la de sistema em estudo". Veremos então que alguns sistemas se apresentam uniformes, como a água límpida, o leite, um fragmento de ouro etc., e outros não-uniformes, como uma pedra que possui pontos claros e pontos escuros, um pedaço de madeira com veios de diferentes cores etc. Em decorrência dessas observações, surgiu a seguinte classificação: Q o 1 < A água límpida é um exemplo de sistema homogêneo. Tronco de árvore seccionado, no qual se vêem veios de diferentes cores. Exemplo de sistema heterogêneo. • sistemas homogêneos: os que se apresentam uniformes e com características iguais em todos os seus pontos; • sistemas heterogêneos: os que não se apresentam uniformes nem têm características iguais em todos os seus pontos. É importante notar que o critério de diferenciação entre homogêneo e heterogêneo é relativo, pois depende da aparelhagem de que dispomos para nossas observações. Assim, à medida que vão sendo construídos microscópios mais potentes, vamos notando que muitos sistemas que nos pareciam homogêneos são, na realidade, heterogêneos. Agora, você já começa a compreender por que a ciência exige, muitas vezes, o uso de aparelhos sofisticados. FASES DE UM SISTEMA Considere os exemplos abaixo: Óleo de cozinha flutuando sobre água (há duas porções líquidas e homogêneas). Se você observar cuidadosamente um pedaço de granito, verá três porções sólidas e homogêneas. 12 Capitulo 02A-QF1-PNLEM 12 29/5/05, 18:11 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Em um sistema heterogêneo, as porções homogêneas são denominadas fases. No exemplo do sistema água/óleo, temos duas fases líquidas; no caso do granito, temos três fases sólidas (o conjunto dos pontos brilhantes, o conjunto dos pontos escuros e a massa acinzentada). Assim, quanto ao número de fases, os sistemas são classificados como: • sistemas monofásicos — têm uma única fase (logo, são homogêneos); • sistemas polifásicos — possuem mais de uma fase (portanto, sempre heterogêneos). Os sistemas polifásicos podem ser bifásicos (formados por duas fases, como o sistema água/óleo), trifásicos (como o granito), e assim por diante. • É muito importante não confundir as fases com os componentes existentes em um sistema. Assim, no exemplo ao lado, temos: a) três fases — uma sólida, que é o gelo; outra fase sólida, que é o sal não-dissolvido; e uma fase líquida, formada pelo sal dissol- vido e pela própria água; b) apenas dois componentes — a água (líquida ou na forma de gelo) e o sal (dissolvido ou depositado no fundo do recipiente). • É também importante notar que uma fase pode estar subdividi- da em muitas porções. Se tivermos, por exemplo, um sistema formado por água líquida e cinco pedaços de gelo, teremos, mes- mo assim, apenas duas fases: uma líquida (a água) e outra sólida (que é o gelo). COMO A MATÉRIA SE APRESENTA: PURA? MISTURADA? Comparando um copo com água pura (isto é, que não contenha mistura) com um copo com água e açúcar, totalmente dissolvido, nossa visão não irá notar nenhuma diferença, mas, pelo paladar, perce- bemos a diferença entre uma e outra. Note que: • pela visão, distinguimos os materiais homogêneos dos heterogêneos; • pelo paladar, distinguimos salgado, doce, azedo ou amargo; • pelo olfato, percebemos desde um perfume até um odor extremamente desagradável. Há diferença? Água pura Água com açúcar (incolor e (incolor e transparente) transparente) As propriedades que impressionam nossos sentidos são chamadas propriedades organolépticas. Considerando que nunca se deve provar ou cheirar substâncias desconhecidas, pois isto pode até representar risco de morte, a Ciência desenvolveu aparelhos e medidas com essa finalidade, como veremos ainda neste capítulo. Capítulo 2 • Conhecendo a Matéria e suas Transformações 1 3 A Capitulo 02A-QF1-PNLEM 13 6/7/05, 14:13 Resumindo o que foi dito até agora, chegamos ao seguinte esquema: ATIVIDADES PRÁTICAS ATENÇÃO: Não cheire nem experimente substância alguma utilizada nesta atividade. Materiais • 1 copo de vidro ou de plástico transparente • 1 colher (de café) de sal de cozinha • 1 colher (de café) de areia • 1 colher (de café) de açúcar • 1 colher (de café) de raspas de giz • 1 colher (de café) de limalha de ferro • 1 colher (de café) de tinta guache • 1 cubo de gelo • água • 1 colher de sopa Procedimento • Coloque água até a metade do copo e adicione o sal. • Agite bem. • Observe o que acontece e anote, em seu caderno, todos os dados observados experimentalmente (número de componentes utilizados, número de fases observadas). • Repita o procedimento com a areia, o açúcar, as raspas de giz, a limalha de ferro, a tinta guache e o cubo de gelo. • Analise os dados coletados e classifique os sistemas e as misturas em homogêneos e heterogêneos, apon- tando o número de fases e de componentes de cada um dos sistemas. Perguntas 1) Quais sistemas você classificou como homogêneo e quais como heterogêneo? 2) Quais misturas você classificou como homogênea e quais como heterogênea? 3) Se um sistema apresenta duas fases, você pode afir- mar que esse sistema é uma mistura heterogênea? Por quê? aXH Responda em seu caderno a) O que é sistema? b) O que é sistema homogêneo? c) O que é sistema heterogêneo? d) O que são fases? e) Como é denominado um sistema com duas fases? E com três fases? f) O que são propriedades organolépticas? g) Quantos componentes uma substância pura apresenta? h) Quantos componentes formam uma mistura? i) O que é solução? 14 Capitulo 02A-QF1-PNLEM 14 29/5/05, 18:12 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. f EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno 1 (Ufac) A mistura de água e álcool é: a) homogênea gasosa. b) heterogênea líquida. c) homogênea líquida. d) heterogênea sólida-líquida. e) simples. 2 (UFSM-RS) Considere as misturas: I. areia e água II. sangue III. água e acetona IV. iodo dissolvido em álcool etílico Classificam-se como homogêneas: a) apenas I e II. b) apenas I e III. c) apenas II e IV. d) apenas III e IV. e) apenas I, II e III. 3 (Ufes) Em um sistema, bem misturado, constituído de areia, sal, açúcar, água e gasolina, o número de fases é: a) 2 b) 3 c) 4 d) 5 e) 6 4 (Ufes) Observe a representação dos sistemas I, II e III e seus componentes. O número de fases em cada um é, respectivamente: Óleo, água e gelo Água gaseificada e gelo Óleo, gelo, água salgada e granito a) 3, 2 e 4 c) 2, 2 e 4 e) 3, 3 e 6 b) 3, 3 e 4 d) 3, 2 e 5 EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno 5 (UCDB-MS) Em um laboratório de Química foram prepa- radas as seguintes misturas: I. água /gasolina II. água/sal III. água/areia IV. gasolina/sal V. gasolina/areia Quais dessas misturas são homogêneas? a) Nenhuma. c) II e III. e) II e IV. b) Somente II. d) I e II. 6 (Mackenzie-SP) Constitui um sistema heterogêneo a mis- tura formada de: a) cubos de qelo e solução aquosa de açúcar (qlicose) b) gases N 2 e C0 2 c) água e acetona d) água e xarope de groselha e) querosene e óleo diesel Observação: Os gases sempre formam misturas homo- gêneas. 7 Misturando, agitando bem e deixando um certo tempo em repouso, diga quantas fases surgirão em cada um dos sistemas: a) água e álcool b) água e éter c) água, álcool e acetona d) água, álcool e mercúrio e) água, gasolina e areia 8 (UGF-GO) No sistema representado pela figura a seguir, os números de fases e componentes são, respectivamente: a) 2 e 2 b) 2 e 3 c) 3e2 d) 3 e 3 e) 3 e 4 TRANSFORMAÇÕES DA ÁGUA Observamos, em nosso cotidiano, que o gelo derrete sob a ação do calor, transformando-se em água, e que a água ferve, sob a ação de calor mais intenso, transformando-se em vapor d'água. Água (vapor) Capítulo 2 • Conhecendo a Matéria e suas Transformações 1 5 A Capitulo 02A-QF1-PNLEM 15 6/7/05, 14:13 Esses três estados — sólido, líquido e gasoso — são chamadas de estados físicos ou estados de agregação da matéria, e as transformações de um estado para outro são denominadas mudanças de estado físico da matéria. Essas mudanças recebem os nomes gerais mostrados no esquema abaixo. Vaporizaçao (evaporação) O esquema resume as seguintes definições: • Fusão é a passagem do estado sólido para o líquido. Solidificação é o inverso. • Vaporização é a passagem do estado líquido para o gasoso (gás ou vapor). • Evaporação é a vaporização lenta, que ocorre na superfície do líquido, sem agitação nem surgimento de bolhas. • Ebulição é a vaporização rápida, com agitação do líquido e aparecimento de bolhas. • Calefação é uma vaporização muito rápida, com gotas do líquido "pulando" em contato com uma superfície ultra-aquecida. • Liquefação ou Condensação é a passagem do gás ou vapor para o estado líquido. • Sublimação é a passagem do estado sólido diretamente para o gasoso (e menos freqüentemente usada para a transformação inversa). Se acompanharmos as mudanças dos estados físicos da água, com um termômetro que permita registrar as temperaturas durante o processo de aquecimento, ao nível do mar, iremos notar que: o gelo puro derrete a 0 °C (temperatura ou ponto de fusão do gelo) e a água pura ferve a 1 00 °C (temperatura ou ponto de ebulição da água). 0 to o '53 <5 o 0 TD OS 0 TD O tÕ o> MAURÍCIO DE SOUSA PRODUÇÕES LTDA. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Se estas observações forem transportadas para um gráfico, teremos o chamado diagrama de mudança de estados físicos. Temperatura (°C) P.E. = 100 °C (temperatura - de ebulição) P.F. = 0 °C (temperatura - de fusão) -\o ,o A'' O Gelo + água Trecho de ; fusão: I coexistem 1 Neste trecho gelo e água ; só existe em temperatura ; gelo (sólido), constante (0 °C). 1 cuja temperatura está subindo. iV 2 *- Neste trecho só existe água (líquido), cuja temperatura está subindo. Trecho de ebulição: coexistem água e vapor em temperatura constante (100 °C). Neste trecho só existe vapor d'água, cuja temperatura está subindo. Tempo Neste gráfico notamos dois trechos horizontais (dois patamares). O primeiro patamar do gráfico exprime o fato de que a fusão do gelo ocorre à temperatura constante de 0 °C, que é a temperatura de fusão ou ponto de fusão (P.F.) do gelo. Do mesmo modo, o segundo patamar indica que a ebulição da água ocorre à temperatura constante de 1 00 °C, que é a temperatura de ebulição ou ponto de ebulição (P.E.) da água. No resfriamento da água, o gráfico será "invertido": Aquecimento da água Resfriamento da água Se tivermos uma mistura (ou substância impura), os patamares mostrados acima não serão mais encontrados. Assim, por exemplo, uma mistura de água e sal terá um intervalo (ou faixa) de fusão abaixo de 0 °C e um intervalo (ou faixa) de ebulição acima de 100 °C, ao nível do mar, como se vê abaixo. Capítulo 2 • Conhecendo a Matéria e suas Transformações 1 7 A Capitulo 02A-QF1-PNLEM 17 29/5/05, 18:12 OBSERVAÇÃO Existem misturas especiais que acabam se comportando como se fossem susbtâncias puras, diante dos fenômenos de fusão/solidificação ou de ebulição/condensação. No primeiro caso, temos uma mistura eutética (ou, simplesmente, um eutético), que se funde/solidifica em temperatura cons- tante (como no caso da liga metálica que contém, em massa, 62% de estanho e 38% de chumbo, que se funde à temperatura constante de 1 83 °C); no segundo caso, temos uma mistura azeotrópica (ou, simplesmente, um azeótropo), que ferve/se condensa em temperatura constante (como ocor- re com a mistura contendo, em volume, 96% de álcool comum e 4% de água, que ferve à tempera- tura constante de 78,1 °C). Para finalizar, devemos fazer uma generalização importante: tudo o que acabamos de explicar para a água pura ocorre também com outros materiais puros. De fato, ao nível do mar, cada líquido (álcool, acetona etc.) e também cada sólido (como os metais chumbo, ferro etc.), desde que puros, irão se fundir e ferver em temperaturas bem definidas. Ao nível do mar, por exemplo, temos: Substância Ponto de fusão (°C) Ponto de ebulição (°C) Álcool -114,1 + 78,5 Acetona -94,0 +56,5 Chumbo + 327,0 + 1.740,0 Ferro + 1.535,0 +2.750,0 Responda em seu caderno a) O que é estado físico (ou de agregação) da matéria? Quais são esses estados? b) O que é mudança de estado físico (ou de agregação)? c) O que é fusão? d) O que é vaporização? e) O que é liquefação? f) O que é solidificação? g) O que é sublimação? EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno 9 (Univali-SC) Resfriando-se progressivamente água desti- lada, quando começar a passagem do estado líquido para o sólido, a temperatura: a) permanecerá constante, enquanto houver líquido pre- sente. b) permanecerá constante, sendo igual ao ponto de condensação da substância. c) diminuirá gradativamente. d) permanecerá constante, mesmo depois de todo líqui- do desaparecer. e) aumentará gradativamente. 18 10 (Vunesp) O naftaleno, comercialmente conhecido como naftalina, empregado para evitar baratas em roupas, funde em temperaturas superiores a 80 °C. Sabe-se que boli- nhas de naftalina, à temperatura ambiente, têm suas massas constantemente diminuídas, terminando por de- saparecer sem deixar resíduo. Essa observação pode ser explicada pelo fenômeno da: a) fusão. b) sublimação. c) solidificação. d) liquefação. e) ebulição. Capitulo 02A-QF1 -PNLEM 18 6/7/05, 14:14 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 1 1 (UCDB-MS) Uma substância sólida é aquecida continua- mente. O gráfico a seguir mostra a variação da tempera- tura (ordenada) com o tempo (abscissa): O ponto de fusão, o ponto de ebulição e o tempo duran- te o qual a substância permanece no estado líquido são, respectivamente: a) 150, 65 e 5 d) 65, 150 e 5 b) 65, 150 e 25 e) 65, 150 e 10 c) 150, 65 e 25 1 2 (UFPA) Dado o diagrama de aquecimento de um material: Pela análise dos dados da tabela, medidos a 1 atm, podemos afirmar que, à temperatura de 40 °C e 1 atm: a) o éter e o etanol encontram-se na fase gasosa. b) o éter encontra-se na fase gasosa e o etanol na fase líquida. c) ambos encontram-se na fase líquida. d) o éter encontra-se na fase líquida e o etanol na fase gasosa. e) ambos encontram-se na fase sólida. Resolução Vamos transportar os dados do problema para um esquema representando a temperatura dada (40 °C) e os pontos de fusão e de ebulição do etanol e do éter etílico. Temperatura Etanol Éter etílico 40 °C (temperatura dada) P.E. = 78 °C P.E. = 34 °C o t: '=! CT P.F. = -117 °C P.F. = -116 °C o 33 'Õ u~i O 'Õ u-i A alternativa correta é: a) o diagrama representa o aquecimento de uma subs- tância pura. b) a temperatura no tempo zero representa o aqueci- mento de um líquido. c) 21 0 °C é a temperatura de fusão do material. d) a transformação de X para Y é um fenômeno químico. e) 80 °C é a temperatura de fusão do material. Exercício resolvido 13 (Mackenzie-SP) Substância Ponto de fusão (°C) Ponto de ebulição (°C) Etanol -117 78 Éter etílico -116 34 Veja que a linha tracejada horizontal corresponden- te a 40 °C corta a linha do etanol na região do líqui- do e a linha do éter etílico na região do gasoso. Alternativa b 14 (Fuvest-SP) Considere a tabela a seguir: Ponto de fusão (°C) Ponto de ebulição (°C) Oxigênio -218,4 -183 Fenol 43 182 Pentano -130 36,1 Qual o estado físico dessas substâncias à temperatura ambiente? Observação: Considere 20 °C como a temperatura am- biente. — EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno 15 (PUC-MC) Numa praia, em pleno verão, um estudante de Química observou que o carrinho de picolé usava "gelo-seco" para retardar o degelo dos picolés. Pediu à vendedora um pedaço do gelo e colocou-o num copo com água, ocorrendo formação de "fumaças brancas". Observou-se então o fenômeno de: a) evaporação. c) fusão. e) liquefação. b) sublimação. d) gaseificação. Capítulo 2 • Conhecendo a Matéria e suas Transformações 1 9 A Capitulo 02A-QF1-PNLEM 19 29/5/05, 18:12 16 (UCF-RJ) O aquecimento global já apresenta sinais visí- veis em alguns pontos do planeta. Numa ilha do Alasca, na Aldeia de Shishmaret, por exemplo, as geleiras já de- moram mais a congelar, no inverno; descongelam mais rápido, na primavera, e há mais icebergs. Desde 1971, a temperatura aumentou, em média, 2 °C. As mudanças de estados descritas no texto, são, respecti- vamente: a) solidificação e fusão. b) solidificação e condensação. c) sublimação e solidificação. d) solidificação e ebulição. e) fusão e condensação. 1 7 (Cesgranrio-Rj) Um cientista recebeu uma substância des- conhecida, no estado sólido, para ser analisada. O gráfi- co abaixo representa o processo de aquecimento de uma amostra dessa substância. Analisando o gráfico, podemos concluir que a amostra apresenta: a) duração da ebulição de 10 min. b) duração da fusão de 40 min. c) ponto de fusão de 40 °C. d) ponto de fusão de 70 °C. e) ponto de ebulição de 50 °C. 1 8 (Mackenzie-SP) As fases de agregação para as substâncias abaixo, quando expostas a uma temperatura de 30 °C, são, respectivamente: Materiais Ponto de fusão (°C) (1 atm) Ponto de ebulição (°C) (1 atm) mercúrio -38,87 356,9 amónia -77,7 -33,4 benzeno 5,5 80,1 naftaleno 80,0 217,0 a) sólido, líquido, gasoso e líquido. b) líquido, sólido, líquido e gasoso. c) líquido, gasoso, líquido e sólido. d) gasoso, líquido, gasoso e sólido. e) sólido, gasoso, líquido e gasoso. Exercício resolvido 19 (Unifor-CE) Na fusão, uma substância pura passa: a) de dissolvida para precipitada, absorvendo energia. b) do estado líquido para o sólido, liberando energia. c) do estado gasoso para o sólido, liberando energia. d) do estado sólido para o líquido, liberando energia. e) do estado sólido para o líquido, absorvendo energia. Resolução Lembre-se de que, para derreter ou vaporizar um material, precisamos fornecer calor (energia), que é, então, absorvido pelo material (dizemos que a transformação é endotérmica). Na seqüência inver- sa, isto é, na condensação e solidificação, o material nos "devolve" a energia que lhe fora fornecida (e a transformação é dita exotérmica). Esquematicamente, temos: Sólido A transformaçao absorve energia (endotérmica). A transformaçao libera energia (exotérmica). Alternativa e 20 (UFSM-RS) Com relação aos processos de mudança de estado físico de uma substância, pode-se afirmar que são endotérmicos, isto é, absorvem energia: a) vaporização, solidificação, liquefação. b) liquefação, fusão, vaporização. c) solidificação, fusão, sublimação. d) solidificação, liquefação, sublimação. e) sublimação, fusão, vaporização. Líquido Gás ou vapor AS OBSERVAÇÕES E AS EXPERIÊNCIAS NA CIÊNCIA 5.1. Medições: o cotidiano e o científico Como conseqüência do que foi explicado no item anterior, podemos agora dizer que: • verificar que o gelo derrete e a água ferve, sob a ação do calor, é uma observação do cotidiano; • verificar que, ao nível do mar, o gelo puro derrete a 0 °C e a água pura ferve a 1 00 °C é uma observação científica (feita por meio de uma experiência controlada). Note que, na ciência, tenta-se levar em consideração todos os fatores que podem influir nos resul- tados da experiência ("ao nível do mar", "gelo puro", "água pura" etc.). Assim, qualquer pessoa pode repetir a experiência e chegar aos mesmos resultados (e acreditar no que foi dito). 20 Capitulo 02A-QF1-PNLEM 20 29/5/05, 18:12 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Na vida diária usamos várias medições para controlar, por exemplo, as relações comerciais de compra e venda, nosso estado de saúde, e assim por diante. Exemplificando: tecidos são vendidos a metro (m); refeições são cobradas a quilogramas (kg); velocidades são controladas em quilômetros por hora (km/h); a massa de nosso corpo é um dos índices de saúde; até o ritmo de nossa vida é controlado em dias, horas, minutos etc. Os velocímetros indicam a velocidade escalar instantânea. Para medir a massa dos corpos, utilizam-se balanças. No campo da ciência as medições são ainda mais importantes. Medimos massa, volume, tempera- turas e inúmeras outras grandezas. Aqui definimos: Grandeza é tudo aquilo que pode ser medido. Lembre-se também de que, na experiência de fusão do gelo e vaporização da água, as temperatu- ras foram medidas com o auxílio da unidade graus Celsius (°C). Generalizando, dizemos que: Unidade é uma grandeza escolhida arbitrariamente como padrão. Em ciência são usadas, de preferência, as unidades do chamado Sistema Internacional de Unida- des (SI). Veja alguns exemplos do SI: • a unidade de tempo é o segundo (s): seus múltiplos são o minuto (1 minuto = 60 segundos), a hora (1 hora = 60 minutos) etc.; • a unidade de massa é o quilograma (kg): um múltiplo usual é a tonelada (1 tonelada = 1 .000 kg); um submúltiplo usual é o grama (1 grama = 0,001 ou 10~ 3 kg); • a unidade de comprimento é o metro (m): um múltiplo usual é o quilômetro (1 km = 1 .000 ou 10 3 metros); um submúltiplo usual é o centímetro (1 cm = 0,01 ou 10~ 2 metros). São derivadas do comprimento as unidades de: — área, por exemplo: 1 centímetro quadrado (1 cm 2 ): 1 cm 1 cm — volume, por exemplo: 1 centímetro cúbico (1 cm 3 ): 1 cm 1 cm 1 cm No caso das medidas de volume também usamos o litro (1 litro = 1 .000 cm 3 ) e o mililitro (1 mililitro = 1 cm 3 = 0,001 ou 1 0~ 3 litros). Capítulo 2 • Conhecendo a Matéria e suas Transformações 21 A Capitulo 02A-QF1-PNLEM 21 6/7/05, 14:15 CID PARKER & HART rrr r O MAGO DE ID Por fim, devemos lembrar que as medições só são possíveis com o auxílio de aparelhos (instrumen- tos) convenientes. Tanto no dia-a-dia como na ciência esses instrumentos vêm evoluindo através dos tempos. Assim, usamos: • relógios cada vez mais precisos para medir o tempo; Ampulheta. Relógio gótico do século XV. Relógio digital de pulso. • balanças cada vez mais precisas para medir as massas. Balança romana. Balança de dois pratos. Balança eletrônica. 22 Capitulo 02A-QF1-PNLEM 22 6/7/05, 14:16 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A As medições são tão importantes na ciência que o cientista William Thomson (Lord Kelvin, 1 824-1 907) disse: "Afirmo muitas vezes que, se você medir aquilo de que está falando e expressar em números, você conhece alguma coisa sobre o assunto; mas, quando você não o pode exprimir em números, seu conhecimento é pobre e insatisfatório." CROCK, O LEGIONÁRIO BILL RECHIN & DON WILDER 5.2. Uma medição importante: a densidade Para satisfazer as exigências da vida diária (e também da ciência), novas medições foram criadas, ao longo do tempo. No cotidiano é comum dizermos, por exemplo, que o chumbo "pesa" mais do que a madeira. No entanto, 1 kg de chumbo afunda, enquanto 1 kg de madeira flutua na água. É fácil perceber, porém, que tal comparação só se torna justa e racional quando feita entre volumes iguais: 1 cm 3 de madeira 1 cm 3 de água 1 cm 3 de ferro 1 cm 3 de chumbo “pesa” entre 0,60 g “pesa” 1 g. “pesa” 7,86 g. “pesa” 1 1 ,40 g. e 0,80 g. Surge dessa comparação o conceito de densidade dos materiais, entendida como a massa dos "pedaços" iguais (volumes iguais) dos vários materiais (no exemplo acima, pequenos cubos de volume igual a 1 cm 3 ). Matematicamente, essa idéia corresponde à seguinte definição: Densidade é o quociente da massa pelo volume do material (a uma dada temperatura). Essa definição é expressa pela seguinte fórmula: d = m 1 / sendo • m = massa da substância (em g) 1/ = volume da substância (em cm 3 ou mL) d = densidade (em g/cm 3 ou em g/mL) Capítulo 2 • Conhecendo a Matéria e suas Transformações 23 A Capitulo 02A-QF1-PNLEM 23 29/5/05, 18:13 Um caso particular importante é o da medição das densidades dos líquidos, que é feita diretamente pelos densímetros. Esse instrumento é um tubo de vidro, como mostrado a seguir, cuja parte inferior é mais larga e "pesada" do que a superior, que consiste em uma haste graduada em densidades. Coloca- do num líquido o densímetro afunda mais ou menos, e a graduação da haste, que coincide com o nível líquido, dá diretamente a densidade do líquido. Os densímetros são usados, por exemplo, em postos de gasolina, para medir a densidade do álcool vendido; em cooperativas de leite, para comprovar a qualidade do leite negociado, e assim por diante. 0 densímetro indicado na figura A flutua na água de modo que sua escala marca 1 ,0 g/ml_ (densidade da água pura) na superfície do líquido. O densímetro da figura B flutua numa solução de bateria de automóvel carregada de modo que sua escala marca 1 ,3 g/mL (densidade da solução de bateria carregada). O líquido da bateria é uma solução de ácido sulfúrico em água, apresentando densidade maior que a água. O densímetro (localizado na parte central da foto) confere a densidade do Lactodensímetro utilizado para medir álcool, em um posto de abastecimento. a densidade do leite. É importante ainda observar que a densidade varia com a temperatura, pois o volume de um corpo muda de acordo com a temperatura, embora a massa permaneça a mesma. Por isso, é impor- tante que, em informações científicas, se expresse, por exemplo, que a densidade do chumbo é de 11,34 g/cm 3 , a 20 °C. 5.3. A importância dos gráficos no dia-a-dia É muito comum e importante expressar o resultado de nos- sas medições por meio de gráficos. Ao lado, por exemplo, temos o gráfico que mostra a variação da densidade da água com a temperatura. 1 ,0000 0,9999 0,9998 0,9997 0,9996 - d (g/cm 3 ) 0 2 4 6 8 10 7 (°C) 24 Capitulo 02A-QF1-PNLEM 24 12/7/05, 19:38 EDUARDO SANTALIESTRA Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Diariamente encontramos, nos jornais e nas revistas, uma série de gráficos mostrando relações entre fatos do nosso cotidiano. Gráfico de linhas BRASIL: EVOLUÇÃO DO SETOR DE PETRÓLEO — 1973-1999 Consumo Importação Produção Fontes: Ministério das Minas e Energia; Almanaque Abril 2001. São Paulo: Abril, 2001 . p. 83. Gráfico de setores (ou de pizza) COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA CROSTA TERRESTRE % do peso total □ m □ □ □ m Oxigênio (O) Silício (Si) Alumínio (At) Ferro (Fe) Cálcio (Ca) Magnésio (Mg) Sódio (Na) Potássio (K) Titânio (Ti) Outros Fonte: THE OPEN UNIVERSITY. Os recursos físicos da Terra. Bloco 1 — Recursos, economia e geologia: uma introdução. Campinas: Unicamp, 1994. p. 33. (Série Manuais) Gráfico de barras (ou de colunas) EMISSÕES ANUAIS, NA ATMOSFERA, DE CARBONO E CFC Carbono Milhões de toneladas CFC Mil toneladas Regiões I I África — ] América do Norte e Central _J América do Sul í | Antiga URSS I I Ásia Europa I Oceania Fonte: NAGLE, Garrete SPENCER. Kris. Advanced geography. Oxford: Oxford University Press, 1997. p. 137. Capítulo 2 • Conhecendo a Matéria e suas Transformações 25 A Capitulo 02A-QF1-PNLEM 25 29/5/05, 18:13 ( ATIVIDADES PRÁTICAS ATENÇÃO: Não cheire nem experimente substância alguma utilizada nesta atividade. V Materiais • 1 copo grande (ou um frasco de vidro), de boca larga ou de plástico transparente, com capacidade para 300 mL ou mais • 1 jarra medidora • 1 colher de sopa de sal de cozinha • 1 ovo • água Procedimento • Coloque cerca de 200 mL de água no copo e adicione, cuidadosamente, o ovo. • Observe e faça um desenho, em seu caderno, do que acontece. • Retire o ovo do copo com água com cuidado. • Adicione o sal ao copo com água. • Agite bem e recoloque o ovo no copo. • Observe e faça, em seu caderno, um desenho do que acontece. • Analise as observações e os desenhos feitos. Perguntas 1) No início, utilizando apenas a água e o ovo, quem apresentou maior densidade? 2) O ovo permaneceu na mesma posição inicial quando foi adicionado sal à água? O que mudou? Por quê? 3) O que poderia ser alterado para que o ovo ficasse no meio da solução? 2 a Materiais • 1 canudinho de refrigerante • massa de modelar • 1 copo contendo 100 mL de água • 1 copo contendo 100 mL de óleo • 1 copo contendo 1 00 mL de vinagre • 1 caneta de retroprojetor ou pedaços de fita adesiva Procedimento • Tampe bem a extremidade do canudinho com uma bolinha de massa de modelar (este será o seu densímetro). • Mergulhe seu densímetro no copo con- tendo água. • Faça uma marca no copo, com a caneta ou a fita adesiva, da posição em que a bolinha se en- contra. • Observe e faça um desenho em seu caderno do que acontece. • Repita o mesmo processo para os copos contendo óleo e vinagre. • Analise as observa- ções e os desenhos feitos. Perguntas 1 ) As marcações feitas nos copos foram iguais? Por quê? 2) Compare, por meio da leitura de seu densímetro, as densidades da água, do óleo e do vinagre. 3) Poderíamos dizer que o ovo, no experimento ante- rior, funcionou como um densímetro? Por quê? Responda em seu caderno a) O que é grandeza? b) O que é unidade? c) Quais são as unidades de tempo, massa e comprimento no Sistema Internacional de Unidades (SI)? d) Quais são as unidades usuais de volume? e) O que é densidade? EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno Exercício resolvido 21 Uma lata contém 450 gramas (g) de leite em pó. Qual é a massa do produto em quilogramas (kg)? Exercício resolvido 25 A quantos mL (ou cm 3 ) corresponde o volume de 3,5 litros de água? Resolução Resolução Sabendo que 1 kg equivale a 1 .000 g, temos: 1.000 g 450 g 1 kg x x = 0,450 kg 22 Uma cadeira pesa 8,5 kg. Qual é sua massa em gramas? 23 Faça as seguintes transformações: a) 20 g em quilogramas (kg) b) 15 g em miligramas (mg) c) 2,5 toneladas (t) em gramas (g) 24 Quantos gramas de medicamento existem numa caixa contendo 50 comprimidos de 200 mg cada um? Sabendo que 1 litro (L) corresponde a 1 .000 mL (ou cm 3 ), temos: 1 L 3,5 L 1.000 mL x x = 3.500 mL 26 Quantos litros de gasolina transporta um caminhao com 4,5 m 3 do combustível? (Dado: 1 m 3 = 1 .000 litros.) 27 Faça as seguintes transformações: a) 1,82 litros em mililitros b) 250 cm 3 em litros c) 15 Lem m 3 26 Capitulo 02A-QF1 -PNLEM 26 6/7/05, 14:16 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 28 (Osec-SP) Densidade é uma propriedade definida pela relação: a) massa/pressão d) pressão/temperatura b) massa/volume e) pressão/volume c) massa/temperatura Exercício resolvido 29 (FMU/Fiam-Faam/Fisp-SP) Um vidro contém 200 cm 3 de mercúrio de densidade 1 3,6 g/cm 3 . A massa de mercúrio contido no vidro é: a) 0,80 kg c) 2,72 kg e) 6,8 kg b) 0,68 kg d) 27,2 kg Resolução Dizer que a densidade do mercúrio é 13,6 g/cm 3 significa dizer que 1 cm 3 de mercúrio pesa 1 3,6 g. Daí surge a relação: 1 cm 3 mercúrio — 13,6 g 1 x = 2.720 g 200 cm 3 mercúrio — * ou 2,72 kg Alternativa c 32 (Mackenzie-SP) No preparo de uma limonada em duas etapas, foram feitas as seguintes observações: 1 â etapa — > mistura 1 1 â observação Ao se espremer o limão sobre a água, uma semen- te escapou e caiu no copo. A semente imediatamen- te afundou na mistura. 2 â etapa — > mistura II 2r observação Na mistura obtida, dissol- veram-se três colheres de açúcar. A semente subiu para a superfície do líquido. Das observações 1 e 2, pode-se concluir que a densidade da semente é: a) menor que a densidade do suco de iimão mais água. b) menor que a densidade do suco de limão mais água e açúcar. c) igual à densidade do suco de limão. d) maior que a densidade do suco de limão mais água e açúcar. e) igual à densidade da água mais açúcar. 30 (UFU-MG) Em condições ambientes, a densidade do mercúrio é de aproximadamente 1 3 g/cm 3 . A massa des- se metal, da qual um garimpeiro de Poconé (MT) neces- sita para encher completamente um frasco de meio litro de capacidade, é de: a) 2.600 g c) 4.800 g e) 7.400 g b) 3.200 g d) 6.500 g Exercício resolvido 31 (UFPE) Para identificar três líquidos — de densida- des 0,8, 1,0 e 1,2 — o analista dispõe de uma pe- quena bola de densidade 1,0. Conforme a posição das bolas apresentadas no desenho a seguir, pode- mos afirmar que: a) os líquidos contidos nas provetas 1, 2 e 3 apre- sentam densidades 0,8, 1,0 e 1,2. b) os líquidos contidos nas provetas 1, 2 e 3 apre- sentam densidades 1,2, 0,8 e 1,0. c) os líquidos contidos nas provetas 1, 2 e 3 apre- sentam densidades 1,0, 0,8 e 1,2. d) os líquidos contidos nas provetas 1, 2 e 3 apre- sentam densidades 1,2, 1,0 e 0,8. e) os líquidos contidos nas provetas 1 , 2 e 3 apre- sentam densidades 1,0, 1,2 e 0,8. Resolução Na proveta 1, a bola é mais densa que o líquido, pois afundou. Conseqüentemente, o líquido é me- nos denso que a bola (densidade = 1). Na proveta 2, a bola não afunda nem flutua, provando que o líquido e a bola têm a mesma densidade (d = 1 ). Na proveta 3, a bola flutua, provando que o líquido é mais denso que a bola (d = 1). Alternativa a 33 (UFMG) Em um frasco de vidro transparente, um estudan- te colocou 500 mL de água e, sobre ela, escorreu vagaro- samente, pelas paredes in- ternas do recipiente, 500 mL de etanol. Em seguida, ele gotejou óleo vegetal sobre esse sistema. As gotículas formadas posicionaram-se na região interfacial, confor- me mostrado nesta figura: Considerando-se esse ex- perimento, é correto afirmar que: a) a densidade do óleo é menor que a da água. b) a massa de água, no sistema, é 1 0 vezes maior que a de etanol. c) a densidade do etanol é maior que a do óleo. d) a densidade da água é menor que a do etanol. 34 (Enem-MEC) Um estudo sobre o problema do desem- prego na Grande São Paulo, no período 1 985-1 996, rea- lizado pelo Seade-Dieese, apresentou o seguinte gráfico sobre taxa de desemprego: Médias anuais da taxa de desemprego total Grande São Paulo — 1 985-1 996 1 6 , 0 % 14,0% 12 , 0 % 1 0 , 0 % 8 , 0 % 6,0% i i i i i i i i 1 1 1 t 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 Fonte: SEP, Convênio Seade-Dieese. Pela análise do gráfico, é correto afirmar que, no período considerado: a) a maior taxa de desemprego foi de 14%. b) a taxa de desemprego no ano de 1 995 foi a menor do período. c) a partir de 1 992, a taxa de desemprego foi decrescente. d) no período 1 985-1 996, a taxa de desemprego esteve entre 8% e 1 6%. e) a taxa de desemprego foi crescente no período com- preendido entre 1 988 e 1 991 . Gotículas de óleo Região interfacial Capítulo 2 • Conhecendo a Matéria e suas Transformações 27 Capitulo 02A-QF1-PNLEM 27 29/5/05, 18:13 EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno Exercício resolvido 35 (FMU/Fiam-Faam/Fisp-SP) O esquema representa três tubos de ensaio de mesmo diâmetro, contendo cada um a mesma massa dos seguintes líquidos incolores: água, acetona e clorofórmio. Dadas as densidades: d água = 1,00 g/cm 3 ; <4ce tona = 0,80 g/cm 3 ; d clorofórmlo = 1,4 g/cm 3 , pode- mos afirmar que os tubos I, II e III contêm, respecti- vamente: a) acetona, água e clorofórmio. b) acetona, clorofórmio e água. c) água, clorofórmio e acetona. d) clorofórmio, água e acetona. e) clorofórmio, acetona e água. Resolução De acordo com a definição de densidade conclui-se matematicamente que, para massas iguais, a densidade será tanto menor quanto maior for o volume do líquido. Considerando que os volumes vão crescendo na ordem das figuras I, II e III, con- cluiremos que as densidades irão decrescer nessa mesma ordem. Alternativa d 36 (UFPE) Em um béquer com 1 00 mL de água, são coloca- dos 20 mL de óleo vegetal, um cubo de gelo e uma barra retangular de alumínio. Qual das figuras melhor representa a aparência dessa mistura? a) b) c) d) e) 37 (UFPI) Em uma cena de um filme, um indivíduo corre carregando uma maleta tipo 007 (volu- me de 20 dm 3 ) cheia de barras de um certo me- tal. Considerando que um adulto de massa média (70 kg) pode des- locar, com uma certa ve- locidade, no máximo o equivalente à sua própria massa, indique qual o metal contido na maleta, observando os dados da tabela. (Dado: 1 dm 3 = 1 L = 1 .000 cm 3 ) a) Alumínio c) Prata e) Ouro b) Zinco d) Chumbo Densidade em g/cm 3 Alumínio 2,7 Zinco 7,1 Prata 10,5 Chumbo 11,4 Ouro 19,3 38 (Fatec-SP) O volume ocupado por qualquer amostra de água depende da temperatura da amostra. O gráfico a seguir representa a variação do volume de certa amostra de água em função da sua temperatura. Analisando-se o gráfico, pode-se concluir que a densida- de da água: a) cresce com o aumento do volume. b) varia linearmente com a temperatura. c) não varia com a temperatura. d) é mínima a 0 °C. e) é máxima a 4 °C. 39 (Enem-MEC) Para convencer a população local da inefi- ciência da Companhia Telefônica Vilatel na expansão da oferta de linhas, um político publicou no jornal local o gráfico I, abaixo representado. A companhia Vilatel res- pondeu publicando dias depois o gráfico II, em que pre- tende justificar um grande aumento na oferta de linhas. O fato é que, no período considerado, foram instaladas, efetivamente, 200 novas linhas telefônicas. Gráfico II Analisando os gráficos, pode-se concluir que: a) o gráfico II representa um crescimento real maior do que o do gráfico I. b) o gráfico I apresenta o crescimento real, sendo o II incorreto. c) o gráfico II apresenta o crescimento real, sendo o grá- fico I incorreto. d) a aparente diferença de crescimento nos dois gráficos decorre da escolha das diferentes escalas. e) os dois gráficos são incomparáveis, pois usam escalas diferentes. 28 Capitulo 02B-QF1-PNLEM 28 6/7/05, 14:17 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 40 (Enem-MEC) O número de indivíduos de certa popula- ção é representado pelo gráfico ao lado. Em 1975, a população tinha um tamanho aproximada- mente igual ao de: a) 1960 b) 1963 c) 1967 d) 1970 e) 1980 SUBSTÂNCIA PURA (OU ESPECIE QUÍMICA) /Dariaiu Gonçatvt» Uma UUIflA •« !*«■«««*« Manual Souza Umo _ Rosa Gonçalims Um* IPt Ktjà -itf’ ltô< . /f- ■ <>' Uma pessoa é reconhecida por suas características físicas: fisionomia, massa, altura, cor da pele, cor dos olhos etc. Consideran- do que a população de um país é muito grande, o governo criou a cédula de identidade para facilitar a identificação das pessoas. Lembre-se também de que, para melhorar a identificação das pes- soas, foram criados vários outros sistemas de identificação. Por exemplo: • CPF (Cadastro de Pessoas Físicas) — foi criado pela Secretaria da Fazenda para identificar os contribuintes do Imposto de Renda; • CRM (Conselho Regional de Medicina) — dá a cada médico seu número de identificação; • OAB (Ordem dos Advogados do Brasil) — dá a cada advogado seu número de identificação. Pois bem, a quantidade de materiais diferentes existente no mun- do é também enorme. É obrigação da Química reconhecer e identifi- car cada um desses materiais. As propriedades gerais da matéria (massa e volume), sendo comuns a todo e qualquer material, não se prestam a essa identificação. As propriedades organolépticas (cor, sabor, odor etc.) também não, pois são de aplicação perigosa. Deve-se, então, recorrer às chamadas propriedades específicas, que são par- ticulares e exclusivas de cada material. Já falamos, em páginas anteriores, no ponto de fusão (P.F.), no ponto de ebulição (P.E.) e na densidade dos materiais. Todas essas medidas, como têm valores fixos e constantes para cada material, são denominadas constantes físicas dos materiais. Muitas outras constan- tes físicas nos ajudam a identificar, com maior precisão, cada material, como, por exemplo: • calor específico — a quantidade de calor necessária para aumentar em 1 °C a temperatura de 1 g do material (1 g de água, por exemplo, necessita de 1 caloria para ter sua temperatura aumentada de 1 °C; dizemos, então, que o calor específico da água é 1 cal/g • °C); • solubilidade — a maior massa (por exemplo, em gramas) do material que podemos dissolver em dada quantidade de um líquido (geralmente expressa em litros), a dada temperatura (por exem- plo, podemos dissolver, no máximo, 365 g de sal comum em 1 L de água a 20 °C). Quando um material apresenta constantes físicas bem definidas e invariáveis, concluímos que se trata de matéria isenta de outros materiais e a denominamos substância pura. Assim, temos a seguinte definição: Substância pura (ou simplesmente substância, ou, ainda, espécie química) é um material único, isento de outros materiais e que apresenta constantes físicas bem definidas. Capítulo 2 • Conhecendo a Matéria e suas Transformações 29 A Capitulo 02B-QF1-PNLEM 29 6/7/05, 14:18 CID CID Por exemplo: Identificação da água Líquido incolor Ponto de fusão = 0 °C Ponto de ebulição = 1 00 °C ao nível do mar Densidade = 1 g/cm 3 a 4 °C ao nível do mar Calor específico = 1 cal/g • °C Identificação do sal comum (cloreto de sódio) Sólido branco Ponto de fusão = 801 °C Ponto de ebulição = 1 .460 °C Densidade = 2,1 8 g/cm 3 Solubilidade = 365 g do sal por litro de água a 20 °C As constantes físicas são catalogadas em livros e tabelas especiais. Os químicos se baseiam nelas tanto para identificar as substâncias como também para constatar sua pureza. Por esse motivo, dizemos que as constantes físicas são utilizadas como critérios de pureza das substâncias químicas. Sempre que uma substância é extraída da natureza ou é produzida num laboratório, determinam- se suas constantes físicas. Desse modo, ficamos sabendo se ela é uma substância nova ou já conhecida. Sendo conhecida, temos também uma idéia de sua pureza. Ao contrário das substâncias puras, as misturas não apresentam constantes físicas definidas. HnTVTfKfíHÍ Responda em ' d-S:- seu caderno a) O que é propriedade específica? b) O que é constante física? c) O que é calor específico? d) O que é solubilidade? e) O que é substância pura? f) Como são denominadas as constantes físicas quando testamos a pureza de uma substância? EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno 41 (UFMG) Uma amostra de uma substância pura X teve algumas de suas propriedades determinadas. Todas as alternativas apresentam propriedades que são úteis para identificar essa substância, exceto: a) densidade. b) massa da amostra. c) solubilidade em água. d) temperatura de ebulição. e) temperatura de fusão. 42 (Fuvest-SP) Quais das propriedades a seguir são as mais indicadas para verificar se é pura uma certa amostra sóli- da de uma substância conhecida? a) cor e densidade b) cor e dureza c) ponto de fusão e densidade d) cor e ponto de fusão e) densidade e dureza 43 (Mackenzie-SP) O valor do ponto de ebulição determi- nado experimentalmente numa amostra de uma certa substância mostrou-se maior do que o valor encontrado em tabelas. Essa diferença pode ser atribuída ao fato de que, no experimento, usou-se: a) um combustível de alto poder calorífico. b) uma quantidade de substância muito grande. c) uma quantidade de substância muito pequena. d) uma substância composta. e) uma substância contendo impurezas. 44 (Vunesp) O rótulo de uma garrafa de água mineral está reproduzido a seguir. Composição química provável: Sulfato de cálcio 0,0038 mg/L Bicarbonato de cálcio 0,0167 mg/L Com base nessas informações, podemos classificar a água mineral como: a) substância pura. b) substância simples. c) mistura heterogênea. d) mistura homogênea. e) suspensão coloidal. 30 Capitulo 02B-QF1-PNLEM 30 6/7/05, 14:19 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 45 (Mackenzie-SP) A dureza de um mineral reflete a resistência deste ao risco. Uma das escalas utilizadas para verificar a dureza de um mineral é a escala de Mohs. Escala de Mohs (minerais em ordem crescente de dureza) 1 - talco 3 - calcita 5 - apatita 7 - quartzo 9 - coríndon 2 - gesso 4 - fluorita 6 - ortoclásio 8 - topázio 1 0 - diamante De acordo com essa escala, é incorreto afirmar que: a) o diamante é o mineral mais duro. d) o topázio e a fluorita riscam a calcita. b) apenas o coríndon risca o diamante. e) o mineral menos duro é o talco. c) a apatita é riscada pelo quartzo. PROCESSOS DE SEPARAÇÃO DE MISTURAS Os materiais encontrados na natureza são, em geral, misturas de várias substâncias. Mesmo em laboratório, quando tentamos preparar uma só substância, acabamos, normalmente, chegando a uma mistura de substâncias. Torna-se então importante, nos laboratórios e também nas indústrias quími- cas, separar os componentes das misturas até que cada substância pura fique totalmente isolada das demais. Essa separação chama-se desdobramento (ou fracionamento, ou resolução, ou, ainda, aná- lise imediata da mistura). Por exemplo: Sal puro (somente NaCl) No final do desdobramento, devemos verificar se as substâncias foram realmente bem separadas. Para essa verificação, usamos as constantes físicas, como já foi explicado na página 30. No exemplo acima, se a água ficou realmente pura, ela deverá, ao nível do mar, congelar a 0 °C, ferver a 1 00 °C etc. É interessante lembrar que, no cotidiano, são usados vários métodos de separação, como já expli- camos na página 2 e como ainda exemplificamos abaixo: Quando preparamos café (ou Quando lança para cima a mistura de arroz e palha chá), a água quente faz a de arroz, a lavradora deixa que a corrente de ar extração de componentes do pó arraste a palha. Ela está fazendo uma ventilação. de café (ou das folhas do chá), dando origem à bebida, e em seguida fazemos uma filtração para separar o pó do líquido. Ao passar a areia pela peneira, separando-a de pedregulhos e outros materiais grosseiros, o pedreiro está fazendo uma peneiração ou tamisação. Capítulo 2 • Conhecendo a Matéria e suas Transformações 31 A Capitulo 02B-QF1-PNLEM 31 29/5/05, 18:17 EDUARDO SANTALIESTRA Nas páginas seguintes, resumiremos os principais processos de separação de misturas usados no dia-a-dia, nos laboratórios e nas indústrias químicas. 7.1. Filtração É um processo mecânico que serve para desdobrar mistu- ras heterogêneas de um sólido disperso em um líquido ou em um gás, como nos exemplos práticos mostrados ao lado. O aspirador de pó filtra o ar, retendo a poeira. O coador retém as partículas sólidas do café. Em laboratório, a filtração mais simples é feita com um funil do tipo comum, em geral de vidro, no qual é colocada uma folha de papel de filtro convenientemente dobrada. Dobragem do papel de filtro O Folha inicial de papel de filtro O Dobrada Dobrada em quatro ▼ |á formado o cone Já adaptado ao funil de filtração Montagem final Na indústria, filtrações também são muito utilizadas. Um exemplo é o dos filtros adaptados às chaminés das fábricas, para evitar que a poeira que acompanha os gases industriais seja lançada à atmosfera. Outro exemplo importante é a filtração da água, antes de ser distribuída pelas canalizações de uma cidade; essa filtração é feita, em geral, obrigando-se a água a atravessar os chamados "filtros de areia", nos quais camadas de areia conseguem reter as partículas sólidas presentes na água. 32 Capitulo 02B-QF1 -PNLEM 32 29/5/05, 18:17 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A Há casos em que a filtração é muito demorada. Para apressá-la, usa-se a filtração a "vácuo" ou, melhor dizendo, a filtração à pressão reduzida: Funil de Buchner (porcelana) Frasco de Kitasato (vidro) Aparelho montado Sólido separado Sucção de ar Vácuo Líquido separado / Em processos industriais, é comum ace- lerar a filtração comprimindo-se a mistura lí- quida que passa pelo filtro. Assim, em fábricas de cerâmicas e porcelanas, por exemplo, mói- se a argila (barro) em suspensão na água e, a seguir, filtra-se a "pasta" por compressão para eliminar o excesso de água. Nessas operações são usados os chamados filtros-prensa. Filtro-prensa. 7.2. Decantação É também um processo mecânico que serve para desdobrar misturas heterogêneas de um sólido num líquido ou de dois líquidos imiscíveis entre si. Por exemplo, a areia que está em suspensão na água vai, lentamente, se depositando no fundo do recipiente (processo chamado sedimentação); no final, a água pode ser separada ou por inclinação cuidadosa do recipiente (processo de decantação) ou, então, por aspiração com auxílio de um sifão (processo de sifonação). Evidentemente, se colocarmos uma mistura de areia e serragem em água, a areia irá ao fundo e a serragem flutuará na água. Temos então uma sedimentação fracionada, que nos permitirá separar a serragem da areia. Capítulo 2 • Conhecendo a Matéria e suas Transformações 33 A Capitulo 02B-QF1-PNLEM 33 29/5/05, 18:17 CORTESIA DA NETZSCH DO BRASIL IND. COM. LTDA. Pode-se também acelerar o processo da sedimentação com o uso da centrifugação; uma centrífu- ga imprime rotação rápida ao recipiente em que está o sistema de um sólido em suspensão em um líquido; com a aceleração provocada pela rotação, as partículas sólidas sedimentam mais depressa. Esquema de funcionamento de centrífuga Fase Sólido líquida I J ? Fase sólida líquido Tubos em repouso Tubos em rotação Centrífuga de laboratório. Em certas indústrias químicas, existem "câmaras de poeira"; em um circuito em ziguezague, as partículas sólidas perdem velocidade e se depositam. Gás I impo PTTZ7 Gás + poeira Partículas sólidas Nos laboratórios, empregam-se os funis de separação (ou de decantação, ou de bromo) para separar líquidos imiscíveis de densidades diferentes; após a separação espontânea, abre-se a torneira e escoa-se apenas o líquido mais denso. Funil de decantação 34 Capitulo 02B-QF1 -PNLEM 34 29/5/05, 18:17 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A 7.3. Destilação É um processo físico que serve para desdobrar as misturas homogêneas, como as soluções de sólidos em líquidos (destilação simples) ou as soluções de dois ou mais líquidos (destilação fracionada). Em laboratório, a aparelhagem normalmente utilizada é a seguinte: Termômetro - Balão de destilação Saída de água de resfriamento Garras de ferro Líquido mais volátil que já se destilou Quando destilamos dois líquidos miscíveis entre si, a separação tende a ser melhor quanto maior for a diferença entre as temperaturas de ebulição dos dois líquidos; nesse caso o líquido mais volátil destila em primeiro lugar. Evidentemente, a separação não será possível no caso das misturas azeotrópicas. E o que acontece com uma mistura de aproximadamente 96% de álcool comum e 4% de água, em volume, que destila inalterada a 78,1 °C. Os processos de destilação são muito usados nas indústrias. Um dos mais simples é o do alambi- que para fabricação de aguardente: Tacho de aquecimento Garapa fermentada em destilação i S Saída de água de resfriamento Serpentina de resfriamento Fogo Aguardente Muito mais complicadas são as torres de destilação do petróleo, que possibilitam separar vários de seus derivados, como a gasolina, o querosene, o óleo diesel etc. Torres de destilação em uma refinaria de petróleo. Capítulo 2 • Conhecendo a Matéria e suas Transformações 35 A Capitulo 02B-QF1-PNLEM 35 29/5/05, 18:18 SERIDEC PHOTOIMAGENE / CID DESTILAÇÃO DO AR LÍQUIDO O ar é formado predominantemente por nitrogênio e oxigênio, além de pequenas quantidades de gases nobres. Esses gases são retirados do ar por destilação fracionada (processo Linde). Isso é conseguido submetendo-se o ar a sucessivas compressões e resfriamentos até que ele chegue ao esta- do líquido, o que ocorre a cerca de 200 °C abaixo de zero. A seguir, destila-se o ar líquido. Inicialmente ferve o nitrogênio (-1 95,8 °C) e a seguir o oxigênio (-183 °C). Esquematicamente: Ar Eliminação de poeira eCO, Ar puro Pressão e resfriamento Ar líquido Destilação c fracionada N, O, Atualmente, o nitrogênio é muito usado: • sob a forma gasosa (vendido em cilindros de aço), para ser usado como atmosfera inerte na fabri- cação de produtos eletrônicos, no "enchimento" de lâmpadas incandescentes, no empacotamento de alimentos, para encher pneus etc.; • sob a forma líquida (que garante temperaturas de cerca de 1 90 °C abaixo de zero), para ser usado como meio de resfriamento no transporte de órgãos para transplante, na conservação de alimentos, na conservação de sêmen para a inseminação artificial do gado etc. • na produção de substâncias contendo nitrogênio, principalmente amoníaco e ácido nítrico. E o oxigênio é muito usado: • na produção do aço e de outros metais; • no branqueamento da celulose para a fabricação do papel; • em maçaricos especiais para corte e solda de metais, como, por exemplo, o maçarico oxídrico e o maçarico oxiacetilênico; • como comburente em foguetes; • nos hospitais, quando o paciente precisa respirar um "ar mais rico", em função de uma cirurgia ou recuperação; • nos cilindros de mergulhadores e de alpinistas. 7.4. Cristalização É um processo físico que serve para separar e purificar sólidos. A água do mar contém vários sais. Em uma salina, entretanto, com a evaporação len- ta da água, o sal comum (cloreto de sódio) crista- liza-se antes dos outros sais e, assim, é separado. O que acontece numa salina você mesmo pode verificar. Basta dissolver o máximo possível de sal de cozinha em água, colocar num pires e aguardar um ou dois dias. Salina na Ilha Cristina, Huelva, Espanha. 7.5. Outros processos de desdobramento de misturas Dependendo das propriedades específicas das substâncias que estão misturadas, podemos lançar mão de outros processos de separação, tais como a sublimação, a dissolução fracionada, a extração, a separação magnética etc. 36 Capitulo 02B-QF1-PNLEM 36 29/5/05, 18:18 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A sublimação é aplicável quando apenas um dos componentes da mistura é sublimável. É como se purifica o iodo: Cápsula com A dissolução fracionada é aplicável quando apenas um dos componentes da mistura é solúvel num dado líquido. Por exemplo, colocando-se uma mistura de sal comum e areia em água, o sal irá se dissolver, enquanto a areia não; por decantação, separamos a solução de sal e água da areia; e, por evaporação, recuperamos o sal. A extração é, em geral, o processo em que se utiliza um líquido que conse- gue "retirar" um componente de uma mistura. Por exemplo, a "água de bromo", — água que contém pequenas quantidades de bromo em solução. Agitando-se a "água de bromo" com clorofórmio e deixando-se o conjunto em repouso, for- mam-se duas camadas líquidas: a inferior contém bromo dissolvido em clorofór- mio e a superior contém água praticamente sem bromo. Dizemos então que o clorofórmio "extraiu" o bromo da água. A separação magnética é aplicável quando um dos componentes da mistura é magnético, como é o caso das partículas de ferro. Pode-se então retirar essas partículas com o auxílio de um ímã ou eletroímã. APRENDENDO MAIS SOBRE O LABORATÓRIO DE QUÍMICA Além do que já foi descrito no item 7, os laboratórios comuns de Química dispõem de muitos outros equipamentos, aparelhos e dispositivos para facilitar o trabalho. Há equipamentos de ferro (e de outros metais), de vidro, de porcelana etc. Vejamos alguns importantes equipamentos de ferro. Tubo Abertura para entrada de ar Entrada de gás Base Bico de Bunsen. Funciona a gás e serve para o aqueci- mento de materiais não-inflamáveis. Possui, em sua par- te inferior, uma janela, cuja abertura é regulada giran- do-se um anel. Quando a janela está “fechada”, a en- trada de ar é mínima e a chama do gás torna-se ama- relada; quando a janela está “aberta”, a chama torna- se azulada, pois a combustão do gás é mais completa e atinge a temperatura máxima (cerca de 1 . 1 00 °C). ITT Tela de aquecimento. É um trançado de fios de ferro, tendo no centro um material adequado ao aquecimento. Recebendo, por baixo, o calor do bico de Bunsen, ela distribui esse calor uni- formemente para os recipientes que são colocados sobre ela, evitando a quebra dos equipamentos de vidro. Tripé de ferro. Serve como apoio para a tela de amianto e para os equipa- mentos que são colocados sobre ela. Suportes, garras e argolas de fer- ro. Servem para a montagem e sustentação dos aparelhos de la- boratório. Capítulo 2 • Conhecendo a Matéria e suas Transformações 37 A Capitulo 02B-QF1-PNLEM 37 29/5/05, 18:18 Além dos que já foram mencionados nos processos de separação das substâncias, outros importan- tes utensílios de vidro são: W Tubo de ensaio. Usado para testar rea- ções com pequenas quantidades de reagentes. Vidro de relógio. Usado para pesar pequenas quantidades de substân- cias, para evaporar pequenas quanti- dades de soluções e para cobrir béqueres e outros recipientes. Balão de fundo chato. Usado para aque- cer e preparar soluções e realizar rea- ções com desprendimento de gases. Balão de fundo redondo. De uso se- melhante ao anterior, porém mais apro- priado aos processos de destilação. Proveta ou cilindro graduado. Para medir e transferir volumes de líquidos e soluções (não é de muita precisão). 38 Capitulo 02B-QF1-PNLEM 38 29/5/05, 18:18 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Alguns utensílios de porcelana são: Cápsula de porcelana. Usada para concentrar e secar so- luções. Almofariz e pistilo. Usados para trituração de sólidos. A SEGURANÇA NOS LABORATÓRIOS DE QUÍMICA Os laboratórios de Química são construídos de acordo com as experiências que se pretende realizar e contam com instalações adequadas de água, gás, eletricidade, ar comprimido, sistemas de exaustão de gases venenosos etc. Devido ao perigo de certas substâncias e de suas reações, deve-se sempre ter: • placas de sinalização Altamente inflamável Material radioativo • regras de segurança — Use sempre aparelhagem limpa e que não esteja quebrada nem trincada. — Conheça as propriedades das substâncias que vai usar. — Não pegue com as mãos, não cheire, não prove o sabor de produtos químicos. — Use sempre óculos de proteção e luvas. — Não deixe frascos abertos ou em locais de onde possam cair. — Use sistema de exaustão para gases venenosos. — Tenha sempre extintor de incêndio apropriado à mão. Capítulo 2 • Conhecendo a Matéria e suas Transformações 39 Capitulo 02B-QF1 -PNLEM 39 29/5/05, 18:18 — Cuidado ao descartar produtos. Procure sempre saber qual é o descarte mais adequado a cada um deles — Lave as mãos logo após cada experiência. • tabelas ou livros com as propriedades e antídotos das principais substâncias que são usadas. Exemplos: Substância* Características Antídoto Acido súlfurico pouco volátil; altamente corrosivo muito leite de magnésia Acido clorídrico volátil/sufocante; altamente corrosivo muito leite de magnésia Soda cáustica cáustico/muito tóxico muito vinagre ou suco de limão Hidróxido de amónia volátil/sufocante; cáustico/tóxico muito vinagre ou suco de limão * Em acidentes ocorridos com essas substâncias, é importante procurar atendimento médico com urgência. ATIVIDADES PRÁTICAS ATENÇAO: Não cheire nem experimente substância alguma utilizada nesta atividade. 1 â Materiais • 1 copo • sal de cozinha • água • 1 colher • 1 prato raso Procedimento • Dissolva a maior quantidade possível de sal em meio copo com água, mexendo bem para auxiliar a dissolução. «Trans- fira a solução para o prato, tomando o cuidado de não transferir o sal não-dissolvido, que estará no fundo do copo. • Coloque o prato com a solução em um local bem ventilado. • Após alguns dias, observe o que acon- teceu (se possível, examine com uma lente de aumento). Perguntas 1 ) Qual o conteúdo do prato no início e no final do expe- rimento? 2) A mistura inicial colocada no prato era homogênea ou heterogênea? Qual o número de fases e quais os componentes que ela apresentava? 3) O que ocorreu com os componentes iniciais da mistura? 4) O resultado final teria sido o mesmo se o prato tivesse sido tampado com um filme plástico? Por quê? ATENÇAO: Não cheire nem experimente substância alguma utilizada nesta atividade. Este experimento deve ser realizado com supervi- são de um adulto, pois haverá a necessidade de manipular objetos quentes, podendo haver risco de queimaduras. 2 a Materiais • chá preto • 1 panela com tampa • água • 1 copo Procedimento • Com a supervisão de um adulto, prepare, em uma panela com tampa, um pouco de chá preto bem con- centrado. • Durante o preparo do chá, retire a tampa várias vezes e transfira o conteúdo líquido da tampa para um copo. • Anote no caderno as observações. Perguntas 1) Qual o aspecto da mistura que está na panela? Essa mistura é homogênea ou heterogênea? Quais são os componentes presentes nela? 2) Onde está ocorrendo a ebulição e por que ela ocorre? 3) Qual o aspecto do líquido recolhido e transferido para o copo? 4) Onde está ocorrendo a condensação e por que ela ocorre? 5) Qual é o nome do processo que você utilizou para separar os componentes da mistura inicial? 6) Por que temos de tampar a panela para executar esse processo? 7) Qual a diferença entre esse processo de separação e o utilizado no I a experimento? Responda em seu caderno a) Como é chamada a separação dos componentes de uma mistura? b) Para que serve a filtração? c) O que ocorre no processo de decantação? d) Para que servem a destilação simples e a destilação fracionada? e) O que ocorre na cristalização? f) O que ocorre na extração? g) O que se deve conhecer para trabalhar, com segurança, em um laboratório de Química? 40 Capitulo 02B-QF1-PNLEM 40 6/7/05, 14:20 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. f EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno 46 (Mackenzie-SP) Necessitou-se retirar o conteúdo do tan- que de combustível de um carro. Para isso, fez-se sucção com um pedaço de mangueira introduzido no tanque, deixando-se escorrer o líquido para um recipiente colo- cado no chão. Esse processo é chamado de: a) decantação c) sifonação e) destilação b) filtração d) centrifugação 47 (Osec-SP) Um dos estados brasileiros produtores de cloreto de sódio é o Rio Grande do Norte. Nas salinas, o processo físico que separa a água do sal é: a) filtração c) destilação e) ebulição b) sublimação d) evaporação 48 (UFRGS-RS) Qual dos métodos de separação seguintes se baseia na diferença de densidades? a) decantação d) cristalização b) destilação fracionada e) sublimação c) peneiração 49 (Ceeteps-SP) O esquema abaixo representa a técnica, usada comumente em navios, para dessalinizar a água do mar. Trata-se da: a) evaporação c) destilação e) filtração b) condensação d) sifonação 50 (UFMG) Certas misturas podem ser separadas, usando- se uma destilação simples, realizável numa montagem, como a apresentada nesta figura: Suponha que a mistura é constituída de água e cloreto de sódio dissolvido nela. Ao final da destilação simples dessa mistura, obtém-se, no erlenmeyer: a) água b) água + ácido clorídrico c) água + cloreto de sódio d) água + cloro 51 (Mackenzie-SP) Uma técnica usada para limpar aves co- bertas por petróleo consiste em pulverizá-las com limalha de ferro. A limalha, que fica impregnada de óleo é, então, retirada das penas das aves por um processo chamado de: a) decantação d) centrifugação b) peneiração e) separação magnética c) sublimação 52 (Esef Jundiaí-SP) O papel de filtro pode ser utilizado para separar os componentes do sistema: a) homogêneo, gás/gás b) heterogêneo, líquido/líquido c) homogêneo, sólido/líquido d) heterogêneo, sólido/líquido e) homogêneo, sólido/sólido 53 (PUC-MG) O conjunto ao lado é adequado para: a) lavagem de material em mistura. b) separação de mistura só- lido-líquido. c) obstruir a passagem de gases ou líquidos. d) separação de líquidos de densidades diferentes. e) liquefazer vapores. 54 (PUC-MG) No laboratório, o equipamento conveniente para medir e transferir volumes de líquidos é: a) balão de fundo chato d) funil de decantação b) tubo de ensaio e) condensador c) proveta 55 (Mackenzie-SP) Numa destilação simples, o material de laboratório usado para transformar vapor em líquido é chamado de: a) erlenmeyer d) balão de destilação b) béquer e) funil de decantação c) condensador 56 (FEI-SP) Em relação aos equipamentos básicos de labora- tório, estabeleça a associação adequada da coluna I (equi- pamentos) com a coluna II, em que são listadas as situa- ções mais frequentes em que eles são usados: Coluna 1 Coluna II 1 . almofariz e pistilo 1. Medidas precisas de volumes fixos de líquidos. 2. bureta II. Medidas aproximadas de vo- lumes de líquidos. 3. funil de Buchner III. Filtração a pressão reduzida. 4. pipeta volumétrica IV. Medidas volumétricas preci- sas de líquidos. 5. proveta V. Trituração de sólidos e ho- mogeneização de materiais sólidos por trituração. a) 1 - V; 2 - IV; 3 - III; 4 - I; 5 - II b) 1 - V; 2 - I; 3 - III; 4 - II; 5 - IV c) 1 - V; 2 - II; 3 - III; 4 - IV; 5 - I d) 1 - III; 2 - I; 3 - V; 4 - IV; 5 - II e) 1 - III; 2 - II; 3 - V; 4 - I; 5 - IV Capítulo 2 • Conhecendo a Matéria e suas Transformações 41 Capitulo 02B-QF1-PNLEM 41 29/5/05, 18:18 EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno 57 (Mackenzie-SP) Ao se preparar o tradicional cafezinho, exe- cutam-se dois processos físicos que são, respectivamente: a) extração e filtração b) decantação e destilação c) evaporação e filtração d) filtração e liquefação e) dissolução e liqüefação 58 (UFPE) Leia as atividades do cotidiano, abaixo, e as técni- cas de laboratório apresentadas a seguir: A. Preparação de cafezinho de café solúvel B. Preparação de chá de saquinho C. Coar um suco de laranja 1 . Filtração 2. Solubilização 3. Extração 4. Destilação A associação correta entre ambas é: a) A2, B3 e Cl b) A4, B2 e C3 c) A3, B4 e Cl d) Al, B3 e C2 e) A2, B2 e C4 59 (UFR-Rj) Com a adição de uma solução aquosa de açúcar a uma mistura contendo querosene e areia, são vistas claramente três fases. Para separar cada componente da mistura final, a melhor sequência é: a) destilação, filtração e decantação b) cristalização, decantação e destilação c) filtração, cristalização e destilação d) filtração, decantação e destilação e) centrifugação, filtração e decantação 60 (UFMC) Este quadro apresenta misturas heterogêneas que foram submetidas aos processos de separação especifi- cados. Misturas Componentes Processo de separação 1 água e areia decantação II sucatas de ferro e alumínio separação magnética III grafita e iodo sublimação IV água e óleo filtração A alternativa que corresponde a uma mistura cujo pro- cesso de separação especificado é inadequado é: a) I c) III b) II d) IV 61 (UFjF-MG) Atualmente, é comum encontrar, nas prate- leiras de supermercados, alimentos desidratados, isto é, isentos de água em sua composição. O processo utiliza- do na desidratação dos alimentos é a liofilização. A liofilização consiste em congelar o alimento a uma tem- peratura de — 1 97 °C e depois submeter o alimento con- gelado a pressões muito baixas. Na temperatura de -197 °C, a água contida no alimento encontra-se no estado sólido e, com o abaixamento de pressão, passa diretamente para o estado de vapor, sendo então elimi- nada. A afirmação correta é: a) No processo de liofilização, a água passa por uma transformação química, produzindo H 2 e 0 2 , que são gases. b) No processo de liofilização, a água passa por um pro- cesso físico conhecido como evaporação. c) No processo de liofilização, o alimento sofre decom- posição, perdendo água. d) No processo de liofilização, a água sofre decompo- sição. e) No processo de liofilização, a água passa por uma trans- formação física denominada sublimação. 62 (Uece) Considerando os aparelhos aqui representados, utilizados em laboratório para separação de componen- tes de misturas, escolha a alternativa correta. a) O aparelho I (erlenmeyer) é usado em filtragens a vácuo. b) O aparelho II (funil de decantação) é utilizado na se- paração de misturas de líquidos não-miscíveis. c) O aparelho III (condensador) serve para resfriar e condensar vapores, num processo de centrifugação. d) O aparelho IV (kitasato) é usado em análise volumétrica de misturas, que exigem alta precisão. 63 (Unicamp-SP) Os gases nitrogênio, oxigênio e argônio, principais componentes do ar, são obtidos industrialmente através da destilação fracionada do ar liquefeito. Indique a sequência de obtenção dessas substâncias nesse pro- cesso de destilação fracionada, justifique sua resposta. Temperaturas de ebulição a 1 atm Substância Temperatura (°C) Argônio -186 Nitrogênio -196 Oxigênio -183 42 Capitulo 02B-QF1-PNLEM 42 29/5/05, 18:18 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. — LEITURA O CICLO DA ÁGUA NA TERRA A água é a substância mais abundante na superfície da Terra. Encontra-se na forma sólida (gelo nas altas montanhas, nas geleiras, nos icebergs etc.), na forma líquida (oceanos, rios, lagos, água subterrânea etc.) ou na forma gasosa (como na umidade do ar, por exemplo). Distribuição de água na Terra Localização % em massa Oceanos 94 Ceio e neve 4,2 Subsolo 1,2 Solo 0,4 Atmosfera 0,001 Seres vivos 0,00003 Além disso, todos os seres vivos são constituídos por grandes porcentagens de água, de modo que sem ela a vida tal qual a conhecemos não existiria na Terra. Uma das águas mais puras que existem na natureza é a água da chuva. No entanto, ela já contém dissolvidos os componentes do ar, além de certa quantidade de poeira. Quando a água da chuva penetra no solo, ela dissolve novos componentes, especialmente sais (mais ou menos solúveis). Por esse motivo, quando a água brota da terra, pode surgir como a chamada água mineral, do tipo magnesiano, ou ferruginoso, ou sulfuroso etc., conforme contenha compostos de magnésio, ferro, enxofre etc. Pode também surgir como água salobra, contendo quantidade excessiva de sais, com gosto ruim e imprópria para o consumo humano. Do subsolo, a água é retirada por meio de poços comuns ou poços artesianos. COMPOSIÇÃO QUÍMICA $£$ BÃR10 = 0,20 * ESTRÔNCIO * 0,02 • § CÁLCIO = 16,40 - MAGNÉSIO = 8,34 - POTÁSSIO = 0,60 - SÓDIO = l 1,20 ♦ BICARBONATOS = 95,44 - CLORETOS = 0,21 - NITRATOS = 0.60. CARACTERÍSTICAS FÍSICO-QUÍMICAS: pH a 25°C = 7,8. CONDUTIVIDAOE ELÉTRICA a 25°C = 1,45 X 10' 4 mhos/cm TEMPERATURA DA ÁGUA NA FONTE = 1&0 9 G RESÍDUO DE EVAPORAÇÃO A 180*0. CALCULADO = 85,0 mg/l. RADIOATIVI- DADE NA FONTE A 20 Í C e 760mm de Hg = 15,64 maches. VALIDADE: 1 2 MESES apta a data de fabricação Indicada na garrafa ou na tampa. Parte do rótulo de uma garrafa de água mineral, com informações sobre a composição química e as características físico-químicas. Obs.: No rótulo, mg/l significa mg/L. Escoando pelo solo, a água corre para os rios, arrastando consigo terra e muitas outras substâncias, para finalmente chegar aos mares e oceanos. Praticamente três quartos da superfície do nosso planeta são cobertos pelos mares e oceanos. Cada quilograma de água do mar contém, em média, cerca de 35 g de sais dissolvidos, principalmente o sal comum (cloreto de sódio). Capítulo 2 • Conhecendo a Matéria e suas Transformações 43 A Capitulo 02B-QF1-PNLEM 43 12/7/05, 19:39 Dos mares, lagos e rios, a água volta a evaporar, forma as nuvens, torna a cair como chuva — e o processo todo recomeça, formando o chamado ciclo da água na natureza, como vemos no esquema abaixo. Chuvas Infiltração Oceano Ciclo da água Vapor transportado Chuvas Evaporação Transpiração Evaporação Fluxo de água subterrânea A água evapora dos oceanos, rios e lagos, forma nuvens, volta a cair na superfície terrestre em forma de chuvas e recomeça seu ciclo. Note que a natureza já repete, há bilhões de anos, o processo de destilação que efetuamos em labora- tório, isto é: o calor solar evapora a água da superfície terrestre; o vapor dessa água se condensa nas camadas altas e frias da atmosfera, formando as nuvens; e a água volta a "destilar" para a superfície terrestre, na forma de chuva. Questões sobre a leitura Responda em seu caderno 64 O que é água mineral? 65 O que é água salobra? 66 O que é o ciclo da água? 67 (Enem-MEC) O sol participa do ciclo da água, pois, além de aquecer a superfície da Terra dando origem aos ventos, provoca a evaporação da água dos rios, lagos e mares. O vapor da água, ao se resfriar, condensa em minúsculas gotinhas, que se agrupam formando as nuvens, neblinas ou névoas úmidas. As nuvens podem ser levadas pelos ventos de uma região para outra. Com a condensação e, em seguida, a chuva, a água volta à superfície da Terra, caindo sobre o solo, rios, lagos e mares. Parte dessa água evapora retornando à atmosfera, outra parte escoa super- ficialmente ou infiltra-se no solo, indo alimentar rios e la- gos. Esse processo é chamado de ciclo da água. Considere, então, as seguintes afirmativas: I. A evaporação é maior nos continentes, uma vez que o aquecimento ali é maior do que nos oceanos. II. A vegetação participa do ciclo hidrológico por meio da transpiração. III. O ciclo hidrológico condiciona processos que ocor- rem na litosfera, na atmosfera e na biosfera. IV. A energia gravitacional movimenta a água dentro do seu ciclo. V. O ciclo hidrológico é passível de sofrer interferência humana, podendo apresentar desequilíbrios. a) Somente a afirmativa III está correta. b) Somente as afirmativas III e IV estão corretas. c) Somente as afirmativas I, II e V estão corretas. d) Somente as afirmativas II, III, IV e V estão corretas. e) Todas as afirmativas estão corretas. 44 Capitulo 02B-QF1-PNLEM 44 29/5/05, 18:18 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. r DESAFIOS Registre as respostas em seu caderno 68 (UFRCS-RS) Analise os sistemas materiais abaixo, estan- do ambos na temperatura ambiente. Sistema I - Mistura de 10 g de sal de cozinha, 30 g de areia fina, 20 ml_ de óleo e 1 00 mL de água. Sistema II - Mistura de 2,0 L de C0 2í 3,0 L de N 2 e 1,5 L de 0 2 . Sobre esses sistemas é correto afirmar que: a) ambos são heterogêneos, pois apresentam mais de uma fase. b) em I, o sistema é bifásico, após forte agitação, e, em II, o sistema é monofásico. c) em I, o sistema é trifásico, após forte agitação, e, em II, o sistema é monofásico. d) ambos apresentam uma única fase, formando siste- mas homogêneos. e) em I, o sistema é trifásico, independentemente da or- dem de adição dos componentes, e, em II, o sistema é bifásico. 69 (Ufes) Dada a tabela (Temperatura = 25 °C): Mistura Substância A Substância B 1 água + álcool etílico II água + sal de cozinha III água + gasolina IV o 2 + co 2 V carvão + enxofre Resultam em soluçoes as misturas: a) I, II e III b) I, II e IV c) I, II e V d) II, IV e V e) III, IV e V 70 (UFSM-RS) Analise o gráfico em relação às mudanças de estado que ocorrem no álcool 96%, vendido em super- mercado. Pode-se afirmar que esse produto constitui um(a): a) sistema heterogêneo b) mistura azeotrópica c) substância pura d) mistura eutética e) sistema bifásico 71 (Cesgranrio-R|) De acordo com os gráficos de mudanças de estado, a seguir, podemos afirmar corretamente que I, II e III correspondem, respectivamente, a: I II III a) mistura, substância pura e mistura eutética. b) mistura, substância pura e mistura azeotrópica. c) mistura, mistura azeotrópica e substância pura. d) substância pura, mistura eutética e mistura azeo- trópica. e) substância pura, mistura e mistura eutética. 72 (UFV-MG) A figura abaixo mostra as curvas de tempera- tura versus tempo para a mesma massa de três amostras materiais A, Be C, partindo do estado sólido no tempo zero. Observe a figura e identifique a alternativa correta: 0 50 100 150 200 Tempo (s) a) As amostras A, Be C são exemplos de substâncias puras. b) A amostra C não constitui substância pura por não man- ter as temperaturas de fusão e ebulição constantes. c) À temperatura de 1 00 °C, a amostra A encontra-se no estado líquido. d) A amostra 6 aquece mais rápido do que a amostra A. e) A amostra 6 apresenta temperatura de ebulição de 40 °C. Capítulo 2 • Conhecendo a Matéria e suas Transformações 45 A Capitulo 02B-QF1-PNLEM 45 29/5/05, 18:18 73 (Ufes) Dada a tabela a seguir, em relaçao ao estado físico das substâncias (pressão = 1 atm), a alternativa correta é: Substância Temperatura de fusão (°C) Temperatura de ebulição (°C) 1 -218 -183 II -63 61 III 41 182 IV 801 1.473 V 1.535 2.885 a) I é sólido a 30 °C. b) II é líquido a 1 00 °C. c) III é sólido a 25 °C. d) IV é líquido a 480 °C. e) V é gasoso a 2.400 °C. 74 (Vunesp) I e II são dois líquidos incolores e transparentes. Os dois foram aquecidos, separadamente, e mantidos em ebulição. Os valores das temperaturas dos líquidos em função do tempo (f) de aquecimento são mostrados na figura a seguir. a) B + água A c) A — * B + água — »• 76 (Ceeteps-SP) Uma barra de certo metal, de massa igual a 37,8 g, foi introduzida num cilindro graduado contendo água. O nível da água contida no cilindro, antes (1 ) e após (2) a imersão da barra metálica, é mostrado na figura. — 25 = 20 = 15 = 10 — — 5 — (D Com base nessas informações, pode-se afirmar que: a) I é um líquido puro e II é uma solução. b) I é uma solução e II é um líquido puro. c) I é um líquido puro e II é um azeótropo. d) I e II são líquidos puros com diferentes composições químicas. e) I e II são soluções com mesmos solvente e soluto, mas I é uma solução mais concentrada do que II. 75 (Fatec-SP) No gráfico que se segue, foram projetados dados de massa e volume para três líquidos: A, Be água. Sabe-se que o líquido A é insolúvel tanto em 6 quanto em água, e que o líquido 6 é solúvel em água. Considerando os dados do gráfico e os de solubilidade fornecidos, identifique o aspecto que uma mistura dos três líquidos num recipiente apresentará: Analisando-se a figura, pode-se afirmar que o metal da barra metálica é provavelmente o: a) Ag, d = 1 0,50 g/cm 3 b) Aí, d = 2,70 g/cm 3 c) Fe, d = 7,87 g/cm 3 d) Mg, d = 1,74 g/cm 3 e) Pb, d = 1 1 ,30 g/cm 3 77 (Fuvest-SP) Em uma indústria, um operário misturou, inad- vertidamente, polietileno (PE), policloreto de vinila (PVC) e poliestireno (PS), limpos e moídos. Para recuperar cada um destes polímeros, utilizou o seguinte método de se- paração: jogou a mistura em um tanque contendo água (densidade = 1 ,00 g/cm 3 ) separando, então, a fração que flutuou (fração A) daquela que foi ao fundo (fração B). A seguir, recolheu a fração B, secou-a e a jogou em outro tanque contendo solução salina (densidade = 1,10 g/cm 3 ), separando o material que flutuou (fração C) daquele que afundou (fração D). As frações A, C e D eram, respecti- vamente, Polímeros Densidade (g/cm 3 ) polietileno (PE) 0,91 a 0,98 poliestireno (PS) 1,04 a 1,06 policloreto de vinila (PVC) 1,35 a 1,42 a) LU Q_ PS e PVC b) PS, PEe PVC c) PVC, PS e PE d) PS, PVC e PE e) PE, PVC e PS 46 Capitulo 02B-QF1-PNLEM 46 6/7/05, 14:21 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 78 (Unisinos-RS) A seguir, está esquematizado o fluxograma relativo à separação dos componentes de uma mistura constituída por azeite, água e açúcar totalmente dissolvi- do. Examinando o fluxograma apresentado, você identi- fica os processos 1 e 2 como sendo, respectivamente: a) destilação e filtração b) filtração e decantação c) decantação e destilação d) decantação e centrifugação e) filtração e centrifugação 79 (Mackenzie-SP) Os nomes dos processos I, II e III, representados pelo flu- xograma acima e referentes à separação dos componen- tes da mistura, são, respectivamente: a) decantação, centrifugação e filtração b) separação magnética, filtração e destilação c) filtração, separação magnética e destilação d) cristalização, decantação e centrifugação e) separação magnética, decantação e filtração 80 (UFPB) Ao preparar um terreno para cultivo, seria ideal que o agricultor solicitasse os serviços de um profissional qualificado, a fim de fazer uma análise do solo para co- nhecer o conteúdo dos nutrientes presentes. O resultado da análise será válido se esse profissional retirar uma amos- tra representativa do solo e realizar, com cuidado, opera- ções, tais como, limpeza da amostra, secagem, imersão da amostra em solução extratora adequada etc. Considere as operações a serem realizadas com a amostra. (1) Separar a amostra de restos de folhas, cascalhos e outros materiais sólidos. (2) Aquecer a amostra para retirada de água. (3) Medir uma determinada quantidade da amostra seca. (4) Separar a solução extratora da parte insolúvel da amostra. (5) Medir uma determinada quantidade da solução extratora. (6) Destilar a solução aquosa para separar os componen- tes solúveis. Qual dos objetos abaixo deve ser usado em cada uma das operações acima? A. estufa B. pipeta C. funil e papel de filtro D. peneira E. balança A associação correta entre as operações e os objetos é: a) Al, B2, C6, D5, E3 d) Al, B2, C5, D6, E3 b) A2, B5, C4, Dl, E3 e) A4, BI, C5, D3, E2 c) A3, BI , C4, D5, E2 81 (Vunesp) Um sistema heterogêneo, 5, é constituído por uma solu- ção colorida e um sólido branco. O sistema foi submeti- do ao seguinte esquema de separação: Ao se destilar o líquido I N, sob pressão constante de 1 at- mosfera, verifica-se que sua temperatura de ebulição va- riou entre 80 e 1 00 °C. Indique qual das seguintes afirma- ções é correta. a) A operação I é uma destilação simples. b) A operação II é uma decantação. c) O líquido colorido Y é uma substância pura. d) O líquido incolor W é uma substância pura. e) O sistema heterogêneo 5 tem, no mínimo, 4 com- ponentes. Capítulo 2 • Conhecendo a Matéria e suas Transformações 47 Capitulo 02B-QF1-PNLEM 47 29/5/05, 18:19 Tópicos do capítulo 1 Vale a pena explicar (entender) os fatos do cotidiano (e da ciência)? 2 As tentativas de explicar a matéria e suas transformações 3 O nascimento da Química 4 A hipótese de Dalton 5 Os elementos químicos e seus símbolos 6 Explicando a matéria — as substâncias químicas 7 Explicando a matéria — as misturas 8 Explicando as transformações materiais 9 As propriedades das substâncias 10 Explicando as variações de energia que acompanham as transformações materiais 11 Segunda visão da Química 12 Como a ciência progride Leitura: 0 meio ambiente em perigo As alterações nas cores de algumas folhas, no inverno, indicam transformações que ocorrem na natureza. EXPLICANDO A MATÉRIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES Apresentação do capítulo No capítulo anterior, vimos como os vários materiais existentes na natureza se apresentam e se transformam. Neste terceiro capítulo, vamos explicar o longo caminho percorrido pela humanidade nas tentativas de explicar como é a matéria " por dentro " e o que acontece durante as transformações materiais. Mostraremos que há somente cerca de 200 anos os cientistas conseguiram realizar experiências capazes de fundamentar a existência do átomo. Veremos, então, como o mundo invisível do átomo (mundo microscópico) torna possível explicar todos os tipos de matéria e de transformações que vemos diariamente (mundo macroscópico), bem como as trocas de energia associadas a essas transformações. A idéia do átomo ajudou a consolidar a Química como ciência, cujo desenvolvimento possibilitou a criação de milhares de novos materiais (medicamentos, tecidos, corantes etc.) que transformaram a existência da humanidade, nos dois últimos séculos. 29/5/05, 18:21 Capitulo 03-QF1-PNLEM 48 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. VALE A PENA EXPLICAR (ENTENDER) OS FATOS DO COTIDIANO (E DA CIÊNCIA)? Sim, vale. Imagine a seguinte situação. Você, sozinho, guiando um automóvel numa estrada deser- ta. De repente, o carro enguiça e pára. Se você não conhece a mecânica nem a parte elétrica do automóvel, provavelmente vai ficar parado muito tempo na estrada, até conseguir ajuda. Mas, se tiver algum conhecimento disso, terá chances de descobrir o defeito e talvez até consiga corrigi-lo, mesmo que seja para "quebrar o galho" até a próxima cidade. Esse exemplo nos mostra como é importante conhecer as coisas "por dentro", saber como elas funcionam. Afinal, é com o conhecimento que conse- guimos progredir em qualquer campo de nossas atividades. Considere um segundo exemplo, agora no campo científico. Embora ainda não seja possível controlar todas as doenças, até há pouco tempo a situação era bem pior. Esse quadro começou a mudar somente a partir do século XIX, quando Pasteur verificou que seres microscópicos — os microorganismos — podiam infectar pessoas e animais, dando origem a diversas doenças. A partir dessa descoberta, passou-se a desinfetar as mãos e os utensílios que en- tram em contato com os doentes, o que representou um passo enorme em direção ao que hoje chamamos de medicina preven- tiva. Além disso, sabendo qual é o microorganismo que provoca determinada doença, torna-se muito mais fácil procurar um medi- camento que o combata e restabeleça a saúde dos infectados. Hoje sabemos que nem todas as doenças são causadas por microorganismos. Algumas têm origens diferentes e não totalmente conhecidas, como é o caso do câncer. No entanto, sempre que surge uma nova doença, a norma é procurar o agente causador (foi o caso da AIDS, causada pelo vírus HIV). CONHECIMENTO E PODER E importante pensar que, em geral, maior conhecimento leva pessoas e povos a terem mais poder. O primeiro homem que dominou o fogo levou vantagem sobre os demais; o primeiro povo que desenvolveu a agricultura e domesticou os animais levou vantagem sobre os demais. Muitas guerras foram ganhas pelo maior conhecimento do terreno ou das fraquezas do inimigo. Daí a grande impor- tância do estudo e da educação. Louis Pasteur em seu laboratório. AS TENTATIVAS DE EXPLICAR A MATÉRIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES Ao longo dos séculos, no trabalho de obter novos materiais e nas tentativas de explicar essas obtenções, podemos destacar os seguintes fatos históricos: • Entre aproximadamente os anos 500 e 1500 da era cristã, desenvolveu-se entre árabes e euro- peus o trabalho dos alquimistas, muitos deles movidos pelo sonho de obter o elixir da longa vida, que poderia tornar o ser humano imortal, e a pedra filosofal, que teria o poder de transfor- mar metais baratos em ouro. PIRATAS DO TIETÊ - Laerte Capítulo 3 • Explicando a matéria e suas transformações 49 A Capitulo 03-QF1-PNLEM 49 29/5/05, 18:21 INSTITUTO PASTEUR, PARIS A • A partir do século XVI, com o desenvolvimento da alquimia, sur- giu a chamada iatroquímica, uma doutrina médica que atribuía a causas químicas tudo o que se passava no organismo são ou enfermo. O principal objetivo dessa doutrina era a descoberta e produção de medicamentos. Todo esse trabalho era eminentemente prático. Os alquimistas con- tribuíram bastante para o desenvolvimento das técnicas químicas, em- bora não tivessem se preocupado em explicar os fenômenos. Devemos salientar, porém, que a busca de uma explicação para a matéria e suas transformações foi objeto de preocupação de alguns pen- sadores desde antes de Cristo. O filósofo grego Demócrito (460-370 a.C.) imaginou a matéria formada por pequenas partículas indivisíveis denomi- nadas átomos (do grego, o, não; tómos, pedaços). No entanto, durante séculos prevaleceram as idéias de Aristóteles (384-322 a.C.), para quem tudo o que existia no Universo era formado a partir de quatro elementos fundamentais: terra, água, fogo e ar. De acordo com essa idéia e com o esquema ao lado, estavam associadas ao fogo, por exemplo, as qualida- des seco e quente, e à água, as qualidades frio e úmido. A Química somente adquiriu caráter científico a partir do século XVIII, quando o trabalho feito em laboratório (chamado de trabalho experimental) foi vinculado ao esforço de buscar a explicação da natu- reza da matéria e de suas transformações (explicação teórica). Aristóteles FOGO O NASCIMENTO DA QUÍMICA Observando a queima de um pedaço de carvão, temos a impressão de que ele desaparece. Essa impressão, porém, está errada — estamos nos esquecendo da matéria que escapa nas chamas, durante a combustão. Quando uma esponja de aço se enferruja, sua massa aumenta. Será que houve "criação" de maté- ria? Não. Ocorre que o oxigênio do ar reage com o ferro da esponja, durante o enferrujamento, produ- zindo aumento na massa total da esponja de aço. 3.1. A lei de Lavoisier No final do século XVIII, o cientista Antoine Lavoisier realizou uma série de experiências em recipien- tes fechados (para que não entrasse nem escapasse nada do sistema em estudo) e, efetuando pesagens com balanças mais precisas do que as dos cientistas anteriores, concluiu: No interior de um recipiente fechado, a massa total não varia, quaisquer que sejam as transformações que venham a ocorrer. Tal afirmativa é uma lei da Natureza, desco- berta por Lavoisier e que, por esse motivo, ficou conhecida como lei de Lavoisier (ou lei da con- servação da massa, ou lei da conservação da matéria). Por exemplo: verifica-se que 3 gramas de car- bono reagem com 8 gramas de oxigênio, produ- zindo 1 1 gramas de gás carbônico. Como 3 g + 8 g = 1 1 g, conclui-se que nada se perdeu. I Antoine Laurent de Lavoisier Nasceu em Paris, em 1 743. Filho de famí- lia rica, recebeu educação esmerada e exerceu vários cargos públicos. Foi membro da Academia de Ciências da França e é considerado um dos fun- dadores da Química Moderna. Devi- do às suas ligações com o regime po- lítico anterior, Lavoisier foi condenado pela Revolução Francesa e executado na guilhotina em 1 794, aos 51 anos de idade. 50 Capitulo 03-QF1-PNLEM 50 22/6/05, 15:04 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A lei de Lavoisier, portanto, pode ser enunciada também da seguinte maneira: A soma das massas antes da reação é igual à soma das massas após a reação. Ou ainda: Na natureza, nada se perde, nada se cria; a matéria apenas se transforma. 3.2. A lei de Proust Quase na mesma época de Lavoisier, Joseph Louis Proust, efetuando também uma grande série de pesagens em inúmeras experiências, chegou à seguinte conclusão: Uma determinada substância composta é formada por substâncias mais simples, uni- das sempre na mesma proporção em massa. Por exemplo, observa-se que o gás carbônico é sempre formado por carbono e oxigênio, e verifica- se também que: 1 â experiência: 3 g de carbono (C) se unem a 8 g de oxigênio (0 2 ), produzindo 1 1 g de gás carbônico (C0 2 ) 2 â experiência: 6 g de carbono (C) se unem a 1 6 g de oxigênio (0 2 ), produzindo 22 g de gás carbônico (C0 2 ) Veja que, na 1 a experiência, a proporção entre as massas é de 3 : 8 : 1 1 . Na 2 â experiência, é de 6:16: 22. Nesta última, os números mudaram, mas obedecendo à relação: 6 é o dobro de 3; 16 é o dobro de 8; e 22 é o dobro deli. Enfim, os números mudaram, mas a proporção é a mesma, como se diz em Matemática. Essa conclusão é chamada de lei de Proust ou lei das proporções constantes (ou fixas ou definidas). As duas leis enunciadas — a de Lavoisier e a de Proust — são denominadas leis ponderais, porque falam em massa das substâncias envolvidas. São leis importantíssimas, pois marcam o início (nascimento) da Química como ciência. GARFIELD Jim Davis Joseph Louis Proust Nasceu em Angers, França, em 1 754. Estudou Química e Farmácia e foi chefe da farmácia do Hospital de Salpetrière, em Paris. Em 1 789, fu- gindo da Revolução Francesa, mudou-se para a Espanha. Em 1 801 formulou a lei das proporções constantes, que foi combatida por cientistas da época — só em 1 808 reconheceu-se que a razão estava em Proust. Sua lei ajudou a fortalecer, na Química, a idéia do átomo. Morreu em sua cidade natal, em 1826. Capítulo 3 • Explicando a matéria e suas transformações 51 A Capitulo 03-QF1-PNLEM 51 6/7/05, 14:21 PAWS, INC. ALL RIGHTS RESERVED / DIST. BY ATLANTIC SYNDICATION ATIVIDADES PRÁTICAS I ATENÇAO: Não cheire nem experimente substância alguma utilizada nesta atividade. Este experimento deve ser realizado com a super- visão de um adulto, pois haverá a necessidade de manipular objetos quentes, podendo haver risco de queimaduras. V Materiais • 1 balança • 1 panela • 1 ovo • água Procedimento • Pese, com o auxílio de uma balança, um ovo cru. • Ano- te a massa no caderno. • Cozinhe o ovo, com a super- visão de um adulto, e pese-o novamente. • Anote a massa no caderno. Perguntas 1) Qual o tipo de fenômeno sofrido pelo ovo? Justifique sua resposta. 2) Compare as massas do ovo cru e do ovo cozido. Hou- ve alguma diferença nelas? 2 a Materiais • 1 balança • 2 béqueres • 1 vela • 1 rolha • fósforo • água Procedimento • Em um béquer com um pouco de água, coloque uma vela pequena, presa sobre uma rolha, flutuando sobre a água. • Inverta um segundo béquer sobre o conjunto. • Pese, com o auxílio de uma balança, a massa do conjunto e ano- te-a no caderno. • Acenda a vela, retirando e colocando rapidamente o segundo béquer. • Observe o que ocorre e anote em seu caderno. • Pese novamente o conjunto e anote a massa no caderno. Perguntas 1) Qual o tipo de fenômeno ocorrido? justifique sua res- posta. 2) Houve diferença nas massas anotadas? 3) Se realizássemos uma outra experiência na qual o se- gundo béquer não fosse colocado, o fenômeno seria o mesmo? O que teria sido diferente? Por quê? ÍM Responda em seu caderno a) O que os alquimistas pretendiam obter com o elixir da longa vida? b) O que os alquimistas pretendiam obter com a pedra filosofal? c) Qual era o principal objetivo da latroquímica? d) Quais eram os quatro elementos fundamentais de Aristóteles? e) No pensamento de Demócrito, como a matéria era formada? f) O que afirma a lei de Lavoisier? g) O que afirma a lei de Proust? f EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno 1 (Ceeteps-SP) A queima de uma amostra de palha de aço produz um composto pulverulento de massa: a) menor que a massa original da palha de aço. b) igual à massa original da palha de aço. c) maior que a massa original da palha de aço. d) igual à massa de oxigênio do ar que participa da reação. e) menor que a massa de oxigênio do ar que participa da reação. 2 (Fuvest-SP) Os pratos A e 8 de uma balança foram equili- brados com um pedaço de papel em cada prato e efe- tuou-se a combustão apenas do material contido no pra- to A. Esse procedimento foi repetido com palha de aço em lugar de papel. Após cada combustão observou-se: Com papel Com palha de aço a) A e 8 no mesmo nível A e 8 no mesmo nível b) A abaixo de 8 A abaixo de 6 c) A acima de 8 A acima de 8 d) A acima de 8 A abaixo de 6 e) A abaixo de 8 A e 8 no mesmo nível 3 (Uespi) Qualquer que seja a procedência ou processo de preparação do NaCl, podemos afirmar que sua compo- sição é sempre 39,32% de sódio e 60,68% de cloro, com base na lei de: a) Lavoisier c) Proust e) Avogadro b) Dalton d) Richter Exercício resolvido 4 Numa 1- experiência, 2 g de A combinam-se com 8 g de 8. Numa 2- experiência, 1,25 g de A combi- na-se com 5 g de 8. Estão esses valores de acordo com a lei de Proust? Resolução 2 , . Sim, pois o quociente — é igual a 0,25 e coincide 8 1 25 com o quociente — — , que também e igual a 0,25. 5 Numa 1 â experiência, 1,5 g de A combina-se com 0,5 g de 8. Numa 2- experiência, juntamos 4,9 g de A com 1 ,4 g de 8. Os valores da 2- experiência estão de acordo com a lei de Proust? 52 Capitulo 03-QF1-PNLEM 52 6/7/05, 14:22 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 6 (Vunesp) Foram analisadas três amostras (I, II e III) de óxidos de enxofre, procedentes de fontes distintas, ob- tendo-se os seguintes resultados: Amostra Massa de enxofre (g) Massa de oxigênio (g) Massa da amostra (g) 1 0,32 0,32 0,64 II 0,08 0,08 0,16 III 0,32 0,48 0,80 Estes resultados mostram que: a) as amostras I, II e III são do mesmo óxido. b) apenas as amostras I e II são do mesmo óxido. c) apenas as amostras II e III são do mesmo óxido. d) apenas as amostras I e III são do mesmo óxido. e) as amostras I, II e III são de óxidos diferentes. A HIPÓTESE DE DALTON Para explicar os fatos experimentais observados nas duas leis ponderais vistas anteriormente, o cientista inglês John Dalton imaginou a seguinte hipótese: Todo e qualquer tipo de matéria é formado por partículas indivisíveis, chamadas átomos. Para entendermos a relação entre essa hipótese e as leis ponderais (com os mesmos dados utiliza- dos nas páginas 50 e 51), imagine o átomo de carbono representado por Q (e considere sua massa estabelecida arbitrariamente neste exemplo, em 3 g), e o átomo de oxigênio representado por 3) (com massa também arbitrária de 4 g). A lei de Lavoisier seria explicada do seguinte modo: O + nDn 3 g 4g+4g=8g Total = 3g + 8g = 11 g f 4g + 3g + 4g = 11g Total = 1 1 g ! Considerando que as partículas (átomos) iniciais e as finais são as mesmas, concluímos que a massa deve permanecer inalterada. A lei de Proust seria explicada da seguinte maneira: 1 â experiência: 2- experiência: Q + 99 - 3g 8 g 11 g 9 + 99 m ^ 999 9 99 qQq 6 g 1 6 g 22 g Da 1 â experiência para a 2 â , a quantidade de átomos dobrou; como conseqüência, todas as massas duplicaram. Atualmente, com técnicas avançadíssimas, já é possível ter uma visão do átomo. Desde o século XIX, muitas experiências confirmam a existência do átomo. John Dalton Nasceu em Eaglesfield, Inglaterra, em 1 766. Filho de família pobre, dedicou toda a sua vida ao ensino e à pesquisa. Foi professor de Matemática, Física e Química em Man- chester. Estudou a deficiência de visão, de que ele próprio sofria, chamada atualmen- te de daltonismo. Seu principal trabalho deu origem à primeira teoria atômica moderna. Capítulo 3 • Explicando a matéria e suas transformações A 29/5/05, 18:22 53 Capitulo 03-QF1-PNLEM 53 Podemos também dizer que Dalton criou um modelo para o átomo, hoje chamado de modelo atômico de Dalton. Para Dalton, cada átomo seria uma partícula extremamente pequena, maciça, indivisível e eletricamente neutra. Grãozinho de ferro Representação esquemática de átomos de ferro 1 1 â Os átomos são tão pequenos que, em 1 g de ferro, por exemplo, existem aproximadamente 1 0.800.000.000.000.000.000.000 átomos desse metal. Isso equivale a dizer que, se a cabeça de um alfinete tivesse o tamanho do nosso planeta, o átomo teria o tamanho de uma bola de futebol. Podemos então afirmar que nosso mundo visível (mundo macroscópico) pode ser explicado pela existência de partículas invisíveis (mundo microscópico). 2- Hoje, sabemos que os átomos podem ser divididos. Mas esse fato só começou a ser observado, experimentado, medido e explicado praticamente um século depois de enunciada a hipótese de Dalton (detalhes sobre esse assunto aparecerão no próximo capítulo). OS ELEMENTOS QUÍMICOS E SEUS SÍMBOLOS Apesar de conhecermos uma infinidade de materiais diferentes, os cientistas só conhecem, até hoje, pouco mais de uma centena de tipos de átomos quimicamente diferentes. Cada um desses tipos representa um elemento químico. (Um conceito mais exato de elemento químico será visto no capítu- lo 4 e a lista completa dos elementos químicos é encontrada no início do livro, após o sumário.) Cada elemento químico recebe um nome e uma abreviação chamada símbolo. Por exemplo: Átomo (representação) Elemento químico Símbolo O Hidrogênio H J Carbono C O Cálcio Ca (são usadas duas letras para não confundir com o carbono) o Cádmio Cd (idem) • Potássio K (do latim kalium) Chumbo Pb (do latim plumbum ) Os símbolos foram introduzidos na Química pelo cientista sueco Jõns Jacob Berzelius, em 181 3, para facilitar a escrita e a comunicação entre os químicos. Não é necessário decorar todos esses nomes e símbolos — os mais comuns e importantes você irá aprendendo no decorrer do nosso curso. Fazendo uma comparação, podemos dizer que os símbolos são tão úteis para os químicos como as notas musicais para os músicos. IX 0 0 Pa - ra - béns a vo - cê. Nes - ta da - ta que - ri - da. 54 Capitulo 03-QF1-PNLEM 54 29/5/05, 18:22 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Responda em seu caderno a) O que afirma a hipótese de Dalton? b) Como a hipótese de Dalton explica a lei de Lavoisier? c) Como a hipótese de Dalton explica a lei de Proust? d) Do ponto de vista químico, o que representam todos os átomos idênticos? e) O que é símbolo químico? f) Como são formados os símbolos químicos? EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno Você não é obrigado a saber, de cor, os nomes e os símbo- los de todos os elementos químicos. Entretanto é útil co- nhecer os nomes e os símbolos dos elementos mais comuns. Sendo assim, responda — com o auxílio da lista de elemen- tos químicos que se encontra no início do livro após o su- mário — quais são os símbolos dos seguintes elementos: a) hidrogênio b) carbono c) cálcio d) cádmio e) cromo f) potássio g) fósforo h) chumbo i) flúor j) ferro 8 Como no exercício anterior, escreva os nomes dos se- guintes elementos químicos: a) Na f) a b) S g) Br c) Si h) Aí d) Sn i) Ag e) Au i) Hg 9 (Vunesp) Os nomes latinos dos elementos chumbo, pra- ta e antimônio dão origem aos símbolos químicos desses elementos. Esses símbolos são, respectivamente: a) P, Ar, Sr b) Pm, At, Sn c) Pb, Ag, Sb d) Pu, Hg, Si e) Po, S, Bi 10 (UFPI) Durante a formação de pepitas de ouro a elas se incorporam vários elementos, como cádmio, chumbo, telúrio e zinco. As quantidades e os tipos de impureza desses elementos, na amostra de ouro, variam de acordo com a localização de onde o ouro foi extraído. Essas in- formações podem ser utilizadas para investigar roubo ou falsificação de objetos de ouro apresentados como anti- güidade. Indique a opção que apresenta corretamente o símbolo dos elementos acima citados: a) Ca, Cm, Te e Zn. b) Cd, Pb, Te e Zn. c) Cm, Sb, Tl e Sn. d) Cm, Pb, T l e Zn. e) Cd, Pb, Te e Sn. 11 (Unifor-CE) Os átomos: I. diferem de elemento para elemento. II. são as unidades envolvidas nas transformações quí- micas. III. são indivisíveis. IV. consistem de unidades com um núcleo e uma eletros- fera onde se localizam os elétrons. Dessas afirmações, estão incluídas na teoria atômica de Dalton (1808), somente: a) I d) II, III e IV b) I e II e) I, II e III c) III e IV EXPLICANDO A MATÉRIA — AS SUBSTÂNCIAS QUÍMICAS A hipótese de Dalton e o reconhecimento de que existem cerca de 90 elementos químicos (áto- mos) diferentes na natureza levam a uma pergunta muito importante: por que existe uma variedade tão grande de materiais na natureza? Porque esses átomos, além de permanecerem isolados, podem se reunir das mais variadas maneiras, formando uma infinidade de agrupamentos diferentes, que podem ser moléculas ou aglomerados de íons (como explicaremos mais adiante, íons são átomos ou grupos de átomos com carga elétrica). Cada molécula (e cada aglomerado iônico) passa, então, a representar uma substância pura (ou espécie química) bem definida. Cada substância, por sua vez, é representada por uma abreviação denominada fórmula. Capítulo 3 • Explicando a matéria e suas transformações 55 Capitulo 03-QF1-PNLEM 55 29/5/05, 18:22 Considere o exemplo da água. Hoje, sabemos que a água é formada por moléculas, onde estão reunidos um átomo de oxigênio com dois átomos de hidrogênio. Pode-se, portanto, representar a molécula da água da seguinte maneira: Como decorrência, a fórmula da água será H 2 0, onde aparecem os símbolos do hidrogênio e do oxigênio, além do índice 2, que indica a presença de dois átomos de hidrogênio na molécula de água. A tabela seguinte nos dá mais alguns exemplos: Substância Representação da molécula ou aglomerado iônico (cores-fantasia) Fórmula Hidrogênio Gás incolor, combustível, menos denso que o ar (e, por isso, usado em balões meteorológicos) H H Molécula de hidrogênio h 2 Oxigênio Gás incolor, existente no ar e indispensável à respiração dos animais e vegetais (sfâ Molécula de oxigênio o 2 Enxofre Pó amarelo, muito usado para fabricar outras substâncias úteis (corantes, vulcanizadores da borracha etc.) s s s S Molécula de enxofre S 8 Gás carbônico Gás incolor, usado em extintores de incêndio, em bebidas, refrigerantes etc. ( © Molécula de gás carbônico n p Álcool comum Líquido incolor, usado em bebidas alcoólicas, como combustível etc. Molécula de álcool CH 3 — ch 2 oh Sal comum Sólido branco, também chamado "sal de cozi- nha", muito importante na alimentação Aglomerado iônico de Na + e CfT que forma o sal de cozinha. NaCl Nos exemplos acima você notou que, em cada molécula, encontramos um certo número de áto- mos ligados entre si. Nos aglomerados iônicos existem os chamados íons, que são átomos ou grupo de átomos carregados eletricamente. Por exemplo, no sal de cozinha existem íons positivos (chamados de cátions) de sódio, Na + , e íons negativos (chamados de ânions) de cloro, Cl . Nas substâncias iônicas não existem moléculas, mas aglomerações de um grande número de íons positivos e negativos, que se mantêm reunidos em virtude da atração elétrica. 56 Capitulo 03-QF1-PNLEM 56 29/5/05, 18:22 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Agora é fácil entender por que, com poucos átomos (elementos) diferentes entre si, podemos obter milhares de moléculas (substâncias) distintas. Isso explica o grande número de substâncias dife- rentes existentes na natureza. O Mago de ID Brant Parker and Johnny Hart ONDE GUARDA SUAS FÓRMULAS? 6.1. Substâncias simples Substâncias simples são formadas por átomos de um mesmo elemento químico. É o que ocorre, por exemplo, nos casos do hidrogênio (H 2 ), do oxigênio (0 2 ) e do enxofre (S 8 ), citados na tabela da página anterior. Sendo formada por átomos de um mesmo elemento químico, não é possível dividir uma substância simples em outras substâncias ainda mais simples. Hidrogênio (H,) (a® Oxigênio (0 2 ) W.YUiMUU* 1 Ê Há átomos que permanecem isolados. Um exemplo é o átomo de hélio, que representa simultaneamente o elemento químico hélio e a substância sim- ples hélio. Assim, um átomo de hélio representa uma molécula de hélio. Hélio (He) 2- Há átomos que podem se agrupar de maneiras diferentes, formando, pois, subs- tâncias distintas. Por exemplo, dois átomos do elemento químico oxigênio for- mam uma molécula da substância simples oxigênio; no entanto, três átomos formam uma molécula da substância simples ozônio. Esse fenômeno é denomi- nado alotropia, dizendo-se, então, que 0 2 e 0 3 são formas alotrópicas do elemento químico oxigênio (O). (s® Oxigênio (0 2 ) Ozônio (0 3 ) 3- Chama-se atomicidade o número de átomos existentes em uma molécula de substância simples. Dessa definição decorre a seguinte classificação: • moléculas monoatômicas, quando têm um átomo (exemplo: He); • moléculas diatômicas, quando têm dois átomos (exemplo: 0 2 ); • moléculas triatômicas, quando têm três átomos (exemplo: 0 3 ); e assim por diante. Capítulo 3 • Explicando a matéria e suas transformações 57 A Capitulo 03-QF1-PNLEM 57 6/7/05, 14:23 6.2. Substâncias compostas ou compostos químicos Substâncias compostas (ou compostos químicos) são formadas por átomos (ou íons) de elementos químicos diferentes. É o que ocorre, por exemplo, nos casos do gás carbônico (C0 2 ), álcool comum (CH 3 — CH 2 OH) e do sal comum (NaCÍ), citados na tabela da página 56. Sendo formada por átomos (ou íons) de elementos químicos diferentes, geralmente uma substância composta pode ser dividida em substâncias mais simples. Água (H,0) Gás carbônico (C0 2 ) OBSERVAÇÃO Substância pura é qualquer substância, simples ou composta, formada por átomos, moléculas ou aglo- merados iônicos, todos iguais entre si. Uma substância pura, por comodidade, é chamada simplesmente de substância, e sempre tem: a) propriedades características e bem definidas (incluindo-se aqui as chamadas constantes físicas da substância, que já mencionamos na página 29), como, por exemplo, em condições ambientes: • a água é sempre um líquido incolor e inodoro, não-inflamável, de P.F. 0 °C e P.E. 1 00 °C ao nível do mar etc.; • o álcool comum é sempre um líquido incolor, inflamável, de P.F. — 11 7 °C e P.E. 78,5 °C ao nível do mar etc.; b) composição química constante: • quando é simples, a substância é formada por um único elemento químico; • quando é composta, a substância é sempre formada pelos mesmos elementos, ligados na mesma proporção em massa, como decorre da lei de Proust (ver página 51). Assim, por exemplo, o gás carbônico é sempre formado por carbono e oxigênio, na proporção constante de 3 para 8. EXPLICANDO A MATÉRIA — AS MISTURAS Agora que já conhecemos as idéias de áto- (Representação esquemática — cores-fantasia) mos, íons e moléculas, é fácil entender o que re- presentam as misturas do ponto de vista da es- trutura da matéria. Vimos, no item anterior, que a cada subs- tância pura corresponde um tipo de molécula ou de aglomerado iônico bem definido. Dissemos também que já é conhecido um número muito grande de substâncias puras diferentes. Pois bem, essas substâncias podem se apre- sentar misturadas de uma infinidade de manei- ras diferentes, complicando, ainda mais, o estu- do e a compreensão dos materiais que vemos todos os dias. Veja os exemplos ao lado: Também é muito importante notar que as misturas, em geral, não têm composição cons- tante e não têm constantes físicas definidas, ao contrário das substâncias puras. De fato, podemos juntar mais ou menos açúcar (até certo limite) à mesma quantidade de água — teremos água mais ou menos açucarada — , mas que será sempre definida como mistura de água e açúcar. Essa mistura, por exemplo, não ferverá a 100 °C, ao nível do mar, como acontece com a água pura. 58 h ir qià hÍTh /-“V Qj. m H h3h H^H Na água com álcool existem moléculas de álcool (C 2 H e O) disseminadas por entre as moléculas de água (H 2 0). Capitulo 03-QF1-PNLEM 58 6/7/05, 14:24 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Com a idéia da hipótese de Dalton e esses modelos moleculares você agora está apto a entender a estrutura da matéria. É também interessante notar que o mundo material que vemos (visão macroscópica da natureza) é explicado pelo mundo invisível dos átomos (visão microscópica da natureza). Com o conhecimento do conceito de elemento químico, podemos agora completar um esquema, mostrando a organização geral da matéria. d) t/i <-o CU -§ I Para finalizar, faremos uma comparação entre a organização dos átomos na natureza e a organiza- ção das letras em nossa linguagem. Com as letras do alfabeto, formamos as palavras. O juntando as palavras, formamos um grande número de frases, parágrafos e livros inteiros. Com os átomos dos elementos químicos. * formamos as moléculas (ou os aglomerados iônicos), que representam as substâncias ou compostos químicos. ° Juntando as moléculas (ou os aglomerados iônicos) de substâncias diferentes, formamos as misturas. ATIVIDADES PRÁTICAS — PESQUISA — 1- Faça uma lista dos elementos e substâncias químicas que você já conhece. Procure conhecer alguns ou- tros, anotando algumas de suas características, como estado físico, cor etc. 2- Consultando jornais, revistas, informativos econômi- cos etc., procure saber o preço de alguns elementos químicos, como, por exemplo: alumínio, ferro, cobre, zinco, prata, ouro, chumbo etc. Calcule e compare os preços desses elementos por quilograma. Responda em seu caderno a) De que é formada uma substância? b) De que são formadas as substâncias iônicas? c) Qual é o nome da representação escrita de cada substância? d) O que é uma substância simples? e) O que é uma substância composta? f) O que é uma mistura? fCJj Capítulo 3 • Explicando a matéria e suas transformações 59 A Capitulo 03-QF1-PNLEM 59 6/7/05, 14:24 EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno 1 2 (Fasp-SP) Considere uma substância cuja fórmula é H 3 P0 4 . Essa substância é composta por: a) 2 elementos c) 8 elementos b) 3 elementos d) 4 elementos 13 (FEI-SP) Qual das alternativas abaixo contém somente substâncias simples: a) H 2 0, HCl, CaO d) Au, Fe, 0 2 b) H 2 0, Au, K e) H 2 , Cl 2 , NaK c) h 2 o, CL 2i K 14 (PUC-MG) Composição química fixa, densidade, tempera- tura constante durante as mudanças de estado físico, pon- tos de fusão e ebulição são constantes que caracterizam: a) mistura azeotrópica d) substância pura b) mistura heterogênea e) mistura eutética c) mistura homogênea Exercício resolvido 15 Considerando o sistema a seguir, responda. a) Qual é o número de átomos presentes? b) Qual é o número de elementos? c) E o de substâncias? d) E o de moléculas? Resolução a) Há 8 átomos (bolinhas) presentes. b) Temos 2 elementos (as bolinhas claras e as escu- ras). c) Há 3 substâncias, representadas por , OO eO®. d) O número de moléculas é 4. 16 (UFRGS-RS) O granito consiste em quatro minerais: feldspato, magnetita, mica e quartzo. Se um desses mi- nerais pode ser separado dos demais, pode-se afirmar que o granito é: a) um elemento b) uma substância simples c) uma substância composta d) um composto iônico e) uma mistura 1 7 (UFV-MG) A água que abastece a população das cidades passa antes por uma estação de tratamento, onde vários produtos químicos são adicionados para torná-la própria para o consumo (água potável). Essa água tratada é um exemplo de: a) substância pura simples. b) substância pura composta. c) mistura homogênea. d) mistura heterogênea. e) mistura alotrópica. EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno 1 8 (Osec-SP) Em qual das seqüências abaixo estão represen- tados um elemento, uma substância simples e uma subs- tância composta, respectivamente: a) H 2 , Cl 2 , 0 2 c) H 2 , Hl, He e) Cl, N 2 , Hl b) H 2 , Ne, H 2 0 d) H 2 0, 0 2 , H 2 19 (UFRGS-RS) Os símbolos Cl, Cl 2 e Cl~ representam, res- pectivamente: a) o átomo do elemento cloro, a molécula da substância simples cloro e o ânion cloreto. b) a molécula da substância simples cloro, o elemento cloro e o átomo de cloro eletronegativo. c) a molécula da substância simples cloro, a molécula da substância cloro e o átomo do elemento cloro. d) o átomo do elemento cloro, a molécula da substância composta cloro e o cátion cloreto. e) o elemento químico cloro, átomos do elemento cloro e o átomo do elemento cloro eletronegativo. 20 (Mackenzie-SP) São exemplos respectivamente de alótropos e de substâncias compostas: a) H 2 0 e H 2 0 2 ; NaCl e CaC0 3 b) 0 2 e 0 3 ; Cl 2 e F 2 c) C (grafite) e C (diamante); CO e Co d) 0 2 e 0 3 ; KMnO„ e Mg (OH) 2 e) Hg e Ag; (NH 4 ) e (H 3 0) + 60 21 (Mackenzie-SP) O número de substâncias simples com atomicidade par entre as substâncias 0 3 , H 2 0 2 , P 4 , l 2 , C 2 H 4 , C0 2 e He é: a) 5 c) 3 e) 1 b) 4 d) 2 22 (Ufac) Com relação às substâncias 0 2 , H 2 , H 2 0, Pb, C0 2 , 0 3 , CaO e S 8 , podemos afirmar que: a) todas são substâncias simples. b) somente 0 2 , H 2 e 0 3 são substâncias simples. c) todas são substâncias compostas. d) somente C0 2/ CaO e S 8 são substâncias compostas. e) as substâncias 0 2 , H 2 , Pb, 0 3 e S 8 são simples. 23 (Mackenzie-SP) O número de elementos, de átomos, de substâncias e de moléculas representados no sistema é, respectivamente: a) 4, 1 2, 4 e 5 b) 9, 4, 5 e 4 c) 5, 5, 5 e 5 d) 4, 3, 3 e 2 e) 12, 5, 4 e 4 Capitulo 03-QF1-PNLEM 60 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 8 EXPLICANDO AS TRANSFORMAÇÕES DOS MATERIAIS Já falamos na transformação dos materiais na página 5 e dissemos que as transformações físicas são, em geral, mais superficiais e passageiras, enquanto as transformações químicas são, em geral, mais profundas e muitas vezes irreversíveis. Agora, com a teoria atômica de Dalton, podemos explicar essas diferenças. 8.1. As transformações físicas As transformações físicas ou fenômenos físicos não modificam a natureza do material. Os átomos, íons ou moléculas, não são alterados; eles são apenas agitados, desarrumados, reordenados etc. É o caso, por exemplo, das mudanças de estado físico: ESTADOS FÍSICOS Sólido Líquido Gasoso Na prática verificamos que: O sólido tem volume constante e forma constante. á* O líquido tem volume constante e forma variável. br ^ + c O gás (ou vapor) tem volume variável e for- ma variável. S alon J 1 Essas são observações experimentais que po- demos enxergar; são, portanto, característi- cas macroscópicas da substância. Esses estados físicos podem ser explicados admitindo-se que: No estado sólido, as moléculas permane- cem em posições fixas, formando um reticula- do cristalino. No estado líquido, as moléculas se movi- mentam com certa li- berdade. /n^Oo°oOo°°\ No estado gasoso, as moléculas se movi- mentam em todas as direções, com alta ve- locidade e grande li- berdade. Essas são interpreta- ções teóricas, em que admitimos certas ca- racterísticas microscó- picas que não pode- mos enxergar. Outros exemplos de fenômenos físicos são: a dilatação de um metal pelo calor, a dissolução de uma substância em líquido, a expansão de um gás etc. 8.2. As transformações químicas Observemos, agora, a queima do carvão. O fenômeno não é mais "passageiro", isto é, depois de queimado, não é possível recuperar o carvão inicial (dizemos também que o fenômeno é irreversível). Essa é uma transformação, fenômeno ou reação química. As coisas se passam assim porque as moléculas iniciais (reagentes) são quebradas, e seus átomos se reagrupam para formar as novas moléculas (produtos da reação). Na queima do carvão temos: Moléculas de gás carbônico (C0 2 ) são produzidas. 939 Moléculas de oxigênio (0 2 ) do ar são consumidas. 33 Átomos de carbono (C) são consumidos. Esta é a observação macroscópica, isto é, o fenômeno que enxergamos. Esta é a interpretação microscópica, que procura explicar o fenômeno observado. Capítulo 3 • Explicando a matéria e suas transformações 61 A Capitulo 03-QF1-PNLEM 61 29/5/05, 18:22 Para representar uma transformação química, os químicos usam uma escrita especial denominada equação química. Assim, para indicar a queima do carvão, escreve-se: C + 0 2 — - C0 2 + Calor ESTADO INICIAL ► ESTADO FINAL (situação antes da reação) (situação após a reação) Para representar a queima do álcool no motor de um automóvel, escreve-se: C 2 H 6 0 + 3 0 2 — ► 2 C0 2 + 3 H 2 0 + ^Energia ESTADO INICIAL ESTADO FINAL É importante observar que os símbolos (usados para representar os elementos químicos), as fórmu- las (usadas para representar as substâncias químicas) e, agora, as equações químicas (usadas para repre- sentar as reações ou fenômenos químicos) constituem a chamada notação química. Essa notação é internacional e facilita enormemente a comunicação entre os químicos de todo o mundo. E fácil reconhecer uma transformação química? Em geral, sim, pois quase sempre percebemos alguma das seguintes manifestações: • liberação de energia (calor, luz, explosão etc.) — como acontece na queima do carvão; • liberação de gases — por exemplo, a efervescência de um comprimido antiácido na água (foto A), o mau cheiro de um ovo podre etc. • mudanças de cor — uma folha de árvore amarelecendo (foto B), um fruto apodrecendo, uma grade de ferro enferrujando etc. • formação de um precipitado (aparecimento de um sólido ou turvação de uma solução líquida) — é o que se observa, por exemplo, quando se adiciona nitrato de chumbo em uma solução contendo iodeto de potássio (foto C). A efervescência de um comprimido na água indica uma transformação química. No inverno, as folhas de muitas árvores mudam de cor. O precipitado amarelo é o iodeto de chumbo. 62 62 ^ 6/7/05, 14:25 Capitulo 03-QF1-PNLEM Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Devemos ainda acrescentar que a própria vida dos animais e vegetais é resultado de uma série de reações químicas: • nos animais, a digestão dos alimentos é uma série de reações químicas; • os vegetais crescem à custa das reações que envolvem os minerais e a água (retirados do solo pelas suas raízes) e a energia solar e o gás carbônico absorvido pelas suas folhas. Misturar ou reagir? Procure gravar bem o seguinte: misturar (fenômeno físico) é uma coisa totalmente diferente de reagir (fenômeno químico). Misturando ferro em pó com enxofre em pó, por exemplo, obtemos uma mistura de cor intermediária entre as cores do ferro (cinza) e do enxofre (amarela). Aproximando um ímã da mistura, ele irá atrair o ferro, o que prova que o ferro não perdeu seu magnetismo. Dizemos que, de modo geral, os componentes de uma mistura não perdem suas propriedades. Por outro lado, juntando ferro em pó (7 g) e enxofre em pó (4 g) e aquecendo a mistura, obtere- mos uma nova substância, de cor preta: o sulfeto ferroso (FeS). Agora, um ímã não irá mais atrair o ferro. Além disso, é importante relembrar que podemos misturar as substâncias em quaisquer pro- porções, mas só podemos fazê-las reagir em proporções bem definidas, como decorre da lei de Proust. No exemplo acima, podemos misturar quaisquer quantidades de ferro e enxofre, mas só pode- mos fazer reagir essas substâncias na proporção de 7 g de ferro para 4 g de enxofre. g a O oxigênio produzido é liberado na atmosfera, contribuindo para a vida de vegetais e animais. Mistura: Fe + S Reação química: Fe + S FeS Desaparecem as substâncias iniciais. Aparece uma nova substância, com características próprias, diferentes das substâncias iniciais. Capítulo 3 • Explicando a matéria e suas transformações 63 Capitulo 03-QF1-PNLEM 63 29/5/05, 18:23 9 AS PROPRIEDADES DAS SUBSTÂNCIAS Sendo submetida a agentes como calor, luz etc., ou entrando em contato com outras substâncias, cada substância química apresentará um comportamento diferente, conhecido como propriedades da substância. Fala-se, então, em propriedades físicas e em propriedades químicas, conforme venha a resultar em um fenômeno físico ou químico. Assim, por exemplo: • o éter comum tem a propriedade física de se evaporar facilmente, o que não acontece com um óleo lubrificante para automóveis; • o ferro tem a propriedade química de se enferrujar, mas o ouro, não; • às vezes, falamos também em propriedades organolépticas das substâncias, que são as proprie- dades percebidas pelos nossos sentidos, como o cheiro, o sabor etc. A tabela dada a seguir resume as propriedades das substâncias que explicamos até agora. Propriedades das substâncias Propriedades gerais São apresentadas por todas as substâncias e, por isso, chama- das também de propriedades gerais da matéria. Massa: é medida em uma balança; Extensão: é o volume ocupado pela substância; Impenetrabilidade: dois corpos não podem ocupar simultaneamente o mesmo lugar no espaço; por exemplo, colocando-se um objeto qualquer em um copo cheio de água, é extravasado um volume de água correspondente ao volume do objeto adicionado; Compressibilidade: podemos comprimir os gases (como acontece com o ar no pneu de um automóvel); um líquido é pouco compressível (no freio de um carro, a pressão exercida sobre o pedal é transmitida, integral mente, pelo fluido de freio, para as rodas do carro); etc. Propriedades funcionais São apresentadas por grupos de substâncias. Nos capítulos 8 e 9, estudaremos as principais funções inorgânicas: ácidos, bases, sais e óxidos, que são quatro grupos de substâncias, cada qual com propriedades próprias, bem definidas e denominadas propriedades funcionais. Propriedades específicas São apresentadas por cada subs- tância pura individualmente. Propriedades físicas: dizem respeito aos fenômenos e medidas físicas, como, por exemplo, a temperatura de fusão, a temperatura de ebulição, a densidade, o calor específico etc.; Propriedades químicas: dizem respeito aos fenômenos químicos, como, por exemplo, a combustão do carvão, o enferrujamento do ferro etc.; Propriedades organolépticas: são as que impressionam nossos sentidos, como, por exem- plo, a cor, o sabor, o odor, o brilho etc. ATIVIDADES PRÁTICAS ATENÇAO: Não cheire nem experimente substância alguma utilizada nesta atividade. Materiais • 6 copos • 3 porções de palha de aço • 3 pedaços de papel alumínio • 2 colheres (de café) de sal de cozinha • 2 colheres (de sopa) de vinagre • água • 1 caneta de retroprojetor ou 6 pedaços de fita adesiva ou 6 etiquetas Procedimento • Identifique cada um dos copos, utilizando para isso a caneta de retroprojetor ou a fita adesiva ou a etiqueta, co- locando na identificação a data entre parênteses e escre- vendo, separadamente: água e palha de aço; água e alu- mínio; água com sal e palha de aço; água com sal e alumí- nio; água com vinagre e palha de aço; água com vinagre e alumínio. • Pegue os seis copos e coloque em cada um deles água até a metade. • Coloque, separada e respecti- vamente, uma porção de palha de aço e um pedaço de papel alumínio nos dois copos com as etiquetas "água e palha de aço" e "água e papel alumínio". • Pegue os dois copos etiquetados com "água com sal e palha de aço" e "água com sal e alumínio" e adicione, separada e respecti- vamente, uma colher (de café) de sal mais uma porção de palha de aço e uma colher (de café) de sal mais um peda- ço de papel alumínio. • Pegue os dois copos etiquetados com "água com vinagre e palha de aço" e "água com vinagre e alumínio" e adicione, separada e respectivamen- te, uma colher (de sopa) de vinagre mais uma porção de palha de aço e uma colher (de sopa) de vinagre mais um pedaço de papel alumínio. • Observe o que ocorre com cada uma das fases em cada copo por dois dias seguidos e anote em seu caderno as observações feitas a cada dia. Perguntas 1) Ocorreu algum fenômeno em algum dos copos? Se ocorreu, identifique em qual copo ocorreu, o tipo e o dia que foi observado o fenômeno. 2) Por que foi necessário colocar as datas nas etiquetas? 64 6/7/05, 14:25 Capitulo 03-QF1-PNLEM 64 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Responda em seu caderno a) Ocorre alteração das moléculas em um fenômeno físico? b) Ocorre alteração das moléculas em um fenômeno químico? c) Como são denominadas as substâncias iniciais e as finais participantes de um fenô- meno químico? d) Como é denominada a escrita especial que indica uma reação química? e) Quais são as manifestações mais freqüentes e perceptíveis que indicam a ocorrência de uma reação química? EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno 24 (PUC-RS) Uma transformação química pode ser exemplificada pela: a) evaporação da água do mar. b) fusão do gelo. c) digestão dos alimentos. d) sublimação do naftaleno. e) liquefação do ar atmosférico. 25 (UFRCS-RS) Entre as transformações citadas a seguir, aque- la que não representa um fenômeno químico é: a) o cozimento de um ovo. b) a queima do carvão. c) o amadurecimento de uma fruta. d) o azedamento do leite. e) a formação de orvalho. 26 (PUC-MC) Dos processos abaixo, o que não envolve rea- ção química é: a) a planta clorofilada produzindo alimentos a partir de gás carbônico e água em presença de luz solar. b) obtenção de sal a partir de água do mar. c) enferrujamento de um prego exposto ao ar. d) a combustão da gasolina no motor de um automóvel. e) azedamento do leite. 27 (PUC-MG) Observe atentamente os processos cotidianos abaixo: I. a secagem da roupa no varal; II. a fabricação caseira de pães; III. a filtração da água pela vela do filtro; IV. o avermelhamento da palha de aço umedecida; V. a formação da chama do fogão, a partir do gás de cozinha. Constituem fenômenos químicos: a) II e V apenas d) I, II e III apenas b) II, IV e V apenas e) I, II, III, IV e V c) I, III e IV apenas 28 (UFSC) O(s) fenômeno(s) abaixo, que envolve(m) reação(ões) química(s), é(são): 01 . digestão dos alimentos. 02. enferrujamento de uma calha. 04. explosão da dinamite. 08. fusão do gelo. 1 6. queda da neve. 32. combustão do álcool de um automóvel. 64. sublimação da naftalina. Dê como resposta a soma dos números das proposições corretas. — EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno 29 (UFPE) Considere as seguintes tarefas realizadas no dia-a- dia de uma cozinha e indique aquelas que envolvem trans- formações químicas. 1 . Aquecer uma panela de alumínio. 2. Acender um fósforo. 3. Ferver água. 4. Queimar açúcar para fazer caramelo. 5. Fazer gelo. a) 1, 3 e 4 c) 1, 3 e 5 e) 2 e 3 b) 2 e 4 d) 3 e 5 30 (Mackenzie-SP) Nos diferentes materiais (I a V), expostos ao ar, verifica-se que: I. sobre uma lâmina metálica, forma-se uma película es- cura; II. bolinhas de naftalina vão diminuindo de tamanho; III. o leite azeda; 31 IV. um espelho fica embaçado se respirarmos encosta- dos a ele; V. uma banana apodrece. Podemos dizer que são observados fenômenos: a) físicos somente. b) físicos em I, II e V; e químicos em III e IV. c) físicos em II e IV; e químicos em I, III e V. d) físicos em III e V; e químicos em I, II e IV. e) químicos somente. (UFPE) Em qual dos eventos mencionados abaixo não ocorre transformação química? a) Emissão de luz por um vaga-lume. b) Fabricação de vinho a partir da uva. c) Crescimento da massa de pão. d) Explosão de uma panela de pressão. e) Produção de iogurte a partir do leite. Capítulo 3 • Explicando a matéria e suas transformações 65 A 29/5/05, 18:23 Capitulo 03-QF1-PNLEM 65 33 rrr r LI 32 (UFPI) Classifique as transformações a seguir como fenô- menos físicos ou fenômenos químicos: I. dissolução do açúcar na água. II. envelhecimento de vinhos. III. preparação de cal a partir do calcário. a) físico, físico e químico, respectivamente b) físico, químico e físico, respectivamente c) físico, químico e químico, respectivamente d) químico, físico e físico, respectivamente e) químico, químico e físico, respectivamente (FEI-SP) Quando uma substância composta sofre um fe- nômeno físico, podemos afirmar que: a) suas moléculas se alteram. b) seus átomos se alteram. c) a substância se transformará em outra mais simples. d) a transformação poderá ser repetida com a mesma substância. e) a substância se transformará em outra substância composta. EXPLICANDO AS VARIAÇÕES DE ENERGIA QUE ACOMPANHAM AS TRANSFORMAÇÕES MATERIAIS Durante os fenômenos físicos e químicos, outro fato importante que podemos notar é a liberação ou a absorção de energia. Por exemplo: Energia térmica (calor) • Liberada na queima do carvao. • Absorvida para evaporar a água. Energia luminosa (luz) • Liberada na combustão de uma vela. • Absorvida na fotossíntese dos vegetais. Energia elétrica (eletricidade) • Liberada numa pilha elétrica comum. • Absorvida na "carga" de uma bateria de automóvel. Os fenômenos que liberam energia são chamados de exotérmicos (do grego: exo, para fora) e os que absorvem energia são denominados endotérmicos (do grego: endon, para dentro). De modo geral, os fenômenos químicos liberam ou absorvem mais energia do que os fenômenos físicos. Assim, por exemplo, a queima do carvão libera mais calor do que o vapor de água ao se condensar (um carvão em brasa queima mais a mão do que o vapor de água que sai pelo bico de uma chaleira com água fervendo). Isso ocorre porque o fenômeno químico altera mais profundamente a essência da matéria. Resumidamente, o que acontece durante uma reação química é uma "contabilidade" de energia, de acordo com a seguinte idéia: • existe uma certa quantidade de energia armazenada (energia potencial) no interior das molécu- las iniciais (reagentes); • quando as moléculas iniciais são quebradas (durante a reação química), essa energia é liberada; • no entanto, gasta-se energia para "montar" as moléculas finais (produtos); • o saldo de energia que sobra (ou falta) é a energia que a reação química irá liberar (ou deverá absorver para que de fato a reação venha a ocorrer). SEGUNDA VISÃO DA QUÍMICA No primeiro capítulo deste livro, denominado "Primeira visão da Química", demos uma primeira idéia do que é a Química: "o estudo da matéria, das transformações da matéria e da energia que a acompanha". No segundo capítulo, procuramos então conhecer a matéria e suas transformações um pouco mais profundamente. Neste terceiro capítulo, iniciamos as explicações do que é, afinal, a maté- ria, e o que ocorre em suas transformações. Com os conhecimentos assim adquiridos, podemos agora detalhar melhor o campo da atividade da Química. 66 Capitulo 03-QF1-PNLEM 66 29/5/05, 18:23 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Na Química, podemos distinguir duas atividades: a prática e a teórica. A atividade prática ocorre no manuseio e transformação de substâncias nos laboratórios e nas indústrias, quando, então, se traba- lha em nível macroscópico, isto é, com coisas visíveis. A atividade teórica se verifica quando se procura explicar a matéria, o seu comportamento e as suas transformações; nesse caso são utilizados conceitos em nível microscópico, como, por exemplo, a idéia do átomo. Costuma-se também chamar a atividade teórica de Química pura e a atividade prática de Química aplicada. É muito importante notar também que, em decorrência desse "casamento" da prática com a teoria, houve um grande desenvolvimento das técnicas de análise e de síntese químicas. A aná- lise química procura determinar quais são, quantos são e como os elementos (átomos) es- tão reunidos nas substâncias (moléculas); a sín- tese química procura explicar como podemos transformar as substâncias de maneira a produzir novas substâncias. Para atingir seus objetivos a síntese química está sempre à procura de novos caminhos (novas reações) para chegar a novas substâncias (ou mesmo a substâncias já conheci- das de maneira mais fácil e mais econômica). Essa complementação da prática com a teoria e vice-versa continuou e continua se aprofundando até hoje. Por isso tivemos, nos últimos cem anos, um progresso fabuloso da Química. Com recursos modernos (computadores, raio laser etc.), a Química teórica tem conseguido deter- minar as estruturas dos átomos e das moléculas, com precisão cada vez maior. Também a Química experimental evoluiu extraordinariamente; consegue-se produzir atualmente cerca de 200.000 novos compostos químicos por ano. Tudo isso acabou sendo aplicado nas indústrias, resultando numa vasta tecnologia química, com a fabricação de milhares e milhares de novos produtos: plásticos, tecidos, borrachas sintéticas, medica- mentos, tintas, corantes etc. Concluindo, diremos que: Tecnologia química é a aplicação dos conhecimentos da Química nas indústrias químicas, visando melhorar os materiais encontrados na natureza (produtos naturais) e fabricar os novos produtos descobertos pela Química (produtos sintéticos). O desenvolvimento tecnológico de uma descoberta científica pode levar muito tempo. Assim, por exemplo, da descoberta até a aplicação da penicilina decorreram quase 30 anos; da energia nuclear, 26 anos; do nylon, 12 anos; da fotografia, 56 anos; do radar, 32 anos; da cópia xerox, 15 anos. No entanto, o próprio desenvolvimeto tecnológico está fazendo com que o intervalo de tempo decorrido entre a descoberta e a sua aplicação se torne cada vez menor. Química trabalhando em laboratório de análises químicas. COMO A CIÊNCIA PROGRIDE Embora no passado muitas descobertas tenham sido obra do acaso, atualmente elas representam o trabalho de grande número de cientistas e vultosos investimentos financeiros. De modo geral, porém, alguns passos são quase sempre seguidos nas descobertas científicas. Vamos explicar essa idéia por meio de um fenômeno físico bastante comum, que é a queda dos corpos: • Observação: a humanidade sempre observou que os objetos caem, procurando atingir o solo. Os frutos caem das árvores; as pedras rolam montanha abaixo etc.; • Experiência: vários testes foram feitos, ao longo dos séculos, com objetos menores ou maiores, menos ou mais densos etc., para verificar o tipo de queda desses objetos; Capítulo 3 • Explicando a matéria e suas transformações 67 A Capitulo 03-QF1-PNLEM 67 29/5/05, 18:23 KAIBIDE Y DE CARLOS / CID • Lei experimental: por fim, os físicos puderam ve- rificar experimentalmente que, "no vácuo, todos os corpos caem com a mesma aceleração". Esta é uma lei da natureza, que foi chamada lei da Gra- vidade; • Hipótese, teoria e modelo: é a explicação e re- presentação do fato que foi observado e da análise dos dados coletados experimentalmente. Hoje sa- bemos que os objetos caem devido à atração gravitacional da Terra (que é um caso particular da lei da gravitação universal, que rege o movimento das estrelas e dos planetas). É na lei e na teoria da gravidade que se fundamen- tam os cálculos de lançamento e retorno das naves espa- ciais, como acontece com os ônibus espaciais. O esquema ao lado resume o desenvolvimento da ciência como acabamos de comentar. Enfim, é importante compreender que todo o processo descrito nesse esquema se repete contínua e indefinidamente, como resultado do tra- balho de sucessivas gerações de cientistas. A evolução da ciência é dinâ- mica e está ocorrendo todos os dias, nos laboratórios e indústrias de todo o mundo. Cada vez mais, as descobertas e invenções são fruto de trabalho em equipe e não se devem a um único cientista. Com o passar do tempo, algumas explicações científicas se mostram corretas e são aceitas; outras se mostram incorretas e são abandonadas. Sendo as- sim, a ciência nunca está terminada, isto é, nunca existe uma explica- ção final e definitiva para as coisas que são observadas. Pelo contrário, a ciência está diariamente se completando e se aperfeiçoando. Lançamento de ônibus espacial. Podemos ainda dizer que as atividades científicas só se desenvolvem com muita rapi- dez, no mundo moderno, em virtude da rápida comunicação que existe entre os cientistas, principalmente por meio de revistas especializadas e da internet. É importante também entender que a ciência nunca é neutra (descobrir só por descobrir). Na verdade, ela está sempre ligada aos interesses humanos — interesse econômico das empresas que desenvolvem novos materiais e produtos, para aumentar seus lucros; interesse militar dos países que defendem sua paz ou que se preparam para uma guerra, e assim por diante. ATIVIDADES PRÁTICAS — PESQUISA ATENÇAO: Este experimento deve ser realizado com a supervisão de um adulto, pois haverá a necessidade de manipular objetos quentes, podendo haver risco de queimaduras. Nenhum dos reagentes deve entrar em contato com a pele, a boca e os olhos, nem deve ser aproximado do nariz. Óculos de segurança, luvas e aventais protetores são altamente recomendados. Materiais • 3 copos • 1 ponta de espátula de cloreto de sódio (sal de cozinha) • 1 ponta de espátula de cloreto de amónio (NH 4 Cl) • 1 ponta de espátula de cloreto de cálcio (CaCl 2 ) • água • três pedaços de fita adesiva ou três etiquetas 68 Capitulo 03-QF1-PNLEM 68 29/5/05, 18:23 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Procedimento • Pegue os três copos e identifique (com as etiquetas) cada um deles, anotando os nomes "cloreto de sódio", "cloreto de amónio" e "cloreto de cálcio". • Coloque em cada copo a respectiva substância. • Observe cada um deles e anote em seu caderno. • Adicione cerca de um dedo de água no primeiro copo. • Coloque levemente a mão do lado de fora do copo e anote as observações em seu caderno. • Repita o procedimento nos outros dois copos. Perguntas 1 ) O processo de dissolução das substâncias sólidas utili- zadas é físico ou químico? 2) O processo de dissolução observado ocorreu da mes- ma maneira nos três copos? Por quê? 3) Qual(is) processo(s) observado(s) absorveu(ram) e qual(is) liberou(aram) energia? Pesquisa Com o auxílio de livros, revistas, enciclopédias etc., pro- cure fazer um levantamento das fontes de energia e do consumo de energia no Brasil e no mundo. Calcule as porcentagens de cada item em relação ao total. ■fnfTTKfSV Responda em Kiul seu caderno a) O que são reações exotérmicas? d) O que é síntese química? /#% b) O que são reações endotérmicas? e) Quais são as etapas usuais de uma u( )?) c) O que é análise química e para que é utilizada? pesquisa científica? EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno Exercício resolvido 34 Nos sistemas mencionados abaixo, ocorrem trans- formações de um tipo de energia em outro. Mencio- ne quais são as transformações principais no funcio- namento de: a) uma bateria de automóvel. b) uma lâmpada elétrica. c) um motor a explosão. d) uma turbina elétrica. Resolução a) A energia química transforma-se em elétrica. b) A energia elétrica transforma-se em luminosa. c) A energia química transforma-se em mecânica. d) A energia mecânica transforma-se em elétrica. 35 Dentre os fenômenos abaixo, quais são os que liberam e quais os que consomem energia? a) queima de gasolina b) evaporação do álcool c) derretimento do gelo d) explosão da pólvora e) subida de um foguete 36 A liberação ou consumo de energia: a) só ocorre em transformações físicas. b) só ocorre em transformações químicas. c) em geral, é menor nos fenômenos físicos do que nos químicos. d) em geral, é maior nos fenômenos físicos do que nos químicos. e) nunca ocorre nas transformações materiais. Capítulo 3 • Explicando a matéria e suas transformações 37 O que é menos importante na realização de uma ex- periência? a) A possibilidade de repeti-la freqüentemente. b) O uso de bons aparelhos de medição. c) A existência de explicações para o fenômeno. d) A coleta e a seleção dos dados obtidos. e) A participação de observadores qualificados e bem treinados. 38 (AEUDF) Analisando os resultados de vários experimen- tos, um aluno chegou à seguinte conclusão: "quando se coloca uma vela acesa em um recipiente fechado, ela se apaga". Essa conclusão é: a) uma hipótese b) uma experimentação c) uma generalização d) uma teoria e) um modelo 39 (Osec-SP) Um estudante estava pesquisando um fenô- meno e queria seguir corretamente as etapas do método científico. Em qual das seqüências abaixo estão citadas, em ordem correta porém não necessariamente consecu- tiva, quatro etapas que ele teria seguido? a) Observação, experimentação, formulação de leis e criação de teoria. b) Criação de teoria, formulação de leis, experimenta- ção e observação. c) Experimentação, levantamento de hipóteses, criação de teoria e observação. d) Levantamento de hipóteses, organização de dados, observação e formulação de leis. e) Observação, criação de teoria, formulação de leis e organização de dados. 69 29/5/05, 18:23 Capitulo 03-QF1-PNLEM 69 LEITURA r w O MEIO AMBIENTE EM PERIGO Atualmente fala-se muito em ecologia, citando-se como principais problemas a poluição e a degrada- ção do meio ambiente. Como surgiram esses problemas? Vamos procurar explicar as idéias mais gerais. Já falamos bastante de matéria e energia. No que diz respeito à matéria, a humanidade dispõe apenas da matéria que é encontrada no planeta Terra. Como vimos, pela lei de Lavoisier, a matéria não pode ser criada, apenas transformada; conseqüentemente, a humanidade, para garantir sua sobrevivência, só pode transformar os materiais já existentes na Terra. E notem também que alguns recursos materiais, como por exemplo os vegetais, podem ser renovados rapidamente e, por isso, são chamados de recursos renováveis; outros, porém, como o petróleo, o carvão mineral etc., são recursos não-renováveis, pois a natureza levou milhões de anos para produzi-los e, se nós os gastarmos, não haverá reposição porque as condições climá- ticas que os produziram não mais se repetirão. FRANK & ERNEST® by Bob Thaves E a energia, de onde vem? Praticamente toda a energia que consumimos na Terra vem do Sol. De fato, a energia consumida no mundo atual provém, por exemplo, de usinas hidrelétricas (mas é a luz solar que faz a água evaporar, provoca as chuvas e forma os rios que foram represados), do petróleo e do carvão mineral (mas foi a luz solar que, há milhões de anos, fez crescerem as plantas e animais que deram origem ao petróleo e ao carvão atuais). Mais uma vez, a humanidade aqui também procura transformar um tipo de energia em outro, para melhorar sua sobrevivência e conforto. Acontece que, com o passar dos séculos, a população humana foi crescendo, precisando cada vez mais de maiores quantidades de alimentos e procurando sempre melhores condições de saúde, conforto, segurança, lazer etc. e, ainda, à custa de esforços físicos cada vez menores. Esse conforto da vida moderna provoca o uso de quantidades cada vez maio- res de automóveis, trens, aviões, rádios, televisores, telefones etc. Ora, na prática, isso se traduz na necessidade de transfor- marmos quantidades cada vez maiores de matéria e energia. Lembre-se agora de quantas coisas nós mesmos joga- mos fora diariamente: restos de comida, papel, plásticos, recipientes de vidro, fraldas descartáveis etc. (aliás, material "descartável" representa, para muitas pessoas, sinônimo de rapidez, conforto, limpeza e modernidade). Na verdade, tudo isso representa poluição e tende a aumentar à medida que crescem a população, a vontade de desfrutar de maiores confortos e também a concentração de pessoas em grandes cidades. Afinal, é preciso criar alternativas ao esquema geral: No lixo doméstico, recicláveis. há muitos materiais Consumidor POLUIÇÃO (preço que pagamos pelo conforto) 70 Capitulo 03-QF1-PNLEM 70 29/5/05, 18:23 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A poluição dos rios é um grave risco para a vida humana, animal e vegetal. Para termos um mundo com desenvolvimento econômico sustentável, serão necessárias grandes mudanças visando: • conservar os solos agrícolas; • aumentar os reflorestamentos; • reciclar materiais, evitando desperdícios inúteis; • desenvolver formas de energia renováveis; • aumentar a eficência das conversões de energia; • controlar o crescimento populacional; etc. Questões sobre a leitura Responda em seu caderno 40 Qual é a origem primária de todo o material que usa- mos? E da energia? 41 O que são recursos renováveis? E não-renováveis? 42 Quais são os principais fatores que geram a poluição? 43 (Enem-MEC) A caixinha utilizada em embalagens como as de leite "longa vida" é chamada de tetra brick por ser composta de quatro camadas de diferentes materiais, incluindo alumínio e plástico, e ter a forma de um tijolo (brick, em inglês). Esse material, quando descartado, pode levar até cem anos para se decompor. Considerando os impactos ambientais, seria mais ade- quado: a) utilizar soda cáustica para amolecer as embalagens e só então descartá-las. b) promover a coleta seletiva, de modo a reaproveitar as embalagens para outros fins. c) aumentar a capacidade de cada embalagem, amplian- do a superfície de contato com o ar para sua decom- posição. d) constituir um aterro específico de embalagens tetra brick, acondicionadas de forma a reduzir seu volume. e) proibir a fabricação de leite "longa vida", consideran- do que esse tipo de embalagem não é adequado para conservar o produto. 44 (Enem-MEC) Dados divulgados pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais mostraram o processo de devasta- ção sofrido pela Região Amazônica entre agosto de 1 999 Capítulo 3 • Explicando a matéria e suas transformações e agosto de 2000. Analisando fotos de satélites, os espe- cialistas concluíram que, nesse período, sumiu do mapa um total de 20.000 quilômetros quadrados de floresta. Um órgão de imprensa noticiou o fato com o seguinte texto: O assustador ritmo de destruição é de um campo de futebol a cada oito segundos. Considerando que um ano tem aproximadamente 32 X 10 6 s (trinta e dois milhões de segundos) e que a medida da área oficial de um campo de futebol é apro- ximadamente 10 2 km 2 (um centésimo de quilômetro quadrado), as informações apresentadas nessa notícia permitem concluir que tal ritmo de desmatamento, em um ano, implica a destruição de uma área de: a) 1 0.000 km 2 , e a comparação dá a idéia de que a de- vastação não é tão grave quanto o dado numérico nos indica. b) 1 0.000 km 2 , e a comparação dá a idéia de que a de- vastação é mais grave do que o dado numérico nos indica. c) 20.000 km 2 , e a comparação retrata exatamente o rit- mo da destruição. d) 40.000 km 2 , e o autor da notícia exagerou na compa- ração, dando a falsa impressão de gravidade a um fe- nômeno natural. e) 40.000 km 2 e, ao chamar a atenção para um fato real- mente grave, o autor da notícia exagerou na compa- ração. 71 29/5/05, 18:23 Capitulo 03-QF1-PNLEM 71 — DESAFIOS Registre as respostas em seu caderno 45 (Mackenzie-SP) Água mineral engarrafada, propanona (C 3 H 6 0) e gás oxigênio são classificados, respectivamen- te, como: a) substância pura composta, substância pura simples e mistura homogênea. b) substância pura composta, mistura homogênea e subs- tância pura simples. c) mistura heterogênea, substância pura simples e subs- tância pura simples. d) mistura homogênea, substância pura composta e subs- tância pura composta. e) mistura homogênea, substância pura composta e subs- tância pura simples. 46 (Ufes) Considere os seguintes sistemas: I. nitrogênio e oxigênio; II. etanol hidratado; III. água e mercúrio; Indique a alternativa correta. a) Os três sistemas são homogêneos. b) O sistema I é homogêneo e formado por substâncias simples. c) O sistema II é homogêneo e formado por substâncias simples e compostas. d) O sistema III é heterogêneo e formado por substân- cias compostas. e) O sistema III é uma solução formada por água e mer- cúrio. 47 (Univali-SC) No esquema a seguir estão representados cinco sistemas, formados por moléculas constituídas por três tipos de átomos, representados por A O ■. II III Qual é a alternativa que identifica os sistemas I, II, III, IV e V corretamente? a) Substância pura simples, substância pura composta, mistura de 2 componentes, mistura de 3 componen- tes, mistura de 4 componentes. b) Substância pura simples, substância pura composta, mistura de 3 componentes, mistura de 3 componen- tes, mistura de 4 componentes. c) Mistura de 2 componentes, substância pura compos- ta, mistura de 3 componentes, mistura de 3 compo- nentes, mistura de 4 componentes. d) Substância pura composta, substância pura simples, mistura de 3 componentes, mistura de 3 componen- tes, mistura de 4 componentes. e) Mistura de 2 componentes, substância pura compos- ta, mistura de 3 componentes, mistura de 4 compo- nentes, mistura de 4 componentes. 48 (Cetef-PR) A maior parte das amostras de matéria na na- tureza é constituída por duas ou mais substâncias, isto é, as amostras são misturas. Diante disso, tornou-se neces- sária uma classificação para a matéria, seja ela natural ou sintética. Isso nos permite afirmar: I. Uma substância pura pode ser definida como aquela cujas propriedades não podem ser modificadas por processos de purificação. II. O ouro e o diamante são casos especiais de materiais que ocorrem naturalmente na forma de substâncias puras. III. Uma mistura homogênea ou solução pode ser desdo- brada através de métodos físicos adequados. IV. Em uma amostra de material classificado como hete- rogêneo (suspensão), as propriedades são iguais em toda a sua extensão. Das afirmações acima, somente são corretas: a) I e II d) III e IV b) I e III e) II e IV c) I, II e III 49 (UFG-GO) São características das reações químicas (es- colha as alternativas corretas): a) formarem novo(s) material(is) ou substância(s); b) serem reconhecidas pelas diferenças entre proprieda- des físicas dos reagentes e produtos; c) ocorrerem com conservação de massas e segundo proporções fixas entre reagentes e produtos; d) serem representadas por equações químicas; e) ocorrerem com rearranjos de átomos; f) ocorrerem absorvendo ou liberando energia. 50 (UFMG) As seguintes mudanças de cor são evidências de reações químicas em todos os casos, exceto: a) a palha de aço úmida passa, com o tempo, de acinzen- tada para avermelhada. b) o filamento de uma lâmpada acesa passa de cinza para amarelo esbranquiçado. c) uma fotografia colorida exposta ao sol se desbota. d) água sanitária descora uma calça jeans. e) uma banana cortada escurece com o passar do tempo. 51 (UFMG) Um estudante listou os seguintes processos como exemplos de fenômenos que envolvem reações químicas: I. adição de álcool à gasolina; II. fermentação da massa na fabricação de pães; III. obtenção de sal por evaporação da água do mar; IV. precipitação da chuva; V. queima de uma vela. O número de erros cometidos pelo estudante é: a) 0 c) 2 b) 1 d) 3 52 (Mackenzie-SP) Certas propagandas recomendam deter- minados produtos, destacando que são saudáveis por serem naturais, isentos de "química". Um aluno atento percebe que essa afirmação é: a) verdadeira, pois o produto é dito natural porque não é formado por substâncias químicas. b) falsa, pois as substâncias químicas são sempre bené- ficas. c) verdadeira, pois a Química só estuda materiais artifi- ciais. d) enganosa, pois confunde o leitor, levando-o a crer que "química" significa não-saudável, artificial. e) verdadeira, somente se o produto oferecido não con- tiver água. 72 Capitulo 03-QF1-PNLEM 72 29/5/05, 18:24 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 53 (UFCE-CE) A água (H 2 0) sofre decomposição pela ação da corrente elétrica, produzindo hidrogênio (H 2 ) e oxi- gênio (0 2 ), segundo a reação equacionada abaixo. H 2 0 (L) * H 2 (g) + y0 2 (g) Baseado nestas informações, qual é a alternativa correta? a) A água é uma substância pura simples e se decompõe em duas outras substâncias puras compostas: H 2 e 0 2 . b) A água e o hidrogênio são substâncias puras compos- tas, e o oxigênio uma substância pura simples. c) A água é uma mistura composta das substâncias H 2 e 0 2/ e o hidrogênio e o oxigênio são substâncias sim- ples. d) A água, o hidrogênio e o oxigênio são classificados como substâncias compostas. e) O hidrogênio e o oxigênio são substâncias puras e não podem originar, por processos químicos, outras subs- tâncias simples. 54 (UnB-DF) A utilização das reações químicas pelo ho- mem é coisa muito antiga e comum a quase todos os povos: o fogo, a extração de pigmentos, a fermenta- ção alcoólica, a cerâmica e a metalurgia são alguns exemplos dessa utilização. Nos dias de hoje, essa utili- zação chega a atingir proporções gigantescas, como se pode perceber pela enorme quantidade de "produtos químicos" que utilizamos. Por "produto químico" pode- se entender qualquer material em cuja obtenção tenha ocorrido uma transformação química controlada pelo homem. A. P. Chagas. Como se faz química: uma reflexão sobre a química e a atividade do químico. Campinas: Unicamp, 1992, p. 13 (com adaptações). A partir do texto, julgue os itens a seguir. 1. Apesar de o texto afirmar que a "utilização das rea- ções químicas pelo homem é coisa muito antiga", a Química como atividade científica não é milenar. 2. As reações químicas são definidas como processos ar- tificiais. 3. Os produtos químicos de uso diário são constituídos por átomos de elementos químicos naturais. 4. As reações químicas em um sistema podem ser identificadas pela mudança de propriedades físicas desse sistema. 5. Produtos químicos como detergentes e loções para a pele contêm mais de uma substância. 55 (Unigranrio-Rj) Comparando reagentes e produtos da reação: 2 H 2 + 0 2 — > 2 H 2 0, pode-se dizer que apresen- tam igual: I. o número de átomos II. o número de moléculas III. a massa Dessas afirmações, apenas: a) I é correta d) II é correta b) I e III são corretas e) I e II são corretas c) III é correta 56 (Fatec-SP) Durante uma investigação criminal, o perito determinou o exame das roupas da vítima. Para isso, or- denou o seguinte procedimento: queimar totalmente uma amostra do tecido, recolher as cinzas em um frasco, tratá- las com água destilada, agitar e filtrar. O resíduo obtido no filtro, em estado de alta pureza, é o constituinte dese- jado. Certamente o perito criminal estava procurando: a) perfume francês. d) ouro em pó. b) maconha. e) sangue. c) cocaína. Capítulo 3 • Explicando a matéria e suas transformações 73 Capitulo 03-QF1-PNLEM 73 29/5/05, 18:24 Tópicos do capítulo 1. 0 modelo atômico de Thomson 2 . A descoberta da radioatividade 3 . O modelo atômico de Rutherford 4 . A identificação dos átomos 5 . O modelo atômico de Rutherford-Bohr 6 . O modelo dos orbitais atômicos 7 . Os estados energéticos dos elétrons 8 . A distribuição eletrônica Leitura: Usos das radiações eletromagnéticas A EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS Feixe de laser. Apresentação do capítulo 0 modelo de Dalton , imaginando o átomo como uma bolinha maciça e indivisível, fez a Química progredir muito no sécuio XIX. Mas a ciência e suas aplicações em nosso cotidiano não param de evoluir. Ainda no século XIX, vários cientistas descobriram uma série de fenômenos, tais como a condução de corrente elétrica em certas soluções , o raio X etc. Originou-se, então, a suspeita de uma possível ligação entre matéria e energia elétrica. E surgiram perguntas: como explicar a corrente elétrica? E o raio X? Seria o átomo imaginado por Dalton suficiente para explicar esses novos fenômenos? Seria possível imaginar que o átomo tivesse alguma coisa " por dentro", ao contrário do que dizia Dalton? Acontece que o átomo é extraordinariamente pequeno. Como então provar que eie tem aigo a mais "por dentro"? A história dessa busca é uma verdadeira novela, que se iniciou no final do século XIX e continua até hoje, da quai alguns episódios serão detalhados a seguir. Capitulo 04-QF1-PNLEM 74 29/5/05,18:28 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. O MODELO ATOMICO DE THOMSON Já no século VI a.C., o filósofo grego Tales de Mileto havia perce- bido que, atritando um bastão de resina chamada âmbar com um tecido ou pele de animal, o âmbar passava a atrair objetos leves, como folhas secas, fragmentos de palha etc. Daí surgiu o termo eletricida- de, derivado de elektron, palavra grega que significa âmbar. Na figura ao lado, um bastão de vidro, já atritado com um tecido de seda, está atraindo a bolinha de papel. Um bastão de plástico atritado também atrai um filete de água. Bastão de vidro atraindo uma bolinha de papel. Um pente de plástico atritado com lã atrai pedacinhos de papel. Uma explicação razoável para os fenômenos que ilustramos é de que toda matéria, no estado normal, contém partículas elétricas que se neutralizam mutuamente; quando ocorre atrito, algumas dessas partículas tendem a migrar de um corpo para outro, tornando-os eletrizados. Outra série de observações e experiências que abriu novos caminhos para o esclarecimento da estrutura atômica foi o estudo das descargas elétricas em gases. O exemplo mais comum des- ses fenômenos são os raios que "saltam" na atmosfera durante as tempestades. Em 1854 Heinrich Geissler desenvolveu um tubo de descarga constituído de um vidro largo, fechado e com eletrodos circulares em suas extremidades. Geissler notou que, quando pro- duzia uma descarga elétrica no interior do tubo de vidro, com gás sob baixa pressão, a descarga deixava de ser barulhenta, e apare- cia no tubo uma luz cuja cor dependia do gás, de sua pressão e da voltagem aplicada. É isso que acontece nos tubos luminosos de néon e nas lâmpadas fluorescentes atuais. Q(J 11 Gás | rv \© I f J Fonte de tensão Tubo de Geissler Os ‘‘tubos de néon” são preenchidos com gases diferentes sob pressão muito baixa e, quando submetidos a tensões elétricas elevadas, produzem cores diferentes. Capítulo 4 • A evolução dos modelos atômicos 75 Capitulo 04-QF1-PNLEM 75 29/5/05, 18:28 CID FRANCISCO ORTE GRANE / CID A Em 1875, William Crookes colocou gases muito rarefeitos (isto é, em pressões baixíssimas) em ampolas de vidro. Submetendo esses gases a voltagens elevadíssimas, apareceram emissões que foram denominadas raios catódicos. Quando submetidos a um campo elétrico uniforme e externo, gerado por duas placas planas paralelas e carregadas, esses raios sempre se desviam na direção e no sentido da placa que está carregada positivamente, o que prova que os raios catódicos são negativos. Placa carregada positivamente Placa carregada negativamente Ampola de Crookes submetida a um campo elétrico externo e uniforme. Outro dado muito importante é que esse desvio ocorre sempre do mesmo modo, qualquer que seja o gás no interior da ampola. Esses fatos levaram os cientistas a imaginar que os raios catódicos seriam formados por pequenas partículas negativas, e que essas partículas existem em toda e qualquer matéria. Essas partículas foram denominadas elétrons. Surgia assim, pela primeira vez na história, a idéia da existência de uma partícula subatômica (isto é, menor do que o átomo). Contrariando Dalton, começava-se a provar que o átomo pode ser dividido. Da ampola de Crookes derivam os aparelhos de raios X e os televisores modernos, como vemos na ilustração a seguir. Raios catódicos Ampola de Crookes Ao atingir o revestimento interno da tela de um televisor ou de um computador, um feixe de elétrons provoca a formação de imagens coloridas. g o Uma complementação às experiências de Crookes foi feita em 1886 por Eugen Goldstein, que modificou a ampola de Crookes e descobriu os chamados raios anódicos ou canais. Esses raios são for- mados pelos "restos" dos átomos do gás, que sobram após terem seus elétrons arrancados pela descarga elétrica. Por terem perdido elé- trons (cargas negativas), as partículas que formam os raios anódicos são positivas, o que pode ser demonstrado pelo desvio dessas partícu- las em presença de um campo elétrico ou de um campo magnético. Raios anódicos Raios catódicos < > 76 Capitulo 04-QF1-PNLEM 76 29/5/05, 18:29 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Em particular, quando o gás presente na ampola de Goldstein é o hidrogênio (cujos átomos são os mais leves que se conhecem), os raios canais apresentam o menor de todos os desvios verificados no campo elétrico ou no magnético. Imaginou-se então a existência de uma segunda partícula subatômica — o próton — , com carga positiva de valor igual à do elétron (capaz, portanto, de tornar o átomo de hidrogênio eletricamente neutro). Para explicar os fenômenos anteriores, Joseph John Thomson propôs, em 1 903, um novo modelo de átomo, formado por uma "pasta" positiva "recheada" pelos elétrons de carga negativa, o que garantia a neutralidade elétrica do modelo atômico (esse modelo ficou conhecido como "pudim de passas"). Começa- va-se, então, a admitir oficialmente a divisibilidade do átomo e a reconhecer a natureza elétrica da matéria. O modelo atômico de Thomson explicava satisfatoriamente os seguintes fenômenos: • eletrização por atrito, entendendo-se que o atrito separava cargas elétricas (parte das positivas em um corpo e igual parte das negativas em outro, como no caso do bastão atritado com tecido); • corrente elétrica, vista como um fluxo de elétrons; • formação de íons negativos ou positivos, conforme tivessem, respec- tivamente, excesso ou falta de elétrons; • descargas elétricas em gases, quando os elétrons são arrancados de seus átomos (como na ampola de Crookes). Representação do modelo atômico de Thomson. Intei-conHoentol Ri*«sí ME AVISA QUANDO EU TTVEft QUE * SORRIR. A DESCOBERTA DA RADIOATIVIDADE Em 1896, o cientista francês Henri Becquerel descobriu que o elemento químico urânio emitia radiações semelhantes, em certos aspectos, aos raios X. Esse fenômeno passou a ser conhecido como radioatividade. Posteriormente, o casal Curie descobriu radioatividade ainda mais forte nos elementos químicos polônio e rádio. Em 1898, Ernest Rutherford verificou que algumas emissões radioativas se subdividiam, quando submetidas a um campo elétrico: Emissão radioativa © Campo elétrico Radiações P (beta) Radiações y(gama) Radiações a (alfa) Joseph John Thomson Filho de um livreiro, nasceu em 1856, em Manchester (Inglaterra). Pretendia ser em genheiro, mas dificuldades financeiras devidas à morte de seu pai o levaram a estudar Matemática, Física e Química. Tornou-se professor em Cambridge, onde organizou o laboratório Caven- dish, de grande importância nas pesqui- sas sobre estrutura atômica. Em 1906, re- cebeu o prêmio Nobel por seus trabalhos en- volvendo as propriedades dos elétrons. Faleceu em 1940. Capítulo 4 • A evolução dos modelos atômicos 77 29/5/05, 18:29 Capitulo 04-QF1-PNLEM 77 2004 UNITED MEDIA/ INTERCONTINENTAL PRESS Desconfiou-se então de que as radiações a seriam formadas por partículas positivas (pois são atraídas pelo pólo negativo) e mais pesadas (pois desviam menos); as partículas p seriam partículas negativas e mais le- ves, e as radiações y não teriam massa (o que só foi explicado mais tarde). Refletindo sobre esse fenômeno, podemos con- cluir o seguinte: se a matéria é eletricamente neutra, seus átomos são, obrigatoriamente, neutros; conse- qüentemente, a saída de partículas elétricas só será possível se esses átomos estiverem sofrendo alguma divisão. Note que reaparece aqui a idéia da divisi- bilidade do átomo e a da natureza elétrica da matéria (ou seja, a relação entre matéria e energia). Atualmente a radioatividade é muito usada em vá- rios ramos da atividade humana. Em medicina, por exem- plo, materiais radioativos são usados na detecção de doenças do coração, da tireóide, do cérebro etc, e tam- bém em certos tratamentos, especialmente do câncer. Radioterapia aplicada com o uso da bomba de cobalto no tratamento do câncer. O MODELO ATÔMICO DE RUTHERFORD Em 1 91 1 , Rutherford fez uma experiência muito importante, que veio alterar e melhorar profunda- mente a compreensão do modelo atômico. Resumidamente, a experiência é descrita a seguir. Bloco de chumbo Impressões ou manchas fotográficas Placa de chumbo com um orifício central Polônio Feixe de partículas a Papel Lâmina finíssima de ouro Acompanhando a figura acima, vemos então que um pedaço do metal polônio emi- te um feixe de partículas a, que atravessa uma lâmina finíssima de ouro. Rutherford obser- vou, então, que a maior parte das partículas a atravessava a lâmina de ouro como se esta fosse uma peneira; apenas algumas partícu- las desviavam ou até mesmo retrocediam. Como explicar esse fato? Ernest Rutherford Nasceu em Nelson (Nova Zelândia), em 1871 . Foi professor no Canadá e na Inglaterra — nas universidades de Manchester e Cambridge. Trabalhou com ondas eletromagnéticas, raios X, radioatividade e teoria nuclear, e reali- zou a primeira transmutação artificial. Recebeu o Prêmio Nobel de Química em 1 908. Faleceu em 1 937. Em sua ho- menagem, o elemento químico 1 04 foi chamado de rutherfórdio (Rf). 78 A Capitulo 04-QF1-PNLEM 29/5/05, 18:29 MARTIN DOHRN/SPL-STOCK PHOTOS Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A Rutherford viu-se obrigado a admitir que a lâmina de ouro não era constituída de átomos maciços e justapostos, como pensaram Dalton e Thomson. Ao contrário, ela seria formada por núcleos pequenos, densos e positivos, dispersos em grandes espaços vazios, como esquematizados a seguir: Os grandes espaços vazios explicam por que a grande maioria das partículas a não sofre desvios. Entretanto, lembrando que as partículas a são positivas, é fácil entender que: no caso de uma partícula a passar próximo de um núcleo (também positivo), ela será fortemente desviada; no caso extremo de uma partícula a chocar diretamente com um núcleo, ela será repelida para trás. Surge, porém, uma pergunta: se o ouro apresenta núcleos positivos, como explicar o fato de a lâmina de ouro ser eletricamente neutra? Para completar seu modelo, Rutherford imaginou que ao redor do núcleo estavam girando os elétrons. Sendo negativos, os elétrons iriam contrabalançar a carga positiva do núcleo e garantir a neutralidade elétrica do átomo. Sendo muito pequenos e estando muito afastados entre si, os elétrons não iriam inter- ferir na trajetória das partículas a. Em resumo, o átomo seria semelhante ao sistema solar: o núcleo represen- taria o Sol; e os elétrons seriam os planetas, girando em órbitas circulares e formando a chamada eletrosfera. A figura ao lado representa o modelo atômi- co de Rutherford (1 91 1 ). Hoje, sabemos que o tamanho do átomo é 10.000 a 100.000 vezes maior que o de seu núcleo. Para efeito de comparação, podemos imaginar o núcleo atômico como sendo uma formiga no centro de um estádio como o Maracanã (observe que o modelo apresentado acima está totalmente fora de proporção, pois o núcleo representado é enorme em relação ao tamanho do átomo). No modelo atômico de Rutherford surgiu, porém, uma dúvida muito importante: se o núcleo atômico é formado por partículas positivas, por que essas partículas não se repelem e o núcleo não desmorona? A resposta veio em 1932, quando o cientista James Chadwick verificou que o núcleo do elemento berílio radioativo emite partículas sem carga elétrica e de massa praticamente igual à dos prótons. Essa partícula foi denominada nêutron — confirmando-se assim a existência da terceira par- tícula subatômica. De certa maneira, os nêutrons "isolam" os prótons, evitando suas repulsões e o conseqüente "desmoronamento" do núcleo. Prótons Representação do núcleo do átomo ,Qf' / & Representação esquemática do modelo atômico de Rutherford. Capítulo 4 • A evolução dos modelos atômicos 79 Capitulo 04-QF1-PNLEM 79 6/7/05, 14:27 Podemos, agora, ilustrar esquematicamente a estrutura atômica do seguinte modo: Novos estudos foram feitos visando estabelecer as rela- ções entre as massas e as intensidades das cargas elétricas dos prótons, nêutrons e elétrons. Concluiu-se então que, adotando-se como padrão, para o próton, massa = 1 e carga elétrica = +1, resultam os seguintes valores aproximados: Partícula Massa Carga elétrica Próton 1 + 1 Nêutron 1 0 Elétron 1 1.836 -1 Núcleo Formado por prótons e nêutrons ,0 \ Eletrosfera Formada por elétrons distribuídos em várias camadas Observe que a massa de um elétron é cerca de 1 .836 vezes menor que a de um próton ou de um nêutron. Conseqüentemente, a perda ou ganho de elétrons, por parte de um átomo (que irá transformá- lo num íon positivo ou negativo), não irá praticamente alterar sua massa. ATIVIDADES PRÁTICAS v Materiais • 1 régua de plástico • 1 bastão de vidro • 1 pedaço de tecido de lã • 1 pedaço de flanela • pedaços pequenos de papel Procedimento • Aproxime a régua de um pedacinho de papel. • Observe se ocorre alguma coisa e anote em seu caderno. • Agora, atrite a régua em um pedaço de tecido de lã e coloque-a próxima a um pedacinho de papel. • Anote as observa- ções feitas em seu caderno. • Repita o procedimento subs- tituindo o tecido de lã pela flanela. • Aproxime o bastão de vidro de um pedacinho de papel. • Observe se ocorre alguma coisa e anote em seu caderno. • Agora, atrite o bastão de vidro em um pedaço de tecido de lã e colo- que-o próximo a um pedacinho de papel. • Anote as ob- servações em seu caderno. • Repita o procedimento subs- tituindo o tecido de lã pela flanela. Perguntas 1) O que aconteceu quando a régua foi colocada próxi- ma ao pedaço de papel antes e depois do atrito? Ten- te explicar. 2) O que ocorreu quando o bastão de vidro foi colocado próximo ao pedaço de papel antes e depois do atrito? Tente explicar. 2 - Materiais • 1 régua de plástico • 1 bastão de vidro • 1 pedaço de tecido de lã Procedimento • Abra uma torneira de modo que obtenha um filete fino e uniforme de água. • Aproxime, sem encostar, a régua de plástico do filete de água. • Anote as observações fei- tas em seu caderno. • Atrite a régua com o tecido de lã e aproxime-a novamente do filete de água. • Anote as ob- servações em seu caderno. • Repita o procedimento subs- tituindo a régua pelo bastão de vidro. Perguntas 1 ) O que ocorreu quando a régua foi colocada próxima ao filete de água antes e depois do atrito? Tente explicar. 2) O que ocorreu quando o bastão de vidro foi colocado próximo ao filete de água antes e depois do atrito? Tente explicar. Responda em seu caderno a) Explique como foi a primeira observação de que se tem notícia, responsável pelo surgimento do termo eletricidade. b) Quais as aplicações práticas decorrentes da descarga elétrica em gases rarefeitos? c) Quais as emissões descobertas em materiais radioativos? d) Segundo o modelo de Rutherford, do que é formado o átomo? e) O que Chadwick descobriu? 80 Capitulo 04-QF1-PNLEM 80 29/5/05, 18:29 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. f EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno 1 (Fuvest-SP) Thomson determinou, pela primeira vez, a re- lação entre a massa e a carga do elétron, o que pode ser considerado como a descoberta do elétron. É reconhecida como uma contribuição de Thomson ao modelo atômico, a) o átomo ser indivisível. b) a existência de partículas subatômicas. c) os elétrons ocuparem níveis discretos de energia. d) os elétrons girarem em órbitas circulares ao redor do núcleo. e) o átomo possuir um núcleo com carga positiva e uma eletrosfera. 2 (UCB-DF) Rutherford, ao fazer incidir partículas radioati- vas em lâmina metálica de ouro, observou que a maioria das partículas atravessava a lâmina, algumas desviavam e poucas refletiam. Identifique, dentre as afirmações a seguir, aquela que não reflete as conclusões de Rutherford sobre o átomo. a) Os átomos são esferas maciças e indestrutíveis. b) No átomo há grandes espaços vazios. c) No centro do átomo existe um núcleo pequeno e denso. d) O núcleo do átomo tem carga positiva. e) Os elétrons giram ao redor do núcleo para equilibrar a carga positiva. 3 (Osec-SP) Eletrosfera é a região do átomo que: a) concentra praticamente toda a massa do átomo. b) contém as partículas de carga elétrica positiva. c) possui partículas sem carga elétrica. d) permanece inalterada na formação dos íons. e) tem volume praticamente igual ao volume do átomo. 4 Vamos supor que 1 nêutron "pesasse" 1 kg. Quanto "pesaria" aproximadamente um átomo com 11 pró- tons, 12 nêutrons e 11 elétrons? Qual seria a carga desse átomo? EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno 5 (Univali-SC) Leia o texto a seguir: "Há 1 00 anos, a ciência dividiu o que era então conside- rado indivisível. Ao anunciar, em 1897, a descoberta de uma nova partícula que habita o interior do átomo, o elétron, o físico inglês joseph |ohn Thomson mudou dois mil anos da história que começou quando filósofos gre- gos propuseram que a matéria seria formada por dimi- nutas porções indivisíveis, uniformes, duras, sólidas e eter- nas. Cada um desses corpúsculos foi denominado áto- mo, o que, em grego, quer dizer "não-divisível". A desco- berta do elétron inaugurou a era das partículas elementa- res e foi o primeiro passo do que seria no século seguinte uma viagem fantástica ao microuniverso da matéria". Ciência Hoje, vol. 22, n. 131, 1997. A respeito das idéias contidas no texto, está correta a alternativa: a) A partir da descoberta dos elétrons, foi possível deter- minar as massas dos átomos. b) Faz cem anos que se descobriu que os átomos não são os menores constituintes da matéria. c) Os elétrons são diminutas porções indivisíveis, unifor- mes, duros, sólidos, eternos e são considerados as par- tículas fundamentais da matéria. d) Os átomos, apesar de serem indivisíveis, são constituí- dos por elétrons, prótons e nêutrons. e) Com a descoberta do elétron, com carga negativa, pôde-se concluir que deveriam existir outras partí- culas, os nêutrons, para justificar a neutralidade elé- trica do átomo. 6 (UFMG) Na experiência de espalhamento de partículas alfa, conhecida como "experiência de Rutherford", um feixe de partículas alfa foi dirigido contra uma lâmina finíssima de ouro, e os experimentadores (Ceiger e Marsden) observaram que um grande número dessas partículas atravessava a lâmina sem sofrer desvios, mas que um pequeno número sofria desvios muito acentua- dos. Esse resultado levou Rutherford a modificar o mode- lo atômico de Thomson, propondo a existência de um núcleo de carga positiva, de tamanho reduzido e com, praticamente, toda a massa do átomo. Qual é a alternativa que apresenta o resultado que era previsto para o experimento de acordo com o modelo de Thomson? a) A maioria das partículas atravessaria a lâmina de ouro sem sofrer desvios e um pequeno número sofreria des- vios muito pequenos. b) A maioria das partículas sofreria grandes desvios ao atravessar a lâmina. c) A totalidade das partículas atravessaria a lâmina de ouro sem sofrer nenhum desvio. d) A totalidade das partículas ricochetearia ao se chocar contra a lâmina de ouro, sem conseguir atravessá-la. 7 Se 1 prótron "pesasse" 1 t, quanto "pesaria", aproxima- damente, 1 nêutron e 1 elétron? D A IDENTIFICAÇÃO DOS ÁTOMOS A identificação de coisas e pessoas por meio de números é muito comum em nosso cotidiano. Os automóveis são identificados pelo número da placa (ou do motor, ou do chassi). As pessoas são identificadas pelo RG (número da carteira de identidade), ou pelo número do CPF (da Receita Federal). O número de prótons, de nêutrons e de elétrons constitui dado importante para identificar um átomo. Por isso, vamos definir alguns conceitos que estão diretamente relacionados a esses números. Capítulo 4 • A evolução dos modelos atômicos 81 Capitulo 04-QF1-PNLEM 81 6/7/05, 14:27 4.1. Número atômico Número atômico (Z) é o número de prótons existentes no núcleo de um átomo. Num átomo normal, cuja carga elétrica é zero, o número de prótons é igual ao número de elétrons. Quando se diz que o átomo de sódio (Na) tem número atômico 1 1 , isso quer dizer que, no núcleo desse átomo, existem 1 1 prótons e, conseqüentemente, existem 1 1 elétrons na eletrosfera. 4.2. Número de massa Número de massa ( A ) é a soma do número de prótons (Z) e de nêutrons ( N ) existen- tes num átomo. Portanto: A = Z + N É o número de massa que nos informa se um átomo tem massa maior do que outro átomo. Isso é lógico, pois apenas os prótons e nêutrons tem massa significativa, uma vez que a massa dos elétrons é desprezível, se comparada à dessas duas partículas. Vejamos o exemplo: o átomo de sódio tem 1 1 prótons, 1 2 nêutrons e 1 1 elétrons. Temos, então, para o elemento químico sódio: • número atômico: Z = 11 (número de prótons = número de elétrons = 11); • número de nêutrons: N = 12; • número de massa: A = Z + N = 11 +12 = 23. 4.3. Elemento químico Elemento químico é o conjunto de átomos com o mesmo número atômico (Z). Veja que o número atômico é muito importante, pois identifica o elemento químico (o que foi proposto em 1 91 4, por Moseley). Assim, quando falamos no elemento químico sódio, estamos falando dos átomos com número atômico 1 1 . Outros exemplos: • o número atômico 1 7 identifica os átomos de cloro; • o número atômico 26 identifica os átomos de ferro; etc. A notação geral de um átomo é: Número de massa Número atômico Por exemplo: ] s 7 Cl ou 17 Cl 35 indica um átomo de cloro que possui 17 prótons e 18 nêutrons no núcleo. Seu número de massa é, pois 1 7 + 1 8 = 35. 82 Capitulo 04-QF1-PNLEM 82 6/7/05, 14:28 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 4.4. lons Um átomo, em seu estado normal, é eletricamente neutro, ou seja, o número de elétrons na eletrosfera é igual ao número de prótons do núcleo, e em conseqüência suas cargas se anulam. Um átomo pode, porém, ganhar ou perder elétrons da eletrosfera, sem sofrer alterações em seu núcleo, resultando daí partículas denominadas íons. Quando um átomo ganha elétrons, ele se torna um íon negativo, também chamado ânion. Por exem- plo: o átomo normal de cloro tem 1 7 prótons, 1 8 nêu- trons e 17 elétrons. Ele pode ganhar 1 elétron e trans- formar-se em ânion cloreto (Cl ), que terá 1 7 prótons, 1 8 nêutrons e 18 elétrons. Quando um átomo perde elétrons, ele se torna um íon positivo, também chamado cátion. Por exemplo: o átomo de sódio (Na) tem 1 1 prótons, 1 2 nêutrons e 11 elétrons. Ele pode perder 1 elétron, tornando-se um cátion sódio (Na + ) com 1 1 prótons, 1 2 nêutrons e 1 0 elétrons. Observe que, quando um átomo ganha elétrons, seu tamanho aumenta; quando ele perde elétrons, diminui de tamanho; mas em ambos os casos sua massa pratica- mente não se altera, pois a massa do elétron é desprezível. Os íons estão sempre presentes em nosso dia-a-dia. Um perfeito equilíbrio entre os íons Na + e K + , por exemplo, é fundamental para o funcionamento das células de nosso organismo. Ao colocarmos sal (cloreto de sódio) em nossos alimentos, estamos na verdade colocando íons Na + e Cl . 4.5. Isótopos, Isóbaros e isótonos Examinando o número atômico (Z), o número de nêutrons ( N ) e o número de massa (A) de diferentes átomos, podemos encontrar conjuntos de átomos com um ou outro número igual. A partir daí surgiram alguns novos conceitos que agora passamos a definir: Isótopos são átomos com mesmo número de prótons (Z) e diferente número de massa (A). Conclui-se, facilmente, que os isótopos são átomos do mesmo elemento químico que possuem diferentes números de nêutrons, resultando daí números de massa diferentes. Exemplos: ]H iH i 3 H (Z= 1) ' v ‘ Isótopos de hidrogênio IO ’£> ’SO (Z = 8) Isótopos de oxigênio Cada isótopo é também chamado de nuclídeo. Os três isótopos de hidrogênio, ^H, ^H, 3 H, têm nomes especiais, a saber, hidrogênio, deutério e trítio, respectivamente; isso não acontece com os demais, de modo que os três isótopos do oxigênio, mencionados acima, são conhecidos apenas como oxigênio-1 6, oxigênio-1 7 e oxigênio-1 8. A isotopia é um fenômeno muito comum na natureza. Podemos dizer que praticamente todos os elementos químicos naturais são formados por mistura de isótopos. Por exemplo, o elemento químico cloro é formado por, aproximadamente, 75% de cloro-35 ( 3 )C l) e 25% de cloro-37 (j w 7 Ci), em massa; observe que, em qualquer composto de cloro existente na Terra, iremos sempre encontrar essa mesma mistura isotópica — 75% de cloro-35 e 25% de cloro-37. Capítulo 4 • A evolução dos modelos atômicos 83 (Esquemas com uso de cores-fantasia; sem escala) Capitulo 04-QF1-PNLEM 83 29/5/05, 18:29 A Na natureza existem cerca de 90 elementos químicos diferentes. No entanto, já são conhecidos milhares de isótopos diferentes — sejam os naturais, sejam os obtidos artificialmente. Dentre os isótopos artificiais, destacam-se os radioativos, que têm extensa aplicação prática em nossos dias, como na me- dicina (iodo -1 31, para mapeamento da tiróide), na agricultura (fósforo-32, usado no estudo do meta- bolismo dos vegetais) etc. É importante também notar que os isótopos têm propriedades químicas iguais (que dependem da estrutura da eletrosfera) e propriedades físicas diferentes (que dependem da massa do átomo). Assim, por exemplo, embora o hidrogênio (H) e o deutério (D) sejam ambos gasosos, a densidade (propriedade física) do deutério gasoso é o dobro da do hidrogênio. Ambos reagem com o oxigênio, formando água (propriedade química igual) — o hidrogênio forma a água comum (H 2 0), de densidade igual a 1,0 g/mL; já o deutério forma a chamada água pesada (D 2 0), pois tem densidade igual a 1,1 g/mL (veja que até seus compostos têm propriedades físicas diferentes). Isóbaros são átomos de diferentes números de prótons (elementos diferentes), mas que possuem o mesmo número de massa (A). Conclui-se que os isóbaros são átomos de elementos químicos diferentes, mas que possuem a mesma massa, porque um maior número de prótons é compensado por um menor número de nêu- trons e vice-versa. Exemplos: 19 K 2 oÇa (A = 40) Isóbaros 2 oCa 21 SC 22 Ü (A = 42) ' V 1 Isóbaros Os isóbaros têm propriedades físicas e químicas diferentes. Isótonos são átomos de diferentes números de prótons (elementos diferentes), dife- rentes números de massa, porém com mesmo número de nêutrons ( N ). Exemplo: 17 Cl nCa Isótonos O átomo de cloro tem: N = A - Z = 37 -17 = 20 =>N = 20 nêutrons O átomo de cálcio tem: N = A - Z = 40 - 20 = 20 => N = 20 nêutrons Os isótonos têm propriedades físicas e químicas diferentes. ■nrrKfSV Responda em ■ilajUÍUfl seu caderno a) O que é número atômico? d) O que são isótopos? b) O que é número de massa? e) O que são isóbaros? \?X )?) c) O que é elemento químico? f) O que são isótonos? \% v -—'Co / 84 Capitulo 04-QF1-PNLEM 84 29/5/05, 18:29 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno 8 (UFPE) Isótopos radioativos são empregados no diagnós- tico e tratamento de inúmeras doenças. Qual é a princi- pal propriedade que caracteriza um elemento químico? a) número de massa b) número de prótons c) número de nêutrons d) energia de ionização e) diferença entre o número de prótons e de nêutrons Exercício resolvido 9 Quais são os números de prótons (Z), de massa (A), de nêutrons ( N ) e de elétrons (£) de um átomo de potássio ( 39 K) em seu estado normal? Resolução O número de prótons Z = 1 9, e o número de massa, A = 39, já estão indicados na representação 3 9 K. O número de nêutrons é/V = A- Z= 39-19 = 20. O número de elétrons é £ = Z = 19, pois o átomo em seu estado normal significa átomo neutro, onde o número de elétrons deve ser igual ao número de prótons. 10 (Unifor-CE) Dentre as espécies químicas: 9 5 B, 10 5 B, ”B 10 6 C, ,2 C, 14 C as que representam átomos cujos núcleos possuem 6 nêu- trons são: a) ,0 6 C e 12 6 C d) 9 5 B e ,4 6 C b) " 5 B e 12 6 C e) ,4 6 C e ,0 5 B c) ,0 5 B e ” 5 B 11 (UFMA) Em um átomo com 22 elétrons e 26 nêutrons, seu número atômico e número de massa são, respectiva- mente: a) 22 e 26 d) 48 e 22 b) 26 e 48 e) 22 e 48 c) 26 e 22 Exercício resolvido 12 Quais são os números Z, A, N e £ de um cátion potássio (K + ), com carga elétrica +1? Resolução No cátion potássio (K + ), os números de prótons (Z = 1 9), de massa (A = 39) e de nêutrons ( N = 20) são iguais ao do próprio átomo de potássio, como calculamos no exercício 9, pois esses números referem-se ao núcleo do átomo. A eletrosfera, porém, perdeu um elétron, no instante em que o átomo neutro de po- tássio (K°) se transformou em cátion potássio (K + ). Temos, então, £=18 elétrons. Capítulo 4 • A evolução dos modelos atômicos 14 (UFPE) Isótopos radioativos de iodo são utilizados no dia- gnóstico e tratamento de problemas da tireoide, e são, em geral, ministrados na forma de sais de iodeto. O nú- mero de prótons, nêutrons e elétrons no isótopo 1 31 do iodeto '53b são, respectivamente: a) 53, 78 e 52 b) 53, 78 e 54 c) 53, 131 e 53 d) 131, 53 e 131 e) 52, 78 e 53 15 (FGV-SP) Um certo íon negativo, X 3 “, tem carga negativa — 3, sendo seu número total de elétrons 36 e seu número de massa 75. Podemos dizer que seu número atômico e número de nêutrons são, respectivamente: a) 36 e 39 b) 36 e 42 c) 33 e 42 d) 33 e 39 e) 36 e 75 16 (UFSM-RS) Analise as seguintes afirmativas: I. Isótopos são átomos de um mesmo elemento que pos- suem mesmo número atômico e diferente número de massa. II. O número atômico de um elemento corresponde ao número de prótons no núcleo de um átomo. III. O número de massa corresponde à soma do número de prótons e do número de elétrons de um elemento. Está(ão) correta(s): a) apenas I. b) apenas II. c) apenas III. d) apenas I e II. e) apenas II e III. 17 (UFPA) Os isótopos do hidrogênio receberam os nomes de prótio (jH), deutério ( 2 H) e trítio ( 3 H). Nesses átomos os números de nêutrons são, respectivamente, iguais a: a) 0, 1 e 2 b) 1 , 1 e 1 c) 1 , 1 e 2 d) 1 , 2 e 3 e) 2, 3 e 4 18 (PUC-MG) Considere os seguintes dados: Átomo Prótons Nêutrons Elétrons 1 40 40 40 II 42 38 42 Os átomos I e II: a) são isótopos. b) são do mesmo elemento. c) são isóbaros. d) são isótonos. e) têm o mesmo número atômico. Um átomo possui 1 9 prótons, 20 nêutrons e 1 9 elétrons. Qual dos seguintes átomos é seu isótono? a) 21 9 A d) \\D b) 20 9 B e) %E c) nc 85 1 3 (UFG-GO) O número de prótons, nêutrons e elétrons re- presentados por 13 ®Ba 2+ é, respectivamente: a) 56, 82 e 56 d) 82, 1 38 e 56 b) 56, 82 e 54 e) 82, 194 e 56 c) 56, 82 e 58 19 Capitulo 04-QF1-PNLEM 85 29/5/05, 18:29 EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno 20 (Mackenzie-SP) O número de prótons, de elétrons e de nêutrons do átomo f 7 Cl é, respectivamente: a) 1 7, 1 7, 1 8 c) 1 7, 1 8, 1 8 e) 52, 35, 1 7 b) 35, 1 7, 1 8 d) 1 7, 35, 35 21 (UFV-MG) Observe a tabela abaixo: Elemento neutro X Y Número atômico 13 D Número de prótons A 15 Número de elétrons B 15 Número de nêutrons C 16 Número de massa 27 E Os valores corretos de A, B, C, D e E sao, respectivamente: a) 1 3, 1 4, 1 5, 1 6, 31 d) 1 3, 1 3, 1 4, 1 5, 31 b) 1 4, 1 4, 1 3, 1 6, 30 e) 1 5, 1 5, 1 2, 30, 31 c) 12, 12, 15, 30, 31 22 (UCDB-MS) O isótopo mais abundante do alumínio é o nM Os números de prótons, nêutrons e elétrons do íon Aí 3+ deste isótopo são, respectivamente: a) 1 3, 1 4 e 1 0 c) 1 0, 1 4 e 1 3 e) 1 0, 40 e 1 0 b) 1 3, 1 4 e 1 3 d) 1 6, 1 4 e 1 0 23 (Mackenzie-SP) O íon X 3 ~ tem 36 elétrons e 42 nêutrons. O átomo neutro X apresenta número atômico e número de massa, respectivamente: a) 42 e 78 c) 30 e 72 e) 36 e 75 b) 36 e 78 d) 33 e 75 24 (UFSM-RS) Observe as colunas: COLUNA 1 COLUNA II Átomo ou íon N° de prótons, de elétrons e de nêutrons, respectivamente i. 35 7 cr a. 1, 1, 0 2. b. 1 3, 1 0, 1 4 3. ÍH c. 1 7, 1 8, 1 8 4. f(Al 3+ d. 26, 26, 30 5. 3 ’P e. 15, 15, 16 f. 1 , 2, 1 A associação correta entre as colunas é: a) 1c-2d-3a - 4b - 5e b) 1f - 2c - 3b - 4a - 5d c) 1 c - 2e - 3b - 4d - 5f d) 1 b - 2d - 3f - 4c - 5a e) 1 d - 2a - 3c - 4b - 5f 25 Alguns estudantes de Química, avaliando seus conheci- mentos relativos a conceitos básicos para o estudo do átomo, analisam as seguintes afirmativas: I. Átomos isótopos são aqueles que possuem mesmo número atômico e números de massa diferentes. II. O número atômico de um elemento corresponde à soma do número de prótons com o de nêutrons. III. O número de massa de um átomo, em particular, é a soma do número de prótons com o de elétrons. IV. Átomos isóbaros são aqueles que possuem números atômicos diferentes e mesmo número de massa. V. Átomos isótonos são aqueles que apresentam núme- ros atômicos diferentes, números de massa diferentes e mesmo número de nêutrons. Esses estudantes concluem, corretamente, que as afirma- tivas verdadeiras são as indicadas por: a) I, III e V b) I, IV e V c) II e III d) II, III e V e) II e V 26 (UFF-RJ) A tabela seguinte fornece o número de prótons e o número de nêutrons existentes no núcleo de vários átomos. Átomo N 2 de prótons N 2 de nêutrons a 34 45 b 35 44 c 33 42 d 34 44 Considerando os dados da tabela, o átomo isótopo de a e o átomo que tem o mesmo número de massa do áto- mo a são, respectivamente: a) d e b b) c e d c) b e c d) b e d e) c e b O MODELO ATÔMICO DE RUTHERFORD-BOHR 5.1. Introdução O modelo atômico de Rutherford, que descrevemos nas páginas anteriores, foi um grande passo para a compreensão da estrutura interna do átomo. Mas esse modelo tinha algumas deficiências. De fato, Rutherford foi obrigado a admitir que os elétrons giravam ao redor do núcleo, pois, sem movimento,os elétrons (que são negativos) seriam atraídos pelo núcleo (que é positivo); conseqüentemente, iriam de encontro ao núcleo, e o átomo se "desmontaria" — mas essa ocorrência nunca foi observada. 86 Capitulo 04-QF1-PNLEM 86 29/5/05, 18:30 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Y No entanto, ao admitir o movimento de rotação dos elétrons em tor- no do núcleo, Rutherford acabou criando outro paradoxo. De fato, diz a Física Clássica que toda partícula elétrica em movimento circular t \ Elétron (como seria o caso dos elétrons) está constantemente emitindo ener- gia. Ora, se o elétron segue liberando (perdendo) energia, sua veloci- dade de rotação ao redor do núcleo teria de diminuir com o tempo. Desse modo, o elétron acabaria indo de encontro ao núcleo, descre- 'Núcleo vendo um movimento espiralado. Como sair então desse impasse? É o que explicaremos nos itens seguintes. Essas últimas dúvidas servem para mostrar, mais uma vez, de que maneira a ciência evolui — aos poucos, enfrentando as contradições apontadas por novas observações e experiências, sempre em bus- ca de modelos mais satisfatórios. 5.2. Um breve estudo das ondas A solução para os impasses apontados no item anterior começou a surgir com a mecânica ondulatória. Vamos então fazer um pequeno estudo das ondas. O exemplo mais simples é o das ondas do mar: Alguns dados importantes podem ser notados por um observador parado no ancoradouro: • o número de ondas que passam pelo ancoradouro por unidade de tempo, o que é chamado de freqüência e representado pela letra f { na figura acima, passam 4 ondas por minuto); a freqüên- cia pode ser medida em ciclos por minuto ou em ciclos por segundo, que é denominado hertz (símbolo Hz), em homenagem ao físico Heinrich Hertz; • a distância entre duas cristas consecutivas, o que é chamado de comprimento de onda e repre- sentado pela letra grega X (lambda); o comprimento de onda é medido em metros (ou seus múltiplos e submúltiplos); • a velocidade de passagem das ondas, que é chamada de velocidade de propagação, represen- tada por v e medida em metros por minuto. Essas três grandezas físicas — a velocidade de propagação (v), o comprimento de onda (X) e a freqüência ( f ) — caracterizam a onda, e relacionam-se de acordo com a seguinte fórmula matemática: v = Xf No exemplo da figura acima, se pelo ancoradouro estiverem passando 4 ondas por minuto e o comprimento de onda for de 0,5 metro, teremos então: v = 0,5 • 4 => v = 2 m/min isto é, ondas com velocidade de 2 metros por minuto. Capítulo 4 • A evolução dos modelos atômicos 87 Capitulo 04-QF1-PNLEM 87 13/7/05, 11:43 J. GUTIIERREZ SANCHEZ/ CID 5.3. As ondas eletromagnéticas Para a continuação de nossos estudos é importante considerar agora as chamadas ondas eletromagnéticas. Essas ondas são formadas pela oscilação simultânea de um campo elétrico e de um campo magnético perpendiculares entre si. A onda eletromagnética se desloca na direção do eixo x; o campo elétrico oscila na direção do plano xy; e o campo magnético, na direção do plano xz. Campo magnético Em nosso cotidiano, o exemplo mais comum de onda ou oscilação eletromagnética é a luz. Uma observação de grande importância é notar o comportamento da luz ao atravessar um prisma de vidro. Um feixe de luz branca (luz solar ou de uma lâmpada incandescente comum) se decompõe em várias cores, que formam o chamado espectro luminoso, conforme mostramos na ilustração a seguir: Vermelho ■ Alaranjado I Amarelo S Verde I Azul ? Dispersão da luz branca através de um prisma. Anil I Violeta I Vista frontal do anteparo A ilustração acima mostra um espectro contínuo, pois as cores vão variando gradativamente do vermelho ao violeta — que são os dois limites extremos para nossa visão. Fenômeno idêntico ocorre na formação do arco-íris, em que as gotículas de água no ar agem sobre a luz do mesmo modo que o prisma de vidro. 88 Capitulo 04-QF1-PNLEM 88 22/6/05, 15:08 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Qual é a diferença entre uma cor e outra? Hoje sabemos que a diferença reside nos comprimentos de onda e nas freqüências, que variam para cada cor. Em um semáforo, por exemplo, temos as cores: • verde, com X = 530 nm • amarelo, com X = 580 nm Essas cores são exemplos de luzes monocromáticas • vermelho, com X = 700 nm (do grego monos, um; chroma, cor). (nm = nanômetro = 1 0 9 metros) Hoje sabemos também que o espectro completo das ondas eletromagnéticas é muito mais amplo do que o da luz visível, isto é, das ondas que podemos perceber por meio da visão. O esquema seguinte procura dar uma idéia do espectro eletromagnético completo: Luz visível icr 16 nr” ür 42 nr ' 10 \ nr 1 Comprimento de onda aumenta <= Diâmetro do átomo Frequência (e energia) aumenta 1 CT 1 (T 10"' 10 1 m 10 | 10 1 km 1 0 6 X (m) Hz Raios cósmicos Q 1 0 24 1 0 22 1 0 2U 10" 10 " 10 10 10 “ 10 10 10 10 Raios y Raios X Produzidos em reações nucleares Microondas e radar Rádio e TV Rádio (ondas longas) Produzido por osciladores elétricos de corrente alternada Energia solar A luz branca visível é formada por: - O espectro visível 4 - 10 "' 5 -10 6-10"' 7 - 10 “ X (m) A velocidade de propagação (v) de todas as ondas eletromagnéticas no vácuo é igual e constante, valendo aproximadamente 300.000 quilômetros por segundo. Essa é uma velocidade enorme, tanto que a luz do Sol demora apenas 8 minutos e 30 segundos para chegar à Terra, embora a distância média do Sol à Terra seja de aproximadamente 150 milhões de quilômetros. Capítulo 4 • A evolução dos modelos atômicos 89 Capitulo 04-QF1-PNLEM 89 29/5/05, 18:30 Voltemos agora à experiência de produzir um espectro luminoso fazendo a luz atravessar um pris- ma de vidro, como vimos na página 88. Se em vez da luz solar ou de uma lâmpada incandescente usássemos um tubo semelhante ao de Geissler (página 75), contendo o gás hidrogênio a baixa pressão e sob alta tensão elétrica ("lâmpada" de hidrogênio), o fenômeno observado seria bem diferente: Vermelho ■■ Azul mm Anil — Violeta Vista frontal do anteparo Em lugar do espectro contínuo (isto é, contendo todas as cores), vemos agora no anteparo apenas algumas linhas coloridas, permanecendo o restante totalmente escuro. Dizemos então que o espectro é descontínuo e chamamos as linhas luminosas de raias ou bandas do espectro. A descontinuidade do espectro não ocorre só com o hidrogênio, mas com todos os elementos quími- cos. É também muito importante notar que as raias do espectro são constantes para um dado elemento químico, mas mudam de um elemento para outro, como mostramos no esquema abaixo: Espectro de hidrogênio H Espectro de hélio ■ I Espectro de sódio I Espectro contínuo Vermelho Alaranjado Amarelo Verde Azul Anil Violeta Comprimento de onda crescente c =1 Alguns espectros da luz visível. Cada elemento químico tem seu espectro característico, como se fosse uma “impressão digital”. Pois bem, no início do século XX surgiu a seguinte pergunta: estariam essas raias do espectro descontínuo ligadas à estrutura atômica? É o que esclareceremos no item seguinte. 5.4. O modelo de Rutherford-Bohr O cientista dinamarquês Niels Bohr aprimorou, em 1913, o modelo atômico de Rutherford, utili- zando a teoria de Max Planck. Em 1 900, Planck já havia admitido a hipótese de que a energia não seria emitida de modo contínuo, mas em "pacotes". A cada "pacote de energia" foi dado o nome de quantum. Surgiram, assim, os chamados postulados de Bohr: • os elétrons se movem ao redor do núcleo em um número limitado de órbitas bem definidas, que são denominadas órbitas estacionárias; • movendo-se em uma órbita estacionária, o elétron não emite nem absorve energia; • ao saltar de uma órbita estacionária para outra, o elétron emite ou absorve uma quantidade bem definida de energia, chamada quantum de energia (em latim, o plural de quantum é quanta ). 90 Capitulo 04-QF1-PNLEM 90 29/5/05, 18:30 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Essa emissão de energia é explicada a seguir. Recebendo energia (térmica, elétrica ou luminosa) do exterior, o elétron salta de uma órbita mais interna para outra mais externa; a quan- tidade de energia recebida é, porém, bem definida (um quantum de energia). Pelo contrário, ao "voltar" de uma órbita mais externa para outra mais interna, o elétron emite um quantum de energia, na forma de luz de cor bem definida ou outra radiação eletromagnética, como ultravio- leta ou raios X (daí o nome de fóton, que é dado para esse quantum de energia). Esses saltos se repetem milhões de vezes por segundo, produzindo assim uma onda eletromagnética, que nada mais é do que uma sucessão de fótons (ou quanta ) de energia. Considerando que os elétrons só podem saltar entre órbitas bem definidas, é fácil entender por que nos espectros descontínuos aparecem sempre as mesmas raias de cores também bem definidas. Mais uma vez, notamos a ligação entre matéria e energia — nesse caso, a energia luminosa. No caso particular do átomo de hidrogênio, temos um esquema com a seguinte relação entre os saltos dos elétrons e as respectivas raias do espectro: Três possíveis saltos do elétron do elemento hidrogênio Acompanhando a figura anterior, verifique que: quan- do o elétron volta da órbita número 4 para a de número 1 , ele emite luz de cor azul; da 3 para a 1, produz luz verde; e, da 2 para a 1, produz luz vermelha. E fácil entender que átomos maiores, tendo maior nú- mero de elétrons, darão também maior número de raias espectrais; além disso, quando o elemento químico é aque- cido a temperaturas mais altas (isto é, recebe mais ener- gia), o número de "saltos eletrônicos" e, conseqüentemen- te, o número de raias espectrais também aumenta; no limi- te as raias se "juntam" e formam um espectro contínuo, como o produzido pela luz solar ou pelo filamento de tungsténio de uma lâmpada incandescente, quando acesa. Assim, ao modelo atômico de Rutherford, corrigido pelas ponderações de Bohr, foi dado o nome de modelo atômico de Rutherford-Bohr (1 91 3). Niels Henrik David Bohr Nasceu em Copenha- gue, Dinamarca, em 1885. Estudou na Di- namarca e na Inglater- ra. Foi professor da Universidade e diretor do Instituto de Física Teórica de Copenha- gue. Por seus traba- lhos sobre estrutura atômica, recebeu o Prêmio Nobel de Físi- ca de 1922. Estudou a fissão nuclear, contribuindo assim para o desen- volvimento da energia atômica. Faleceu em 1 962. Em sua homenagem, o elemento químico 1 07 re- cebeu o nome bóhrio (Bh). Capítulo 4 • A evolução dos modelos atômicos 91 29/5/05, 18:30 Capitulo 04-QF1-PNLEM 91 Estudos posteriores mostraram que as órbitas eletrônicas de todos os átomos conhecidos se agru- pam em sete camadas eletrônicas, denominadas K, L, M, N, 0, P, Q. Em cada camada, os elétrons possuem uma quantidade fixa de energia; por esse motivo, as camadas são também denominadas estados estacionários ou níveis de energia. Além disso, cada camada comporta um número máximo de elétrons, conforme é mostrado no esquema a seguir: 2 8 18 32 32 18 2 A M N O P Q ATIVIDADES PRÁTICAS 1- Procure decompor a luz solar com um prisma de vi- dro. Use, por exemplo, uma janela pouco aberta para obter um feixe estreito de luz solar. Faça-o passar por um prisma de vidro e projete o "arco-íris" formado sobre uma folha de papel branco. 2- Observe a decomposição da luz solar ou de uma lâm- pada na superfície de um CD. São os pequenos sul- cos existentes no CD que provocam esse fenômeno (cuidado: não dirija a luz solar refletida diretamente para seus olhos). Responda em seu caderno a) Qual era o defeito do modelo atômico de Rutherford? b) O que é freqüência? c) O que é comprimento de onda? d) O que é velocidade de propagação? e) O que são ondas eletromagnéticas? f) A que corresponde o espectro luminoso completo? g) Qual é o valor da velocidade de propagação, em km/s, de todas as ondas eletro- magnéticas? h) Qual é o comportamento do espectro descontínuo para cada elemento químico? i) O que acontece com o elétron quando ele se move em uma órbita estacionária? j) O que ocorre com o elétron na passagem de uma órbita estacionária para outra? k) Quantas camadas eletrônicas podem existir nos átomos já conhecidos? Como elas são denominadas? 92 Capitulo 04-QF1-PNLEM 92 6/7/05, 14:30 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno 27 (PUC-MC) Observe as duas colunas abaixo: 1 . Dalton A. Descoberta do núcleo e seu ta- manho relativo. 2. Rutherford B. Átomos esféricos, maciços, indivisíveis. 3. Niels Bohr C. Modelo semelhante a um "pudim de passas" com cargas positivas e negativas em igual número. 4. J. j. Thomson D. Os elétrons giram em torno do nú- cleo em determinadas órbitas. Qual das seqüências traz a relaçao correta entre os no- mes dos cientistas e os modelos atômicos? a) 1A-2B-4C-3D b) 1A-4B- 3C-2D c) 2A-1B-4C-3D d) 3A - 4B - 2C - 1 D e) 4A-1B-2C-3D 28 Chama-se fóton certa quantidade de energia capaz de: a) sempre expulsar o elétron do átomo b) sempre que absorvida pelo elétron, mudar a sua traje- tória para outra mais externa. c) apenas manter o elétron em órbita. d) desintegrar o átomo. e) transformar o átomo num ânion. 29 O máximo de elétrons que um átomo pode representar na camada N é: a) 2 b) 8 c) 1 8 d) 32 e) 64 30 (FMTM-MG) Fogos de artificio utilizam sais de diferentes íons metálicos misturados com um material explosivo. Quando incendiados, emitem diferentes colorações. Por exemplo: sais de sódio emitem cor amarela, de bário, cor verde e de cobre, cor azul. Essas cores são produzidas quando os elétrons excitados dos íons metálicos retornam para níveis de menor energia. O modelo atômico mais adequado para explicar esse fenômeno é o modelo de: a) Rutherford d) Dalton b) Rutherford-Bohr e) Millikan c) Thomson 31 (UFV-MG) O sal de cozinha (NaCl) emite luz de colora- ção amarela quando colocado numa chama. Baseando- se na teoria atômica, é correto afirmar que: a) os elétrons do cátion Na + , ao receberem energia da chama, saltam de uma camada mais externa para uma mais interna, emitindo luz amarela. b) a luz amarela emitida nada tem a ver com o sal de cozinha, pois ele não é amarelo. c) a emissão da luz amarela se deve a átomos de oxigênio. d) os elétrons do cátion Na + , ao receberem energia da chama, saltam de uma camada mais interna para uma mais externa e, ao perderem a energia ganha, emi- tem-na sob a forma de luz amarela. e) qualquer outro sal também produziria a mesma co- loração. 32 (UFRGS-RS) Uma moda atual entre as crianças é colecio- nar figurinhas que brilham no escuro. Essas figuras apre- sentam em sua constituição a substância sulfeto de zin- co. O fenômeno ocorre porque alguns elétrons que com- põem os átomos dessa substância absorvem energia lu- minosa e saltam para níveis de energia mais externos. No escuro, esses elétrons retornam aos seus níveis de ori- gem, liberando energia luminosa e fazendo a figurinha brilhar. Essa característica pode ser explicada consideran- do o modelo atômico proposto por: a) Dalton. c) Lavoisier. e) Bohr. b) Thomson. d) Rutherford. Exercício resolvido 33 Uma emissora de rádio transmite na freqüência de 1 .000 kHz (quilohertz). Sabendo-se que a velocida- de das ondas eletromagnéticas é de aproximadamen- te 300.000 km/s, pede-se calcular o comprimento de onda da emissora. Resolução Sendo v = X • f, temos: 300.000 = X • 1 .000.000 => X = 0,3 km (300 m) 34 Uma emissora de televisão transmite na faixa de 76 a 82 MHz (megahertz). Sendo de 300.000 km/s a veloci- dade das ondas eletromagnéticas, qual é a faixa de com- primentos de onda utilizada por essa emissora? Note que a resposta deste exercício será menor do que a do ante- rior, pois as emissoras de televisão empregam ondas mais curtas do que as das emissoras de rádio AM. EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno 35 (UFRGS-RS) O conhecimento sobre estrutura atômica evoluiu à medida que determinados fatos experimen- tais eram observados, gerando a necessidade de propo- sição de modelos atômicos com características que os explicassem. Fatos observados I. Investigações sobre a natureza elétrica da matéria e descargas elétricas em tubos de gases rarefeitos. II. Determinação das leis ponderais das combinações químicas. III. Análise dos espectros atômicos (emissão de luz com cores características para cada elemento). IV. Estudos sobre radioatividade e dispersão de partícu- las alfa. Características do modelo atômico 1 . Átomos maciços, indivisíveis e indestrutíveis. 2. Átomos com núcleo denso e positivo, rodeado pelos elétrons negativos. 3. Átomos com uma esfera positiva onde estão distri- buídas, uniformemente, as partículas negativas. 4. Átomos com elétrons, movimentando-se ao redor do núcleo em trajetórias circulares — denominadas ní- veis — com valor determinado de energia. A associação correta entre o fato observado e o modelo atômico proposto, a partir deste subsídio, é: a) I - 3; II - 1 ; III - 2; IV - 4 d) I - 4; II - 2; III - 1 ; IV - 3 b) I - 1; II - 2; III -4; IV- 3 e) I - 1; II - 3; III - 4; IV - 2 c) I - 3; II - 1; III - 4; IV- 2 Capítulo 4 • A evolução dos modelos atômicos 93 Capitulo 04-QF1-PNLEM 93 29/5/05, 18:30 36 (UCF-RJ) O físico dinamarquês Niels Bohr (1885-1962) enunciou, em 1 91 3, um modelo atômico que relacionou a quantidade de energia dos elétrons com sua localiza- ção na eletrosfera. Em relação à energia associada às transições eletrônicas, um elétron, ao absorver energia, pode sofrer a seguinte transição: a) da órbita N para a órbita M. b) da órbita P para a órbita O. c) da órbita L para a órbita K. d) da órbita O para a órbita P. e) da órbita M para a órbita L 37 (PUC-RS) Quando se salpica um pouco de cloreto de sódio ou bórax diretamente nas chamas de uma lareira, ob- têm-se chamas coloridas. Isso acontece porque nos áto- mos dessas substâncias os elétrons excitados: a) absorvem energia sob forma de luz, neutralizando a carga nuclear e ficando eletricamente neutros. b) retornam a níveis energéticos inferiores, devolvendo energia absorvida sob forma de luz. c) recebem um quantum de energia e distribuem-se ao redor do núcleo em órbitas mais internas. d) emitem energia sob forma de luz e são promovidos para órbitas mais externas. e) saltam para níveis energéticos superiores, superando a carga nuclear e originando um ânion. 38 (UFPI) O sulfeto de zinco (ZnS) tem a propriedade denomi- nada fosforescência, capaz de emitir um brilho amarelo- esverdeado depois de exposto à luz. Analise as afirmativas abaixo, todas relativas ao ZnS, e indique a opção correta: a) salto de núcleos provoca fosforescência. b) salto de nêutrons provoca fosforescência. c) salto de elétrons provoca fosforescência. d) elétrons que absorvem fótons aproximam-se do núcleo. e) ao apagar a luz, os elétrons adquirem maior conteú- do energético. O MODELO DOS ORBITAIS ATÔMICOS Como já comentamos, novas observações, experiências e cálculos levam os cientistas a novas conclu- sões. Desse modo, verificou-se também que o elétron se comporta ora como partícula, ora como onda, dependendo do tipo de experiência. Devemos, portanto, deixar de entender o elétron como uma boli- nha em movimento rápido e assumi-lo como um ente físico que tem comportamento dual — uma partícula-onda. De fato, já em 1 924, o físico francês Louis De Broglie havia lançado a hipótese de que, se a luz apresenta natureza dual, uma partícula também teria propriedades ondulatórias. De Broglie tentou associar a natureza dual da luz ao comportamento do elétron, enunciando o seguinte postulado: A todo elétron em movimento está associada uma onda característica (princípio da dualidade ou de De Broglie). Outra consideração muito importante é a seguinte: podemos medir, com boa precisão, a posição e a velocidade de "corpos grandes", como, por exemplo, de um automóvel numa estrada, com um aparelho de radar. O elétron, no entanto, é tão pequeno que, se tentássemos determinar sua posição ou velocidade, os próprios instrumentos de medição alterariam essas determinações. (Pense num exem- plo grosseiro: se, para medir a velocidade de uma roda, nós precisarmos encostar nela um velocímetro, o atrito do velocímetro estará "freando" a roda e, portanto, alterando sua velocidade.) Por isso Werner Heisenberg, em 1 926, afirmou que "quanto maior for a precisão na medida da posição de um elétron, menor será a precisão da medida de sua velocidade e vice-versa", e enunciou o seguinte princípio: 0 TD o õ o o 0 TD OS 0 TO O tõ o> Não é possível calcular a posição e a velocidade de um elétron, num mesmo instante (princípio da incerteza ou de Heisenberg). FRANK & ERNEST® by Bob Thaves INGRESSOS PARA A PALESTRA HEISENBERG E O PRINCÍPIO t> A INCERTEZA " 94 Capitulo 04-QF1-PNLEM 94 29/5/05, 18:30 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Devido à dificuldade de se prever a posição exata de um elétron na eletrosfera, o cientista Erwin Schrõdinger (1926) foi levado a calcular a região onde haveria maior probabilidade de se encontrar o elétron. Essa região do espaço foi denominada orbital. Orbital é a região do espaço ao redor do núcleo onde é máxima a probalidade de encontrar um determinado elétron. Façamos uma comparação grosseira: Quando um avião está com os motores parados, nós vemos as pás das hélices em posições fixas e bem definidas. Quando os motores estão funcionando, vemos círculos dentro dos quais teremos, em qualquer posição, a probabilidade de “topar” com uma pá da hélice. Esses círculos podem ser chamados de “orbitais" das pás das hélices. Tomando como exemplo o átomo de hidrogênio, que possui um único elétron, teremos: / O ; Segundo o modelo atômico de Rutherford-Bohr, o elétron seria uma pequena partícula girando em alta velocidade em uma órbita circular. Segundo o modelo de orbitais, o elétron é uma partícula-onda que se desloca no espaço, mas estará com maior probabilidade dentro de uma esfera (orbital) concêntrica ao núcleo. Devido à sua velocidade, o elétron fica dentro do orbital, assemelhando-se a uma nuvem eletrônica. PODE-SE VER O ÁTOMO? 1 Não se pode ver um átomo isolado exatamente como foi descrito nos vários modelos que acabamos de abordar. No entanto, podem- se ver manchas coloridas, na tela de um computador, dando a loca- lização dos átomos num dado material. Essas manchas são obtidas através do chamado microscópio de tunelamento em uma técnica criada na década de 1980. Não se esqueça, porém, de que a ciência sempre procura dar um passo à frente. De fato, em meados de 2003, foi anunciada a descober- ta de um processo para detectar as nuvens eletrônicas do átomo de silício. Um pulso de raios X muito rápido (da ordem de 1 CT 18 segundos) arranca elétrons dos átomos e um segundo pulso de raios X "fotogra- fa" a reposição desses elétrons, medindo a energia eletromagnética que é liberada. O fenômeno é analisado por supercomputadores, que criam uma imagem colorida da nuvem eletrônica. Imagem de átomos de ouro (em amarelo e vermelho) sobre uma base de átomos de grafite (em verde), vistos ao microscópio de tunelamento. Aumento: 28 milhões de vezes. Capítulo 4 • A evolução dos modelos atômicos 95 Capitulo 04-QF1-PNLEM 95 6/7/05, 14:32 PHILIPPE PLAILLY / SPL-STOCK PHOTOS OS ESTADOS ENERGETICOS DOS ELETRONS Devido às dificuldades expostas no item anterior, os cientistas preferem, atualmente, identificar os elétrons por seu conteúdo de energia. Por meio de cálculos matemáticos, chegou-se à conclusão de que os elétrons se dispõem ao redor do núcleo atômico, de acordo com o diagrama energético abaixo: Esse diagrama nos fornece alguns dados importantes, como veremos a seguir. 7.1. Níveis energéticos São as sete "escadas" que aparecem no diagrama anterior e onde os elétrons têm um conteúdo de energia crescente. Esses níveis correspondem às sete camadas ( K , L, M, N, O, P e Q) do modelo de Rutherford-Bohr. Atualmente, eles são identificados pelo chamado número quântico principal (ri), que é um número inteiro, variando de 1 a 7. 7.2. Subníveis energéticos São os "degraus" de cada escada existente no diagrama anterior. De cada degrau para o seguinte há, também, aumento no conteúdo de energia dos elétrons. Esses subníveis são identificados pelo chamado número quântico secundário ou azimutal (í), que assume os valores 0, 1, 2 e 3, mas que é habitualmente designado pelas letras s, p, d, f, respectivamente. Note que, no diagrama anterior, nós já escrevemos um "endereço" sobre cada degrau. Assim, por exemplo, se for mencionada a posição 3 p, devemos saber que se trata do segundo degrau da terceira escada, no tocante ao nível de energia. 7.3. Orbitais Completando o modelo atual da eletrosfera, devemos acrescentar que cada subnível comporta um número diferente de orbitais, de acordo com o diagrama energético mais completo que mostra- mos a seguir: 96 Capitulo 04-QF1-PNLEM 96 29/5/05, 18:31 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A Energia t i .2 *5à •— V o o -a o c o £ 3 < 6 d 5f 7 s 6p 5d 4í 6s 5 P 4d 5s 4p 3c/ 45 3 P 3s 2p 2s Is Núcleo Nesse diagrama, cada orbital é representado simbolicamente por um quadradinho. Vemos que os subníveis ("degraus") s, p, d, f, contêm sucessivamente 1, 3, 5, 7 (seqüência de números ímpares) orbitais. Os orbitais são identificados pelo chamado número quântico magnético (M t ou m ). Num dado subnível, o orbital central tem o número quântico magnético igual a zero; os orbitais da direita têm m = +1, +2, +3; os da esquerda têm m = — 1, -2, -3, como está exemplificado abaixo: -3 -2 -1 0 + 1 +2 + 3 7 . 4 . Spirt Finalmente, cálculos matemáticos provaram que um orbital comporta no máximo dois elétrons. No entanto, surge uma dúvida: se os elétrons são negativos, por que não se repelem e se afastam? A explicação é a seguinte: os elétrons podem girar no mesmo sentido ou em sentidos opostos, criando campos magnéticos que os repelem ou os atraem. Essa rotação é conhecida como spin (do inglês to spin, girar): Spins paralelos (repulsão) Spins opostos ou antiparalelos (atração) Capítulo 4 • A evolução dos modelos atômicos 97 29/5/05, 18:31 Capitulo 04-QF1-PNLEM 97 Daí a afirmação, conhecida como princípio da exclusão de Pauli: Um orbital comporta no máximo dois elétrons, com spins contrários. Desse modo, a atração magnética entre os dois elétrons contrabalança a repulsão elétrica entre eles. O spine identificado pelo chamado numero quântico de spin(M s ou s), cujos valores são —— e +—. Normalmente, a representação dos elétrons nos orbitais é feita por meio de uma seta: |f | representa, por convenção, um elétron com spin negativo s = f| representa, por convenção, um elétron com spin positivo s = + l 7.5. A identificação dos elétrons Resumindo, podemos dizer que cada elétron da eletrosfera é identificado por seus quatro números quânticos: • o número quântico principal: n • o número quântico magnético: m ou M t • o número quântico secundário: l • o número quântico do spin: s ou M s Por exemplo, os dois elétrons do elemento hélio têm os seguintes números quânticos: K(n = Como 1 ) 12 22 t 1 s(l = 0) 1 2 elétron: n = 1 , l = 0, m = 0, s = 2° elétron: n = 1 , l = 0, m = 0, s = segundo exemplo, observe o diagrama parcial abaixo: Neste diagrama, o elétron que está assinalado (f) tem os seguintes números quânticos: n = 3 ; l = 1 ; m = - 1 ; s = — y Esse elétron será representado simbolicamente por: Indica o número quântico principal | Indica a quantidade de elétrons existente nesse subnível | Indica o número quântico secundário Por analogia, podemos dizer que um elétron é localizado por seus quatro números quânticos, da mesma maneira que uma pessoa é localizada por seu endereço — nome da rua, número do prédio, andar e número do apartamento. Assim, podemos enunciar o princípio da exclusão de Pauli: Num átomo, não existem dois elétrons com os quatro números quânticos iguais. 98 Capitulo 04-QF1-PNLEM 98 29/5/05, 18:31 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A No preenchimento dos orbitais, outra regra importante é a chamada regra de Hund ou da máxi- ma multiplicidade, que diz: Em um mesmo subnível, de início, todos os orbitais devem receber seu primeiro elé- tron, e só depois cada orbital irá receber seu segundo elétron. Assim, a ordem de entrada dos seis elétrons num orbital do tipo p será: I 2 elétron 2- elétron 3 2 elétron 4 2 elétron 5 2 elétron 6 2 elétron Por fim, é importante não confundir: • elétron mais afastado do núcleo (ou elétron de valência) é aquele com maior valor do número quântico principal (n); • elétron mais energético é aquele situado no nível (n) ou subnível (l) de maior energia, o que é dado pela soma n + l. Por exemplo, na distribuição eletrônica do átomo de escândio, temos: Elétron mais t t t t t t u t t 1 1 t J t u H H Responda em seu caderno a) Segundo De Broglie, qual o comportamento do elétron? b) Qual é o princípio de Heisenberg? c) O que é orbital? d) Ao que correspondem os níveis energéticos no modelo de Rutherford-Bohr? e) O que são subníveis energéticos? f) O que é spin ? g) Como um elétron pode ser identificado em um átomo? h) Qual é o elétron mais afastado do núcleo (ou elétron de valência)? i) Qual é o elétron mais energético? Capítulo 4 • A evolução dos modelos atômicos 99 Capitulo 04-QF1-PNLEM 99 29/5/05, 18:31 EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno Exercício resolvido 39 Quais são os subníveis que formam a camada eletrô- nica L ? Resolução Olhando para o diagrama energético, concluímos que a camada L (que corresponde ao número quântico principal n = 2) só pode apresentar os subníveis s e p. 40 Quais sao os subníveis que podem existir no nível energético de número quântico principal ( n ) igual a 4? Exercício resolvido 41 Qual o número máximo de orbitais que podem exis- tir no nível energético M ? Resolução Pelo diagrama dos níveis energéticos, vemos que o nível ou camada M (n = 3) poderá apresentar, no máximo, 9 orbitais. 42 Qual o número máximo de elétrons que o nível N com- porta? 43 (Fatec-SP) Considere as afirmações abaixo. I. em um subnível d há 7 orbitais; II. em um subnível p há 3 orbitais; III. em um orbital s cabem 2 elétrons; IV. em um orbital p cabem 6 elétrons. Quanto a tais afirmações: a) apenas a II é correta. b) apenas a I e a II são corretas. c) apenas a II e a III são corretas. d) apenas a II, a III e a IV são corretas. e) todas são corretas. Exercício resolvido 44 Um átomo possui, numa camada, os subníveis s, p e d com o máximo de elétrons. Quantos elétrons pos- sui essa camada, supondo que apenas os subníveis s, p e d estejam presentes? Resolução • O subnível s contém, no máximo • O subnível p contém, no máximo • O subnível d contém, no máximo TOTAL 2 elétrons 6 elétrons 1 0 elétrons 1 8 elétrons 45 Quantos elétrons tem um átomo que apresenta os subníveis 1 s, 2s, 2 p lotados? 46 (UFSM-RS) Em relação à configuração eletrônica nos níveis e subníveis dos átomos, analise as seguintes afir- mativas: I. Quanto maior a distância de um elétron do núcleo, maior será a sua energia total. II. A terceira e quarta camadas admitem, no máximo, 32 elétrons. III. A primeira camada é a menos energética e pode ter, no máximo, 8 elétrons. Está(ão) correta(s): a) I apenas d) I e II apenas b) II apenas e) II e III apenas c) III apenas Exercício resolvido 47 Coloque no esquema abaixo, que representa o subnível d, um total de 7 elétrons. Indique os quatro números quânticos do último elé- tron colocado, sabendo-se que esse subnível é da camada M. Resolução Inicialmente devemos notar que: • no nível ou camada M — * n = 3 • no subnível d *■ 1=2 A seguir devemos lembrar que a ordem de coloca- ção dos sete elétrons no subnível obedece à regra de Hund (os números escritos abaixo da figura indi- cam a ordem de "entrada" dos elétrons): m — > Ordem de entrada — > Concluímos então que os quatro números quânticos que indicam esse sétimo e último elétron são: n = 3; l = 2; m = — 1 ; s = + — 2 -2 -1 0 +1 +2 u u t t t 1 2 3 4 5 6 ® 48 (Ufac) Um elétron localiza-se na camada "2" e subnível "p" quando apresenta os seguintes valores de números quânticos: a) rr = 4 e 1=0 d) n = 3 e í = 1 b) n = 2 e 1=1 e) n = 2 e 1 = 0 c) n = 2 e 1 = 2 49 No caderno, indique qual é o conjunto dos quatro nú- meros quânticos que representam o elétron assinalado abaixo e que está situado no subnível 4 f . t 50 Indique os quatro números quânticos do primeiro elé- tron colocado no subnível 5s. 51 (Cesgranrio-Rj) Qual é a opção que contraria a regra de Hund? a) □ «o tmt b) O e) tH c) tlt t 100 Capitulo 04-QF1-PNLEM 100 29/5/05, 18:31 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno 52 Qual o número máximo de orbitais que o subnível dcom- porta? 53 Qual o número máximo de elétrons que podem existir no subnível f? 54 (FEP-PA) Colocar em ordem crescente de energia os subníveis eletrônicos: 4 d 4 f 5 P 6s a) 4d < 4f < 5p < 6 s d) 5p < 6s < 4f< 4 d b) 4f < 4d < Sp < 6 s e) 6s < 5p < 4d < 4 f c) 4d < Sp < 6s < 4 f 55 Um elétron da camada N está no subnível s. Quais são os valores denet para esse elétron? 56 (FEI-SP) O número máximo de elétrons com spin — -y no subnível d é: a) 2 c) 8 e) 5 b) 1 0 d) 7 57 (Fesp-PE) O último elétron distribuído de um átomo de um determinado elemento químico tem a ele associados os seguintes números quânticos: 4, 0, 0 e +y . É correto afirmar que: a) O átomo tem os seus elétrons distribuídos em três camadas de energias. b) O átomo tem dez elétrons distribuídos em orbitais do tipo p. c) O último elétron distribuído desse átomo encontra-se em um orbital do tipo s. d) O número total de elétrons desse átomo é igual a 1 6. e) O valor numérico do número quântico secundário as- sociado ao penúltimo elétron desse átomo é igual a 2. 58 (FEP-PA) Um elétron se encontra num subnível d de um determinado átomo. Qual o número quântico magnéti- co impossível para esse elétron? a) 0 c) +1 e) +3 b) -1 d) +2 59 (Uespi) Dado o átomo 17 X o conjunto dos quatro núme- ros quânticos para o 1 1- elétron do subnível p é: a) 3, 1, 0 e - — 2 d) 3, 2, 0 e - — ' 2 b) 3, 1 , 0 e ± — 2 e) 3, 2, 0 e + — 2 c) 3, 1, 0 e + — 2 A DISTRIBUIÇÃO ELETRÔNICA 8.1. Distribuição eletrônica em átomos neutros A distribuição dos elétrons em um átomo neutro pode ser feita pelo diagrama dos níveis energéticos, que vimos no item anterior. No entanto, o cientista Linus Pauling imaginou um diagrama que simplifica essa tarefa e que passou a ser conhecido como diagrama de Pauling: Diagrama de Pauling Linus Cari Pauling Nasceu nos Estados Unidos em 1901. Formou-se em Engenharia Química. Doutorou-se no Instituto de Tecnologia da Califórnia e esta- giou em várias universidades euro- péias. Em 1927, tornou-se profes- sor do Instituto de Tecnologia da Califórnia e, em 1968, da Universi- dade Stanford. Seus trabalhos mais importantes versam sobre a estrutura atômica, a natureza das ligações químicas e a estrutura das proteínas. Divulgou o uso da vitamina C no combate ao resfriado e a certos tipos de câncer. Foi um ardoroso pacifista. Recebeu o Prêmio Nobel de Química em 1 954 e o Prêmio Nobel da Paz em 1 962. Faleceu em 1994 nos Estados Unidos. Capítulo 4 • A evolução dos modelos atômicos 101 101 Capitulo 04-QF1-PNLEM 29/5/05, 18:31 A Consideremos, como exemplo, a distribuição dos 26 elétrons de um átomo de ferro (Z = 26). Aplicando o diagrama de Pauling, temos: O que foi feito? Apenas o seguinte: percorremos as diagonais, no sentido indicado, colocando o número máximo de elétrons permitido em cada subnível, até inteirar os 26 elétrons que o ferro possui. De fato, veja que, no último orbital atingido (3 d), nós colocamos apenas seis elétrons, com os quais comple- tamos a soma 26 elétrons, e não 10 elétrons, que é o máximo que um subnível d pode comportar. Essa é a distribuição dos elétrons num átomo de ferro considerado em seu estado normal ou estado fundamental. Para indicar, de modo abreviado, essa distribuição eletrônica, escrevemos: 1 s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6 Reparem que escrevemos os subníveis Is, 2 s, 2 p ... em ordem crescente de energia e colocamos um "expoente" para indicar o número total de elétrons existente em cada subnível considerado. Evidentemente, a soma dos "expoentes" é igual a 26, que é o número total de elétrons do átomo de ferro. Veja também que, somando os "expoentes" em cada linha horizontal, obtemos o número total de elétrons existentes em cada camada ou nível eletrônico do ferro. Podemos, então, concluir que a distri- buição eletrônica do átomo de ferro, por camadas, é: K = 2; L = 8; M = 1 4; N = 2 8.2. Distribuição eletrônica nos íons A distribuição eletrônica nos íons é semelhante à dos átomos neutros. No entanto, é importante salientar que os elétrons que o átomo irá ganhar ou perder (para se transformar num íon) serão recebi- dos ou retirados da última camada eletrônica, e não do subnível mais energético. Assim, por exem- plo, o átomo de ferro (número atômico = 26) tem a seguinte distribuição eletrônica: 1 s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6 Última camada ^ Subnível mais energético ou K = 2; L = 8; M = 1 4; N = 2 Última camada Quando o átomo de ferro perde 2 elétrons e se transforma no íon Fe 2+ , este terá a seguinte distribuição eletrônica: 1 s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3 d 6 ou K = 2; L = 8; M = 14 102 Capitulo 04-QF1-PNLEM 102 29/5/05, 18:31 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Evidentemente, se o átomo de ferro perder 3 elétrons e se transformar no íon Fe 3+ , este terá a seguinte distribuição eletrônica: '\s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d s ou K = 2; L = 8; M = 1 3 Consideremos agora o caso de formação de um íon negativo, digamos, por exemplo, S 2 ~. O enxo- fre (número atômico = 16) tem a seguinte distribuição eletrônica: 1 s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 ou K= 2; L = 8; M = 6 Última camada * Última camada * Quando o átomo de enxofre ganha 2 elétrons e se transforma no íon S 2- , este terá a seguinte distribuição eletrônica: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 ou K = 2; L = 8; M = 8 EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno Exercício resolvido 60 Utilizando o diagrama de Pauling e considerando o elemento químico tungsténio (W), de número atô- mico igual a 74, responda às seguintes questões: a) Qual a distribuição eletrônica do átomo de tungsténio por camadas ou níveis energéticos? b) Qual a distribuição por subníveis energéticos? c) Quais os elétrons mais externos? d) Quais os elétrons com maior energia? Resolução Seguindo o diagrama de Pauling, temos: s p d f a) Distribuição eletrônica por camadas: K = 2; L = 8; M = 18; N = 32; O = 12; P = 2. b) Distribuição eletrônica por subníveis: '\s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d™4p 6 5s 2 4d™5p 6 6s 2 4f 4 5(f. c) Elétrons mais externos, ou mais afastados, são os dois elétrons situados no subnível 6s, pois eles pertencem à última camada que recebeu elétrons, no caso, a camada P. A última camada recebe tam- bém o nome de camada ou nível de valência. d) Elétrons de maior energia são os quatro elétrons do subnível 5 d, que foi o último subnível a ser preenchido. De fato, você pode verificar, no dia- grama de níveis energéticos dado na página 1 01 que o subnível 5 d está acima do subnível 6s. 61 Escreva a estrutura eletrônica do átomo de fósforo (nú- mero atômico 1 5), em seu estado fundamental, indican- do a distribuição dos elétrons nos diferentes subníveis. 62 (Unirio-RJ) "Os implantes dentários estão mais seguros no Brasil e já atendem às normas internacionais de qua- lidade. O grande salto de qualidade aconteceu no pro- cesso de confecção dos parafusos e pinos de titânio que compõem as próteses. Feitas com ligas de titânio, essas próteses são usadas para fixar coroas dentárias, apare- lhos ortodônticos e dentaduras nos ossos da mandíbula e do maxilar", /ornai do Brasil, outubro, 1 996. Considerando que o número atômico do titânio é 22, sua configuração eletrônica será: a) 1 s 2 2s 2 2 p 6 3s 2 3 p 3 b) 1 s 2 2s 2 2 p 6 3s 2 3 p 5 c) 1 s 2 2s 2 2 p 6 3s 2 3 p 6 4 s 2 d) 1 s 2 2s 2 2 p 6 3s 2 3 p 6 4s 2 3 d 2 e) 1 s 2 2s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 4 s 2 3 d 10 4p 6 Exercício resolvido 63 (U. Uberaba-MG) Um átomo cuja configuração ele- trônica é 1 s 2 2S 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 tem como número atômico: a) 1 0 c) 1 8 e) 8 b) 20 d) 2 Resolução Basta somar os expoentes que aparecem na distri- buição eletrônica para se ter o número atômico: 2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 = 20 . Alternativa b Capítulo 4 • A evolução dos modelos atômicos 103 Capitulo 04-QF1-PNLEM 103 29/5/05, 18:31 64 (Unifor-CE) O átomo de um elemento químico tem 1 4 elé- trons no 3- nível energético ( n = 3). O número atômico desse elemento é: a) 14 d) 26 b) 1 6 e) 36 c) 24 65 (UFPR) O último elétron de um átomo neutro apresenta o seguinte conjunto de números quânticos n = 4; l = 1; m = 0; s = +— . Convencionando que o primeiro elé- tron a ocupar um orbital possui número quântico de spin igual a — calcule o número atômico desse átomo. Exercício resolvido 66 (Unitau-SP) Um átomo que possui configuração 1 s 2 2s 2 2 p 6 3s 2 3 p 3 apresenta na camada mais externa: a) 2 elétrons b) 3 elétrons c) 5 elétrons d) 12 elétrons e) 1 5 elétrons Resolução A camada mais externa é indicada pelo coeficiente maior, no caso 3. Somando-se então os expoentes de 3s 2 3 p 3 temos 2 + 3 = 5. Alternativa c 67 (FEI-SP) A configuração eletrônica de um átomo neutro no estado fundamental é 1 s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 . O número de orbitais vazios remanescente no nível principal M é: a) 0 c) 5 e) 10 b) 1 d) 6 68 (UFC-CO) Os números atômicos dos elementos que, no estado fundamental, têm elétrons nos orbitais 1 s, 2s, 2 p, 3s e 3 p, dos quais apenas um é desemparelhado, estão indicados nas alternativas: a) 1 3 c) 1 5 e) 1 7 g) 1 9 b) 14 d) 16 f) 18 Exercício resolvido 69 Dê a configuração eletrônica do íon de sódio (Na + ), sabendo que o número atômico do sódio é 1 1 . Resolução Considerando que o íon de sódio tem carga elétrica + 1, concluímos que ele equivale ao átomo de sódio subtraindo um elétron da última camada ou nível eletrônico. Desse modo, para resolver o problema basta fazer a distribuição eletrônica normal para o átomo neutro de sódio e, a seguir, subtrair um elé- tron do último nível: • para o átomo de sódio (Na°) * 1s 2 2s 2 2p 6 3s' • para o íon de sódio (Na + ) *■ 1s 2 2s 2 2p 6 70 (FEI-SP) Qual é a distribuição eletrônica, em subníveis, para o cátion Ca 2+ ? (Dado: n a atômico do cálcio = 20.) a) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 b) 1s 2 2s 2 3s 2 3p 6 3d 2 c) 1 s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 d) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 2 e) 1 s 2 2s 2 3s 2 3p 4 4s 2 71 Dê a configuração do íon Cl”, sabendo que o átomo neu- tro de cloro possui um total de dezessete elétrons. 72 (ITE Bauru-SP) Sabendo que o número atômico do ferro é 26, responda: na configuração eletrônica do íon Fe 3+ , o último subnível ocupado e o número de elétrons desse íon são respectivamente: a) 3 d, com 6 elétrons c) 3 d, com 3 elétrons b) 3 d, com 5 elétrons d) 4s, com 2 elétrons EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno 73 (Ufac) Um átomo neutro apresenta número atômico igual a 37. Em relação a esse átomo, mostre: a) a distribuição eletrônica em camadas; b) a distribuição eletrônica em ordem crescente de ener- gia de subníveis; c) os quatro números quânticos do último elétron distri- buído. 74 (Cesgranrio-RJ) A distribuição eletrônica correta do áto- mo 5 2 gFe, em camadas, é: a) 1 s 2 2S 2 2 p 6 3S 2 3 p 6 4s 2 3 d 6 b) 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3s 2 3 p 6 4s 2 3 d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5 p 6 6s 2 c) K = 2 L = 8 M= 16 d) K = 2 L = 8 M = 14 N = 2 e) K= 2 L = 8 M = 18 N= 18 0 = 8 P = 2 75 (Ufac) Um átomo que possui, no último nível, um elé- tron desemparelhado com os seguintes números quânticos: n = 5; i = 0; m = 0; s = — — tem número atômico igual a: a) 31 b) 37 c) 41 d) 47 e) 51 104 76 (Unip-SP) Quantos elétrons não-emparelhados existem no átomo de manganês (número atômico = 25), no es- tado fundamental? a) 6 b) 2 c) 3 d) 5 e) 1 77 (FEI-SP) Sendo o subnível 4S 1 (com um elétron) o mais energético de um átomo, podemos afirmar que: I. o número total de elétrons deste átomo é igual a 19; II. este átomo apresenta 4 camadas eletrônicas; III. sua configuração eletrônica é: 1 s 2 ; 2s 2 ; 2 p 6 ; 3s 2 ; 3 p 6 ; 3d 10 ; 4s' a) Apenas a afirmação I é correta. b) Apenas a afirmação II é correta. c) Apenas a afirmação III é correta. d) As afirmações I e II são corretas. e) As afirmações I e III são corretas. Capitulo 04-QF1-PNLEM 104 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 78 (UnB-DF) Sao dados os seguintes números quânticos para os elétrons de maior energia de um átomo no estado fundamental: n = 3;l = 1; m l = -1; m s = +-y . A repre- sentação correta para o seu subnível será: H U t t t t t d >0 «>0 79 A configuração eletrônica do íon Ni 2+ (Z = 28) é: a) Is 2 2s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 4 s 2 3d 10 b) Is 2 2s 2 2p 6 3 s 2 3p 6 4S 2 3d 8 c) Is 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s' 3d 7 d) Is 2 2s 2 2s 6 3s 2 3 p 6 4s 2 3d 6 e) ls 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3 d 8 80 (UFRGS-RS) O íon monoatômico A 2 ~ apresenta a confi- guração eletrônica 3s 2 3 p 6 para o último nível. O número atômico do elemento A é: a) 8 c) 14 e) 18 b) 1 0 d) 1 6 81 (Unigranrio-RJ) O átomo de magnésio tem número atô- mico 1 2 e número de massa 24. Qual é a alternativa cor- reta relativa ao Mg que perdeu 2 elétrons? a) Tem 1 2 elétrons. b) Tem 1 0 nêutrons. c) Tem 1 0 prótons. d) Tem configuração eletrônica Is 2 2 s 2 2 p 6 3s 2 . e) Tem configuração idêntica à do Na (Z = 1 1) que per- deu 1 elétron. 82 (UGF-RJ) Leia o texto: No fim da década de 70, um acidente na empresa Paraibuna de Metais resultou no despejo de mercúrio e cádmio no Rio Paraibuna. Campos, a cidade mais afetada, teve seu abastecimento de água suspenso por 72 horas. O Globo , 1 abril 2003. Os íons dos metais citados são facilmente dissolvidos na água. O número de camadas utilizadas na distribuição eletrôni- ca do cátion bivalente do cádmio é: (Dado: número atômico do cádmio = 48.) a) 4 c) 6 e) 10 b) 5 d) 9 — LEITURA USOS DAS RADIAÇÕES ELETROMAGNÉTICAS Vimos, na página 89, o espectro eletromagnético completo e podemos dizer que, atualmente, todas as freqüências ali presentes têm aplicações práticas importantes. Em iluminação empregamos os mais variados tipos de lâmpadas: as comuns (de filamento incandescente), as fluorescentes, as de ultravioleta (usadas em danceterias), as de infravermelho (usadas em tratamentos médicos) etc. A lâmpada de sódio, utilizada nas cidades, emite luz amarela Os fogos de artifício que iluminam nossas produzida pelos “saltos" dos elétrons nos átomos de sódio. noites festivas contêm o elemento magnésio, que queima emitindo luz branca muito intensa. Para produzir outras cores, colocam-se compostos de cobre (dão cor azul), de estrôncio (dão cor vermelha) etc. Capítulo 4 • A evolução dos modelos atômicos 105 Capitulo 04-QF1-PNLEM 105 29/5/05, 18:32 Nos raios laser, as ondas eletromagnéticas têm um com- portamento especial como mostramos abaixo: Na luz comum, as ondas são emitidas “fora de fase”, como uma multidão caminhando desordenadamente. No laser, as ondas caminham "em fase", como um batalhão de soldados marchando em formação. Feixes de laser. Em comunicações, dispomos de emissoras de rádio, de televisão, de telefonia celular etc. Damos abaixo uma idéia das faixas de freqüência de emissão de alguns desses meios de telecomunicação. c I I Freqüência crescente (comprimento de onda decrescente) % I I I I I v Telefones celulares 1.900 1.800 900 800 500 216 175 3 a geração ; Banda B Banda C Banda A 108 88 1 .800 540 MHz MHz MHz kHz TV TV Rádio FM Rádio AM (UHF) (VHF) No cotidiano é comum o uso dos fornos de microondas, nos quais há um gerador de ondas eletromagnéticas ( magnétron ) que emite na freqüência da ordem de 2.450 MHz. Essa freqüência "agita" as moléculas de água existen- tes nos alimentos, provocando assim o seu aquecimento (é por isso que alimentos muito "secos" não são aquecidos de modo eficaz). 106 Capitulo 04-QF1-PNLEM 106 29/5/05, 18:32 ESGUEVA/ CID POMPEU / STUDIO 47 / CID LAWRENCE MANNING/CORBIS-STOCK PHOTOS Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Na ciência, o uso das ondas eletromagnéticas é também muito comum. Os dois exemplos abaixo dão uma idéia do emprego dessas ondas na identificação dos elementos químicos. Q O O chamado teste de chama é um teste simples para identificar cátions em laboratório. Um fio de platina limpo é mergulhado na amostra que se quer identificar e depois levado à chama azul de um bico de Bunsen. Cada elemento produzirá à chama uma cor característica (que, aliás, corresponde à cor apresentada na queima dos fogos de artifício): azul (cobre), laranja (sódio), vermelho (estrôncio), e assim por diante. A análise espectral é, de certa forma, uma sofisticação do teste de chama. Com aparelhos especiais, chamados espectrômetros, conseguem-se identificar os elementos químicos com grande precisão, pela medição exata da posição relativa de suas raias espectrais. Essa mesma idéia é utilizada para estudar a luz emitida pelas estrelas e descobrir quais são seus elementos químicos formadores. Um exemplo interessante é o do gás hélio, que foi descoberto no Sol (1868) 27 anos antes de ser descoberto na Terra (1895) — o nome hélio provém do nome do deus do Sol, na mitologia grega. Concluindo, podemos dizer que vivemos, atualmente, rodeados por ondas eletromagnéticas, especial- mente nas grandes cidades. Esse é um tipo de poluição invisível e sem cheiro, mas que pode afetar a saúde das pessoas. É conhecido, por exemplo, o risco que os portadores de marca-passo cardíaco correm ao passar pelos detectores de metais, existentes nos aeroportos e nas portas dos bancos. Ainda não é bem conhecida a influência das radiações eletromagnéticas sobre a saúde humana depois de longos prazos de exposição. Não há dúvida, porém, de que o aumento da freqüência e da potência das radiações acarreta um aumento de risco para nossa saúde, como acontece com as pessoas que sofrem muitas exposições aos raios X. Questões sobre a leitura Responda em seu caderno 83 A que se deve a luz emitida por lâmpadas de sódio ou por lâmpadas fluorescentes? 84 Qual a diferença entre a luz comum e a luz laser ? 85 O que transmite cores aos fogos de artifício? 86 Qual é a fonte de calor num forno de microondas? 87 O que é um espectrômetro de emissão? Capítulo 4 • A evolução dos modelos atômicos 1 07 Capitulo 04-QF1-PNLEM 107 29/5/05, 18:32 DESAFIOS Registre as respostas em seu caderno 88 (Vunesp) O elemento químico B possui 20 nêutrons, é isótopo do elemento químico A, que possui 18 prótons, e isóbaro do elemento químico C, que tem 1 6 nêutrons. Com base nessas informações, pode-se afirmar que os elementos químicos A, Be C apresentam, respectivamen- te, números atômicos iguais a: a) 1 6, 1 6 e 20 d) 1 8, 1 6 e 22 b) 1 6, 1 8 e 20 e) 1 8, 1 8 e 22 c) 16, 20 e 21 89 (FEI-SP) São dadas as seguintes informações relativas aos átomos X, Y e Z: I. X é isóbaro de Y e isótono de Z. II. Y tem número atômico 56, número de massa 1 37 e é isótopo de Z. III. O número de massa de Z é 1 38. O número atômico de X é: a) 53 c) 55 e) 57 b) 54 d) 56 90 (UFPE) A água contendo isótopos 2 H é denominada "água pesada", porque a molécula 2 H 2 6 0 quando comparada com a molécula 'H^O possui: a) maior número de nêutrons. b) maior número de prótons. c) maior número de elétrons. d) menor número de elétrons. e) menor número de prótons. 91 (Mackenzie-SP) Se o isótopo do chumbo que apresenta número de massa 210 forma íons Pb 2+ e Pb 4+ , que pos- suem respectivamente 80 e 78 elétrons, então o número de nêutrons desse átomo neutro é: a) 138 c) 132 e) 158 b) 1 30 d) 128 92 (UFPR) Considere os conjuntos de espécies químicas a seguir: A = (i H, 2 H, 2 H} C = { 3 2 He, 4 2 He} E = { 2 He + , 2 H} B = { 4 2 °„Ca, «ArJ D = { 12 C, ”N} Com relaçao aos conjuntos acima, é correto afirmar: a) O conjunto C contém apenas isótopos do elemento hélio. b) Os membros de E apresentam o mesmo número de elétrons, sendo, portanto, isótopos. c) O conjunto A contém apenas isótopos do elemento hidrogênio. d) Os membros de B são isóbaros. e) Os membros de D apresentam o mesmo número de nêutrons. 93 (UFMT) Toda matéria, quando aquecida a uma tempera- tura suficientemente elevada, emite energia na forma de radiação (luz). Um exemplo comum é a lâmpada incandescente, em que um filamento de tungsténio é aquecido até ficar branco, pela resistência que ele ofere- ce à passagem de um fluxo de elétrons. Nesse dispositivo a energia elétrica é convertida em energia térmica e ener- gia radiante. Se essa radiação passar através de uma fen- da estreita, transformar-se-á numa "fita luminosa". Se fi- zermos essa "fita" atingir uma tela, aparecerá uma ima- gem da fenda na forma de linha. Colocando um prisma no caminho da luz, a posição da linha na tela varia. Quan- do a luz é emitida por um corpo quente e examinada dessa maneira, produzirá, num primeiro caso, uma re- gião contínua de cores variáveis, de modo que a linha se expanda dando uma faixa de cores desde o vermelho até o violeta (como num arco-íris); num segundo, uma série de linhas separadas com áreas escuras entre elas. A partir do exposto, julgue os itens. (0) No primeiro caso, tem-se um chamado espectro con- tínuo. (1) Quando se usa a visão humana para detectar radia- ções, é possível abranger todas as faixas do espectro eletromagnético. (2) No segundo caso, fala-se de um espectro discreto ou descontínuo. (3) O aparelho no qual é feita a decomposição da luz em seus diversos componentes é chamado espectrógrafo. 94 (UnB-DF) O entendimento da estrutura dos átomos não é importante apenas para satisfazer à curiosidade dos cientistas; possibilita a produção de novas tecnologias. Um exemplo disso é a descoberta dos raios catódicos, feita pelo físico William Crookes, enquanto estudava as propriedades da eletricidade. Tal descoberta, além de ter contribuído para um melhor entendimento a respeito da constituição da matéria, deu origem aos tubos de ima- gem de televisores e dos monitores dos computadores. Alguns grandes cientistas que contribuíram para o en- tendimento da estrutura do átomo foram: Dalton (1 766- 1 844), Rutherford (1871-1937), Bohr (1 885-1 962) e Linus Pauling (1901-1994). Com relação à estrutura da matéria, julgue os itens se- guintes. (0) Ao passar entre duas placas eletricamente carregadas, uma positivamente e outra negativamente, as partí- culas alfa desviam-se para o lado da placa negativa. (1 ) O átomo é a menor partícula que constitui a matéria. (2) Cada tipo de elemento químico é caracterizado por um determinado número de massa. (3) O modelo atômico que representa exatamente o comportamento do elétron é o modelo de Rutherford-Bohr. 95 (UFPR) Para interpretar a grande maioria dos processos químicos, é suficiente considerar o átomo como sendo constituído por apenas três partículas: o próton, o nêu- tron e o elétron. Essas três partículas não estão distribuí- das ao acaso; elas interagem entre si e essa interação pro- duz um conjunto organizado, que é o átomo. A respeito do átomo, é correto afirmar: a) Prótons e nêutrons são encontrados no núcleo, que é a parte do átomo com carga elétrica positiva e que contém praticamente toda a massa do átomo. b) Os elétrons, partículas de carga elétrica negativa, dis- tribuem-se em torno do núcleo em diversos níveis e subníveis energéticos (camadas e subcamadas). c) Se o número de elétrons em um átomo for igual ao número de prótons, o átomo será neutro; se for maior, será um ânion; se for menor, será um cátion. d) O número de prótons de um átomo é denominado número atômico e é representado pela letra Z. e) O núcleo dos átomos será sempre formado por igual número de prótons e nêutrons. f) A soma dos prótons e nêutrons de um átomo é co- nhecida como número de massa, que é representado pela letra A e é igual à sua massa atômica. 108 Capitulo 04-QF1-PNLEM 108 29/5/05, 18:32 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 96 (UFCE) Em um átomo neutro, um elétron é excitado para a camada imediatamente superior. Com essa informação podemos assegurar que são corretas as alternativas: a) Houve mudança nos 3 números quânticos que defi- nem a posição do elétron. b) O número quântico principal foi alterado. c) Os valores dos 4 possíveis números quânticos não fo- ram alterados. d) Somente o número quântico de spin sofreu alteração. 97 (UFCE) Considere três átomos: A, 8 e C. Os átomos A e C são isótopos; os átomos Be C são isóbaros e os átomos A e B são isótonos. Sabendo que o átomo A tem vinte prótons e número de massa 41, e que o átomo C tem 22 nêutrons, os números quânticos do elétron mais energético do átomo 8 são: a) n = 3; l = 0; m L = 2; s = — - b) n = 3; l = 2; m l = 0; s = — — c) n = 3; L = 2; m l = —2; s = — d) n = 3; l = 2; m L = — 1 ; s = + -y 98 (UMC-SP) Um átomo neutro de nitrogênio ao ganhar 3 elétrons adquire a configuração eletrônica ’\s 1 2s 2 2p 6 . Este íon pode ser representado por: a) ? N 3+ b) 4 N 3 - c) 10 N 3+ d) 7 N 3 - e) 10 N 3 - Observação: O número atômico do nitrogênio é 7. 99 (Ufac) Considere os seguintes elementos e seus respec- tivos números atômicos: I. K (Z = 1 9) II. Fe (Z = 26) III. Mg (Z = 12) IV. N (Z = 7) V. Cr (Z = 24) Dentre eles, apresentam elétrons no subnível d: a) I e II b) III, IV e V c) I, III e V d) somente a II e) II e V 100 (UFPB) Um átomo X, de número de massa igual a 63 e número de nêutrons igual a 36, é isótono de um átomo Y, de número de massa 64 e isóbaro de um átomo Z que possui 34 nêutrons. Em relação a esses átomos, é correto afirmar que as configurações de X +2 , Y* 2 e Z +2 são, respectivamente, a) [Ar] 4s 3 3 d 8 ; [Ar] 4 s 2 3 d 5 e [Ar] 4s 2 3 d 6 b) [Ar] 4 s 2 3 d 5 ; [Ar] 4 s 2 3 d 6 e [Ar] 4s 2 3 d 7 c) [Ar] 3 d 5 4s 2 ; [Ar] 3 d 6 4 s 2 e [Ar] 3 d 9 4 s° d) [Ar] 3 d 7 ; [Ar] 3 d 8 e [Ar] 3 d 9 e) [Ar] 4 s 2 3 d 5 ; [Ar] 4 s 2 3 d 6 e [Ar] 4s' 3 d 8 Capítulo 4 • A evolução dos modelos atômicos 109 Capitulo 04-QF1-PNLEM 109 29/5/05, 18:32 Tópicos do capítulo 1 2 Histórico A Classificação Periódica moderna 3 Configurações eletrônicas dos elementos ao longo da Classificação Periódica 4 Propriedades periódicas e aperiódicas dos elementos químicos A CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA DOS ELEMENTOS Leitura: Três famílias importantes Uma aula de natação todas as terças é um evento periódico. I I Apresentação do capítulo Nos calendários, os dias são agrupados de sete em sete, indicando as semanas. De modo geral, nossas atividades são organizadas segundo os dias da semana — de segunda a sexta- feira estudamos e trabalhamos, aos sábados vamos às compras ou buscamos algum lazer e aos domingos passeamos ou descansamos. Uma aula de natação todas as terças à noite, por exemplo, seria uma atividade periódica, pois se repetiria a cada sete dias, sempre na coluna da terça-feira. Assim, podemos prever que, em um determinado mês, iremos à natação nos dias 1, 8, 15, 22 e 29. Enfim, para todos nós, cada dia da semana tem suas características e propriedades especiais, que vão se repetindo periodicamente. A partir do século XIX, cientistas começaram a perceber que os elementos químicos, assim como os dias em um calendário, também poderiam ser agrupados em colunas, formadas pela reunião de elementos com propriedades semelhantes. É o que vamos abordar neste capítulo. Capitulo 05-QF1-PNLEM 110 29/5/05,19:08 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. HISTORICO O número de elementos químicos conhecidos pelo homem aumentou com o passar dos séculos e aumentou bastante particularmente a partir do século XIX, como podemos ver pelo gráfico e pela tabela dados abaixo: Até o final do século Número de elementos químicos conhecidos XVII 14 XVIII 33 XIX 83 XX 112 (Veja a lista completa dos ele- mentos químicos, no início do li- vro, após o sumário.) Elementos conhecidos antes de 1 650: Ag, As, Au, C, Cu, Fe, Hg, Pb, S, Sb, Sn O grande aumento do número de elementos químicos no século XIX obrigou os cientistas a imagi- narem gráficos, tabelas ou classificações em que todos os elementos ficassem reunidos em grupos com propriedades semelhantes. Em 1817, o cientista alemão Johann W. Dõbereiner agrupou alguns elementos em tríadas, que eram grupos de três elementos com propriedades semelhantes. Por exemplo: lítio (Li) — sódio (Na) — potássio (K) cloro (Cl) — bromo (Br) — iodo (I) Em 1 862, o cientista francês Alexander B. de Chancourtois imaginou o agru- pamento dos elementos químicos sobre um parafuso, na ordem de suas massas atômicas. Desse modo, ao passarmos por uma certa vertical, encontraremos elementos com propriedades semelhantes. Essa arrumação foi denominada pa- rafuso telúrico de De Chancourtois. Em 1864, o cientista inglês John A. R. Newlands colocou os elementos químicos em ordem cres- cente de massas atômicas e verificou que as propriedades se repetiam a cada oito elementos (excluin- do-se o hidrogênio), como as notas numa escala musical. Sendo Newlands também músico, essa regra passou a ser conhecida como lei das oitavas de Newlands. Li Be B C N O F Na Mg Aí Si P s Cí O © © © © © © Capítulo 5 • A CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA DOS ELEMENTOS 111 Capitulo 05-QF1-PNLEM 111 29/5/05, 19:08 J. GÓMEZ DE SALAZAR/CID Em 1 869, trabalhando independentemente, dois cientistas — Julius L. Meyer, na Alemanha (basean- do-se principalmente em propriedades físicas), e Dimitri I. Mendeleyev, na Rússia (baseando-se princi- palmente em propriedades químicas) — propuseram tabelas semelhantes para a classificação dos ele- mentos químicos. O trabalho de Mendeleyev foi porém mais meticuloso: ele anotava as propriedades dos elementos químicos em cartões; pregava esses cartões na parede de seu laboratório; mudava as posições dos cartões até obter uma seqüência de elementos em que se destacasse a semelhança das propriedades. Foi com esse quebra-cabeça que Mendeleyev chegou à primeira tabela periódica, verificando então que havia uma periodicidade das propriedades quando os elementos químicos eram colocados em ordem crescente de suas massas atômicas. Em uma de suas primeiras tabelas, Mendeleyev colocou os ele- mentos químicos conhecidos (cerca de 60, na época) em 12 linhas horizontais, em ordem crescente de massas atômicas, tomando o cuidado de colocar na mesma vertical os elementos de proprieda- des químicas semelhantes. Surgiu, então, a seguinte tabela: Grupo 1 Grupo II Grupo III Grupo IV Grupo V Grupo VI Grupo VII Grupo VIII Série * * > * > A > * > * * . A > , * 1 H 1 Li Be B C N O F 7 9,4 11 12 14 16 19 Na Mg Aí Si P S Cí 23 24 27,3 28 31 32 35,5 K Ca ? Ti V Cr Mn Fe-56 Co-59 39 40 44 48 51 52 55 Ni-59 Cu Zn ? ? As Se Br 3 63 65 68 72 75 78 80 Rb Sr ? Zr Nb Mo ? Ru-104 Rh-104 85 87 88 90 94 96 100 Pd-106 Ag Cd In Sn Sb Te 1 108 112 113 118 122 128 127 8 Cs Ba ? ? 133 137 138 140 9 10 ? ? Ta W Os-195 lr-197 178 180 182 184 Pt-1 98 11 Au Hg Tí Pb Bi 199 200 204 207 208 12 Th u 231 240 Duas grandes ousadias de Mendeleyev provaram sua grande intuição científica: • Veja o final da linha (série) de número 7. Na seqüência das massas atômicas, o I (1 27) deveria vir antes do Te (128). No entanto, Mendeleyev, desrespeitando seu próprio critério de ordenação, inverteu as posições de ambos, de modo que o I (127) viesse a ficar embaixo (na mesma coluna) dos elementos com propriedades se- melhantes a ele — o Cí (35,5) e o Br (80). Para se justificar, Mendeleyev alegou que as medições das massas atômicas, na época, es- tavam erradas. Hoje sabemos que a ordem Te — > I é a correta, como veremos adiante. • Outro grande tento de Mendeleyev foi dei- xar certas "casas" vazias na tabela; veja como exemplos: — na linha (série) número 4, Ca (40) — > "casa" vazia — > Ti (48), para que o Ti fique abaixo do C, com o qual se assemelha; Dimitri Ivanovitch Mendeleyev Nasceu em Tobolsk, na Rússia, em 1 834. For- mou-se em Química em São Petersburgo e trabalhou na Alemanha, na França e nos Estados Unidos. Estudou as proprie- dades do petróleo, dos gases, das so- luções e dos explosivos. Sua maior con- tribuição para a ciência foi a Classifica- ção Periódica dos elementos. Em sua homenagem foi dado o nome de men- delévio ao elemento químico de número atômico 1 01 . Faleceu em São Petersburgo, em 1 907. 112 Capitulo 05-QF1-PNLEM 112 29/5/05, 19:08 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. — na linha (série) número 5, Zn (65) — > "casa" vazia — > "casa" vazia — > As (75), para que o As fique abaixo do P, com o qual se assemelha. A justificativa de Mendeleyev foi de que no futuro seriam descobertos novos elementos que preen- cheriam esses lugares vazios. De fato, a História provou que ele estava certo: em 1 875 foi descoberto o gálio (68); em 1879, o escândio (44); e em 1886, o germânio (72). Mendeleyev foi além: conseguiu prever com grande precisão as propriedades do escândio e do germânio alguns anos antes de esses elementos serem descobertos. Assim, por exemplo, temos para o germânio (Ge): Previsões de Mendeleyev Dados atuais (obtidos na prática) Massa atômica 72 72,6 Cor cinza cinza Densidade (g/cm 3 ) 5,5 5,32 Fórmula do óxido Ce0 2 Ge0 2 Densidade do óxido (g/cm 3 ) 4,7 4,23 Resumindo as conclusões de Mendeleyev, podemos dizer que ele estabeleceu a chamada lei da periodicidade: Muitas propriedades físicas e químicas dos elementos variam periodicamente na seqüência de suas massas atômicas. Na seqüência dos dados históricos que mostramos (desde Dõbereiner até Mendeleyev) e na desco- berta de vários novos elementos químicos, você pode perceber como a evolução da ciência é gradativa, exigindo muito esforço dos cientistas para irem reunindo e complementando novas descobertas, novos conhecimentos e novas idéias, a fim de tirar conclusões que possam explicar a natureza de maneira cada vez mais geral e abrangente. (Note, por exemplo, que a tabela de Mendeleyev engloba as tríadas de Dõbereiner, o parafuso de De Chancourtois e as oitavas de Newlands.) A CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA MODERNA Além de ser mais completa que a tabela de Mendeleyev, a Classificação Periódica moderna apre- senta os elementos químicos dispostos em ordem crescente de números atômicos. De fato, em 1 91 3, Henry G. J. Moseley estabeleceu o conceito de número atômico, verificando que esse valor caracteriza- va melhor um elemento químico do que sua massa atômica (assim desapareceram, inclusive, as "inver- sões" da tabela de Mendeleyev, como no caso do iodo e do telúrio). A partir daí a lei da periodicidade ganhou um novo enunciado: Muitas propriedades físicas e químicas dos elementos variam periodicamente na seqüência de seus números atômicos. Atualmente, a apresentação mais comum da Classificação Periódica é a mostrada na página se- guinte, onde cada elemento ocupa um quadradinho ou "casa" da tabela. (Preferimos apresentar a tabela apenas até o elemento de número atômico 111 — roentgênio; símbolo: Rg — , que é o último elemento com nome oficial. Foi anunciado pela lupac em I a de novembro de 2004.) Capítulo 5 • A CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA DOS ELEMENTOS 113 A Capitulo 05-QF1-PNLEM 113 29/5/05, 19:08 CLASSIFICAÇAO PERIÓDICA DOS ELEMENTOS (com massas atômicas referidas ao isótopo 12 do carbono) CO < T- CO ^ 2 "XS 10 í\ Ne 20,18 l n CO *3 OS < x ro - _ o o M CO ro Sy ro" mtm co O) ” Ln X 5 C ^ “Q/S onjH OINQ3N oiNgoav OINQldRD j OINQN3X OINQava ; S í^coco^ 1 /-J CO CO CO i — V «N«0»«0« - ^ f^i co co c*j co co *— 1 IA 1 H 1,008 3 Li 6,941 rs Z o o ro' rM 19 K 39,10 37 Rb 85,47 55 Cs cn CN ro ^ ^ rO «u- a oiNiDoaaiH oiip oiaçs oissyiod J oiajana J OISpD ODNVdd A 01N3W333 OQ 3WON f As massas atômicas indicadas entre parênteses são relativas à do isótopo mais estável. 114 29/5/05, 19:08 Capitulo 05-QF1-PNLEM 114 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A 2.1. Períodos As sete linhas horizontais, que aparecem na tabela da página anterior, são denominadas períodos. Devemos notar que: I a período (1) Muito curto Tem 2 elementos H e He 2 a período (II) Curto Tem 8 elementos Do Li ao Ne 3 a período (III) Curto Tem 8 elementos Do Na ao Ar 4 a período (IV) Longo Tem 1 8 elementos Do K ao Kr 5 a período (V) Longo Tem 1 8 elementos Do Rb ao Xe 6 a período (VI) Superlongo Tem 32 elementos Do Cs ao Rn 7 a período (VII) Incompleto Tem 24 elementos Do Fr ao Ds É importante notar também que: • No 6 ° período, a terceira "casa" contém 1 5 elementos (do lantânio ao lutécio), que por comodi- dade estão indicados numa linha fora e abaixo da tabela; começando com o lantânio, esses elementos formam a chamada série dos lantanídios. • Analogamente, no 7 ° período, a terceira "casa" também contém 1 5 elementos químicos (do actínio até o laurêncio), que estão indicados na segunda linha fora e abaixo da tabela; começan- do com o actínio, eles formam a série dos actinídios. 2.2. Colunas, grupos ou famílias As dezoito linhas verticais que aparecem na tabela são denominadas colunas, grupos ou famílias de elementos. Devemos assinalar que algumas famílias têm nomes especiais, a saber: Número da coluna Elementos Nome da família 1A(1) Li, Na, K, Rb, Cs, Fr Metais alcalinos (do árabe alcali, "cinza de plantas") 2A (2) Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra Metais alcalino-terrosos (o termo "terroso" refere-se a "existir na terra") 6A (1 6) O, S, Se, Te, Po Calcogênios ("formadores de cobre", pois minérios de cobre contêm oxigênio ou enxofre) 7AÇI7) F, CL, Br, 1, At Halogênios ("formadores de sais") 8A (1 8) He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn Gases nobres (ou raros, ou inertes) johnny hart "HALOôÊNIO" "FORMA DE CUMPRIMENTAR PESSOAS MUITO INTELIGENTES" É ainda importante considerar os seguintes aspectos: • O hidrogênio (H-1), embora apareça na coluna IA, não é um metal alcalino. Aliás, o hidrogênio é tão diferente de todos os demais elementos químicos que, em algumas classificações, prefere- se colocá-lo fora da Tabela Periódica. Capítulo 5 • A CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA DOS ELEMENTOS 115 A Capitulo 05-QF1-PNLEM 115 29/5/05, 19:08 TRIBUNE MEDIA/INTERCONTINENTAL PRESS • O alumínio (Al-1 3) é chamado freqüentemente de metal terroso, pois é um constituinte encon- trado na terra e no barro comum. Essa designação se estende, às vezes, aos demais elementos da coluna 3A (Ga, In, Tl). • Quando a família não tem nome especial, é costume chamá-la pelo nome do primeiro elemento que nela aparece; por exemplo, os da coluna 5A são chamados de elementos da família ou do grupo do nitrogênio. • As colunas A são as mais importantes da tabela. Seus elementos são denominados elementos típicos, ou característicos, ou representativos da Classificação Periódica. Em cada coluna A, a semelhança de propriedades químicas entre os elementos é máxima. • Os elementos das colunas 3B, 4B, 5B, 6B, 7 B, 8B, 1 B e 2B constituem os chamados elementos de transição. Note que, em particular, a coluna 8B é uma coluna tripla. Elementos representativos • Outra separação importante, existente na Classificação Periódica, é a que divide os elementos em metais, não-metais (ou ametais), semimetais e gases nobres, como podemos ver a seguir. IA 8A Série dos lantanídios Metais Série dos actinídios Metais Os metais são elementos sólidos (exceto o mercúrio), em geral duros, com brilho característico — denominado brilho metálico — , densos, de pontos de fusão e de ebulição altos, bons condutores de calor e de eletricidade, maleáveis (podem ser transformados em lâminas finas), dúcteis (podem ser transformados em fios finos) e que formam íons positivos (cátions). Os não-metais têm propriedades completamente opostas. Os semimetais têm propriedades intermediárias entre os metais e os não-metais. Os gases no- bres, ou gases raros, têm comportamento químico específico. Como podemos notar, dos 1 1 1 elementos considerados na tabela da página 1 14, o número de metais (86) supera bastante o número de não-metais (1 1), semimetais (7) e gases nobres (6). Como já dissemos, o hidrogênio, devido às suas propriedades muito especiais, deve ser deixado fora dessa classificação. 116 Capitulo 05-QF1-PNLEM 116 29/5/05, 19:08 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Na tabela atual existem elementos naturais e elementos artificiais. Naturais são os que existem na natureza; ao contrário, os artificiais devem ser produzidos em laboratórios especializados. Dos artificiais, dois estão situados, na Tabela Periódica, antes do urânio (U-92) e, por isso, são chama- dos de elementos cisurânicos, que são o tecnécio (Tc-43) e o promécio (Pm-61). Os outros artificiais vêm depois do urânio e são chamados de transurânicos. 2.3. Os nomes dos elementos químicos Os nomes dos elementos químicos conhecidos desde a Antigüidade foram dados arbitrariamente e variam de uma língua para outra. Por exemplo: • Fe - ferro - iron (inglês); eisen (alemão); • Cu - cobre - copper (inglês); rame (italiano); • Pb - chumbo - lead (inglês); plomb (francês); • S - enxofre - sulphur (inglês); azufre (espanhol). A partir do século XVIII, acentuou-se a freqüência das descobertas de novos elementos químicos. O próprio cientista que produzia o novo elemento lhe dava nome. Em geral, esse nome lembrava uma proprie- dade do elemento ou a região de onde o elemento provinha. Como a comunicação entre os químicos havia se tornado mais eficiente, esses nomes foram sendo adotados internacionalmente. Por exemplo: • Mg - magnésio: alusão à Magnésia, região da Grécia com minério de magnésio (isolado em 1808, por Humphry Davy, Inglaterra); • Aí - alumínio: do latim alúmen, sal de alumínio (1825; Oersted; Dinamarca); • Br - bromo: do grego bromos, mau cheiro (1826; Balard; França); • Rb - rubídio: do latim rubidium, cor vermelho-escuro (1861; Bunsen; Alemanha); • He - hélio: do grego hélios, Sol, por ter sido descoberto a partir do espectro da luz solar (1 895; Ramsay; Inglaterra); • Po - polônio: alusão à Polônia, terra natal de Marie Curie (1 898; Marie Curie; França). No século XX, quando começou a produção artificial dos elementos transurânicos, foram dados inicialmente nomes lembrando planetas — netúnio (Np-93) e plutônio (Pu-94), porque vinham de- pois do urânio (U-92). Posteriormente, foram dados nomes a outros elementos, lembrando um con- tinente (amerício, Am-95), um estado norte-americano (califórnio, Cf-98), uma universidade (berkélio, Bk-97) e cientistas — cúrio (Cm-96), einstênio (Es-99), férmio (Fm-1 00), mendelévio (Md-1 01 ), nobélio (No-102) e laurêncio (Lr-103). Em 1997, a IUPAC* aprovou os seguintes nomes aportuguesados no Brasil (entre parênteses a homenagem correspondente): • 1 04 - Rf - rutherfórdio (Ernest Rutherford); • 1 05 - Db - dúbnio (laboratório de Dubna, na Rússia); • 1 06 - Sg - seabórgio (Glenn Theodore Seaborg); • 1 07 - Bh - bóhrio (Niels H. D. Bohr); • 1 08 - Hs - hássio (província de Hasse, na Alemanha); • 1 09 - Mt - meitnério (Lise Meitner); • 1 1 0 - Ds - darmstácio (Cidade de Darmstadt, na Alemanha). Em 2004, foi confirmada a produção do elemento 111: • 1 1 1 - Rg - roentgênio (Wilhelm Rõntgen). * IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry — União Internacional de Química Pura e Aplicada) é uma organização científica internacional e não-governamental integrada por uma série de comitês e comissões que fazem recomendações sobre a no- menclatura e símbolos que devem ser usados em publicações técnicas e científicas. Capítulo 5 • A CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA DOS ELEMENTOS 117 Capitulo 05-QF1-PNLEM 117 29/5/05, 19:08 A IUPAC criou também regras para se darem nomes e símbolos provisórios aos elementos de número atômico superior a 1 00, até se chegar a um consenso sobre os nomes definitivos. São emprega- dos prefixos latinos e gregos para designar os algarismos, como indicamos abaixo: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 nil un bi tri quad pent hex sept oct enn Com esses prefixos, partindo do número atômico do elemento, monta-se o nome respectivo (dan- do-lhe terminação latina); e, do nome, tira-se o símbolo correspondente. Por exemplo: Tomando o número atômico do elemento pensamos em seus algarismos construímos o seu nome (sem os hifens) e temos o símbolo correspondente 101 um - zero - um un - nil - unium Unu 102 um - zero - dois un - nil - bium Unb 103 um - zero - três un - nil - trium Unt 104 um - zero - quatro un - nil - quadrium Unq Visando à simplificação, não incluímos esse tipo de nomenclatura em nossa tabela da página 1 1 4. ■nVTfXYSV Responda em iÜi seu caderno a) As tentativas de organizar os elementos químicos sempre procuraram agrupá-los de que modo? b) Que ordem Mendeleyev seguiu, em uma de suas primeiras tabelas, para colocar os elementos químicos? Como ficou estabelecida essa ordem na Tabela Periódica atual? c) O que são períodos? d) O que são grupos ou famílias? e) Onde, na Tabela Periódica, se localizam os elementos químicos com propriedades semelhantes? EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno 1 (UFPA) Um átomo, cujo número atômico é 1 8, está clas- sificado na Tabela Periódica como: a) metal alcalino b) metal alcalino-terroso c) metal terroso d) ametal e) gás nobre 2 (Ufac) O número atômico do elemento que se encontra no período III, família 3A é: a) 10 c) 23 e) 31 b) 1 2 d) 1 3 3 (Ufam-AM) Na classificação periódica, os elementos Ba (grupo 2), Se (grupo 16) e Cl (grupo 1 7) são conheci- dos, respectivamente, como: a) alcalino, halogênio e calcogênio b) alcalino-terroso, halogênio e calcogênio c) alcalino-terroso, calcogênio e halogênio d) alcalino, halogênio e gás nobre e) alcalino-terroso, calcogênio e gás nobre 4 (UVA-CE) O césio 1 37, causa da tragédia de Goiânia em 1 987, é isótopo do '“Cs. Em relação à Tabela Periódica, o césio pertence à família dos: 118 a) alcalinos c) halogênios b) alcalinos terrosos d) gases nobres 5 (Ufac) Ferro (Z = 26), manganês (Z = 25) e cromo (Z = 24) são: a) metais alcalinos b) metais alcalinos-terrosos c) elementos de transição d) lantanídios e) calcogênios 6 (U. F. Santa Maria-RS) Entre os pares de elementos quí- micos, o par que reúne elementos com propriedades químicas mais semelhantes é a) Na e K c) Ca e Cu e) H e I b) Cl e Ar d) F e Ba 7 (F. Ibero-Americana-SP) O grupo da Tabela Periódica que se caracteriza por apresentar predominância de elemen- tos artificiais é o dos: a) lantanídios b) gases nobres c) metais de transição d) metais alcalino-terrosos e) actinídios Capitulo 05-QF1-PNLEM 118 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno 8 (Cesgranrio-R|) Dados os elementos de números atômi- cos 3, 9, 1 1, 1 2, 20, 37, 38, 47, 55, 56 e 75, a opção que só contém metais alcalinos é: a) 3, 11, 37 e 55 b) 3, 9, 37 e 55 c) 9, 11, 38 e 55 d) 12, 20, 38 e 56 e) 12, 37, 47 e 75 9 (Uerj) Um dos elementos químicos que tem se mostrado muito eficiente no combate ao câncer de próstata é o selênio (Se). Com base na Tabela de Classificação Periódica dos Ele- mentos, os símbolos de elementos com propriedades quí- micas semelhantes ao selênio são: a) Cl, Br, I b) Te, S, Po c) P, As, Sb d) As, Br, Kr 10 (Faap-SP) Das alternativas indicadas a seguir, qual é cons- tituída por elementos da Tabela Periódica com caracte- rísticas químicas distintas? a) He, Ne, Ar d) F, Cl, Br b) Mg, Ca, Sr e) Li, Na, K c) Li, Be, B 11 (U. F. Santa Maria-RS) Um átomo neutro tem o número de massa igual a 40 e o número de nêutrons igual a 21 . Esse átomo corresponde ao: a) Zr d) Sc b) Pr e) Pm c) K 12 (Univale-SC) O bromato de potássio, produto de aplica- ção controvertida na fabricação de pães, tem por fórmu- la KBr0 3 . Os elementos que o constituem, na ordem indicada na fórmula, são das famílias dos: a) alcalinos, halogênios e calcogênios. b) halogênios, calcogênios, alcalinos. c) calcogênios, halogênios, alcalinos. d) alcalino-terrosos, calcogênios, halogênios. e) alcalino-terrosos, halogênios, calcogênios. CONFIGURAÇÕES ELETRÔNICAS DOS ELEMENTOS AO LONGO DA CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA Já vimos a distribuição dos elétrons nos elementos químicos segundo o diagrama de Pauling (página 101). Vamos agora relacionar essa distribuição com os períodos e colunas da Tabela Periódica. Caminhando horizontalmente ao longo dos sete períodos da Tabela, ao passarmos de uma "casa" para a seguinte, o número atômico aumenta de uma unidade. Esse acréscimo indica que a eletrosfera está recebendo um novo elétron — é o chamado elétron de diferenciação. Desse modo, teremos as distribuições eletrônicas ao longo dos dois primeiros períodos da Tabela Periódica, de acordo com o seguinte quadro: Período Elemento Símbolo Número atômico (= número total elétrons) Distribuição eletrônica por camadas por subníveis K L , Hidrogênio H 1 1 Is 1 Hélio He 2 2 Is 2 2 a • Lítio Li 3 2 1 1 s 2 2s' Berílio Be 4 2 2 1 s 2 2s 2 Boro B 5 2 3 1 s 2 2s 2 2 p' Carbono C 6 2 4 1 s 2 2s 2 2 p 2 Nitrogênio N 7 2 5 1 s 2 2s 2 2p 3 Oxigênio O 8 2 6 1 s 2 2s 2 2p 4 Flúor F 9 2 7 1 s 2 2s 2 2 p 5 Neônio Ne 10 2 8 1 s 2 2s 2 2 p 6 (A continuação desta tabela encontra-se em "Tabelas Auxiliares", ao final do livro.) Capítulo 5 • A CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA DOS ELEMENTOS 119 A Capitulo 05-QF1-PNLEM 119 29/5/05, 19:09 A Prosseguindo pela Tabela Periódica, mostramos a seguir a entrada dos sucessivos elétrons de dife- renciação no último subnível eletrônico de cada elemento: IA 8A Is 1 2A 3A 4A 5A 6A 7A Is 2 2s' 2 s 2 3B 4B 5B 6B 7B * — 8B — v 1B 2B 2 P' 2 P 2 2p 3 2 P 4 2 P 5 2p 6 3s 1 3 s 2 3 P' 3p 2 3 P 3 3p 4 3p 5 3p 6 4 s 1 4 s 2 3 d' 3 d 2 3 d 3 3c/ 4 3 d 5 3c/ 6 3 d 7 3c/ 8 3c/ 9 3 d'° 4p' 4p 2 4p 3 4p 4 4p 5 4p 6 5s 1 5s' 4 d' 4 d 2 4 c/ 3 4 d 4 4 d 5 4 d 6 4ci 7 4c/ 8 4c/ 9 4 d’° 5p' 5p 2 5p 3 5p 4 5p 5 5p 6 6 s 1 6 s 2 4 f. 5 d 2 5c/ 3 5 d 4 5c/ 5 5c/ 6 5 d 7 5c/ 8 5c/ 9 5d'° 6 p 1 6 p 2 6 p 3 6p 4 6 p 5 6p 6 7s' 7 s 2 5 f 6 d 2 6 d 3 6c/ 4 6 d 5 6 cí 6 6 d 7 6c/ 8 6c/ 9 6 d'° c 4f 1 4 r- 4 / 3 4 f 4 4/ 5 4f 6 4/ 7 4/ 8 4í 9 4í 10 4/" 4/' 2 4/ 13 4/ 14 5c/ 1 5 f' 5 f 2 5/ 3 5 r 5 f 5 5/ 6 5/ 7 5/ 8 5/ 9 5/’° 5/ 11 5/ 12 5f 13 5/ 14 6c/' Note que nesta Tabela há quatro regiões distintas de preenchimento dos subníveis eletrônicos: • na região azul, os elétrons entram em subníveis s; • na região verde, os elétrons entram em subníveis p ; • na região amarela, os elétrons entram em subníveis d ; • na região rosa, os elétrons entram em subníveis f. É muito importante notar que: • Os 7 períodos da Tabela Periódica correspondem às 7 camadas ou níveis eletrônicos dos áto- mos. Desse modo, exemplificando, o ferro (Fe-26) está no 4 a período, e por isso já sabemos que seu átomo possui 4 camadas eletrônicas ( K , L, M, N). • Nas colunas A, o número de elétrons na última camada eletrônica é igual ao próprio núme- ro da coluna. Por exemplo, o nitrogênio está na coluna 5A e, portanto, sua última camada eletrônica tem 5 elétrons (s 2 p 3 ). É por esse motivo que os elementos de uma mesma coluna A têm propriedades químicas muito semelhantes, o que justifica o fato de tais elementos (em azul ou em verde, na tabela anterior) serem chamados de elementos típicos, característicos ou repre- sentativos da Classificação Periódica. • Nas colunas B, o número de elétrons na última camada permanece, em geral, igual a 2. Agora é a penúltima camada que vai recebendo os sucessivos elétrons, como acontece com os elemen- tos de transição (parte amarela da tabela anterior); ou então é a antepenúltima camada, como acontece com os lantanídios e actinídios (parte rosa da tabela anterior), que por essa razão são chamados de elementos de transição interna. Devemos porém avisar que, nas colunas B, apare- cem algumas irregularidades na distribuição eletrônica dos elementos, cuja explicação foge ao objetivo do nosso curso. • Há um modo abreviado de representar a distribuição eletrônica de um elemento químico: se- guindo a Tabela Periódica, escrevemos o símbolo do último gás nobre que aparece antes do elemento (isto é, do gás nobre do período "de cima"); em seguida, representamos apenas os elétrons que o elemento tiver a mais em relação a esse gás nobre. Nos exemplos seguintes, damos as distribuições eletrônicas dos três primeiros elementos da coluna 4A (C, Si, Ge), primei- ramente na forma completa e depois na forma abreviada. C (Z = 6): 1 s 2 2s 2 2 p 2 C (Z = 6): [He] 2s 2 2 p 2 I — ►hélio: [He] Si (Z = 1 4): 1 s 2 2s 2 2p 6 3 s 2 3 p 2 Si (Z I — ► neônio: [Ne] 14): [Ne] 3s 2 3 p 2 120 Capitulo 05-QF1-PNLEM 120 29/5/05, 19:09 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Ge (Z = 32): 1 s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3 p 6 4 s 2 3 d 10 4 p 2 Ge (Z = 32): [Ar] 4s 2 3 d 10 4p 2 argônio: [Ar] • Quando um elemento ganha 1, 2, 3... elétrons e se transforma num íon negativo (ânion), sua configuração eletrônica é semelhante à de outro elemento situado 1, 2, 3... "casas" à frente na Tabela Periódica. Ao contrário, quando um elemento perde 1, 2, 3... elétrons e se transforma num íon positivo (cátion), sua configuração eletrônica torna-se semelhante à de outro elemento situado 1, 2, 3... "casas" para trás na Tabela Periódica. Átomos e íons com o mesmo número de elétrons na eletrosfera são chamados isoeletrônicos e são, pois, "vizinhos" na Classificação Periódica. ■nVTníYSV Responda em UU4 seu caderno a) O que indica o período onde o elemento químico está situado? b) Em quais subníveis os elétrons de diferenciação dos elementos representativos são adicionados? c) Nos metais de transição, em qual subnível o último elétron entra? E nos metais de transição interna? d) O que são átomos ou íons isoeletrônicos? EXERCÍCIOS 7~z — : Registre as respostas em seu caderno Exercício resolvido 1 3 (Ueba) Um átomo apresenta normalmente 2 elétrons na primeira camada, 8 elétrons na segunda, 18 elé- trons na terceira camada e 7 na quarta camada. A família e o período em que se encontra esse elemen- to são, respectivamente: a) família dos halogênios, sétimo período b) família do carbono, quarto período c) família dos halogênios, quarto período d) família dos calcogênios, quarto período e) família dos calcogênios, sétimo período Resolução a) 4s 2 e 4 a período. b) 4s 2 e 5 a período. c) 3 d 3 e 4 a período. d) 3 d 3 e 5 a período. e) 4p 3 e 4 a período. 16 (Mackenzie-SP) Uma distribuição eletrônica possível para um elemento X, que pertence à mesma família do ele- mento bromo, cujo número atômico é igual a 35, é: a) 1 s 2 , 2s 2 , 2 p 5 b) 1 s 2 , 2s 2 , 2p 6 , 3s 2 , 3 p 1 c) 1 s 2 , 2s 2 , 2 p 2 d) 1 s 2 , 2s 2 , 2p 6 , 3s' e) 1 s 2 , 2s 2 , 2 p 6 , 3 s 2 , 3 p 6 , 4 s 2 , 3 d 5 Tendo quatro camadas eletrônicas, o elemento será do 4 a período. Com 7 elétrons na quarta camada, o elemento estará na coluna 7A. Trata-se, pois, do halogênio situado no quarto período. Alternativa c Outra resolução possível é somar o número total de elétrons: 2 + 8 + 18 + 7 = 35. Procurando na Tabe- la Periódica, encontramos o bromo (número atômi- co 35), que é o halogênio do quarto período. 14 (U. F. Santa Maria-RS) Um elemento neutro possui configu- ração eletrônica 1 s 2 2S 2 2 p 6 3 s 2 3 p 5 . Esse elemento é um: a) metal alcalino terroso. b) halogênio. c) metal do primeiro período de transição. d) gás nobre. e) elemento do grupo do nitrogênio. 1 5 (Uniceub-DF) O aço tem como um dos componentes que lhe dá resistência e ductibilidade o elemento vanádio; sobre o vanádio podemos afirmar que seu subnível mais energético e seu período são, respectivamente: (Dado: 23 V.) Exercício resolvido 17 Qual é a estrutura eletrônica do enxofre (Z = 16), por níveis e subníveis eletrônicos? Qual a posição desse elemento na Classificação Periódica? Resolução De acordo com o diagrama de Pauling (página 1 01 ), temos: Por subníveis: 1 s 2 2s 2 2 p 6 3s 2 3 p 4 S(Z 16 ) ■ Por camadas ou subníveis eletrônicos: 2 , 8 , 6 Tendo 3 camadas eletrônicas, podemos concluir que o enxofre pertence ao 3 a período da Classificação Periódica; sendo o último subnível do tipo p e estan- do ele incompleto, concluímos que o enxofre está localizado na região p da tabela; havendo 6 elétrons na última camada, concluímos também que o en- xofre está na coluna 6A (calcogênio) da Classifica- ção Periódica. Capítulo 5 • A CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA DOS ELEMENTOS 121 Capitulo 05-QF1-PNLEM 121 29/5/05, 19:09 18 (Unisinos-RS) Temos, abaixo, as configurações eletrôni- cas de alguns elementos no estado fundamental. A con- figuração eletrônica que corresponde a um gás nobre é: a) 1 s 2 2s 2 2p 6 3 s 2 3 p 6 d) 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3s 2 3 p 6 4s 2 3 d 10 b) 1 s 2 2s 2 2p 6 3S 2 3 p 6 4 s 2 e) 1 s 2 2s 2 2 p 6 3S 2 3p 3 c) 1 s 2 2s 2 2 p 6 3s 2 3p 2 Exercício resolvido 1 9 (FCV-SP) Um elemento químico A apresenta proprie- dades químicas semelhantes às do oxigênio. A pode ter configuração eletrônica: a) 1 s 2 2s 2 2 p 6 d) 1 s 2 2s 2 2 p 6 3s 2 3 p 3 b) 1 s 2 2s 2 2p 6 3s 2 e) 1 s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3 p 4 c) ls 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p' a) calcogênios e alcalino-terrosos b) halogênios e alcalinos c) halogênios e alcalino-terrosos d) calcogênios e alcalinos Exercício resolvido 23 (UFC-CE) O elemento com configuração eletrônica no estado fundamental [Ar]4s 2 3</ é o quarto mais abundante na crosta terrestre. Assinale a opção que corresponde ao nome desse elemento. a) magnésio d) níquel b) alumínio e) ferro c) oxigênio Resolução A configuração eletrônica do oxigênio (Z = 8) é 1 s 2 2S 2 2 p 4 ; logo, sua última camada tem configuração s í p'. O elemento A, com propriedades químicas semelhan- tes às do oxigênio, deverá também terminar em s 2 p 4 . Alternativa e 20 (Unisinos-RS) Entre as alternativas abaixo, indique aque- la que contém afirmações exclusivamente corretas sobre os elementos cujas configurações eletrônicas são apre- sentadas a seguir: Elemento Configuração eletrônica A Is 2 2s 2 2 p 6 3s’ B Is 2 2s 2 2p 4 C Is 2 2s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 4s 2 D Is 2 2s 2 2 p 6 3s 2 3 p 6 E Is 2 2s 2 2 p 6 3s 2 3 p 5 a) O elemento C é um gás nobre e o elemento 8 é um halogênio. b) Os elementos A e C situam-se, respectivamente, no terceiro e quarto períodos da Tabela Periódica. c) O elemento E é um calcogênio e situa-se no quinto período da Tabela Periódica. d) O elemento 6 é um halogênio do segundo período, enquanto o elemento D situa-se no sexto período da Tabela Periódica. e) O elemento A é um metal alcalino-terroso. Exercício resolvido 21 (Cesgranrio-Rj) Um átomo T apresenta menos 2 prótons que um átomo Q. Com base nessa informa- ção, assinale a opção falsa. T a) gás nobre b) halogênio c) calcogênio d) enxofre e) bário Q alcalino-terroso alcalino gás nobre silício cério Resolução Do enunciado concluímos que, se Q tem x prótons, T terá (x - 2) prótons. Isto equivale a dizer que Q está duas "casas" à frente de T na Tabela Periódica. Assim, basta seguir a Tabela Periódica para verificar que a única opção incorreta (falsa) é a da alternativa d. 22 (Uece) O elemento químico com Z = 54 possui em sua camada de valência a configuração 5s 2 5 p 6 . Os elemen- tos com Z = 52 e com Z = 56 pertencem às famílias dos: Resolução Pela tabela periódica, a distribuição eletrônica do argônio [Ar] é igual a 1 s 2 2s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 . O elemento desconhecido será a parte do [Ar], acrescida de 4s 2 3 dt, como diz o enunciado da questão. Temos então, para o elemento desconhecido [Ar]4s 2 3i f , ou seja, Is 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 4 s 2 3 d 6 . Somando os expo- entes (número de elétrons) obtemos 26, que é o nú- mero atômico do ferro. Alternativa e 24 Escreva as configurações eletrônicas dos seguintes ele- mentos: a) enxofre (Z = 16), em função da configuração do neônio; b) ferro (Z = 26), em função da configuração do argônio; c) césio (Z = 55), em função da configuração do xenônio. Exercício resolvido 25 Um elemento químico está na coluna 2A e seu áto- mo perde dois elétrons. A qual das colunas corresponderá a configuração eletrônica do íon for- mado? Resolução Na coluna 2A o elemento tem em sua última cama- da 2 elétrons — 2s 2 ou 3s 2 ou 4s 2 ...; genericamente diremos ns 2 , sendo n o número do período (ou da camada). Perdendo 2 elétrons, o elemento irá "re- troceder" 2 casas na Tabela Periódica, chegando as- sim à coluna 8A do período anterior (cujo número será n — 1). O íon formado terá, portanto, a confi- guração eletrônica do gás nobre situado na coluna 8A e período n - 1 . 26 (U. Católica de Salvador-BA) A espécie X 2 ~ com 8 elétrons na camada mais externa (camada da valência) pode ser do elemento X, que, na Tabela Periódica, pertence ao grupo: a) 7 A c) 2A e) 8A b) 6A d) 1 A 27 (UFMG) Considerando as partículas constituintes do íon Mg 2+ e a posição do elemento no quadro periódico, pode- se afirmar que esse íon: a) tem a mesma configuração eletrônica que o átomo de argônio. b) tem um núcleo com 14 prótons. c) apresenta números iguais de prótons e elétrons. d) apresenta dois níveis completamente preenchidos. 122 Capitulo 05-QF1-PNLEM 122 29/5/05, 19:09 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno 28 (UFRRJ) As vitaminas A, C e E possuem propriedades antioxidantes, por isso são importantes no combate aos radicais livres. A vitamina E, por exemplo, quando interage com selênio, origina uma potente ação inibidora desses radicais livres. Em relação ao selênio podemos afirmar que: a) se encontra no terceiro período da Tabela Periódica. b) possui quatro elétrons na camada mais externa. c) apresenta um acentuado caráter metálico. d) possui tendência de formar íons de carga positiva. e) apresenta seis elétrons na camada mais externa. 29 (UFRCS-RS) Considerando a Classificação Periódica dos elementos, a afirmação correta é: a) O manganês é um metal e seu número atômico é 54,9. b) O bromo é semimetal e pertence à família dos halogênios. c) O criptônio é um gás nobre e seu número atômico é 1 9. d) O zinco é um metal que, no estado fundamental, apre- senta elétrons distribuídos em três camadas eletrônicas. e) O enxofre é um não-metal, com seis elétrons na últi- ma camada. 30 (Unirio-RJ) "O coração artificial colocado em Elói come- çou a ser desenvolvido há quatro anos nos Estados Uni- dos e já é usado por cerca de 500 pessoas. O conjunto, chamado de Heartmate, é formado por três peças princi- pais. A mais importante é uma bolsa redonda com 1 ,2 qui- lo, 1 2 centímetros de diâmetro e 3 centímetros de espes- sura, feita de titânio — um metal branco-prateado, leve e resistente." Revista Veja, julho de 1999. Entre os metais abaixo, aquele que apresenta, na última camada, número de elétrons igual ao do titânio é o: a) C c) Ga e) Xe b) Na d) Mg 31 (U. Católica Dom Bosco-MS) Um elemento que apre- senta nos últimos subníveis a configuração 4s 2 3 d 2 é um elemento: a) alcalino c) alcalino-terroso e) gás nobre b) de transição d) calcogênio 32 (Ufac) A distribuição eletrônica de um átomo Y, no esta- do neutro, apresenta o subnível mais energético 4s\ Com relação a este átomo, pode-se afirmar que ele: I. Apresenta 1 elétron na camada de valência. II. Pertence à família periódica IVA. III. Pertence à família periódica IA, localizado no 4 a período. IV. E um elemento metálico. V. Possui número atômico 20. a) I e II estão corretas. d) III, IV e V estão corretas. b) I, II e V estão corretas. e) Todas estão corretas. c) I, III e IV estão corretas. 33 (UFPA) Considere um determinado elemento químico cujo subnível mais energético é o 5s 2 . Seu número atômico e o grupo em que está localizado na Tabela Periódica são, respectivamente: a) 20; IA b) 20; 2A c) 38; 2A d) 38; IA e) 39; 2A 34 (Mackenzie-SP) Espécies químicas simples que apresentam o mesmo número de elétrons são chamadas isoeletrônicas (números atômicos: Na = 11; Mg = 12; S = 1 6; Cí =1 7; Ar = 1 8; K = 1 9). Assim, entre Mg, Na + , Cl - , S, K + e Ar, são isoeletrônicas: a) CC e S c) Na + e Mg e) Na + e K + b) K + , Ar e CV d) Na + e CC 35 (UVA-CE) Átomos do elemento Y, que apresentam a dis- tribuição eletrônica Is 2 , 2s 2 , 2p 6 , 3s 2 , 3 p 4 : a) têm número de massa igual a 1 6. b) formam o íon Y 2 . c) pertencem à família do carbono. d) apresentam cinco níveis de energia. _ PROPRIEDADES PERIÓDICAS E Q APERIÓDICAS DOS ELEMENTOS QUÍMICOS 4.1. Introdução Objetos com perfis "periódicos" (isto é, repetitivos) são muito comuns: Em uma faca de cortar pão as ondulações se repetem. Em uma corrente os elos se repetem. Fatos que se repetem periodicamente são também comuns em nosso dia-a-dia. Alguns são fáceis de traduzir em um gráfico, como a variação da temperatura ambiente durante uma semana. Os dias são mais quentes (são os “picos” do gráfico) e as noites, mais frias (são os “vales” do gráfico). A tendência deste gráfico é repetir-se na semana seguinte. Capítulo 5 • A CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA DOS ELEMENTOS 123 Capitulo 05-QF1-PNLEM 123 29/5/05, 19:09 A O mesmo acontece na Química. Por exemplo, fazendo-se o gráfico do número de elétrons na última camada eletrônica em função do número atômico do elemento, teremos, para os vinte primeiros elementos, o resultado abaixo: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 12 1 3 14 1 5 1 6 1 7 1 8 19 20 Número atômico A partir do que foi exposto, as seguintes observações são importantes: • nas colunas A da Tabela Periódica teremos um gráfico conforme o anterior; • nas colunas B da Tabela Periódica o gráfico será praticamente horizontal, pois esses elementos têm quase sempre 2 elétrons na última camada. Generalizando, podemos dizer que muitas propriedades dos elementos químicos variam periodi- camente ao longo da Tabela Periódica, sendo por isso chamadas propriedades periódicas. Como exem- plos, podemos citar o raio atômico, o volume atômico, a densidade absoluta, a temperatura de fusão e a de ebulição etc. Esse fato é expresso pela lei da periodicidade de Moseley, vista na página 1 1 3. Há, contudo, algumas propriedades cujos valores só aumentam com o número atômico, e outras cujos valores só diminuem. São as chamadas propriedades aperiódicas, das quais destacamos: • o número de massa sempre aumenta com o aumento do número atômico, conforme o gráfico seguinte: • o calor específico do elemento no estado sólido sempre diminui com o aumento do número atômico (calor específico é a quantidade de calor necessária para elevar dei °C a temperatura dei g do elemento). No entanto, as propriedades periódicas são mais comuns e importantes, de maneira que, daqui para diante, somente elas serão estudadas com mais detalhes. 4.2. Raio atômico É difícil medir o raio de um átomo, pois a "nuvem de elétrons" que o circunda não tem limites bem definidos. Costuma-se então medir, com o auxí- lio de raios X, a distância ( d ) entre dois núcleos vizinhos e dizer que o raio atômico (r) é a metade dessa distância. De um modo mais completo, dizemos que o raio atômico (r) de um elemento é a metade da distância internuclear mínima (d) que dois átomos desse elemento podem apresentar, sem estarem ligados quimicamente. 124 Capitulo 05-QF1-PNLEM 124 29/5/05, 19:09 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. O raio atômico dos elementos é uma propriedade periódica, pois seus valores variam periodica- mente (isto é, aumentam e diminuem seguidamente) com o aumento do número atômico. Observe o esquema abaixo, em que estão representados apenas os elementos das colunas A da Tabela Periódica. 32 u 152 186 227 248 CS 265 Sentido de crescimento dos raios atômicos 2A 3A 4A 5A 6A 7A 8A He Q 50 B C N O F Ne Be • 9 O O J Q 112 98 91 92 73 72 70 Mg 160 143 Si 132 128 0 127 a 99 Ar 98 197 c. 135 Ce 137 A, 139 Se 140 B, 114 K, 112 s, 215 166 Sn 162 SB 159 160 Q 133 Xe 131 Be 222 n 171 PB 175 B, 170 PO 164 A, 142 R " 140 Raios atômicos medidos em picômetros (símbolo pm), que é um submúltiplo do metro (1 pm = 10~ 12 m). O mesmo fato está representado no gráfico abaixo. Capítulo 5 • A CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA DOS ELEMENTOS A 125 Capitulo 05-QF1-PNLEM 125 29/5/05, 19:09 A No esquema de Tabela Periódica ao lado, as setas indicam o sentido de crescimento dos raios atômicos. Note que, na vertical, os raios atômicos aumentam de cima para baixo porque os átomos têm, nesse sentido, um número crescente de camadas eletrônicas. Na horizontal, os raios atômicos aumentam para a esquerda. Isso acontece por- que, para a direita, as camadas eletrônicas são atraídas cada vez mais intensamente pelo núcleo, pois a carga positiva do núcleo também cresce para a direita. n j 4.3. Volume atômico Chama-se volume atômico de um elemento o volume ocupado por 1 mol (6,02 • 1 0 23 átomos) do elemento no estado sólido. Observe que o volume atômico não é o volume de um átomo, mas o volume de um conjunto (6,02 ■ 1 0 23 ) de átomos; conseqüentemente, no volume atômico influi não só o volume de cada átomo como também o espaçamento existente entre os átomos. Examinemos o gráfico seguinte. Podemos concluir que o volume atômico também varia periodicamente com o aumento do núme- ro atômico. No esquema de Tabela Periódica ao lado, as setas indi- cam o aumento do volume atômico. Notamos, então, que os elementos de maior volume atô- mico estão situados na parte inferior e nas extremidades da Ta- bela Periódica. Observe também que, em cada coluna da Tabe- la Periódica, a variação do volume atômico é semelhante à do raio atômico (veja o item 4.2); nos períodos, à esquerda da linha tracejada, o aumento do volume atômico acompanha o do raio atômico; já à direita da linha tracejada, a variação é oposta, porque, nos elementos aí situados (principalmente nos não-metais), o "espaçamento" entre os átomos é relativamente grande. 126 Capitulo 05-QF1-PNLEM 126 29/5/05, 19:09 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 4.4. Densidade absoluta Chama-se densidade absoluta (d) ou massa específica de um elemento o quociente entre sua massa (m) e seu volume (V). Portanto: A variação da densidade absoluta, no estado sólido, é tam- bém uma propriedade periódica dos elementos químicos. No esquema de Tabela Periódica à direita, as setas indicam o aumento da densidade absoluta. Como podemos ver, os elemen- tos mais densos situam-se no centro e na parte inferior da Tabe- la. Exemplo: ósmio ( d = 22,5 g/cm 3 ) e irídio (d = 22,4 g/cm 3 ). 4.5. Ponto de fusão e de ebulição As temperaturas nas quais os elementos entram em fusão ou em ebulição são, também, funções periódicas de seus números atômicos. No esquema de Tabela Periódica ao lado, novamente as setas indicam o aumento do ponto de fusão (o carbono é uma exceção, com ponto de fusão igual a 3.800 °C). Por exem- plo, o tungsténio (W) é o metal de maior ponto de fusão (3.422 °C), sendo utilizado na fabricação de filamentos de lâm- padas incandescentes. É interessante notar que os elementos de menores pontos de fusão e de ebulição são aqueles que podem se apresentar no esta- do líquido, ou até mesmo no gasoso, em condições ambiente. Com exceção do hidrogênio, esses elementos estão situados à direita e na parte superior do esquema da Tabela Periódica ao lado. No exemplo, são gases: hidrogênio, nitrogênio, oxigênio, flúor, cloro e gases nobres. Dos elementos comuns, só o bromo e o mercúrio são líquidos. 4.6. Potencial de ionização Chama-se potencial ou energia de ionização a energia necessária para "arrancar" um elétron de um átomo isolado no estado gasoso. Essa energia é, em geral, expressa em elétron-volt (eV), que é a energia ou trabalho necessário para deslocar um elétron contra uma diferença de potencial de 1 volt. Na prática, o mais importante a ser considerado é o 1- potencial de ionização, isto é, a energia necessária para "arrancar" o I 9 elétron da camada mais externa do átomo. O I 9 potencial de ionização aumenta conforme o esquema de Tabela Periódica ao lado. 4.7. Eletroafinidade ou afinidade eletrônica Chama-se eletroafinidade ou afinidade eletrônica a energia liberada quando um elétron é adicionado a um átomo neutro no estado gasoso. Essa energia é também expressa, em geral, em elétron-volt (eV) e mede a intensidade com que o átomo "se- gura" esse elétron adicional. A eletroafinidade aumenta confor- me o esquema de Tabela Periódica ao lado. Veremos, no capítulo 7, que essa propriedade é muito im- portante nos não-metais. Dentre eles, os elementos com maio- res eletroafinidades são os halogênios e o oxigênio. Capítulo 5 • A CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA DOS ELEMENTOS 127 Capitulo 05-QF1-PNLEM 127 6/7/05, 14:33 ATIVIDADES PRÁTICAS — PESQUISA 1 â Procure conhecer o maior número possível de elemen- tos químicos. Comece pelos mais fáceis de encontrar: Fe (um prego de ferro), Cu (fios elétricos), Al (panela comum) etc. 2- Dos elementos que você ficou conhecendo na pri- meira atividade, procure obter uma constante física qualquer, como densidade, ponto de fusão, ponto de ebulição etc. (para isso, consulte um dicionário de Quí- mica em alguma biblioteca). Construa um gráfico com os valores obtidos, colocando-os em função dos nú- meros atômicos. h]TV 7TE?5V Res P° nda em Kií seu caderno (Of a) O que é raio atômico? b) O que é volume atômico? c) O que é potencial de ionizaçao? d) O que é eletroafinidade? EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno 36 (Fesp-SP) Constituem propriedades aperiódicas dos ele- mentos: a) densidade, volume atômico e massa atômica. b) ponto de fusão, eletronegatividade e calor específico. c) volume atômico, massa atômica e ponto de fusão. d) massa atômica, calor específico e ponto de fusão. e) massa atômica e calor específico. Exercício resolvido 37 (UFRCS-RS) X, Y e Z representam três elementos da Tabela Periódica que têm raios, em nanômetros (nm): X: 0,0080 nm, Y: 0,123 nm e Z: 0,157 nm (1 nm = 1 0 9 m). Esses elementos podem ser, res- pectivamente: a) Li, Be e Na b) Li, Na e Be c) Na, Be e Li d) Na, Li e Be e) Be, Li e Na Resolução Exercício resolvido 38 (Uece) Dados os elementos 5 B, 27 C 0 , 3q Ga e 34 Se, em função da posição na Tabela Periódica e da distribui- ção eletrônica em subníveis, qual deles apresenta o maior volume atômico? a) Ga b) B c) Se d) Co Resolução Dados os números atômicos dos elementos, é fácil localizá-los na Tabela Periódica (mesmo sem se preo- cupar com as distribuições eletrônicas em subníveis). No esquema a seguir, estamos comparando a localiza- ção dos elementos dados com os sentidos de aumento dos volumes atômicos, como vimos à página 1 26. Per- cebemos então que o elemento Se é o que mais se aproxima das extremidades da Tabela Periódica, que correspondem aos maiores volumes atômicos. Note que as cinco opções deste teste sempre indicam os elementos Li, Be, Na. Na Tabela Periódica, esses elementos estão colocados nas posições indicadas a seguir (as setas indicam o sentido de aumento dos raios atômicos). Ora, seguindo a ordem das setas, deve- mos colocar X, Te Z também nas posições indicadas. Portanto: X = Be, Y = Li e Z = Na. Alternativa e IA 2A II Li Be III Na Y = 0,123 X = 0,0080 Z = 0,157 39 Qual das seguintes opções apresenta corretamente os ele- mentos em ordem crescente, em relação aos volumes atômicos? a) Na, Li, Rb, Cs, K b) Li, K, Na, Rb, Cs c) K, Li, Rb, Cs, Na d) Cs, Rb, Li, Na, K e) Li, Na, K, Rb, Cs 128 Capitulo 05-QF1-PNLEM 128 6/7/05, 15:44 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 40 (UFRGS-RS) Pela posição ocupada na Tabela Periódica, qual dos elementos é o mais denso? a) chumbo b) ósmio c) mercúrio d) urânio e) bário 41 (Cesgranrio-RJ) Os pontos de fusão e de ebulição nor- mais dos metais do bloco d da Classificação Periódica são, geralmente, muito elevados. Constituem-se exceções, por apresentarem pontos de fusão e de ebulição normais baixos, os metais desse bloco que têm os orbitais s e d completos. Esses metais são: a) Cd, Ag e Hg b) Pt, Pd e Au c) Cr, Pt e Hg d) Ni, Pd e Pt e) Zn, Cd e Hg Exercício resolvido 42 (Fuvest-SP) Considere os seguintes átomos neutros: A (1 8 elétrons), 8 (1 7 elétrons), C (1 1 elétrons) e D (2 elétrons). a) A que famílias pertencem? b) Coloque-os em ordem crescente dos potenciais de ionização. Resolução a) Olhando para a Tabela Periódica, vemos que: A, com 1 8 elétrons, é o argônio — gás nobre 6, com 1 7 elétrons, é o cloro — halogênio C, com 1 1 elétrons, é o sódio — metal alcalino D, com 2 elétrons, é o hélio — gás nobre b) Pelo esquema da página 127, concluímos que a ordem crescente dos potenciais de ionização é: C < B < A < D. 43 (Mackenzie-SP) Qual é a alternativa na qual o átomo ci- tado tem o maior potencial de ionização? a) He (Z = 2) b) Be (Z = 4) c) C (Z = 6) d) O (Z = 8) e) F (Z = 9) 44 (Unifor-CE) Sejam os seguintes átomos neutros represen- tados pelos símbolos hipotéticos X, Y, Z e Te suas respec- tivas configurações eletrônicas: X-> 1 s 2 Z^ Is 2 2s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 y -> 1 s 2 2s 2 T -> 1 s 2 2s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 4s 2 O que apresenta maior energia de ionização é: a) Y b) Z c) T d) X Capítulo 5 • A CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA DOS ELEMENTOS Exercício resolvido 45 (F. F. O. Diamantina-MG) Damos, a seguir, os 1°, 2°, 3° e 4- potenciais de ionização do Mg (Z = 1 2), B (Z = 5) e K (Z = 1 9). Esses elementos, na tabela, serão representados por X, Y, W, mas não necessaria- mente na mesma ordem. X Y W Potenciais de ionização (em volts) I 2 8,3 7,6 4,3 2 2 25 15 32 3 2 38 80 46 4 2 259 109 61 Marque a alternativa em que há uma correspondên- cia correta entre Mg, B, K e as letras X, Y, W. X Y W a) B K Mg b) B Mg K c) K Mg B d) K B Mg e) Mg B K Resolução 1 -, 2°, 3°, 4° etc. potenciais de ionização são as ener- gias necessárias para "arrancar" do átomos 1°, 2°, 3 2 , 4 2 etc. elétrons a partir do subnível mais externo (de maior energia) para os subníveis mais internos. Nesta questão basta nos orientarmos pelo I 2 poten- cial de ionização (1- linha da tabela). Na or- dem 8,3 > 7,6 > 4,3, temos potenciais decrescen- tes que, pela tabela esquemática da página 127, correspondem à ordem B, Mg, K. Alternativa b 46 (Unifor-CE) Do leite ao peixe, os minerais estão pre- sentes em todos os alimentos. São fundamentais para o corpo humano, atuando como poderosos coadjuvan- tes da saúde física e psíquica ao manter bem ajustado um sem-número de funções. Pela sua importância, são classificados: Macrominerais: Ca, Fe e P Microminerais antioxidantes: Cu, Mg, Zn e Se Microminerais dos recursos hídricos: K e Na E correto afirmar que: a) Na, Cu, Zn e Se pertencem ao mesmo período da Clas- sificação Periódica. b) Fe possui em seu estado fundamental o subnível d in- completo. c) Mg, Ca e K são metais alcalino-terrosos e, portanto, apresentam as mesmas propriedades químicas. d) com relação à afinidade eletrônica, a ordem correta é P > Se > Na > Cu. 129 29/5/05, 19:10 Capitulo 05-QF1-PNLEM 129 EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno 47 (U. F. Santa Maria-RS) Julgue se são verdadeiras (V) ou falsas (F) as afirmações relacionadas com as proprieda- des periódicas dos elementos. Dependem das massas atômicas dos elementos. Repetem-se em intervalos mais ou menos regulares em relação ao aumento dos números atômicos. São semelhantes em um mesmo grupo de elementos. São semelhantes em um mesmo período de elementos. Em um mesmo grupo, os valores numéricos das proprie- dades periódicas sempre aumentam, quando há aumen- to do número atômico dos elementos. A seqüência correta é: a) V - F - V - F - F d) F - V - F - V - V b) V - F - F - V - V e) V - F - F - V - F c) F - V - V - F - F 48 (Faap-SP) Levando em consideração as posições dos ele- mentos At, Na, Pd, Zn e Ni na Tabela Periódica, dispo- nha-os segundo a ordem crescente de suas respectivas densidades. 49 O cálcio e o bário antecedem e precedem, respectiva- mente, o estrôncio na Tabela Periódica. Sabendo que: o ponto de fusão do cálcio é 845 °C, e do bário, 725 °C, o ponto de fusão mais provável para o estrôncio é: a) 1.570 °C c) 770 °C e) 670 °C b) 535 °C d) 1 20 °C 50 (PUC-Campinas-SP) Para verificar se um objeto é de chum- bo puro, um estudante realiza a seguinte experiência: 1 . Determina a sua massa (1 75,90 g); 2. Imerge-o totalmente em 50,0 mL de água contida numa proveta; 3. Lê o volume da mistura água e metal (65,5 mL). Com os dados obtidos, calcula a densidade do metal, compara-a com o valor registrado numa tabela de pro- priedades específicas de substâncias e conclui que se tra- ta de chumbo puro. Qual o valor calculado para a densi- dade, em g/mL, à temperatura da experiência? a) 2,61 c) 5,22 e) 11,3 b) 3,40 d) 6,80 51 (PUC-RS) A alternativa que apresenta os elementos em ordem crescente de seus potenciais de ionização é: a) hélio, carbono, berílio, sódio. b) neônio, flúor, oxigênio, lítio. c) sódio, neônio, carbono, lítio. d) flúor, potássio, carbono, berílio. e) potássio, sódio, nitrogênio, neônio. K L M ®))) ® 2 8 7 52 (U. F. Viçosa-MG) Os átomos neutros de dois elementos quí- micos A e 6, estáveis, apresen- tam respectivamente as distribui- ções eletrônicas: Pode-se dizer, a respeito desses dois elementos, que: a) apresentam o mesmo número de nêutrons. b) são metais. c) apresentam o mesmo número de prótons. d) pertencem à mesma família da Tabela Periódica. e) apresentam o mesmo raio atômico. K L 2 7 53 (U. F. Santa Maria-RS) Considere as configurações eletrô- nicas no estado fundamental para os elementos quími- cos representados por: x = 1 s 2 , 2 s 2 , 2p 6 Y - Is 2 , 2s 2 , 2 p 6 , 3s 2 z = 1 s 2 , 2s 2 , 2 p 6 , 3s 2 , 3 p 3 Analise as afirmativas: I . x e y são gases nobres. II. z é um elemento representativo metálico. III. O I a potencial de ionização de y é menor que o I a potencial de ionização de z. Está(ão) correta(s): a) apenas I. c) apenas III. e) apenas I, II e III. b) apenas II. d) apenas I e II. 54 (UFMG) A propriedade cujos valores diminuem à medi- da que aumenta o número atômico na coluna dos halogênios é: a) densidade da substância elementar. b) primeira energia de ionização do átomo. c) raio atômico. d) temperatura de ebulição da substância elementar. e) temperatura de fusão da substância elementar. 55 (UFRGS-RS) Considerando a posição dos elementos na Tabela Periódica e as tendências apresentadas por suas propriedades periódicas, pode-se afirmar que: a) um átomo de halogênio do 4 a período apresenta me- nor energia de ionização do que um átomo de calcogênio do mesmo período. b) um metal alcalino terroso do 3 a período apresenta menor raio atômico do que um metal do 5 a período e do mesmo grupo. c) um átomo de gás nobre do 2 a período tem maior raio atômico do que um átomo de gás nobre do 6 a período. d) um átomo de ametal do grupo 14 é mais eletrone- gativo do que um átomo de ametal do grupo 1 6, no mesmo período. e) um átomo de metal do grupo 1 5 é mais eletropositivo do que um átomo de metal do grupo 1, no mesmo período. 56 (UFU-MG) Sobre a Tabela Periódica moderna ou atual, todas as afirmativas abaixo são corretas, exceto: a) A densidade aumenta de cima para baixo num grupo ou família. b) Elementos em um grupo ou família possuem a mes- ma configuração eletrônica na última camada. c) O raio atômico aumenta de cima para baixo num gru- po ou família. d) Os elementos são colocados em ordem crescente de suas massas atômicas. e) A primeira energia de ionização dos elementos de- cresce de cima para baixo num grupo ou família. 57 (Cesgranrio-RJ) Os dados X e Y que faltam no quadro são: a) X = 770; Y= 141 d) X = 770; Y = 1 .430 b) X = 861 ; Y = 1 .430 e) X = 1 .550; 7=251 c) X = 1.550; 7= 141 Ponto de fusão (°C) I a energia de ionização (kcal/mol) Cálcio 850 7 Estrôncio X 131 Bário 700 120 58 (Cesgranrio-RJ) Uma das utilizações da Classificação Perió- dica dos Elementos é o estudo comparativo de suas pro- priedades. Dos elementos abaixo, aquele que, ao mes- mo tempo, é mais denso que o bromo e tem maior po- tencial de ionização do que o chumbo é o: a) N b) O c) Ge d) Fe e) Kr 130 Capitulo 05-QF1-PNLEM 130 29/5/05, 19:10 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. LEITURA TRÊS FAMÍLIAS IMPORTANTES OS METAIS ALCALINOS (COLUNA IA) Em ordem de importância destacam-se, primeiramente, o sódio e, depois, o potássio. O sódio é encontrado em vários compostos naturais, sendo o principal o sal comum (NaCl — cloreto de sódio). O sódio é produzido industrialmente pela ação da corrente elétrica (eletrólise) do NaCl fundido: fusão 2 NaCl * 2 Na eletrólise + Cl' n O sódio é um sólido leve e mole, como a cera, podendo ser cortado com uma faca. É extremamente reativo e perigoso; pega fogo em contato com o ar (4 Na + 0 2 *- 2 Na 2 0), devendo, por isso, ser guardado em recipientes que contenham querosene ou benzeno. Chega a explodir quando em contato com a água (2 Na + 2 H 2 0 ► 2 NaOH + H '), devido à ignição do H 2 liberado. Nunca devemos pegá- lo com as mãos (só com pinças e luvas grossas de borracha), pois provoca fortes queimaduras na pele. E usado na produção de compostos orgânicos (corantes, perfumes, medicamentos etc.); na produção de compostos inorgânicos (cianeto de sódio, peróxidos etc.); na transferência de calor em reatores atômi- cos; em "lâmpadas de sódio"; etc. O metal sódio é mole e pode ser cortado com uma faca. Pedaço de sódio conservado em benzeno. OS METAIS ALCALINO-TERROSOS (COLUNA 2A) Em ordem de importância destacam-se, primeiramente, o cálcio e, depois, o magnésio. n O cálcio é um sólido leve, mole, de cor branco-prateada e brilhante. E muito abundante na natureza. Existe na água do mar e na crosta terrestre na forma de vários minerais: calcita (CaC0 3 , que constitui também o calcário, o mármore etc.), anidrita (CaS0 4 ), gipsita (CaS0 4 • 2 H 2 0, que é o gesso natu- ral), fluorita (CaF 2 ) etc. E produzido industrialmente pela eletrólise do CaCl 2 , fundido: fusão CaCl 2 ► Ca + Cl 2 eletrólise Tem grande importância biológica, pois está presente nos ossos, dentes, carapaças de animais etc. Seus compostos são muito importantes, como, por exemplo, a cal virgem (CaO), a cal extinta (Ca (OH) 2 ) e o gesso, usado para proteger fratu- ras ósseas. Capítulo 5 • A CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA DOS ELEMENTOS 131 Capitulo 05-QF1-PNLEM 131 29/5/05, 19:10 O magnésio é um sólido leve, prateado e maleável. Ele existe na água do mar e em vários minerais, como magnesita (MgC0 3 ), dolomita (CaC0 3 • MgC0 3 ) e carnalita (KCl • MgCl 2 • 6 H 2 0). E usado em ligas metálicas leves para aviação, em rodas "de magnésio" para automóveis, em reações da Química Orgânica, em fogos de artifício, e usado também como metal de sacrifício (ligado a cascos de navios, tubula- ções de aço etc., ele sofre corrosão, evitando a corrosão do aço). O hidróxido de magnésio, Mg(OH) 2 , é conhecido como "leite de magnésia" e é usado para combater a acidez estomacal (azia). Pequena tira de magnésio pegando fogo. OS HALOGÊNIOS (COLUNA 7A) Os mais importantes são o cloro, o bromo e o iodo. J Erlenmeyers contendo, da esquerda para a direita: cloro (gasoso), bromo (líquido) e iodo (sólido). O cloro é o mais abundante e o mais importante dos halogênios. É um gás denso, amarelo-esverdeado, muito tóxico e pouco solúvel na água — em meio aquoso, origina a chamada água de cloro: Cl 2 + H 2 0 HCl + HCIO Na indústria, o cloro é produzido pela eletrólise de soluções aquosas de NaCl: 2 NaCl + 2 H 2 0 2 NaOH + H 2 + Cl' eletrólise No laboratório, é usualmente preparado pela reação: Mn0 2 + 4 HCl ► MnCl 2 + 2 H 2 0 + Cl 2 O cloro é muito reativo; reage explosivamente com o hidrogênio quando exposto à luz (H 2 + Cl 2 ► 2 HCl); ataca praticamente todos os metais (2 Al + 3 Cl 2 ► 2 A IC1 3 ). O cloro é muito usado na produção de compostos orgânicos (plásticos, inseticidas, solventes etc.), na produção de compostos inorgânicos (HCl; NaClO; NaCl0 3 ; CaCl(ClO), que é o chamado "cloreto de cal"; etc.), no branqueamento da celulose destinada à fabrica- ção de papel, no tratamento de águas e esgotos etc. 0 “cloro líquido" é uma solução aquosa de hipoclorito de sódio (NaClO) presente na chamada água sanitária. O “cloro sólido” é o hipoclorito de cálcio — Ca(CtO) 2 , usado em piscinas. Ambos têm poder germicida. ■ Questões sobre a leitura Responda em seu caderno 59 Pela leitura, o que se pode concluir sobre a reatividade do potássio? 60 Por que o cálcio existe na casca do ovo e o magnésio não? 61 O iodo é menos reativo que o cloro. O que se pode concluir sobre a reatividade do bromo? 132 Capitulo 05-QF1-PNLEM 132 29/5/05, 19:11 EDUARDO SANTALIESTRA EDUARDO SANTALIESTRA J. GUTIERREZ SANCHEZ/CID Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. r DESAFIOS Registre as respostas em seu caderno 62 (PUC-RJ) Considere as afirmações sobre elementos do grupo IA da Tabela Periódica: I. São chamados metais alcalinos. II. Seus raios atômicos crescem com o número atômico. III. Seu potencial de ionização aumenta com o número atômico. IV. Seu caráter metálico aumenta com o número atômico. Dentre as afirmações, são verdadeiras: a) I e II b) III e IV c) I, II e IV d) II, III e IV e) I, II, III e IV 63 (UFMC) Comparando o cloro e o sódio, os dois elemen- tos químicos formadores do sal de cozinha, pode-se afir- mar que o cloro: a) é mais denso. b) é menos volátil. c) tem maior caráter metálico. d) tem menor energia de ionização. e) tem menor raio atômico. 64 (Uece) Atualmente, para aumentar a absorbância dos raios ultravioleta por filtros solares, se utiliza o Ti0 2 , que au- menta o valor do fator de proteção solar (F.P.S.) sem afe- tar os atributos cosméticos do produto. Com relação ao titânio e ao oxigênio, podemos afirmar que são, respecti- vamente: a) metal alcalino e halogênio b) metal alcalino e calcogênio c) metal de transição e halogênio d) metal de transição e calcogênio Elemento A 8 C D £ a) Configuração eletrônica Is 2 2s 2 2p 6 3s' Is 2 Is 2 Is 2 Is 2 2s 2 2s 2 2 s 2 2s 2 2p 4 2 P 6 2 P 6 2 P 6 3S 2 3S 2 3s 2 3 P 6 3p 6 3 P 5 4s 2 O elemento C é um gás nobre e o elemento 8 é um halogênio. b) Os elementos A e C situam-se, respectivamente, no terceiro e quarto períodos da Tabela Periódica. c) O elemento £ é um calcogênio e situa-se no quinto período da Tabela Periódica. d) O elemento 8 é um halogênio do segundo período, enquanto o elemento D situa-se no sexto período da Tabela Periódica. e) O elemento A é um metal alcalino-terroso. 69 (Uece) Sao dados abaixo os níveis energéticos de valência de alguns átomos neutros em seus estados fundamentais £ 3s 2 3p 5 C 5s 2 / 5s 2 5 p 5 Sobre esses elementos, temos as seguintes informações: I. Os elementos £ e / pertencem ao mesmo grupo e £ possui maior eletronegatividade que /. II. O elemento C apresenta maior energia de ionização. III. Os elementos Ce/ pertencem ao mesmo período e / possui maior afinidade eletrônica que C. Das afirmativas acima, é(são) verdadeira(s): a) apenas II b) I, II e III c) apenas I e III d) apenas II e III 65 (UFF-RJ) O elemento com Z = 117 seria um: a) elemento do grupo do oxigênio b) metal representativo c) metal de transição d) gás nobre e) halogênio 66 (UFC-CE) Um átomo x tem um próton a mais que um átomo y. Com base nessa informação, qual é a afirmativa correta? a) Se y for alcalino-terroso, x será metal alcalino. b) Se y for um gás nobre, x será um halogênio. c) Se y for um metal de transição, xserá um gás nobre. d) Se y for um gás nobre, xserá metal alcalino. 67 (U. F. Viçosa-MG) Um átomo possui 29 prótons, 34 nêu- trons e 27 elétrons. Qual é a afirmativa incorreta? a) Esse átomo é um cátion. b) Seu número atômico é 29. c) Seu número de massa é 63. d) São necessários mais 2 elétrons para que se torne ele- tricamente neutro. e) Esse elemento encontra-se na coluna 14 da Tabela Periódica. 68 (Unisinos-RS) Entre as alternativas abaixo, escolha aquela que contém afirmações exclusivamente corretas sobre os elementos cujas configurações eletrônicas são apresen- tadas a seguir: 70 (FEI-SP) Seja n o número quântico principal nas configu- rações eletrônicas: I. ( n - 1)s 2 ( n - 1 )p 6 ns 2 np 4 II. ns 2 np 6 III. ( n - 1 )s 2 ( n - 1 )p 6 ns' Elas podem ser adequadamente associadas aos níveis ele- trônicos mais externos de átomos neutros, no estado fun- damental, respectivamente, de: a) lantanídios, gases nobres e actinídios b) metais alcalino-terrosos, metais alcalinos e halogênios c) calcogênios, gás nobre e metais alcalinos d) elementos de transição, lantanídios e halogênios e) calcogênios, elementos de transição e metais alcalinos 71 (Mackenzie-SP) Se o subnível mais energético de um áto- mo x apresenta o conjunto de números quânticos n = 4;f=3;m, = -2em s = +y,é correto afirmar que: |convenção de spirr. primeiro elétron de um orbital tem spin (rr? s ) igual a — -y-.J a) x pertence ao subgrupo 4A. b) esse subnível completo apresenta dez elétrons. c) x apresenta camada de valência 4 f 2 . d) x pertence à série dos lantanídios. e) x é elemento de transição externa. Capítulo 5 • A CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA DOS ELEMENTOS 133 Capitulo 05-QF1-PNLEM 133 29/5/05, 19:11 72 (U. F. Santa Maria-RS ) Comparando os elementos Ca (Z = 20) e Br (Z = 35) pode-se afirmar que: a) o raio atômico do Br é maior, pois ele tem maior nú- mero de camadas eletrônicas. b) a energia de ionização do Ca é maior, pois é mais difí- cil retirar um elétron desse elemento do que do Br. c) o Br tem maior afinidade eletrônica pois, com a adi- ção de um elétron, ocorre uma maior liberação de energia. d) o Br é mais eletropositivo, pois, no período, a eletropositividade aumenta com o aumento do nú- mero atômico. e) ambos os elementos têm propriedades químicas se- melhantes, pois estão no mesmo período. 73 (Cesgranrio-RJ) O átomo Q tem 36 nêutrons e é isóbaro do átomo R. Considerando que R 2+ é isoeletrônico do átomo Q, qual é o número de nêutrons do átomo R? a) 40 b) 38 c) 36 d) 34 e) 32 74 (UFC-CE) O íon positivo estável (M + ) de um determina- do elemento ( M ) possui a seguinte configuração eletrô- nica no estado fundamental: Is 2 2s 2 2p 6 . Com base nesta informação, é correto afirmar que o ele- mento (M) pertence ao: a) terceiro período e ao grupo IA da Tabela Periódica. b) primeiro período e ao grupo IIIA da Tabela Periódica. c) primeiro período da Tabela Periódica e possui núme- ro atômico 1 1 . d) grupo IIIA da Tabela Periódica e possui número atô- mico 1 0. e) primeiro período e grupo IA da Tabela Periódica. 75 (Fuvest-SP) Um astronauta foi capturado por habitantes de um planeta hostil e aprisionado numa cela, sem seu capacete espacial. Logo começou a sentir falta de ar. Ao mesmo tempo, notou um painel como o da figura em que cada quadrado era uma tecla. Apertou duas delas, voltando a respirar bem. As teclas apertadas foram a) @ e # c) $ e % e) & e * b) # e $ d) % e & 76 (UFC-CE) O efeito fotoelétrico consiste na emissão de elé- trons provenientes de superfícies metálicas, através da incidência de luz de frequência apropriada. Tal fenôme- no é diretamente influenciado pelo potencial de ionização dos metais, os quais têm sido largamente utilizados na confecção de dispositivos fotoeletrônicos, tais como: fotocélulas de iluminação pública, câmeras fotográficas etc. Com base na variação dos potenciais de ionização dos elementos da Tabela Periódica, qual é a alternativa que contém o metal mais suscetível a exibir o efeito fotoelétrico? a) Fe c) Cs e) Ca b) Hg d) Mg 134 Capitulo 05-QF1-PNLEM 134 29/5/05, 19:11 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Tópicos do capítulo 1 Introdução 2 Ligação iônica, eletrovalente ou heteropolar 3 Ligação covalente, molecular ou homopolar 4 Ligação metálica Leitura: Ligas metálicas Numa simples bolha de sabão existem ligações moleculares bastante complexas. Apresentação do capítulo Nos três últimos capítulos, falamos bastante dos elementos químicos e dos átomos que os representam. Vimos que os átomos, na natureza, raramente ficam isolados, pois tendem a se unir uns aos outros, formando tudo o que conhecemos na Terra — das rochas aos seres vivos. Neste capítulo, vamos explicar de que maneira os átomos se unem para formar as substâncias químicas. Já vimos que cada substância tem sua fórmula — a da água é hi 2 0; a do sal comum, NaCl; a do gás carbônico é C0 2 , e assim por diante. Mas como foi que os cientistas chegaram a essas fórmulas? A História mostra que o caminho foi longo. No início do século XIX, Dalton imaginava que os átomos se uniam sempre um a um (a fórmula da água seria HO). Somente na metade do sécuio XIX, a partir das idéias de Avogadro e Canizzaro, é que se consolidou a noção de molécula que conhecemos atualmente. E só no início do século XX foi explicada a participação dos elétrons nas ligações químicas. Capitulo 06-QF1 -PNLEM 135 I 29/5/05,19:15 T A INTRODUÇÃO Você já verificou que alguns materiais são sólidos (o carvão); outros, líquidos (a água) e outros, gasosos (o ar); alguns são duros (granito) e outros moles (cera); alguns conduzem a corrente elétrica (metais), outros não (borracha); alguns quebram-se facilmente (vidro), outros não (aço), e assim por diante. Por que existe essa grande diferença de propriedades entre os materiais que conhecemos? Isso se deve, em grande parte, às ligações existentes entre os átomos (ligações químicas) e à arrumação espacial que daí decorre (estrutura geométrica do material). É o que vamos estudar neste capítulo e no seguinte. Hoje sabemos que, em condições ambientes, só os gases nobres são formados por átomos isola- dos uns dos outros, ou seja, átomos que têm pouca tendência de se unir com outros átomos; dizemos então que eles são muito estáveis (pouco reativos). Os átomos dos demais elementos químicos, ao contrário, atraem-se não só mutuamente como também átomos de outros elementos, formando agre- gados suficientemente estáveis, que constituem as substâncias compostas. Assim, por exemplo, não existem sódio (Na) nem cloro (Cl) livres na natureza; no entanto, existem quantidades enormes de sal comum (NaCÍ), em que o sódio e o cloro aparecem unidos entre si. As forças que mantêm os átomos unidos são fundamentalmente de natureza elétrica e são responsáveis por ligações químicas. Na metade do século XX, os cientistas já haviam percebido que o átomo de hidrogênio nunca se liga a mais de um outro átomo. Já, por exemplo, o átomo de oxigênio pode ligar-se a dois átomos de hidrogênio, o de nitrogênio a três de hidrogênio, o de carbono a quatro de hidrogênio, como pode- mos ver a seguir: H H — O — H H — N — H H — C — H H H Surgiu, então, a idéia de valência, entendida como a capacidade de um átomo ligar-se a outros. Dizemos que o hidrogênio tem uma valência (é monovalente); o oxigênio tem duas valências (é bivalente); o nitrogênio tem três valências (é trivalente); o carbono tem quatro valências (é tetravalente), e assim por diante. No entanto, foi somente em 191 6 que os cientistas Gilbert N. Lewis e Walter Kossel chegaram a uma explicação lógica para as uniões entre os átomos, criando a teoria eletrônica da valência. De fato, consideremos as configurações eletrônicas dos gases nobres: K L M N 0 P Hélio 2 Neônio 2 8 Argônio 2 8 8 Criptônio 2 8 18 8 Xenônio 2 8 18 18 8 Radônio 2 8 18 32 18 8 Com exceção do hélio, constatamos que os átomos dos gases nobres têm sempre 8 elétrons na última camada eletrônica (é o chamado octeto eletrônico). Foi associando a observação de que os átomos dos gases nobres têm pouca tendência a se unirem entre si ou com outros átomos com a de que os átomos dos gases nobres têm o número máximo de elétrons na última camada (em geral 8 elétrons, ou 2, no caso do hélio), que os cientistas Lewis e Kossel lançaram a hipótese: os átomos, ao se unirem, procuram perder, ganhar ou compartilhar elétrons na 136 Capitulo 06-QF1-PNLEM 136 29/5/05, 19:15 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. última camada até atingirem a configuração eletrônica de um gás nobre. Essa hipótese costuma ser traduzida pela chamada regra do octeto: Um átomo adquire estabilidade quando possui 8 elétrons na camada eletrônica mais externa, ou 2 elétrons quando possui apenas a camada K. Na prática, quando dois átomos vão se unir, eles "trocam elétrons entre si" ou "usam elétrons em parceria", procurando atingir a configuração eletrônica de um gás nobre. Surgem daí os três tipos comuns de ligação química — iônica, covalente e metálica — , que estudaremos a seguir. LIGAÇÃO IÔNICA, ELETROVALENTE OU HETEROPOLAR 2.1. Conceitos gerais Vamos considerar a reação entre o sódio e o cloro, produzindo-se o cloreto de sódio: Na + Cl NaCl Eletronicamente, essa reação é explicada esquematicamente, com cores-fantasia, do seguinte modo: Antes da reação r ,0 ^ Q / 0'®'0 \ , ' ' - / / ,'0. \ ' / / ,-0. \ '■ : $ í Q ; + 0^0 f \ \ ''0' / / \ \ ''0' /' / \ 0-0 - Q ' ,/ \ 0 - a -0 /' D O "0" Átomo de sódio (Na°) Átomo de cloro (Cl°) (2-8-1 elétrons) (2-8-7 elétrons) r / ,- 0 . b ( Q \ ''9'' ( 2 - 0 - 0 ' Após a reação X A ,0 / 0' Q '0 \ / / ,-0. \ \ • ^ • 0 ( • ) <è 9 - ''0'' 0 - O-Q-CJ 0 Cátion sódio (Na + ) (2-8 elétrons) v v- J Eletrosfera igual à do neônio Ânion cloreto (Cl ) (2-8-8 elétrons) v — ~^r — J Eletrosfera igual à do argônio Nesse exemplo, o átomo de sódio cede definitivamente 1 elétron ao átomo de cloro. Desse modo, forma-se um íon positivo (cátion Na + ) e um íon negativo (ânion Cl ), ambos com o octeto completo, ou seja, com a configuração de um gás nobre (no caso, neônio e argônio, respectivamen- te). Considerando que essa explicação envolve apenas os elétrons da última camada (elétrons de valência), é comum simplificar a representação anterior da seguinte maneira: Na* .a: Na ] em que os sinais >e* estão representando exatamente os elétrons da camada mais externa. Essa repre- sentação é chamada notação de Lewis. FRANK & ERNEST® by Bob Thaves Capítulo 6 • As LIGAÇÕES QUÍMICAS 137 Capitulo 06-QF1-PNLEM 137 29/5/05, 19:15 A Tendo cargas elétricas opostas, os cátions e os ânions se atraem e se mantêm unidos pela chamada ligação iônica, originando-se assim a substância cloreto de sódio (Na + CÍ~), que é o sal comum usado em cozinha. Na prática, porém, uma reação não envolve apenas dois átomos, mas um número enorme de átomos, de modo que no final teremos um aglomerado envolvendo um número enorme de íons, como mostramos na ilustração abaixo (com uso de cores-fantasia e sem escala). Representações espaciais do Na Cl Essa arrumação geométrica é chamada de grade, rede ou reticulado cristalino. Trata-se de um reticulado iônico de forma cúbica. O reticulado mostrado acima não pode ser visto, pois os íons são extremamente pequenos (sua forma é determinada por estudos feitos com raios X). No entan- to, olhando com um microscópio eletrônico de varre- dura os cristaizinhos do sal, vemos que são cúbicos, em decorrência de sua estrutura interna. É importante observar também que entre os áto- mos Na° e Cl° e os íons Na + e Cl há uma diferença extraordinária. De fato, conforme discussão feita no ca- pítulo 5, o sódio metálico (Na°) é altamente reativo - pega fogo espontaneamente no ar (o sódio deve ser guardado em recipientes contendo querosene ou benzeno), explode com a água, queima a pele se o segurarmos com a mão. O gás cloro (Cl 2 ), por sua vez, é altamente tóxico. Pelo contrário, o sal de cozinha (aglomerado Na + Cl~) é uma substância que ingerimos todos os dias por meio de alimentos. Em particular, o íon Na + tem grande importância biológica, pois regula as trocas de várias substâncias entre o sangue e as células de nosso organismo. Vamos agora retomar as exemplificações, considerando como segundo caso a reação entre o magnésio e o cloro: Cristais de NaCl colorizados artificialmente, vistos ao microscópio. Aumento de 120 vezes. *Mg x .ci: *.cl: r n 2 + • • Mg • X • n • • Ou, abreviadamente: Mg + 2 Cl *■ MgCl 2 E, como terceiro exemplo, a reação entre o alumínio e o flúor: Ou, abreviadamente: Aí + 3 F ► AÍF 3 Como podemos observar, o número de íons que se unem é inversa- mente proporcional às suas respectivas cargas (valências). Disso resulta a seguinte regra geral de formulação: +x ,''—y Ay * B x O tÕ o> 138 Capitulo 06-QF1-PNLEM 138 6/7/05, 14:35 ANDREW SYRED / SPL-STOCK PHOTOS Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A De fato, do ponto de vista matemático, temos, em módulo, | y (+x) | = | x-(-y) |; isso garante que a carga total positiva dos cátions possa equilibrar a carga total negativa dos ânions. Resumindo, podemos dizer: Ligação iônica é a força que mantém os íons unidos, depois que um átomo cede definitivamente um, dois ou mais elétrons para outro átomo. Eletrovalência é a carga elétrica do íon. A ligação iônica é, em geral, bastante forte e mantém os íons firmemente "presos" no reticulado. Por isso, os compostos iônicos são sólidos e, em geral, têm ponto de fusão e ponto de ebulição elevados. 2.2. A ligação iônica e a Tabela Periódica A ligação iônica ocorre, em geral, entre átomos de metais com átomos de não-metais, pois: • os átomos dos metais possuem 1, 2 ou 3 elétrons na última camada e têm forte tendência a perdê-los (veja os casos do Na, do Mg e do Aí, nos exemplos anteriores); • os átomos dos não-metais possuem 5, 6 ou 7 elétrons na última camada e têm acentuada ten- dência a receber mais 3, 2 ou 1 elétron e, assim, completar seus octetos eletrônicos (veja o caso do Cí, nos exemplos anteriores). Essa idéia pode ser generalizada se olharmos para a Tabela Periódica. Como sabemos, nas colunas A, o número de elétrons na última camada de cada elemento coincide com o próprio número da coluna. Sendo assim, temos: IA 8A H • 2A 3A 4A 5A 6A 7A He: Li • Be : • B : • c • • N • • O- : F • :N*e: Na* Mg; • aí: • si • ■ p • • S ■ :«• :Àr: K • Ca; •Ca; -Ce- •As* • Se* : Br • : i<r: Rb- Sr ; • In : • Sn • •Sb- • Te- : i • :xè: Cs • Ba; • Ti: •Pb- • Bi • • Po- : At • :Rn: Os metais perdem Os não-metais (e alguns elétrons e se transformam semimetais) ganham elétrons em cátions. e se transformam em ânions. Dessas propriedades resultam as valências (carga elétrica) de alguns íons bastante importantes: IA 8A H + 2A 3A 4A 5A 6A 7A Li + N 3 ‘ O 2- F“ Na + 2 CTQ + A i 3+ P 3 ~ s 2_ cr K + Ca 2+ Ga 3+ Se 2 ' BC Rb + Sr 2+ Te 2- r Cs + Ba 2+ Capítulo 6 • As LIGAÇÕES QUÍMICAS 139 Capitulo 06-QF1-PNLEM 139 29/5/05, 19:16 Os elementos da coluna 4A têm quatro elétrons na última camada. Eles não apresentam tendên- cia nem para perder nem para ganhar elétrons. Por esse motivo, quando esses elementos se unem a outros para atingir um octeto completo, tendem a não formar ligações iônicas. 2.3. O tamanho do íon Quando um átomo perde elétrons, o núcleo passa a atrair mais intensamente os elétrons restantes; desse modo, o diâmetro ou raio do cátion é sempre menor que o diâmetro ou raio do átomo original. Ao contrário, quando um átomo recebe elétrons, a carga total da eletrosfera (negativa) torna- se maior do que a carga do núcleo (positiva); desse modo, a atração do núcleo sobre o conjunto dos elétrons é menor e, conseqüentemente, o raio do ânion é sempre maior que o raio do átomo origi- nal. Por exemplo, no caso do cloreto de sódio (esquema com uso de cores-fantasia): Raios atômicos (Raios atômicos e iônicos ciados em picômetros (pm); 1 pm = 10 12 m) Os gráficos seguintes mostram outras comparações entre raios atômicos e iônicos: Metais alcalinos Halogênios Quando temos vários íons, todos com o mesmo número de elétrons (íons isoeletrônicos), o raio iônico irá diminuindo na proporção em que a carga positiva do núcleo for superando a carga total da eletrosfera. Por exemplo: íons • 0 iMg^) © Número atômico (carga positiva do núcleo) 8 9 11 Aumenta 12 13 Número total de elétrons (carga negativa da eletrosfera) 10 10 10 10 10 Número de camadas eletrônicas 2 2 2 2 2 Raio iônico (pm) 140 136 95 Diminui 65 50 140 Capitulo 06-QF1-PNLEM 140 29/5/05, 19:16 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. a» Responda em seu caderno a) Quando um átomo adquire estabilidade? b) O que é ligação iônica? c) O que é eletrovalência? d) Qual é a tendência que, geralmente, ocorre nos metais e que facilita a formação da ligação iônica com um não-metal? e) Qual é a tendência que, geralmente, ocorre nos não-metais e que facilita a formação da ligação iônica com um metal? f) O raio de um cátion é maior, menor ou igual ao do átomo correspondente? g) O raio de um ânion é maior, menor ou igual ao do átomo correspondente? t EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno Atenção: Consulte os dados da Tabela Periódica sempre que necessário. Exercício resolvido 1 (FEI-SP) Explicar por que o íon sódio (Na + ) é muito mais estável que o átomo de sódio (Na°). Resolução O sódio (Na°) tem configuração eletrônica 2 — 8 — 1 . Ao se transformar em íon de sódio (Na + ), a configu- ração passa a 2 — 8, idêntica à do gás nobre neônio, que é bastante estável. 2 (UFF-RJ) Para que um átomo neutro de cálcio se transfor- me no íon Ca 2+ , ele deve: a) receber dois elétrons; d) perder dois prótons; b) receber dois prótons; e) perder um próton. c) perder dois elétrons; 3 (UFRCS-RS) Ao se compararem os íons K + e BC com os respectivos átomos neutros de que se originaram, pode- se verificar que: a) houve manutenção da carga nuclear de ambos os íons. b) o número de elétrons permanece inalterado. c) o número de prótons sofreu alteração em sua quan- tidade. d) ambos os íons são provenientes de átomos que per- deram elétrons. e) o cátion originou-se do átomo neutro a partir do re- cebimento de um elétron. Exercício resolvido 4 Os elementos A e 8 apresentam as seguintes confi- gurações eletrônicas: A: 2 — 8 — 8 — 2 e B: 2 — 8 — 7 Qual é a fórmula esperada para o composto forma- do entre esses dois elementos e qual seria a ligação envolvida? Resolução O elemento A tem 2 elétrons em sua última camada eletrônica; sua tendência é perdê-los, transformando- se no cátion A 2+ . O elemento 6 tem 7 elétrons em sua última camada; sua tendência é receber 1 elétron, transformando-se no ânion 8”. Conseqüentemente, a fórmula esperada é AB 2 e a ligação envolvida é iônica. 5 O átomo de alumínio tem configuração eletrônica 2 — 8 — 3; o de oxigênio, 2 — 6. Quais são as configu- rações dos íons formados? Qual é a fórmula do compos- to resultante? 6 (Mackenzie-SP) Para que os átomos de enxofre e potás- sio adquiram configuração eletrônica igual à dos gases nobres, é necessário que: (Dados: número atômico S = 16; K = 19.) a) o enxofre receba 2 elétrons e que o potássio receba 7 elétrons. b) o enxofre ceda 6 elétrons e que o potássio receba 7 elétrons. c) o enxofre ceda 2 elétrons e que o potássio ceda 1 elé- tron. d) o enxofre receba 6 elétrons e que o potássio ceda 1 elé- tron. e) o enxofre receba 2 elétrons e que o potássio ceda 1 elé- tron. 7 (U. Católica Dom Bosco-MS) Um elemento de configura- ção 1 s 2 2s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 5 possui forte tendência para: a) perder 5 elétrons. d) ganhar 2 elétrons. b) perder 1 elétron. e) ganhar 1 elétron. c) perder 2 elétrons. Exercício resolvido 8 (Fuvest-SP) Considere os íons isoeletrônicos: Li + , ET, B 3+ e Be 2+ (números atômicos: Li = 3; H = 1; B = 5; Be = 4). Coloque-os em ordem crescente de raio iônico, justificando a resposta. Resolução Os raios iônicos crescem na ordem decrescente dos números atômicos, isto é, B 3+ < Be 2+ < Li + < H“, pois o mesmo número de elétrons (2) da camada K está sendo atraído por uma carga nuclear cada vez menor. 9 (UFF-RJ) Dois ou mais íons ou, então, um átomo e um íon que apresentam o mesmo número de elétrons deno- minam-se espécies isoeletrônicas. Comparando-se as es- pécies isoeletrônicas F , Na + , Mg 2+ e Aí 3+ , conclui-se que: a) a espécie Mg 2+ apresenta o menor raio iônico; b) a espécie Na + apresenta o menor raio iônico; c) a espécie F~ apresenta o maior raio iônico; d) a espécie Al 3+ apresenta o maior raio iônico; e) a espécie Na + apresenta o maior raio iônico. Capítulo 6 • As LIGAÇÕES QUÍMICAS 141 Capítulo 06-QF1-PNLEM 141 29/5/05, 19:16 10 (Esal-MG) Os íons Ca +2 , Mg +2 e K +1 estão intimamente relacionados com as características químicas do solo agrí- cola, sendo importantes para a nutrição das plantas. (Nú- meros atômicos: Ca = 20, Mg = 12, K = 19.) Das afir- mativas abaixo, a correta é: a) Ca +2 e K +1 são isoeletrônicos. b) Ca +2 e Mg +2 são isoeletrônicos. c) Mg +2 e K +1 são isoeletrônicos. d) Ca +2 , Mg +2 e K +1 são isoeletrônicos. e) Ca +2 , Mg +2 e K +1 apresentam o mesmo raio. Exercício resolvido 1 1 (Acafe-SC) Num cristal de NaCl, a menor distância en- tre os núcleos dos íons Na + e Cl” é 2,76 A, e a distância entre os dois íons cloreto que se encostam é 3,26 A. Portanto, o raio do íon só- dio é: a) 2,76 Á d) 0,86 Á b) 0,95 Á e) 6,38 À c) 3,62 Á Resolução Se a distância entre dois íons cloreto é 3,26 A (ângstrom = 1 O” 10 metro), então seu raio iônico será 3,26 : 2 = 1 ,81 A. Da distância entre os núcleos Na + e Cl”, que é 2,76 A, subtraímos o raio iônico do Cl” (1,81 Á) e teremos: 2,76 Á - 1,81 Á = 0,95 Á. Alternativa b 12 (PUC-RS) Responda a esta questão a partir da tabela a seguir, que apresenta os raios atômicos e iônicos de al- guns elementos genéricos. Elementos ' _ genéricos Raio 1 II III IV Atômico (Á) 1,57 0,66 1,06 2,03 Iônico (A) 0,95 1,40 1,74 1,33 O exame da tabela mostra que, nesses casos, formam ânions os elementos genéricos: a) I e II c) I e IV e) III e IV b) I e III d) II e III EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno 13 (U. Católica Dom Bosco-MS) Para adquirir configuração ele- trônica de gás nobre, o átomo de número atômico 1 6 deve: a) perder dois elétrons. b) receber seis elétrons. c) perder quatro elétrons. d) receber dois elétrons. e) perder seis elétrons. 14 (UFRRJ) Os íons são formados a partir das propriedades dos elementos químicos. Observe as propriedades periódicas e as configurações eletrônicas dos elementos abaixo e indi- que o íon que será formado a partir de cada um deles. a) Cl c) Zn b) Ca d) K 15 (U. F. Santa Maria-RS) O elemento titânio (Z = 22) tem, na sua camada de valência, a) 2 elétrons em orbitais d. b) 6 elétrons em orbitais p. c) 2 elétrons em orbitais p. d) 2 elétrons em orbital s. e) 4 elétrons em orbitais d. 16 Em um composto, sendo A o cátion, 6 o ânion e A 3 8 2 a fórmula, provavelmente os átomos Ae B, no estado nor- mal, tinham, respectivamente, os seguintes números de elétrons periféricos: a) 3 e 2 d) 3 e 6 b) 2 e 3 e) 5 e 6 c) 2 e 5 17 (UFPA) Sejam os elementos X, com 53 elétrons, e Y, com 38 elétrons. Depois de fazermos a sua distribuição eletrô- nica, podemos afirmar que o composto mais provável formado pelos elementos é: a) YX 2 d) Y 2 X b) Y 3 X 2 e) YX c) V 2 X 3 18 (Ufes) Para as espécies Br”, Rb + , Se” 2 , Sr +2 e Kr, a ordem crescente de carga nuclear e do raio iônico são, respecti- vamente: a) Se” 2 < Br” < Kr < Rb 1 < Sr +2 Sr +2 < Rb + < Kr < Br”< Se” 2 b) Sr +2 < Rb + < Kr < Br” < Se” 2 Se” 2 < Br” < Kr < Rb + < Sr +2 c) Br"< Se” 2 < Kr < Rb + < Sr +2 Sr +2 < Rb + < Kr < Br”< Se” 2 d) Br” < Se” 2 < Kr < Rb + < Sr +2 Se” 2 < Br”< Kr < Rb + < Sr +2 e) Se” 2 < Sr +2 < Br ” < Rb + < Kr Se” 2 < Sr +2 < Br < Rb + < Kr 19 (Unicamp-SP) Mendeleyev, observando a periodicidade de propriedades macroscópicas dos elementos químicos e de alguns de seus compostos, elaborou a Tabela Perió- dica. O mesmo raciocínio pode ser aplicado às proprie- dades microscópicas. Na tabela a seguir, dos raios iônicos, dos íons dos metais alcalinos e acalino-terrosos, estão fal- tando os dados referentes ao Na + e ao Sr 2+ . Baseando-se nos valores da tabela, calcule, aproximadamente, os raios iônicos desses cátions. Raios iônicos (pm) Li + 60 Be 2+ 31 Na + — Mg 2+ 65 K” 133 Ca 2+ 99 Rb + 148 Srí + — Cs + 160 Ba 2+ 135 (1 picômetro (pm) = 1 • 10 12 m) Sugestão: Devido à variação gradativa dos raios iônicos, cada valor que falta na tabela dada é aproximadamente igual à média aritmética entre o raio iônico que o prece- de e o que o sucede na tabela. 142 Capitulo 06-QF1-PNLEM 142 29/5/05, 19:16 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 3 A LIGAÇÃO COVALENTE, MOLECULAR OU HOMOPOLAR 3.1. Ligação covalente Consideremos, como primeiro exemplo, a união entre dois átomos do elemento hidrogênio (H) para formar a molécula da substância simples hidrogênio (H 2 ): H + H ► H 2 Eletronicamente (as figuras são representações esquemáticas): r Antes da reação "A ( D 1 + ■> # Átomo de hidrogênio Átomo de hidrogênio (1 elétron) (1 elétron) Após a reação A V ; I 0 Molécula de hidrogênio (2 elétrons, compartilhados) Ou, abreviadamente: Ou, ainda: H* + xH H* + X H H 5H H — H Nesta última representação, o traço ( — ) está indicando o par de elétrons que os dois átomos de hidrogênio passam a compartilhar. Assim, por comodidade, costuma-se representar uma ligação covalente normal por um traço. A molécula H 2 é estável (isto é, os átomos não se separam) porque há um equilíbrio entre as forças de atração elétrica (entre núcleos e elétrons) e as forças de repulsão elétrica (entre os dois núcleos e entre os dois elétrons), como ilustramos na figura a seguir. Atrações entre cargas opostas: ► Repulsões entre cargas iguais: ► Na ligação covalente, entre átomos iguais, podemos falar também em raio covalente (r), como a metade do comprimento da ligação (d), isto é, metade da distância que separa os dois núcleos. I U d Observe, por fim, que cada átomo de hidrogênio dispõe de dois elétrons (o seu e o elétron com- partilhado). Esses dois elétrons, contudo, já completam a camada K, que é a única de que o hidrogênio dispõe. Desse modo, o hidrogênio adquire a configuração do gás nobre hélio. Capítulo 6 • As LIGAÇÕES QUÍMICAS 143 Capitulo 06-QF1-PNLEM 143 6/7/05, 14:36 A Consideremos, como segundo exemplo, a união entre dois átomos do elemento cloro (Cl), for- mando uma molécula de gás cloro (Cl 2 ). Note que, no esquema, só estão representados os elétrons da última camada eletrônica do cloro, isto é, sua camada de valência: :cr xCíí =► :chch ou ci—ci • • XX it XX Observamos que, na molécula final (Cl 2 ), há um par de elétrons compartilhado pelos dois átomos de cloro. Com isso, podemos dizer que cada átomo de cloro dispõe de seus sete elétrons mais um elétron compartilhado, perfazendo então o octeto, que dá a cada átomo a configuração estável de um gás nobre. Na molécula formada acima, os elétrons da última camada que não participam do par eletrônico compartilhado são comumente chamados elétrons não-ligantes ou pares eletrôni- cos isolados. Consideremos, como terceiro exemplo, a formação da molécula da substância simples oxigênio (0 2 ): • • XX • • XX o: ;o o:ío ou o=o • • XX M XX Cada átomo de oxigênio tem apenas seis elétrons na camada de valência. Os dois átomos se unem compartilhando dois pares eletrônicos, de modo que cada átomo "exerça domínio" sobre oito elétrons. Forma-se assim uma ligação dupla entre os átomos, que é indicada por dois traços na representação O — O (nos exemplos do H 2 e do Cl 2 , o único par eletrônico comum constitui uma ligação simples). Como quarto exemplo, vejamos a formação da molécula da substância simples nitrogênio (N 2 ): :n: xNx ■=> :n|Jn^ ou n = n Cada átomo de nitrogênio tem apenas cinco elétrons na camada periférica. Eles se unem compar- tilhando três pares eletrônicos. Forma-se assim uma ligação tripla entre os átomos, que é indicada pelos três traços na representação N = N. Desse modo, cada átomo está com o octeto completo, pois além de seus cinco elétrons, compartilha três elétrons com o átomo vizinho. Concluindo, definimos: Ligação covalente ou covalência é a união entre átomos estabelecida por pares de elétrons. Nesse tipo de ligação, a valência recebe o nome particular de covalência e corresponde ao número de pares de elétrons compartilhados. As fórmulas em que os elétrons aparecem indicados pelos sinais • e x são chamadas fórmulas eletrônicas ou fórmulas de Lewis. Quando os pares eletrônicos covalentes são representados por traços ( — ), chamamos essas repre- sentações de fórmulas estruturais planas; no último exemplo considerado: inJJní n = n n 2 Fórmula de Lewis Fórmula estrutural plana Fórmula molecular Todos os exemplos dados até agora foram de substâncias simples. No entanto, as ligações covalentes aparecem ainda com maior freqüência entre as subs- tâncias compostas, como passamos a ilustrar. • Formação da molécula do cloridreto ou gás clorídrico (HCÍ) (página ao lado; uso de co- res-fantasia): h* *cí: h;cí: (ouh — cí) • • • • Cilbert Newton Lewis Nasceu nos Estados Unidos em 1875. Foi professor de Química na Universidade de Berkeley, na Cali- r i o o X Q. V o fórnia. Lewis criou a teoria das liga- ções covalentes imaginando os elé- trons orientados em certas direções, nas quais formariam ligações quími- cas (1 91 6). Importante também foi sua nova teoria ácido-base (1923), que ampliou os conceitos aceitos até então. Lewis faleceu em 1946. 144 Capitulo 06-QF1-PNLEM 144 6/7/05, 14:36 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Agora, o comprimento da ligação (d) será a soma dos raios covalentes (r, + r 2 ) dos átomos envolvidos na covalência. O assunto na verdade é mais complicado, pois o raio covalente de um átomo pode variar conforme ele venha a se ligar a átomos diferentes. • Formação da molécula de água (H 2 0): H* + •O* + X H — ► H fo ; H ou H — O — H • • • • • Formação da molécula do amoníaco ou gás amónia (NH 3 ): Hx * N * xH H * N * H ou H — N — H * X • X H H N • Formação da molécula do gás carbônico (C0 2 ): XX XX XX XX os :c: ío o*:c:*o ou o=c=o XX XX XX XX Continuamos notando que cada átomo termina ficando com o octeto completo. De fato, cada oxigênio, além de seus seis elétrons, passa a ter mais dois (compartilhados com o carbono); e o átomo de carbono, além de seus quatro elétrons, passa a ter mais quatro (dois compartilhados com um dos átomos de oxigênio e mais dois compartilhados com o outro). Como conclusão, podemos dizer que a ligação é covalente quando os dois átomos apresentam a tendência de ganhar elétrons. Isso ocorre quando os dois átomos têm 4, 5, 6 ou 7 elétrons na última camada eletrônica, ou seja, quando os dois átomos já se "avizinham" na configuração de um gás nobre (e mais o hidrogênio, que, apesar de possuir apenas um elétron, está próximo da configuração do hélio). Em outras palavras, a ligação covalente aparece entre dois átomos de não-metais, ou semi- metais ou, ainda, entre esses elementos e o hidrogênio. Pela Classificação Periódica, visualizamos perfeitamente os elementos que se ligam por covalência: 3.2. Caso particular da ligação covalente Vejamos como primeiro exemplo a formação da molécula de gás sulfuroso (S0 2 ): XX •• XX XX •• XX os : s : os — ► o 5 : s : os XX XX XX XX Observe que o par eletrônico destacado (que está ligando o enxofre ao segundo oxigênio) pertencia, de início, apenas ao enxofre. Trata-se não mais da ligação covalente usual, em que cada ligação é formada por 1 elétron de cada átomo, mas de uma covalência especial, na qual o par eletrônico é cedido apenas por um dos átomos da ligação. Antiga- mente, esse tipo de ligação era denominado de ligação dativa e indicado por uma seta que vai do átomo doador para o átomo receptor do par eletrônico, como mostramos ao lado. De qualquer modo, você continuará contando 8 elétrons ao redor de cada átomo. X X X O x O caso do anidrido sulfúrico (S0 3 ) é semelhante: xx ti xx o; : s : os Capítulo 6 • As LIGAÇÕES QUÍMICAS 1 45 o í Capitulo 06-QF1-PNLEM 145 6/7/05, 14:37 A Um caso interessante é o do monóxido de carbono (CO), em que temos, entre o carbono e o oxigênio, duas ligações covalentes normais e uma especial (par eletrônico assinalado). Como exemplo final, vamos examinar a formação do íon amónio (NH 4 ), que se dá pela reação NH 3 + H + -» NH + 4 : + H A" " • • N H • • í h;n;h + h + — t h;n;h H — N — H • X • X H H H Note que, inicialmente, o NH 3 tinha um par eletrônico livre, e o íon hidrogênio (H + ), por sua vez, estava sem elétrons (normalmente o H + provém de outra molécula na qual deixou seu próprio elétron). Assim, o H + compartilha o par eletrônico livre, que inicialmente era exclusivo do nitrogênio. Considerando ainda o exemplo do NH 4 é importante observar que, após a forma- ção do NH 4 , não há nenhuma diferença entre as quatro ligações covalentes aí exis- tentes. Em outras palavras, os quatro hidrogénios tornam-se perfeitamente equivalen- tes entre si. Desse modo, é mais correto representar o NH 4 como mostramos ao lado. OBSERVAÇÃO Somente por questões didáticas, ainda usaremos a seta nos exemplos seguintes, para indicar esse caso particular de ligação covalente. 3.3. Fórmulas de compostos covalentes De modo geral, a montagem das fórmulas dos compostos covalentes, a partir das configura- ções eletrônicas de seus átomos formadores, não é um problema simples. A Classificação Periódica pode, todavia, ajudar na formulação dos compostos de estrutura mais simples. Veja na tabela. Colunas Estrutura eletrônica da camada externa 4A 5A - - - 6A o 7A Ú Q '''Q-Qr'' 4 ligações simples H I { H — C — H I H As quais poderão se distribuir em: 2 ligações H simples f C = 0 e 1 dupla [ H ^ 1 ligação í simples \ H — C = N e 1 tripla [ 2 ligações J 0 = c = 0 duplas 3 ligações simples 1 ligação simples e 1 dupla 1 ligação tripla 3 ligações simples e 1 ligação especial H — S — H o = s o = s; HO — N = O N = N H í { H — N— H I H * O O O Há ainda o caso de o átomo receber uma ligação especial, como ocorre com o 3 S oxiqênio do ozônio ( 0 3 ): 0 = 0 — 0 H — Cl HO — Cl — O Ho — a — o I o 0 t HO — CL - 1 O o 146 Capitulo 06-QF1-PNLEM 146 6/7/05, 14:38 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A Com um pouco de prática evidentemente poderemos escrever fórmulas estruturais de substâncias mais complicadas, como, por exemplo: H — O — N * O H — O O o H — O O Ácido nítrico (HN0 3 ) Ácido sulfúrico (H 2 S0 4 ) Note que estamos constantemente utilizando três tipos de fórmula para um mesmo composto químico. Veja o exemplo do ácido sulfúrico: h 2 so 4 H°*0 O: XX ° c ° XX XX o o XX H ° * O x "Oi Fórmula molecular Fórmula estrutural plana Fórmula eletrônica ou de Lewis 3.4. Compostos moleculares e compostos iônicos Um composto é considerado composto molecular quando apresenta exclusivamente ligações covalentes. Exemplos: O H— O— H o=C=0 0=sf O Água Gás carbônico Gás sulfúrico Um composto é considerado composto iônico desde que possua pelo menos uma ligação iônica (mesmo apresentando várias ligações covalentes). Por exemplo: o cloreto de sódio (NaCÍ): Na + Cr o nitrato de sódio (NaN0 3 ): Na + ;o — % Na + \'0 o sulfato de sódio (Na 2 SQ 4 ): . < Na + 50 O Nestes dois últimos exemplos, cada átomo de sódio "perdeu" 1 elétron para cada um dos primei- ros oxigénios que aparecem dentro dos colchetes. Essas ligações são iônicas. As outras são todas liga- ções covalentes. Dizemos então que esses dois compostos são iônicos. Num composto iônico não existem moléculas, mas aglomerados iônicos. Os íons formados por um único átomo, como, por exemplo, Na + Cl “, são chamados de íons (ou radicais) simples; quando formados por vários átomos (N0 3 , S0 4 etc.) são chamados de íons (ou radicais) compostos. Já dissemos, na página 1 39, que a ligação iônica é forte, pois mantém os íons fortemente "presos" no reticulado. Por esse motivo, os compostos iônicos são, em geral, sólidos de ponto de fusão e ponto de ebulição elevados. Pelo contrário, em um composto totalmente covalente, as moléculas se atraem menos intensamente. Em conseqüência, os compostos covalentes são, em geral, gases (H 2 , C0 2 etc.) ou líquidos de ponto de ebulição baixo (H 2 0, HN0 3 etc.). Capítulo 6 • As ligações químicas 1 47 Capitulo 06-QF1-PNLEM 147 29/5/05, 19:17 A 3.5. Exceções à regra do octeto Hoje são conhecidos compostos que não obedecem à regra do octeto. • Em alguns casos, as ligações se completam com menos de 8 elétrons. Isso acontece com o berílio (Be) e o boro (B), que, em certas moléculas não apresenta o octeto completo. Exemplos: BeH 2 H J Be x H Aqui há apenas 4 elétrons ao redor do berílio. XX XX BF 3 x F x B x F x Aqui há apenas 6 elétrons ao redor do boro. XX 0 x XX x r x x r x x x • Em outros casos, as ligações perfazem mais do que 8 elétrons. Ocorre geralmente com o fósforo (P) e o enxofre (S), que, em certas moléculas, aparecem com 10 e 12 elétrons na camada de valência. Exemplos: X X x r/ x XV-tx XX X XX PCL xClx 0 0 xClx Aqui há 10 elétrons ao redor do fósforo. XX P XX o o ídí 5c a XX XX sf 5 X X x r x xl"x xx x xx x C o p x XIX XIX XX C XX X X 0^0 X X x r x ° ° x r x x r o |- x XX x XX x r x xix x x Aqui há 12 elétrons ao redor do enxofre. Esses casos só ocorrem quando o átomo central é relativamente grande, para que possa acomodar tantos elétrons ao seu redor. Por isso, essa chamada camada de valência expandida só aparece em elementos do 3 2 período da Tabela Periódica para baixo. • Há poucos compostos em que a camada de valência é completada com número ímpar de elétrons. Por exemplo, no caso dos compostos NO, N0 2 e CÍ0 2 temos 7 elétrons ao redor do nitrogênio e do cloro: N ox O (N = 0) OÍ°N°°°OÍ (0 = N — O) e 0í°d°£0 (0 = CI = 0) o o XX XX XX XX o XX • Compostos dos gases nobres. Embora no início deste capítulo tenhamos dito que os gases no- bres têm "pouca vontade" de se unir a outros elementos, a partir de 1962 foram produzidos vários compostos de gases nobres. Exemplos: o XX o XX XeF 2 x F Xo Xe oX F x Aqui há 1 0 elétrons ao redor do xenônio. XX o o XX o o XeF 4 X X x F xix x x X X „ Xe X X F x XI X X X , X X Aqui há 12 elétrons ao redor do xenônio. Esses compostos também só ocorrem com os gases nobres de átomos grandes, que comportam a camada expandida de valência. 148 Capitulo 06-QF1-PNLEM 148 6/7/05, 14:38 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. AlW Responda em seu caderno a) O que é ligação covalente? b) O que é comprimento da ligação covalente? c) O que a fórmula de Lewis mostra? d) O que um composto deve apresentar para ser iônico? e) O que um composto deve apresentar para ser considerado covalente? *§'] FYFDrírmC Registre as respostas CAEKUUUa em seu caderno 20 (FEI-SP) A fórmula N = N indica que os átomos de nitro- gênio estão compartilhando três: a) prótons. b) elétrons. c) pares de prótons. d) pares de nêutrons. e) pares de elétrons. 21 (Unifor-CE) À molécula de água, H 2 0, pode-se adicionar o próton H + , produzindo o íon hidrônio H 3 CT. H — O — H (x = elétron) H H No íon hidrônio, quantos pares de elétrons pertencem, no total, tanto ao hidrogênio quanto ao oxigênio? a) 1 d) 4 b) 2 e) 6 c) 3 22 (Mackenzie-SP) Dados: O (Z = 8); C (Z = 6); F (Z = 9); H(Z= 1). A molécula que apresenta somente uma ligação covalente normal é: a) F 2 d) 0 3 b) 0 2 e) H 2 0 c) CO b) Na + O — N O O (fórmula estrutural) Na + O o;n: o, (fórmula de Lewis) Note que o NaN0 3 é um composto iônico devi- do à ligação iônica entre o Na + e o N0 3 (apesar de todas as ligações no interior do N0 3 serem covalentes). 24 Escreva a fórmula estrutural plana e a fórmula de Lewis do hidreto de fósforo (PH 3 ). 25 (U. Católica de Salvador-BA) Ao formar ligações covalentes com o hidrogênio, a eletrosfera do silício adquire confi- guração de gás nobre. Com isso, é de se esperar a forma- ção da molécula: a) SiH d) SiH 4 b) SiH 2 e) SiH 5 c) SiH 3 Exercício resolvido Exercício resolvido 23 Escreva as fórmulas estruturais planas e as fórmulas de Lewis dos seguintes compostos: a) H 2 C0 3 b) NaNO, Resolução H-O^ a ) C = 0 (formula estrutural) H — O O o HSOS Xo o o C xo O (fórmula de Lewis) Xo o o HSOS Veja que o H 2 C0 3 é um composto molecular, pois todas as suas ligações são covalentes. 26 (Acafe-SC) Considerando dois elementos, Ae B, com números atômicos 20 e 1 7, a fórmula e o tipo de ligação do composto formado estão na alternativa: a) AB 2 — ligação covalente b) A 2 B — ligação iônica c) AB 2 — ligação iônica d) A 2 B — ligação covalente e) A 7 B 2 — ligação iônica Resolução Na própria Tabela Periódica vemos que o elemento A, de número atômico 20, é o cálcio (de distribuição eletrônica 2 — 8 — 8 — 2);eo elemento 6, com número atômico 1 7, é o cloro (de distribuição ele- trônica 2 — 8 — 7). Sendo assim, o cálcio cede dois elétrons e forma o Ca 2+ , e o cloro recebe um elétron e forma o Cl Conseqüentemente, a fórmula será CaCt 2 ou AB 2 . Alternativa c Capítulo 6 • As LIGAÇÕES QUÍMICAS 149 Capitulo 06-QF1-PNLEM 149 29/5/05, 19:17 27 (Vunesp) Os elementos X e Y têm, respectivamente, 2 e 6 elétrons na camada de valência. Quando X e Y reagem, forma-se um composto: a) covalente, de fórmula XY b) covalente, de fórmula XY 2 c) covalente, de fórmula X 2 K 3 d) iônico, de fórmula X 2+ L 2_ e) iônico, de fórmula X 2 Y 2 ~ tos deverão formar um composto covalente, com o fósforo na posição central. Assim, teremos: F I F — P — F Alternativa d Exercício resolvido 28 (FMSCSP-SP) Qual das fórmulas abaixo é prevista para o composto formado por átomos de fósforo e flúor, considerando o número de elétrons da cama- da de valência de cada átomo? a) P = F b) P — F = P c) F — P = F F I d) F — P — F P I e) P— F — P 29 (Mackenzie-SP) Ca 2 O. O' O O Relativamente à fórmula estrutural acima, dados os nú- meros atômicos Ca = 20, 0 = 8eS = 16, é correto afirmar que: a) existem duas ligações iônicas e quatro ligações covalentes. b) existem somente ligações covalentes normais. c) o oxigênio cede dois elétrons para o cálcio. d) o enxofre recebe dois elétrons do cálcio. e) o cálcio, no estado fundamental, apresenta seis elé- trons na camada de valência. 30 (U. Católica Dom Bosco-MS) Conhecidas as estruturas de Lewis (fórmulas eletrônicas) dos elementos Resolução O fósforo tem 5 elétrons em sua camada de valência e tende, portanto, a ganhar 3 elétrons. O flúor tem 7 elétrons em sua camada de valência, tendendo, portanto, a ganhar 1 elétron. Logo, os dois elemen- a • e : • c • • d • : e : • • • • podemos afirmar que algumas substâncias possíveis de se formar são: a) A 2 B e fi 2 C d) D 2 e E 2 b) A 2 D e BD e) BD e C 2 c) C 2 D e D 2 EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES "Imslucademo 35 31 (Unifor-CE) Quando se comparam as espécies químicas CH 4 , NH 3 e NaCÍ, pode-se afirmar que os átomos estão unidos por ligações covalentes somente no: a) CH 4 e no NH 3 b) NH 3 e no NaCÍ c) CH 4 e no NaCÍ d) CH 4 e) NH 3 32 (UFPA) Os átomos dos elementos se ligam uns aos outros através de ligação simples, dupla ou tripla, procurando atingir uma situação de maior estabilidade, e o fazem de acordo com a sua valência (capacidade de um átomo ligar-se a outros), conhecida através de sua configuração eletrônica. Assim, verifica-se que os átomos das molécu- las H 2 , N 2 , 0 2 , Cí 2 estão ligados de acordo com a valência de cada um na alternativa: a) N = N, O = O, Cí — Cí, H — H b) H — H, N = N, O — O, Cí = Cí c) N = N, O — O, H = H, Cí = Cí d) H — H, O = O, N — N, Cí = Cí e) Cí — Cí, N = N, H = H, O = O 33 (FEI-SP) Dentre os compostos a seguir, indique qual de- les apresenta apenas ligações covalentes normais: a) S0 3 b) NaCÍ c) NH 3 d) o 3 e) H 2 S0 4 34 Sabendo que no composto HCÍ0 4 o hidrogênio acha-se ligado na forma H — O — e que todos os átomos do oxigênio se ligam ao cloro, escreva a sua fórmula estru- tural plana e a de Lewis. 35 (UCS-RS) Nas fórmulas estruturais de ácidos abaixo, X representa um elemento químico. I. H — O — X O O H — O H — O O O H — O ff — O II. ">=0 IV. H — O— X— O H— O H— O Os elementos que substituem corretamente o X nas fór- mulas estruturais são, respectivamente: a) N, C, S, P b) N, Si, Se, Br c) P, C, Se, N d) N, Sn, As, P e) P, Pb, Br, As 36 (Cesgranrio-R)) Das espécies químicas abaixo, indique aquela que não obedece à regra do octeto. a) MgBr 2 b) AÍCÍ 3 c) C0 2 d) NaCÍ e) S0 2 150 Capitulo 06-QF1-PNLEM 150 29/5/05, 19:18 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. D LIGAÇÃO METÁLICA Os metais e as ligas metálicas são cada vez mais importantes em nosso dia-a-dia. O aço é muito empregado em construções, na produção de veículos, fogões, geladeiras etc. O alumínio também é usado em construções, fabricação de utensílios domésticos, latas etc. O cobre é usado em fios elétricos e na construção de alambiques etc. O magnésio é “leve” e, por isso, empregado em rodas de automóveis, partes de aviões etc. 4.1. Estrutura dos metais No estado sólido, os átomos dos metais (e de alguns semimetais) se agrupam de forma geometri- camente ordenada, dando origem às células, ou grades, ou reticulados cristalinos. Os reticulados unitários mais comuns dentre os metais são mostrados nas representações (com cor-fantasia) abaixo: Cúbico de corpo centrado (CCC) Cúbico de faces centradas (CFC) Hexagonal compacto (HC) Cada reticulado metálico é, na verdade, formado por milhões e milhões de átomos. Esse conjunto pode ser consi- derado uma estrutura molecular gigante, mas não passa, em geral, de um cristal microscópico. Examinando um pe- daço de metal ao microscópio, perceberemos aspecto se- melhante ao da figura ao lado, em que notamos um "amon- toado" de cristais, dispostos de forma desordenada. (Aliás, se você olhar com atenção uma folha de zinco limpa, que é uma chapa de aço recoberta por uma fina camada de zinco, enxergará, mesmo a olho nu, os cristais de zinco que for- mam a superfície da chapa.) Imagem colorizada artificialmente da estrutura de uma amostra de aço com 0,35% de carbono, vista ao microscópio, com aumento de 125 vezes. Capítulo 6 • As LIGAÇÕES QUÍMICAS 151 29/5/05, 19:18 Capitulo 06-QF1-PNLEM 151 ASTRID & HANNS-FRIEDER CID MICHLER / SPL-STOCK PHOTOS 4.2. A ligação metálica Uma das principais características dos metais é a condução fácil da eletricidade. A consideração de que a corrente elétrica é um fluxo de elétrons levou à criação da chamada teoria da nuvem eletrônica (ou teoria do mar de elétrons), que passamos a explicar. Em geral, os átomos dos metais têm apenas 1, 2 ou 3 elétrons na última camada eletrônica; essa camada está normalmente afastada do núcleo, que, conse- qüentemente, atrai pouco aqueles elétrons. Como resultado, os elétrons escapam facilmente do átomo e transitam livremente pelo reticulado. Desse modo, os áto- mos que perdem elétrons transformam-se em cátions, os quais podem, logo de- pois, receber elétrons e voltar à forma de átomo neutro, e assim sucessivamente. Concluindo, podemos dizer que, segundo essa teoria, o metal seria um aglomerado de átomos neutros e cátions, mergulhados em uma nuvem (ou "mar") de elétrons livres (costuma-se também dizer que esses elétrons estão deslocalizados). Assim, a "nuvem" de elétrons funcionaria como uma ligação metálica, mantendo os átomos unidos. 4.3. Propriedades dos metais Em virtude de sua estrutura e do tipo de ligação, os metais apresentam uma série de propriedades características que, em geral, têm muitas aplicações práticas em nosso dia-a-dia. Listamos abaixo aque- las que podemos citar como principais propriedades dos metais. • Brilho metálico: os metais, quando polidos, refletem a luz como se fossem espelhos, o que permite o seu uso em decoração de edifícios, lojas etc. • Condutividades térmica e elétrica elevadas: os metais, em geral, são bons condutores de calor e eletricidade. Isso é devido aos elétrons livres que existem na ligação metálica, como foi explica- do no item anterior, e que permitem um trânsito rápido de calor e eletricidade através do metal. A condução do calor é importante, por exemplo, no aquecimento de panelas domésticas e cal- deiras industriais; a condução da eletricidade é fundamental nos fios elétricos usados nas residên- cias, escritórios e indústrias. • Densidade elevada: os metais são, em geral, densos. Isso resulta das estruturas compactas, explicadas na página anterior, e está também de acordo com a variação das densidades absolu- tas, vista na página 127, no estudo das propriedades periódicas dos elementos químicos. • Pontos de fusão e de ebulição elevados: os metais, em geral, fundem e fervem em temperatu- ras elevadas, como vimos na página 127, no estudo das propriedades periódicas. Isso acontece porque a ligação metálica é muito forte, e "segura" os átomos unidos com muita intensidade. Note que isso é muito importante na construção de caldeiras, tachos, reatores industriais etc., em que ocorrem aquecimentos intensos. • Resistência à tração: os metais resistem bastante às forças que, quando aplicadas, tendem a alongar uma barra ou fio metálico. Essa propriedade é também uma conseqüência da "força" com que a ligação metálica mantém os átomos unidos. Uma aplicação importante da resistência à tração é a aplicação dos metais em cabos de elevadores ou de veículos suspensos (como os bondinhos do Pão de Açúcar, no Rio de Janeiro); outra aplicação é a colocação de vergalhões de aço dentro de uma estrutura de concreto para torná-la mais resistente - é o chamado concreto armado, de largo uso na construção de pontes, edifícios etc. • Maleabilidade: é a propriedade que os metais apresentam de se deixarem reduzir a chapas e lâminas bastante finas, o que se consegue martelando o metal aquecido ou, então, passando o metal aquecido entre cilindros laminadores, que o vão acha- tando progressivamente, originando, assim, a chapa metálica (essa mesma técnica é usada nos cilindros que "abrem" massa de macarrão, pastel etc.). Isso é possível porque os átomos dos metais podem "escorregar" uns sobre os outros. Essa é uma das propriedades mais importantes dos metais, se considerarmos que as chapas metálicas são muito usadas na produção de veículos, trens, navios, aviões, geladeiras etc. O ouro é o metal mais maleável que se conhece; dele são obtidas lâminas com espessura da ordem de 0,0001 mm, usadas na decoração de imagens, estatuetas, bandejas etc. 152 Capitulo 06-QF1-PNLEM 152 29/5/05, 19:18 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Ductilidade: é a propriedade que os metais apresentam de se dei- xarem transformar em fios, o que se consegue "puxando" o metal aquecido através de furos cada vez menores. A explicação para isso é semelhante à da maleabilidade. Os fios produzidos, de maior ou menor diâmetro, são muito usados nas construções, em concreto armado ou como fios elétricos e arames de vários tipos. O ouro é também o metal mais dúctil que se conhece; com 1 grama de ouro é possível obter um fio finíssimo com cerca de 2 km de comprimento. Responda em seu caderno a) Qual é a denominação dada à estrutura originada do ordenamento geométrico dos átomos dos metais? b) Quais são os três reticulados mais comuns entre os metais? c) O que é ligação metálica? d) O que é maleabilidade? e) O que é ductilidade? EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno 37 (Fuvest-SP) As figuras abaixo representam, esquema- ticamente, estruturas de diferentes substâncias, à tempe- ratura ambiente. (I) (II) (III) Sendo assim, as figuras I, II e III podem representar, res- pectivamente, a) cloreto de sódio, dióxido de carbono e ferro. b) cloreto de sódio, ferro e dióxido de carbono. c) dióxido de carbono, ferro e cloreto de sódio. d) ferro, cloreto de sódio e dióxido de carbono. e) ferro, dióxido de carbono e cloreto de sódio. 38 (Enem-MEC) Observe nas questões 38 e 39 o que foi feito para colocar bolinhas de gude de 1 cm de diâmetro numa caixa cúbica com 1 0 cm de aresta. Uma pessoa arrumou as bolinhas em camadas super- postas iguais, tendo assim empregado: a) 100 bolinhas b) 300 bolinhas c) 1 .000 bolinhas d) 2.000 bolinhas e) 10.000 bolinhas 39 Uma segunda pessoa procurou encontrar outra maneira de arrumar as bolas na cai- xa, achando que seria uma boa idéia organizá-las em camadas alternadas, onde cada bolinha de uma camada se apoiaria em 4 bolinhas da camada inferior, como mostra a figura. Desse modo, ela conse- guiu fazer 12 camadas. Portanto, ela con- seguiu colocar na caixa: a) 729 bolinhas d) 1 .086 bolinhas b) 984 bolinhas e) 1.200 bolinhas c) 1 .000 bolinhas 40 Dos elementos cloro, fósforo e mercúrio, qual é o que apresenta caráter metálico mais pronunciado? Por quê? 41 (UFU) Entre as substâncias simples puras constituídas por átomos de S, As, Cd, I e Br, a que deve conduzir melhor a corrente elétrica é a substância: a) enxofre c) cádmio e) bromo b) arsênio d) iodo 42 (PUC-MG) As propriedades ductilidade, maleabilidade, brilho e condutividade elétrica caracterizam: a) cloreto de potássio e alumínio b) cobre e prata c) talco e mercúrio d) grafita e diamante e) aço e P.V.C. 43 (UFC-CE) Nenhuma teoria convencional de ligação quí- mica é capaz de justificar as propriedades dos compostos metálicos. Investigações indicam que os sólidos metáli- cos são compostos de um arranjo regular de íons positi- vos, no qual os elétrons das ligações estão apenas parcial- mente localizados. Isso significa dizer que se tem um ar- ranjo de íons metálicos distribuídos em um "mar" de elé- trons móveis. Com base nessas informações, é correto afirmar que os metais, geralmente: a) têm elevada condutividade elétrica e baixa condu- tividade térmica. b) são solúveis em solventes apoiares e possuem baixas condutividades térmica e elétrica. c) são insolúveis em água e possuem baixa condutividade elétrica. d) conduzem com facilidade a corrente elétrica e são so- lúveis em água. e) possuem elevadas condutividades elétrica e térmica. Capítulo 6 • As LIGAÇÕES QUÍMICAS 153 Capitulo 06-QF1-PNLEM 153 29/5/05, 19:18 LEITURA LIGAS METÁLICAS Ligas metálicas são uniões de dois ou mais metais, podendo ainda incluir semimetais ou não-metais, mas sempre com predominância dos elementos metálicos. Podemos dizer que as ligas metálicas têm maiores aplicações práticas que os próprios metais puros. Exemplos: 0 aço inoxidável é uma liga de ferro, carbono, níquel e cromo. É usado em balcões de supermercado, talheres, pias de cozinha, vagões de metrô etc. O bronze é uma liga de cobre e estanho. É usado em estátuas, sinos etc. As ligas metálicas são preparadas, em geral, aquecendo conjuntamente os metais, até sua fusão com- pleta, e depois deixando-os esfriar e solidificar completamente. As propriedades físicas e químicas das ligas metálicas podem ser muito diferentes das propriedades dos elementos que lhes deram origem. Isso vai depender de muitos fatores, dentre os quais destacamos: os próprios elementos que formam a liga; a proporção em que eles estão misturados; a estrutura crista- lina da liga; o tamanho e a arrumação dos cristais microscópicos assim formados; e até mesmo dos tratamentos que a liga venha a sofrer, como, por exemplo, martelamento, laminação, trefilação e vários tipos de tratamento térmico (que consistem no aquecimento da liga, seguido de um resfriamento mais rápido ou mais lento). Na verdade, esses tratamentos térmicos alteram as propriedades das ligas metá- licas porque alteram o tamanho e a arrumação dos cristais microscópicos que as formam. Mas é exata- mente a possibilidade de ter as suas propriedades tão alteradas que faz com que as ligas metálicas tenham ampla aplicação. Exemplos: • dissemos que os metais têm, em geral, condutividade elétrica elevada; uma liga de níquel e cromo, porém, tem condutividade elétrica baixa e, por esse motivo, é usada nas resistências dos ferros elétricos, chuveiros elétricos etc.; • os metais têm, em geral, pontos de fusão elevados. No entanto, uma liga com 70% de estanho e 30% de chumbo funde a 192 °C, sendo então usada como solda em aparelhos eletrônicos; • o aço comum (liga de ferro com 0,1 a 0,8% de carbono) tem maior resistência à tração do que o ferro puro; • o aço inoxidável (por exemplo, com ferro, 0,1 % de carbono, 1 8% de cromo e 8% de níquel) não enferruja, como acontece com o ferro e o aço comum. ■ Questões sobre a leitura Responda em seu caderno 44 O que é uma liga metálica? 45 Como são preparadas as ligas metálicas? 46 Cite três fatores responsáveis pelas propriedades das ligas metálicas. 47 Que são tratamentos térmicos nos metais? 154 Capitulo 06-QF1-PNLEM 154 29/5/05, 19:18 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. r DESAFIOS Registre as respostas em seu caderno 48 (UFRRJ) lons são estruturas eletricamente carregadas, podendo ser positivas, quando perdem elétrons, e nega- tivas, quando ganham. Considerando um certo íon de carga +2, cujo número de prótons é a metade do seu número de massa, que é 40, podemos afirmar que a dis- tribuição eletrônica para esse íon será: a) 1 s 2 2s 2 2 p 6 3s 2 3 p 6 4s 2 3 d 2 b) 1 s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3 p 6 4s 2 c) 1 s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 d) 1 s 2 2s 2 2 p 6 3s 2 3 p 4 4s 2 e) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 4s 2 3d 2 49 (Mackenzie-SP) O íon Se 2 ~ tem 34 prótons e é isoeletrônico do íon Sr 2+ . A distribuição eletrônica do átomo de estrôncio é: a) Is 2 , 2s 2 , 2 p 6 , 3S 2 , 3 p 6 , 4s 2 , 3 d 10 , 4 p 6 b) Is 2 , 2s 2 , 2 p 6 , 3 s 2 , 3 p 6 , 4s 2 , 3d 10 , 4p 6 , ós 2 c) Is 2 , 2s 2 , 2 p 6 , 3S 2 , 3p 6 , 4s 2 , 3d 10 , 4p 2 d) Is 2 , 2s 2 , 2 p 6 , 3S 2 , 3p 6 , 4s 2 , 3d 10 , 4p 4 e) Is 2 , 2s 2 , 2 p 6 , 3S 2 , 3p 6 , 4s 2 , 3d 10 50 (PUC-Campinas-SP) Os átomos de certo elemento metá- lico possuem, cada um, 3 prótons, 4 nêutrons e 3 elé- trons. A energia de ionização desse elemento está entre as mais baixas dos elementos da Tabela Periódica. Ao interagir com halogênio, esses átomos têm alterado o seu número de: a) prótons, transformando-se em cátions. b) elétrons, transformando-se em ânions. c) nêutrons, mantendo-se eletricamente neutros. d) prótons, transformando-se em ânions. e) elétrons, transformando-se em cátions. 51 (Uniceub-DF) O elemento hipotético X, de número atô- mico 19 e número de massa 40, ao se combinar com enxofre, formará um composto do tipo: a) XS 2 covalente. d) X 2 5 eletrovalente. b) X 2 S 3 eletrovalente. e) X5 eletrovalente. c) X 2 S covalente. 52 (UFF-RJ) Estão representadas por X, feZas configura- ções eletrônicas fundamentais de três átomos neutros: X: 1 s 2 2s 2 2 p 6 3S 2 3 p 6 4s 2 Y: 1 s 2 2s 2 2 p 3 Z: 1 s 2 2s 2 2 p 6 3s 2 3 p 5 Pode-se concluir que: a) A espécie formada por X e Z é predominantemente iônica e de fórmula X 2 Z. b) A espécie formada por Y e Z é predominantemente covalente e de fórmula YZ. c) A espécie formada por X e Z é predominantemente iônica e de fórmula XZ 2 . d) A espécie formada por Xe fé predominantemente covalente e de fórmula X 2 T 3 . e) A espécie formada por Y e Z é predominantemente iônica e de fórmula XZ 3 . 53 (Mackenzie-SP) i+ o Na +1 »• N 3 : °i+ Na representa uma substância: Capítulo 6 • As LIGAÇÕES QUÍMICAS a) iônica, de fórmula NaN 3 . b) molecular, de fórmula NaN. c) molecular, de fórmula N 2 Na 3 . d) iônica, de fórmula Na 3 N. e) iônica, de fórmula Na 3 N 3 . 54 (UFRN) O níquel é um elemento utilizado em baterias de aparelhos de telefonia móvel. Com base nos conhecimen- tos sobre a Tabela Periódica, pode-se afirmar que esse elemento: a) pertencem à mesma família do cobalto. b) tem raio atômico maior que o do íon Ni 2+ . c) é mais reativo que o potássio. d) é isoeletrônico do BC. e) tem densidade maior que a do mercúrio. 55 (U. F. Santa Maria-RS) O sal de cozinha (NaCl) contém iodeto de potássio (Kl) em concentrações muito peque- nas, pois traços do íon iodeto na dieta ajudam a prevenir o alargamento da glândula da tireoide. Em relação aos íons presentes nesses sais, pode-se afirmar: I. Os íons Na + e K + pertencem ao mesmo período da Tabela Periódica. II. O íon T tem raio iônico maior que o íon Cl , pois T tem um maior número de camadas. III. O íon K* tem potencial de ionização maior que o íon l _ , pois os elétrons do íon K + se encontram mais afas- tados do núcleo. Está(ão) correta(s): a) apenas I. d) apenas I e II. b) apenas II. e) I, II e III. c) apenas III. 56 (UFMG) Com relação aos íons K + e Cl , é incorreto afir- mar que: a) ambos apresentam o mesmo número de elétrons que o átomo de argônio. b) o ânion C V é maior que o átomo neutro de cloro. c) o átomo neutro de potássio absorve energia para se transformar no cátion K + . d) um elétron é transferido do CfT para o K + , quando esses íons se ligam. 57 (UFC-CE) O gálio, que é utilizado na composição dos chips dos computadores, apresenta-se como um elemento quí- mico de notáveis propriedades. Dentre estas, destaca-se a de se fundir a 30 °C e somente experimentar ebulição a 2.403 °C, à pressão atmosférica. Com relação a esse elemento, é correto afirmar que: a) sua configuração eletrônica, no estado fundamental, é [Ne]3d l0 4s 2 4p 1 , tendendo a formar ânions. b) apresenta, no estado fundamental, três elétrons desemparelhados, encontrando-se sempre no estado líquido, independente da temperatura. c) seu íon mais estável é representado por Ca 13+ , resul- tando na mesma configuração eletrônica do elemen- to neônio. d) apresenta-se no estado sólido, em temperaturas acima de 30 °C e, no estado líquido, em temperaturas abaixo de 2.403 °C. e) experimenta processo de fusão ao ser mantido por um longo período de tempo em contato com a mão de um ser humano normal. 155 Capitulo 06-QF1-PNLEM 155 29/5/05, 19:18 Tópicos do capítulo 1 A estrutura espacial das moléculas 2 Eletronegatividade/Polaridade das ligações e das moléculas 3 Oxidação e redução 4 Forças (ou ligações) intermoleculares Leitura: Semicondutores A GEOMETRIA MOLECULAR Representação da estrutura molecular da ribose. Apresentação do capítulo No capítulo anterior, vimos como os átomos se unem para formar as substâncias químicas. Agora, vamos falar da estrutura espadai das moléculas. Existem moléculas formadas por milhares de átomos que assumem estruturas geométricas bastante complicadas. É o caso, por exemplo, das proteínas, que têm grande importância biológica. Nesse particular, é interessante notar que a proteína só é eficaz quando tem uma estrutura geométrica bem definida. Além das ligações entre os átomos, que ocorrem dentro das moléculas (ligações intramoleculares), existem também as ligações entre as próprias moléculas (ligações intermoleculares). Neste capítulo, falaremos também dessas ligações intermoleculares e de suas influências sobre as propriedades físicas das substâncias. 156 30/5/05,9:21 Capitulo 07A-QF1-PNLEM Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A A ESTRUTURA ESPACIAL DAS MOLÉCULAS 1 . 1 . Conceitos gerais A teoria das ligações covalentes de Lewis, que vimos no capítulo anterior, foi muito importante para o desenvolvimento da Química. No entanto, essa teoria não explicava a disposição (arrumação) dos áto- mos na molécula. Hoje sabemos que as moléculas bem simples, como H 2 , 0 2 , HCÍ, H 2 0 etc., são molécu- las planas. As moléculas mais complexas, porém, são quase sempre tridimensionais, isto é, têm seus átomos arrumados em uma estrutura (formato) espacial. Assim, passou-se a falar em geometria molecular. Um caso bastante comum é o da existência de um átomo central rodeado, no espaço, por vários outros átomos. Uma analogia bem simples pode ser feita com balões, amarrados como nas figuras abaixo: Por que os balões assumem espontaneamente essas arrumações? Porque cada balão parece "em- purrar" o balão vizinho de modo que, no final, todos ficam na disposição mais espaçada (esparramada) possível. Dizemos, também, que essa é a arrumação mais estável para os balões. Pois bem, com os átomos acontece exatamente o mesmo, quando formam as moléculas. A tabela abaixo dá alguns exemplos comuns, nos quais o átomo central ocupa o lugar do nó que é dado nos balões. Fórmula molecular Modelo "de bolas" Modelo "de preenchimento espacial" ou de Stuart Tipo de estrutura molecular Número de átomos ao redor do átomo central BeH 2 H Be H <* Linear (é plana) 2 bf 3 E • ■ & Trigonal (é plana) 3 CH„ & Tetraédrica (é espacial) 4 PCX- ! • Cl V Bipirâmide trigonal (é espacial) 5 sf 6 2§S 1 !) Octaédrica (é espacial) 6 Capítulo 7 • A GEOMETRIA MOLECULAR 157 Capitulo 07A-QF1 -PNLEM 157 6 / 7 / 05 , 14:39 A Na terceira coluna, vemos o modelo "de preenchimento espacial" que indica a posição e o tama- nho individual de cada átomo na molécula, respeitando inclusive os raios covalentes dos átomos e os ângulos formados entre suas valências. Nesse modelo se procura, portanto, representar a molécula da maneira mais real possível, como se fosse uma fotografia da própria molécula. A questão da geometria das moléculas pode dar origem a casos interessantes. Por exemplo: embora exista a substância PCÍ 5 , como vimos no esquema anterior, não existe a substância análoga Pl 5 , pois o átomo de iodo é muito maior que o átomo de cloro, de modo que "não há espaço" para se colocar cinco átomos de iodo ao redor de um único átomo de fósforo. Diz-se, então, que a molécula de Pl 5 não pode existir por impedimento espacial. 1 . 2 . Moléculas com pares eletrônicos ligantes e não-ligantes Sabemos que a ligação covalente é a que ocorre pelo compartilhamento de pares eletrônicos nas camadas de valência dos átomos. Esses pares são chamados de pares eletrônicos ligantes. Por exem- plo, no CH 4 temos quatro pares ligantes: H H ; C ; H o X H Em muitos casos sobram, na camada de valência, pares de elétrons que não participam de ligação alguma, sendo chamados, por isso, de pares eletrônicos livres ou de pares não-ligantes. Observe os exemplos do NH 3 e do H 2 0: H|N|H H I O I H S Pares ligantes 00 o Pares não-ligantes 1 . 3 . Teoria da repulsão dos pares eletrônicos da camada de valência Esta teoria foi desenvolvida pelo cientista Ronald J. Gillespie e é também conhecida pela sigla VSEPR (do inglês valence shell electron pair repulsion). Em linhas gerais, esta teoria afirma que: Ao redor do átomo central, os pares eletrônicos ligantes e os não-ligantes se repelem, tendendo a ficar tão afastados quanto possível. Com esse afastamento máximo, a repulsão entre os pares eletrônicos será mínima e, portanto, a estabilidade da molécula, como um todo, será máxima. E exatamente o que ocorre nas situações mos- tradas na figura da página 157, quando os balões se empurram (se afastam) o máximo possível. Essa teoria explica as estruturas espaciais do CH 4 , PCl 5 e SF 6 , vistas na tabela da página anterior. E explica também a estrutura de muitas outras moléculas, como, por exemplo, as de NH 3 e de H 2 0. Nesses casos, admite-se que os pares eletrônicos livres (não-ligantes) ocupam posições no espaço. Assim, temos as seguintes estruturas: A molécula de NH 3 tem 0 formato de uma pirâmide trigonal, e os ângulos entre os hidrogénios valem aproximadamente 107°. 9 ® < — Par eletrônico livre ' _ 0 Par eletrônico livre ►' A molécula de H 2 0 tem forma de V, e 0 ângulo entre os hidrogénios vale aproximadamente 105° (forma angular). 158 Capitulo 07A-QF1-PNLEM 158 30/5/05, 9:21 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A 1.4. Macromoléculas covalentes Outro exemplo interessante a considerar é o das macromoléculas covalentes, que são "estruturas gigantes", nas quais se encontra um número enorme de átomos reunidos por ligações covalentes. Como ilustração podemos citar o caso da grafite e do diamante. g c_> O 2 O 2 < Ângulo entre as ligações = 120° Comprimento das ligações: — em cada “camada” de átomos, 141 pm; — entre “camadas", 335 pm. A grafite é um sólido mole (usado nos lápis); conduz a eletricidade e tem densidade igual a 2,25 g/cm 3 (essa densidade indica estrutura cristalina menos compacta). Diamante Ângulo entre as ligações — 109° Comprimento das ligações = 154 pm (1 pm = 1CT 12 m) O diamante é o sólido mais duro (difícil de ser riscado) que se conhece; não conduz eletricidade e tem densidade igual a 3,51 g/cm 3 (essa densidade indica estrutura cristalina mais compacta). 1.5. Alotropia Já vimos, na página 57, que: Alotropia é o fenômeno que ocorre quando um elemento químico forma duas ou mais substâncias simples diferentes. Mencionamos também, na mesma página, a alotropia do elemento oxigênio, que forma duas substâncias simples: o oxigênio (0 2 ) e o ozônio (0 3 ). No caso do elemento oxigênio, a alotropia é decorrente da atomicidade, que é o número de átomos existentes em cada molécula (cores-fantasia). QO cíb Oxigênio Ozônio A alotropia do carbono No item anterior vimos as estruturas do diamante e da grafite, que são duas formas alotrópicas diferentes do elemento químico carbono. Podemos então dizer que a alotropia decorre ou da atomicidade da substância (como é o caso do 0 2 e 0 3 ) ou da "arrumação" dos átomos no espaço (como é o caso do diamante e da grafite). Capítulo 7 • A GEOMETRIA MOLECULAR 159 Capitulo 07A-QF1 -PNLEM 159 30/5/05, 9:21 Em 1985, os cientistas Harold W. Kroto, L F. Cure e Richard E. Smalley descobriram uma nova forma alotrópica do carbono, formada por estruturas ocas, em forma de bola de futebol, com 60 áto- mos de carbono ligados entre si, como mostramos a seguir. Estrutura do C 60 Estrutura do C 60 é semelhante à de uma bola de futebol. Essa estrutura esférica, com 60 vértices e 32 faces — sendo 20 hexágonos e 1 2 pentágonos regulares — recebeu a sigla C 60 e o nome fulereno-60. Depois descobriram-se novos fulerenos, com 32, 44, 50... 540 e 960 átomos de carbono. Sendo assim, podemos dizer que o carbono tem muitas formas alotrópicas. Ainda com respeito ao carbono, pesquisas recentes levaram à produção dos chamados nanotubos. A estrutura mais simples de um nanotubo pode ser imaginada como resultado da própria estrutura da grafite (que é plana) "enrolada" de modo a formar um tubo extremamente pequeno. Os cientistas já estão imaginando várias aplicações para os nanotubos — desde fibras de alta resistência mecânica até como substitutos dos atuais chips de silício usados em computadores. Os nanotubos, moléculas constituídas de átomos de carbono, podem vir a substituir os chips de silício em computadores muito menores que os atuais. Condutor Semicondutor Deformação / helicoidal — - notubo ~~~ Quando os anéis de carbono se alinham com o eixo Quando o padrão dos anéis hexagonais em um nanotubo principal de um nanotubo, a molécula conduz é deformado, o nanotubo age como um semicondutor. eletricidade tão facilmente quanto o metal. Isso significa que ele conduz eletricidade apenas depois que um certo limiar é atingido. A alotropia do fósforo Outro caso importante de alotropia é o do fósforo, que apresenta duas formas alotrópicas principais: o fós- foro branco e o fósforo vermelho. O fósforo branco, formado por moléculas P 4 , é um sólido branco, de aspecto semelhante ao da cera, de densidade igual a 1 ,82 g/cm 3 , que funde a 44 °C e ferve a 280 °C. E muito reativo (chega a pegar fogo quando exposto ao ar), sendo por isso conservado dentro de água. Quando o aquecemos em ausência de ar e a cerca de 300 °C, ele se converte lentamente em fósforo ver- melho, que é mais estável (isto é, menos reativo). Pedaços de fósforo branco num béquer com água e fósforo vermelho num vidro de relógio. 160 Capitulo 07A-QF1-PNLEM 160 30/5/05, 9:22 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A O fósforo vermelho é um pó amorfo (isto é, não apresenta estrutura cristalina), de cor vermelho- escura, densidade 2,38 g/cm 3 e temperatura de fusão 590 °C; cada grão de pó é formado por milhões de moléculas P 4 unidas umas às outras, dando origem a uma molécula gigante (PJ. Fósforo branco Fósforo vermelho A alotropia do enxofre O último caso de alotropia que vamos citar é o do enxofre, que também apresenta duas formas alotrópicas principais: o enxofre ortorrômbico (ou simplesmente rômbico) e o enxofre monoclínico. As duas formas alotrópicas são formadas por moléculas, em forma de anel, com oito átomos de enxofre (S 8 ), como mostramos abaixo. Molécula de S 8 Vista lateral Vista superior A diferença entre o enxofre rômbico e o monoclínico está nas diferentes arrumações das moléculas S 8 no espaço, produzindo cristais diferentes. Acompanhe, no esquema abaixo, a preparação e a diferen- ça dos cristais dessas duas formas alotrópicas: Preparação do enxofre rômbico Evaporação lenta do CS 2 Resultam cristais rômbicos de densidade 2,08 g/cm 3 e ponto de fusão de 1 1 2,8 °C. Preparação do enxofre monoclínico Resultam cristais monoclínicos de densidade 1 ,96 g/cm 3 e ponto de fusão de 1 19,2 °C. As duas formas alotrópicas do enxofre fervem a 445 °C. Em condições ambientes, ambas se apre- sentam como um pó amarelo, inodoro, insolúvel em água e muito solúvel em sulfeto de carbono (CS 2 ). Responda em seu caderno a) As moléculas geralmente têm estruturas planas ou tridimensionais? b) Do que dependem as estruturas moleculares? c) O que ocorre entre os pares eletrônicos ligantes e não-ligantes localizados ao redor do átomo central e como eles tendem a minimizar o ocorrido? d) O que são macromoléculas covalentes? e) O que é alotropia? Capítulo 7 • A GEOMETRIA MOLECULAR 161 Capitulo 07A-QF1-PNLEM 161 30/5/05, 9:22 f EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno 1 (Unifor-CE) Considerando-se as ligações entre os átomos e a geometria molecular da amónia, conclui-se que a fór- mula estrutural dessa substância é: a) N = H H b) /|\ N N N N c) /|\ H H H a) A molécula BeH 2 tem geometria idêntica à da água (geometria angular). b) A molécula BF 3 é trigonal planar. c) A molécula de SiH 4 tem ângulos de ligação de 90°. d) N = N e) N N H H Exercício resolvido 2 (Vunesp) A partir das configurações eletrônicas dos átomos constituintes e das estruturas de Lewis: a) Determine as fórmulas dos compostos mais sim- ples que se formam entre os elementos (números atômicos: H = 1 ; C = 6; P = 1 5): I. hidrogênio e carbono; II. hidrogênio e fósforo. b) Qual é a geometria de cada uma das moléculas formadas, considerando-se o número de pares de elétrons? Resolução a) I. Entre o hidrogênio e o carbono, temos: H h ; c ; h (ch 4 ) X o H II. Entre o hidrogênio e o fósforo, temos: H x °P° x H (PH 3 ) OX H b) As formas geométricas das moléculas serão as seguintes: • a do CH 4 é tetraédrica; • a do PH 3 é uma pirâmide trigonal (como no caso do NH 3 ). 3 (UnB-DF) Analisando as estruturas eletrônicas das molé- culas representadas abaixo e usando a teoria da repulsão entre os pares de elétrons da camada de valência, quais são as respostas corretas? H : Be : H • . F . * . B . • . F . • • • H h : sí : h • • H d) A molécula PCÍ 5 tem geometria bipiramidal triangular. e) A geometria da molécula de SF 6 é hexagonal. 4 (UFRCS-RS) O modelo de repulsão dos pares de elétrons da camada de valência estabelece que a configuração eletrônica dos elementos que constituem uma molécula é responsável pela sua geometria molecular. Observe as duas colunas a seguir: Geometria molecular Moléculas 1 . linear A. S0 3 2. quadrada B. NH 3 3. trigonal plana C. C0 2 4. angular D. S0 2 5. pirâmide trigonal 6. bipirâmide trigonal A alternativa que traz a relação correta entre as molécu- las e a respectiva geometria é: a) 5A- 3B-1C-4D b) 3A - 5B - 4C - 6D c) 3A-5B-1C-4D d) 5A - 3B - 2C - 1 D e) 2A - 3B - 1 C - 6D Exercício resolvido 5 (Vunesp) Representar as estruturas de Lewis e des- crever a geometria de N0 2 , N0 3 e NH 3 . Para a reso- lução, considerar as cargas dos íons localizadas nos seus átomos centrais (números atômicos: N = 7; O = 8; H = 1). Resolução no 2 X X XX o ; XX N S5 XX o XX Este íon é angular devido à repulsão do par eletrônico livre. Este elétron vem de algum cátion externo ao N0 2 ; como esse elétron está "a mais", ele determina a carga -1 do íon NQ 2 . XX no 3 X X XX o XX XX o XX Este íon é trigonal plano. Este elétron, da mesma maneira, determina a car- ga -1 do íon N0 3 . NH 3 H5N5H Molécula piramidal o X H 162 Capitulo 07A-QF1-PNLEM 162 30/5/05, 9:22 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 6 (Uepi) Observe as colunas abaixo. I. S0 3 A. Tetraédrica II. PCl 5 B. Linear III. H 2 0 C. Angular IV. NH4 D. Trigonal planar V. C0 2 E. Bipirâmide trigonal Qual das alternativas traz a relação correta entre a espé- cie química e a respectiva geometria? a) IIA, VB, NIC, ID, IVE b) IVA, VB, INC, ID, IIE c) IIA, IIIB, VC, ID, IVE d) IVA, IIIB, VC, ID, IIE e) IVA, VB, NIC, IID, IE 7 (UFSE) Alotropia é o fenômeno que envolve diferentes substâncias: a) simples, formadas pelo mesmo elemento químico. b) compostas, formadas por diferentes elementos quí- micos. c) simples, com a mesma atomicidade. d) compostas, com a mesma fórmula molecular. e) compostas, formadas pelos mesmos elementos quí- micos. 8 (UFF-RJ) O oxigênio, fundamental à respiração dos ani- mais, e o ozônio, gás que protege a Terra dos efeitos dos raios ultravioleta da luz solar, diferem quanto: a) ao número de prótons dos átomos que entram em suas composições; b) ao número atômico dos elementos químicos que os formam; c) à configuração eletrônica dos átomos que os compõem; d) à natureza dos elementos químicos que os originam; e) ao número de átomos que compõem suas moléculas. 9 (Ueba) O elemento químico fósforo forma três espécies químicas simples diferentes: fósforo branco, fósforo ver- melho e fósforo negro. Essas substâncias são: a) isótopos d) isótonos b) isômeros e) alótropos c) isóbaros EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno 10 (PUC-SP) Em 1 91 6, G. N. Lewis publicou o primeiro arti- go propondo que átomos podem se ligar compartilhan- do elétrons. Esse compartilhamento de elétrons é cha- mado, hoje, de ligação covalente. De modo geral, pode- mos classificar as ligações entre átomos em três tipos genéricos: ligação iônica, ligação metálica e ligação covalente. A alternativa que apresenta substâncias que contêm ape- nas ligações covalentes é: a) H 2 0, C (diamante), Ag e LiH b) 0 2 , NaCÍ, NH 3 e H 2 0 c) C0 2 , S0 2 , H 2 0 e Na 2 0 d) C (diamante), Cl 2 , NH 3 e C0 2 e) C (diamante), 0 2 , Ag e KCl 1 1 (FMTM-MG) A partir da análise das estruturas de Lewis, o par de substâncias que apresenta a mesma geometria molecular é: (Dados: números atômicos H = 1, C = 6, N = 7, O = 8, P = 15, S = 16eCl= 17.) a) CH 3 CÍ e S0 3 b) NH 3 e S0 3 c) PCl 3 e S0 3 d) NH 3 e PCt 3 e) NH 3 e CH 3 Ct 12 (Unip-SP) Baseado na teoria da repulsão dos pares de elétrons na camada de valência, qual é a molécula que tem a geometria de uma pirâmide trigonal? a) a c) f i f -J/ f i a — c — a ^ s ^ u I f-I-f CL F b) O t S O o d) O O 13 (Ufes) A molécula da água tem geometria molecular an- gular, e o ângulo formado é de ±104°, e não ±109°, como previsto. Essa diferença se deve: a) aos dois pares de elétrons não-ligantes no átomo de oxigênio. b) à repulsão entre os átomos de hidrogênio, muito pró- ximos. c) à atração entre os átomos de hidrogênio, muito pró- ximos. d) ao tamanho do átomo de oxigênio. e) ao tamanho do átomo de hidrogênio. 14 (FEI-SP) Uma das preocupações com a qualidade de vida do nosso planeta é a diminuição da camada de ozônio, substância que filtra os raios ultravioleta do Sol, que são nocivos à nossa saúde. A única alternativa falsa referente ao ozônio é: a) E uma molécula triatômica. b) E uma forma alotrópica do gás oxigênio. c) E uma substância molecular. d) E um isótopo do elemento oxigênio. e) Possui ligações covalentes. 15 (UFC-CE) O fósforo branco é usado na fabricação de bom- bas de fumaça. A inalação prolongada de seus vapores provoca necrose dos ossos. Já o fósforo vermelho, usado na fabricação do fósforo de segurança, encontra-se na tarja da caixa e não do palito. A opção correta é: a) Essas duas formas de apresentação do fósforo são cha- madas de formas alotrópicas. b) Essas duas formas de apresentação do fósforo são cha- madas de formas isotérmicas. c) A maneira como o fósforo se apresenta exemplifica o fenômeno de solidificação. d) O fósforo se apresenta na natureza em duas formas isobáricas. e) A diferença entre as duas formas do fósforo é somen- te no estado físico. Capítulo 7 • A GEOMETRIA MOLECULAR 163 Capitulo 07A-QF1-PNLEM 163 30/5/05, 9:22 2 A ELETRONEGATIVIDADE/POLARIDADE DAS LIGAÇÕES E DAS MOLÉCULAS 2.1. Conceitos gerais Já vimos que uma ligação covalente significa o compartilhamento de um par eletrônico entre dois átomos: h ; h :cl ; ch • • XX Quando os dois átomos são diferentes, no entanto, é comum um deles atrair o par eletrônico compartilhado para o seu lado. É o que acontece, por exemplo, na molécula HCÍ: X X h ;as X X O cloro atrai o par eletrônico compartilhado para si. Nesse caso, dizemos que o cloro é mais eletronegativo que o hidrogênio e que a ligação covalente está polarizada, ou seja, é uma ligação covalente polar. É comum representar-se esse fato também da seguinte maneira: 5 + 5 - H -i— ► Cl Nesta representação, a flecha cortada indica o sentido de desloca- mento do par eletrônico; o sinal 8— representa a região da molécula com maior densidade eletrônica, e o sinal 8+, a região com menor den- sidade eletrônica. A molécula se comporta então como um dipolo elé- H trico*, apresentando o que se convencionou chamar de cargas parciais — positiva (8+) e negativa (8-). A maior densidade eletrônica ao redor do cloro é também representada espacialmente, como na figura. Evidentemente, quando os dois átomos são iguais, como acontece nas moléculas H 2 e Cl 2 , não há razão para um átomo atrair o par eletrônico mais do que o outro. Teremos, então, uma ligação covalente apoiar. Conseqüentemente, podemos definir: Eletronegatividade é a capacidade que um átomo tem de atrair para si o par eletrônico que ele compartilha com outro átomo em uma ligação covalente. Baseando-se em medidas experimentais, o cientista Linus Pauling criou uma escala de eletronegati- vidade, que representamos a seguir num esquema da Tabela Periódica (esses valores não têm unidades): Aumento de eletronegatividade IA 8A H 2,1 2A 3A 4A 5A 6A 7A He Li 1,0 Be 1,5 B 2,0 c 2,5 N 3,0 O 3,5 F 4,0 Ne Na 0,9 Mg 1,2 3B 4B 5B 6B 7B -8B- 1 B 2B Al 1,5 Si 1,8 P 2,1 s 2,5 Cl 3,0 Ar K 0,8 Ca 1,0 Sc 1,3 Ti 1,5 v 1,8 Cr 1,6 Mn 1,5 Fe 1,8 s; Ni 1,9 Cu 1,9 Zn 1,6 Ga 1,6 Ge 1,8 As 2,0 Se 2,4 Br 2,8 Kr Rb 0,8 Sr 1,0 Y 1,2 Zr 1,4 Nb 1,6 Mo 1,8 Tc 1,9 Ru 2,2 Rb 2,2 Pd 2,2 A g 1,9 Cd 1,7 In 1,7 Sn 1,8 Sb 1,9 Te 2,1 1 2,5 Xe Cs 0,7 Ba 0,9 La-Lu 1,0 1,2 Hf 1,3 Ta 1,5 w 1,7 Re 1,9 Os 2,2 Ir 2,2 Pt 2,2 Au 2,4 Hg 1,9 Tl 1,8 Pb 1,9 Bi 1 ,9 Po 2,0 At 2,2 Rn Fr 0,7 Ra 0,9 Ac-Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg * Sistema constituído por duas cargas elétricas puntiformes de mesmo valor, mas de sinais opostos, à pequena distância uma da outra. 164 Capitulo 07A-QF1-PNLEM 164 12/7/05, 19:48 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Os elementos mais eletronegativos são os halogênios (especialmente o flúor, com eletronegatividade igual a 4,0), o oxigênio (3,5) e o nitrogênio (3,0). Os elementos das colunas B da Tabela Periódica têm eletronegatividades que variam de 1 ,2 (eletronegatividade do Y-ítrio) a 2,4 (eletronegatividade do Au-ouro). É interessante também notar que a eletronegatividade de cada elemento químico está relacionada com seu potencial de ionização e sua eletroafinidade (ou afinidade eletrônica), já explicados na página 1 27 no estudo das propriedades periódicas dos elementos. Conseqüentemente, a eletronegatividade é também uma propriedade periódica, como podemos ver no gráfico abaixo: No esquema dado ao lado, as setas indicam o aumento da eletronegatividade dos elementos (e a parte mais escura indica a localização dos elementos de maior eletronegatividade). Podemos ainda dizer que, no sentido oposto das setas indicadas nesse esquema, a eletropositividade dos elementos aumenta, atin- gindo seu máximo nos metais alcalinos, que estão situados na coluna IA. Observe que os gases nobres foram excluídos, porque não apresentam nem caráter negativo nem caráter positivo. 2.2. Ligações apoiares e ligações polares Uma decorrência importante do estudo da eletronegatividade dos elementos é que, em função da diferença de eletronegatividade (A) entre os átomos envolvidos, podemos classificar as ligações covalentes como: • Ligações apoiares: são as que apresentam diferença de eletronegatividade igual a zero (ou muito próximo de zero). Exemplos: Cí— Cí 1 — V — 1 1 — V — 1 3,0 3,0 — > A = 3,0 - 3,0 = 0 H — Te- - H 1 v ' 1 v 1 2,1 2,1 A = 2,1 - 2,1 = 0 • Ligações polares: são as que apresentam diferença de eletronegatividade diferente de zero. Exemplos: H — Cí 2,1 3,0 — > A = 3,0 - 2,1 = 0,9 I — F 2,5 4,0 — > A = 4,0 — 2,5 = 1,5 (Note que essa ligação já é mais polar que a anterior.) Capítulo 7 • A GEOMETRIA MOLECULAR 165 Capitulo 07A-QF1 -PNLEM 165 30/5/05, 9:23 A Agora é importante salientar o seguinte: quando essa diferença ultrapassa o valor 1,7, a atração exercida por um dos átomos sobre o par eletrônico é tão grande que a ligação covalente se "rompe", tornando-se uma ligação iônica. Exemplos: Na + Cr 0,9 3,0 — > A = 3,0 — 0,9 = 2,1 (Ligação iônica) K + F 0,8 4,0 — > A = 4,0 — 0,8 = 3,2 (Ligação iônica) Conseqüentemente, podemos afirmar que existe uma transição gradativa entre as ligações covalentes e as iônicas, à proporção que o valor de A aumenta. Podemos então construir a seguinte tabela: Diferença de eletronegatividade (A) 0,0 0,5 1,0 1,6 1,7 2,0 2,5 3,0 Porcentagem de caráter iônico da ligação zero 6% 22% 47% 51% 63% 79% 89% Ligações predominantemente covalentes Ligações predominantemente iônicas Aplicando essa idéia a alguns compostos ao longo da Classificação Periódica, temos: Colunas IA 2A 3A 4A 5A 6A 7A Compostos NaCÍ MgCl 2 AlCl 3 SiCl 4 P« 5 SCl 2 Cl 2 Diferença de eletronegatividade de cada ligação 2,1 1,8 1,5 1,2 0,9 0,5 zero Porcentagem de caráter iônico 67% 55% 43% 30% 19% 6% zero Como resumo geral temos, então, o seguinte esquema: Ligações Covalentes Iônicas Apoiares Polares V Neste sentido, aumenta a polaridade das ligações. 2.3. Momento dipolar As moléculas polares se orientam sob a ação de um campo elétrico externo conforme o esque- ma abaixo: U U Sem a ação do campo elétrico, as Sob a ação do campo elétrico, as moléculas polares se moléculas polares se dispõem ao acaso. orientam, procurando voltar seu lado positivo na direção das cargas negativas do campo elétrico e vice-versa. A capacidade de a molécula se orientar é maior ou menor dependendo da diferença de eletronegatividade e do comprimento da ligação entre os átomos. Por isso, a medida da polaridade das ligações é feita pelo chamado momento dipolar, que é representado pela letra grega jj. (mi). 166 Capitulo 07A-QF1 -PNLEM 166 30/5/05, 9:23 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A Momento dipolar (p.) é o produto do módulo da carga elétrica parcial (8) pela distân- cia entre os dois extremos de um dipolo. pi = ôc/ O momento dipolar é medido na unidade debye (D), que equivale a 3,33 • 1 CT 30 coulomb • metro. Temos a seguir alguns exemplos de momentos dipolares: Composto Diferença de eletronegatividade Momento dipolar (D) HF 1,9 1,91 HO. 0,9 1,03 HBr 0,7 0,79 Hl 0,4 0,38 Na molécula, o momento dipolar pode ser mais bem represen- tado pelo chamado vetor momento dipolar, em que a direção do vetor é a da reta que une os núcleos dos átomos; o sentido do vetor é o do átomo menos para o mais eletronegativo; e o módulo do vetor é igual ao valor numérico do momento dipolar. 1,91 D H ► F Molécula de HF 2.4. Moléculas polares e moléculas apoiares Surge, agora, uma pergunta importante: quando uma molécula tem ligações polares, ela será obrigatoriamente polar? Nem sempre, como você poderá ver pelos exemplos seguintes. • A molécula BeH 2 tem duas ligações polares, pois o hidrogênio é mais eletronegativo do que o berílio. No entanto, conside- rando que a molécula é linear, a atração eletrônica do hidro- gênio "da esquerda" é contrabalançada pela atração do hi- drogênio "da direita" e, como resultado final, teremos uma molécula não-polar (ou apoiar). Em outras palavras, a resul- tante dos dois vetores é nula. H-* Be ► H 2,1 1,5 2,1 Molécula de BeH 2 • A molécula BCÍ 3 tem três ligações polares. No entanto, a disposição dos átomos na molécula faz com que os três ve- tores momento dipolar se anulem e, como resultado, a mo- lécula é apoiar. • A molécula de água, por sua vez, tem forma de V (página 158). Somando os vetores momento dipolar p, e p 2 , teremos, segundo o esquema abaixo, o vetor resultante (p). Conseqüentemente: a molécula de água é polar (p = 1 ,84 D); o "lado" onde estão os hidrogénios é o mais eletropositivo (8+); o "lado" do oxigênio é o mais eletronegativo (8-). É devido a essa polaridade que um filete de água que escorre de uma torneira pode ser desviado por um objeto eletrizado. 8 - Capítulo 7 • A GEOMETRIA MOLECULAR 167 Capitulo 07A-QF1 -PNLEM 167 30/5/05, 9:23 • A molécula de amónia (NH 3 ) tem a forma de uma pirâmide trigonal, como já vimos na página 1 58. Nessa molécula, os vetores momento dipolar tam- bém não se anulam e, como resultado, a molécu- la é polar (jj, = 1,48). Junto aos hidrogénios, a molécula é mais eletropositiva (8+); e junto ao par eletrônico livre, ela é mais eletronegativa (8-). • A molécula do tetracloreto de carbono (CCl 4 ) tem forma de um tetraedro regular. Existem quatro li- gações polares, mas os vetores se anulam; conse- qüentemente, a molécula é apoiar (|d = 0). No entanto, bastaria trocar, por exemplo, um átomo de cloro por um de hidrogênio, para que a nova molécula (CHCl 3 ) fosse polar, isto é: quando os vetores momento dipolar não se anulam, a mo- lécula será polar. Outra maneira de analisar a polaridade de uma molécula é comparar os números de: • pares eletrônicos ao redor do átomo central; • átomos iguais ligados ao átomo central. Se esses dois números forem diferentes, a molécula será polar. Por exemplo: H CH 4 => H * C ; H o X H Há 4 pares eletrônicos. Há 4 átomos iguais (H). A molécula é apoiar. CH 3 CÍ H H SC x Cl o X H Há 4 pares eletrônicos. Só 3 átomos iguais (H). A molécula é polar. É importante ainda comentar que a polaridade das moléculas influi nas pro- priedades das substâncias. Um exemplo importante é o da miscibilidade (ou solubilidade) das substâncias. A água e o álcool comum, que são polares, mis- turam-se em qualquer proporção. A gasolina e o querosene, que são apoiares, também se misturam em qualquer proporção. Já a água (polar) e a gasolina (apoiar) não se misturam. Daí a regra prática que diz: Substância polar tende a se dissolver em outra substância polar e substância apoiar tende a se dissolver em outra substância apoiar. Ou, de uma forma mais resumida, "semelhante dissolve semelhante". A água e a gasolina não se misturam porque suas moléculas diferem na polaridade. Responda em seu caderno a) Quando ocorre a ligação covalente polar? b) O que é eletronegatividade? c) Como é a diferença de eletronegatividade nas ligações apoiares? d) Qual é o valor da diferença de eletronegatividade que pode caracterizar uma ligação iônica? e) De que depende o momento dipolar? f) Quando uma molécula será apoiar? 168 Capitulo 07A-QF1-PNLEM 168 30/5/05, 9:23 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. f EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno 16 (Fesp-SP) Indicar a ordem correta de eletronegatividade dos elementos flúor, cloro, oxigênio, bromo e carbono. a) F > Cl > O > Br > C d) O > C > F > Cl > Br b) O > F > Cl > Br > C e) F > C > O > Cl > Br c) F > O > Cl > Br > C Exercício resolvido 17 (UFF-RJ) Com base nas diferenças de eletrone- gatividade apresentadas no quadro abaixo, classifi- que as ligações indicadas conforme sejam iônicas, covalentes polares ou covalentes apoiares. Justifique sua classificação. Elemento Eletronegatividade Rb 0,8 Al 1,5 H 2,1 Cl 3,0 N 3,0 F 4,0 a) Ligação At — F no fluoreto de alumínio. b) Ligação H — Cl no ácido clorídrico. c) Ligação N — Ct no cloreto de nitrogênio. d) Ligação Rb — Cl no cloreto de rubídio. Resolução Considerando os valores dados na tabela acima, temos: a) Na ligação At — F: A = 4,0 -1,5 = 2,5 > 1 ,7 (ligação iônica) b) Na ligação H — Ct: A = 3,0 - 2,1 = 0,9 < 1,7 (ligação covalente polar) c) Na ligação N — Ct: A = 3,0 — 3,0 = 0 (ligação covalente apoiar) d) Na ligação Rb — Ct: A = 3,0 - 0,8 = 2,2 > 1,7 (ligação iônica) 18 (Cesgranrio-RJ) Arranje, em ordem crescente de cará- ter iônico, as seguintes ligações do Si: Si — C, Si — O, Si — Mg, Si — Br. a) Si — Mg, Si — C, Si — Br, Si — O b) Si — C, Si — O, Si — Mg, Si — Br c) Si — C, Si — Mg, Si — O, Si — Br d) Si — C, Si — O, Si — Br, Si — Mg e) Si — O, Si — Br, Si — C, Si — Mg 19 (UFF-RJ) A capacidade que um átomo tem de atrair elé- trons de outro átomo, quando os dois formam uma liga- ção química, é denominada eletronegatividade. Esta é uma das propriedades químicas consideradas no estudo da polaridade das ligações. Consulte a Tabela Periódica e aponte a opção que apre- senta, corretamente, os compostos H 2 0, H 2 S e H 2 Se em ordem crescente de polaridade. a) H 2 Se < H 2 0 < H 2 S d) H 2 0 < H 2 Se < H 2 S b) H 2 S < H 2 Se < H 2 0 e) H 2 Se < H 2 S < H 2 0 c) H 2 S < H 2 0 < H 2 Se 20 (UFPE) As ligações químicas nas substâncias K(s), HCt(g), KCt(s) e Ct 2 (g), são, respectivamente: Capítulo 7 • A GEOMETRIA MOLECULAR a) metálica, covalente polar, iônica, covalente apoiar. b) iônica, covalente polar, metálica, covalente apoiar. c) covalente apoiar, covalente polar, metálica, covalente apoiar. d) metálica, covalente apoiar, iônica, covalente polar. e) covalente apoiar, covalente polar, iônica, metálica. Exercício resolvido 21 (Unicenp-PR) A civilização moderna, com o seu consu- mo crescente de energia, que se utiliza da queima de carvão por usinas termoelétricas, de combustíveis fós- seis derivados do petróleo, como gasolina e querose- ne, está fazendo aumentar a quantidade de dióxido de carbono na atmosfera, causando o efeito estufa. A res- peito do dióxido de carbono, é correto afirmar que: a) é uma substância polar, constituída de ligações covalentes polares. b) é uma substância apoiar, constituída de ligações covalentes polares. c) é uma substância apoiar, constituída de ligações covalentes apoiares. d) é uma substância apoiar, constituída de ligações iônicas. e) é uma substância polar, constituída de ligações covalentes apoiares. Resolução A molécula do dióxido de carbono (C0 2 ) é linear (O = C = O). As ligações entre o carbono e os oxi- génios são polares; no entanto, como os vetores mo- mento dipolar se anulam, a molécula é apoiar — o que equivale a dizer que a substância C0 2 é apoiar. Alternativa b 22 (U. E. Ponta Crossa-PR) Considerando que a forma geo- métrica da molécula influi na sua polaridade, qual é a alternativa que contém apenas moléculas apoiares? a) BeH 2 eNH 3 d)HBreC0 2 b) BCl 3 eCCl 4 e) H 2 SeSiH 4 c) H 2 OeH 2 Exercício resolvido 23 (Fuvest-SP) Qual das moléculas tem maior momento dipolar: a) H 2 0 ou H 2 S?; b) CH 4 ou NH 3 ? Justifique. Resolução a) A molécula H 2 0 apresenta maior momento dipolar, porque, apesar de as duas moléculas (H 2 0 e H 2 S) serem angulares, a polaridade da ligação H — O é maior do que a da H — S. b) A molécula NH 3 apresenta maior momento dipolar, porque a estrutura do CH 4 é um tetraedro regular e, portanto, a molécula é apoiar, enquan- to o NH 3 , de geometria piramidal, tem momento dipolar diferente de zero. 24 (Unifor-CE) Dadas as fórmulas P 4 , KF, N 2 , HCl e H 2 Se, representam substâncias de molécula apoiar: a) P 4 e HCl c) KF e P 4 e) KF e H 2 Se b) N 2 e P 4 d) HCl e H 2 Se 169 Capitulo 07A-QF1-PNLEM 169 30/5/05, 9:24 Exercício resolvido 25 (Fatec-SP) São dados os números atômicos: H = 1, O = 8; C = 6; Cl = 1 7; S = 1 6. Indique o par de substâncias polares: a) H 2 0 e C0 2 d) H 2 0 e CCt 3 H b) CCl 4 e CH 4 e) CH 4 e H 2 0 c) S0 2 e CH 4 Resolução Cl Neste teste encontramos a água, que é polar, e a substância CCÍ 3 H, cuja molécula é um tetraedro irregular. A polaridade da ligação C — H é dife- rente das ligações C — Ct. Em consequência, os vetores momento dipolar não se equilibram e a molécula será polar. Alternativa d 26 (Unirio-Rj) Uma substância polar tende a se dissolver em outra substância polar. Com base nesta regra, indique como será a mistura resultante após a adição de bromo (Br 2 ) à mistura inicial de tetracloreto de carbono (CCl 4 ) e água (H 2 0). a) Homogênea, com o bromo se dissolvendo completa- mente na mistura. b) Homogênea, com o bromo se dissolvendo apenas no CCl 4 . c) Homogênea, com o bromo se dissolvendo apenas na h 2 o. d) Heterogênea, com o bromo se dissolvendo principal- mente no CCÍ 4 . e) Heterogênea, com o bromo se dissolvendo principal- mente na H 2 0. EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno 27 (PUC-RS) Em relação aos elementos N, P e K, indispensá- veis ao desenvolvimento dos vegetais, são feitas as se- guintes afirmações: I. O nitrogênio é o elemento mais eletronegativo. II. O fósforo é um metal de transição. III. O potássio é um metal alcalino. IV. Estão localizados no mesmo período da Classificação Periódica. Pode-se afirmar que estão corretas as da alternativa: a) I e II c) II e III e) III e IV b) I e III d) II e IV 28 (Mogi-SP) Considere os elementos A, Be Ce seus núme- ros atômicos (A: Z = 17; B: Z = 33; C: Z = 50). a) Indique o número de elétrons de valência de cada ele- mento e identifique os grupos da Tabela Periódica a que pertencem os três elementos. b) Indique qual dos três elementos tem maior eletronegatividade. Se o elemento A se combina com o elemento 8, qual é a fórmula molecular provável do composto que se forma? justifique as respostas. 29 (Vunesp) Linus Pauling, falecido em 1 994, recebeu o Prê- mio Nobel de Química em 1 954, por seu trabalho sobre a natureza das ligações químicas. Através dos valores das eletronegatividades dos elementos químicos, calculados por Pauling, é possível prever se uma ligação terá caráter covalente ou iônico. Com base nos conceitos de eletronegatividade e de ligação química, pede-se: a) identificar dois grupos de elementos da Tabela Perió- dica que apresentam, respectivamente, as maiores e as menores eletronegatividades; b) que tipo de ligação apresentará uma substância biná- ria, formada por um elemento de cada um dos dois grupos identificados? 30 (UFRJ) A água boricada usada como colírio corresponde a uma solução diluída de ácido bórico, H 3 B0 3 . a) Com base na Tabela Periódica, identifique o período, o grupo e o subgrupo a que pertence o semimetal presente no ácido bórico. b) A partir dos valores das eletronegatividades constan- tes da Tabela Periódica, explique por que as ligações no H 3 B0 3 são covalentes. 31 (Ufac) As espécies químicas a seguir apresentam, respec- tivamente, ligações: 0 2 , NaCt, HCt e AL a) covalente apoiar, iônica, covalente polar e metálica. b) covalente apoiar, covalente polar, iônica e metálica. c) iônica, covalente apoiar, covalente polar e metálica. d) metálica, covalente polar, iônica e covalente apoiar. e) covalente polar, iônica, covalente apoiar e metálica. 32 (Vunesp) Um elemento químico A, de número atômico 1 1 , um elemento químico 8, de número atômico 8, e um elemento químico C, de número atômico 1, combinam- se formando o composto ABC. As ligações A — 8 e 6 — C, no composto, são, respecti- vamente: a) covalente polar, covalente apoiar b) iônica, iônica c) covalente polar, covalente polar d) iônica, covalente polar e) metálica, iônica 33 (Fuvest-SP) O carbono e o silício pertencem à mesma família da Tabela Periódica. a) Qual o tipo de ligação existente no composto SiH 4 ? b) Embora a eletronegatividade do silício seja 1,7 e a do hidrogênio 2,1 , a molécula do SiH 4 é apoiar. Por quê? 34 (UFRGS-RS) O momento dipolar é a medida quantitativa da polaridade de uma ligação. Em moléculas apoiares, a resultante dos momentos dipolares referentes a todas as ligações apresenta valor igual a zero. Entre as substâncias covalentes abaixo I. CH 4 II. CS 2 III. HBr IV. N 2 quais as que apresentam a resultante do momento dipolar igual a zero? a) Apenas I e II d) Apenas I, II e IV b) Apenas II e III e) I, II, III e IV c) Apenas I, II e III 170 Capitulo 07A-QF1-PNLEM 170 30/5/05, 9:24 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 3 OXIDAÇÃO E REDUÇÃO Os fenômenos ou reações de oxidação e redução, também chamados abreviadamente de oxirredução, oxi-red ou redox, são dos mais importantes na Química e dos mais freqüentes em nosso cotidiano. O fogo é o exemplo mais comum de oxirredução: quando um material qualquer entra em combustão, ele reage com o oxigênio do ar, e nessa reação ocorre oxirredução. O fenômeno de oxirredução também está presente quando o ferro enferruja, quando as calças jeans descoram, quando se descolorem os cabelos com água oxigenada, quando as pilhas e acumuladores produzem eletricidade e em muita outras situações. Devemos lembrar também que a oxirredução é a reação de queima dos combustíveis, como acontece com a gasolina nos automóveis, o querosene nos aviões a jato etc. Do ponto de vista da estrutura da matéria, a oxirredução é apenas a transferência de elétrons entre átomos. Ora, consi- derando que já estudamos as ligações químicas — nas quais ocorrem trocas ou compartilhamento de elétrons — , torna- se bastante oportuno detalharmos o fenômeno da oxirredução, partindo dos conceitos apresentados. 3.1. Conceitos de oxidação e de redução Na formação de uma ligação iônica, um dos átomos cede definitivamente elétrons para o outro. Por exemplo: Na x' + Dizemos, então, que o sódio sofreu oxidação (perda de elétrons) e o cloro sofreu redução (ganho de elétrons). Evidentemente, os fenômenos de oxidação e redução são sempre simultâneos. O significado primitivo da palavra oxidação foi o de reação com o oxigênio, como neste exemplo: — 1 * Nesse caso, o ferro também se oxidou (ou, em linguagem comum, "enferrujou"). Primitivamente, a palavra redução significou volta ao estado inicial; de fato, invertendo-se a reação anterior, o ferro volta à forma metálica inicial — isto é, se reduz. Resumindo, dizemos atualmente que: Oxidação é a perda de elétrons. Redução é o ganho de elétrons. Reação de oxirredução é aquela em que há transferência de elétrons. Nos exemplos anteriores, o cloro e o oxigênio são chamados oxidantes, porque provocaram a oxidação do sódio e a do ferro, respectivamente. Ao contrário, o sódio e o ferro são chamados reduto- res, porque provocaram a redução do cloro e a do oxigênio, respectivamente. Generalizando: Oxidante é o elemento (ou substância) que provoca oxidações (ele próprio se reduzindo). Redutor é o elemento (ou substância) que provoca reduções (ele próprio se oxidando). Capítulo 7 • A GEOMETRIA MOLECULAR 171 Capítulo 07B-QF1 -PNLEM 171 30/5/05, 9:25 CID A 3.2. Conceito de número de oxidação No caso dos compostos iônicos, chama-se número de oxidação (N ox ) a própria carga elétrica do íon, ou seja, o número de elétrons que o átomo perdeu ou ganhou. Por exemplo: • no Na + Cl para o Na + : N m = +1 para o Cl N m = -1 • no Fe 2+ 0 2 " para o Fe 2+ : N m = +2 para o O 2 -. N ox = -2 E no caso dos compostos covalentes? Nesse caso, não há um átomo que perca e outro que ganhe elétrons, já que os átomos estão compartilhando elétrons. Entretanto, podemos estender o conceito de número de oxidação também para os compostos covalentes, dizendo que seria a carga elétrica teórica que o átomo iria adquirir se houvesse quebra da ligação covalente, ficando os elétrons com o átomo mais eletronegativo. Por exemplo, já sabemos que no HCÍ o cloro é mais eletronegativo que o hidrogênio e, em conseqüência, atrai o par eletrônico covalente para si. H 5 + ou H 8 - Cí Se, por influência de alguma força externa, houver a ruptura dessa ligação, é evidente que o par eletrônico ficará com o cloro, ou seja: H Em vista dessa possibilidade, dizemos que: para o hidrogênio: N ox = +1 • no HCÍ \ para o cloro: N ox = -1 Enfim, consultando a tabela de eletronegatividade da página 164, você poderá prever o local da ruptura das ligações, contar o número de elétrons ganhos e perdidos pelos átomos e, assim, calcular seus números de oxidação. Por exemplo, para a água: ; ; [ para cada hidrogênio: N ox = +1 • • para o oxigênio: N ox = -2 Note que o oxigênio, sendo mais eletronegativo que o hidrogênio, ficou com 2 elétrons (1 de cada hidrogênio); logo, N ox = -2. Por outro lado, cada hidrogênio perdeu 1 elétron (N ox = +1). Resumindo, podemos dizer que: Nos íons simples, o número de oxidação é a carga elétrica do íon. Nos compostos moleculares, é a carga elétrica que o átomo iria adquirir se houvesse ruptura da ligação covalente, ficando os elétrons com o átomo mais eletronegativo. De certa maneira, o conceito de número de oxidação substitui o antigo conceito de valência, criado na metade do século XIX, como explicamos na página 1 36. Dado o conceito de número de oxidação, podemos ampliar o conceito de oxidação e redução dizendo: Oxidação é perda de elétrons ou aumento do número de oxidação de um elemento. Redução é ganho de elétrons ou diminuição do número de oxidação de um elemento. 172 Capitulo 07B-QF1 -PNLEM 172 30/5/05, 9:25 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A Esquematicamente: Oxidação -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 +1 +2 +3 +4 +5 +6 +7 Redução 3.3. Números de oxidação usuais É importante lembrar que: • o número de oxidação de um elemento ou substância simples é zero; • nas substâncias compostas, temos os seguintes valores usuais: — o número de oxidação do hidrogênio é sempre + 1 (exceto nos hidretos metálicos, como NaH, CaH 2 etc., nos quais é -1); — o número de oxidação do oxigênio é sempre -2 (exceto nos peróxidos, como H 2 0 2 , Na 2 0 2 etc., nos quais é -1); — o número de oxidação dos elementos das colunas A da Classificação Periódica pode ser deduzido do próprio número da coluna, de acordo com a tabela a seguir: Número da coluna IA Metais alcalinos 2A Metais alcalino-terrosos 3A 4A 5A 6A Calcogênios 7A Halogênios N ox máximo (pela perda de elétrons) + 1 +2 4-3 4-4 + 5 4-6 4-7 N ox mínimo (pelo ganho de elétrons) -4 -3 -2 -1 (Essa regra se torna óbvia se você lembrar que o número da coluna A coincide com o número de elétrons que o elemento possui em sua última camada eletrônica.) 3.4. Cálculo dos números de oxidação É fácil calcular o número de oxidação de um elemento que aparece numa substância, lembrando que a soma dos números de oxidação de todos os átomos, numa molécula, é zero. Vamos, por exemplo, calcular o número de oxidação do fósforo, na substância H 3 P0 4 . Lembre-se de que H (N ox = +1); O (N ox = -2). Chamando de x o N m do fósforo e, considerando o número de átomos de cada elemento, temos: H 3 p o 4 ( A , ,_A_, ( A , 3-(+1) + x + 4 -(-2) = 0, resultando: x = +5 Consideremos outros exemplos: Na 2 C o 3 2 ‘ (+1 ) + x + 3 • (-2) = 0 => x = +4 (Nox. do C) k 2 Cr 2 o 7 2 ' (+1 ) + 2x + 7 -(-2) = 0 => x = +6 (Nox. do Cr) Capítulo 7 • A GEOMETRIA MOLECULAR 1 73 Capitulo 07B-QF1-PNLEM 173 30/5/05, 9:25 Para calcular o número de oxidação de um elemento formador de um íon composto, devemos lembrar que a soma dos números de oxidação de todos os átomos, num íon composto, é igual à própria carga elétrica do íon. Por exemplo: x = +7 x = +5 N h: x + 4 • (+ 1 ) = +1 A EXPLOSÃO DO FOGUETE BRASILEIRO VLS-1 (VEÍCULO LANÇADOR DE SATÉLITES-1) Os foguetes das festas juninas têm uma car- ga explosiva de pólvora (mistura de carvão, enxofre e nitrato de sódio). Quando acende- mos um foguete, a combustão rapidíssima da pólvora impulsiona-o para cima. Os foguetes espaciais também carregam materiais perigosos, que são altamente in- flamáveis. Aqueles de "combustível líquido" carregam, por exemplo, como combustível o hidrogênio líquido (é o redutor) e como comburente o oxigênio líquido (é o oxidante). Os foguetes de "combustível só- lido" carregam misturas sólidas de oxidantes e redutores fortíssimos. Nos dois casos, a forte combustão (reação de oxirredução) fornece a energia necessária à subida dos foguetes. Se, por um lado, uma forte reação de oxirredução é necessária para a propulsão dos foguetes, por outro ela sempre repre- senta um grande risco de acidente. Por exemplo, no dia 22 de agosto de 2003, na base de lançamento de Alcântara, no Maranhão, uma descarga elétrica de origem desconhecida acionou, fora de hora, um dos motores do 1° estágio do foguete VLS-1 e provocou uma explosão que destruiu esse foguete e a torre de lançamento e causou a morte de 21 técnicos especializados do CTA (Centro Técnico Aeroespacial) de São José dos Campos (SP). HmiirKfSV Responda em ■ilajUÍUfl seu caderno a) O que é oxidaçao? b) O que é redução? c) O que é oxidante? |âí Jg j d) O que é redutor? 174 Capitulo 07B-QF1 -PNLEM 174 30/5/05, 9:26 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno Exercício resolvido 35 Quais são os números de oxidação do iodo nas subs- tâncias l 2/ Nal, Nal0 4 e All 3 ? Resolução No I,. o AL, do iodo é • No Nal temos Na + I e, portanto, o N m do iodo é -1 . • No Na I 0 4 + 1 +x +(-2) • 4 = 0 => x = • no Aíl 3 temos Aí 3+ (L) 3 . Portanto, o A/ ox do iodo é | -1 | . + 7 36 (Mogi-SP) O número de oxidação do manganês no permanganato de potássio (KMn0 4 ) é: a) +2 b) +3 c) +5 d) +7 e) -8 37 (Vunesp) Indique, dentre as substâncias apresentadas, a que contém nitrogênio com número de oxidação mais elevado, a) N 2 b) NaN 3 c) N 2 0 3 d) NH 4 Ct e) HN0 3 38 (Vunesp) O filme Erin Brockowich é baseado num fato, em que o emprego de crômio hexavalente numa usina termoelétrica provocou um número elevado de casos de câncer entre os habitantes de uma cidade vizinha. Com base somente nessa informação, dentre os com- postos de fórmulas CrCl 3 Cr0 3 Cr 2 0 3 K 2 Cr0 4 K 2 Cr 2 0 7 (1) (2) (3) (4) (5) pode-se afirmar que não seriam potencialmente cance- rígenos: a) o composto 1, apenas. b) o composto 2, apenas. c) os compostos 1 e 3, apenas. d) os compostos 1, 2 e 3, apenas. e) os compostos 2, 4 e 5, apenas. 39 (Vunesp) Nas substâncias CaC0 3 , CaC 2 , C0 2 , C (grafite) e CH 4 , os números de oxidação do carbono são, respec- tivamente: a) —4 + 1 +4 0 +4 b) +4 -1 +4 0 -4 c) -4 -2 0 +4 +4 d) +2 — 2 +4 0 -4 e) +4 +4 +4 +4 +4 40 (Vunesp) No mineral perovskita, de fórmula mínima CaTi0 3 , o número de oxidação do titânio é: a) +4 b) +2 c) +1 d) -1 e) — 2 Exercício resolvido 41 Quais os números de oxidação dos elementos que estão em negrito nos íons abaixo? a) I0 3 b) MnQ 3 ~ c) Cr0 2 ~ d) PtCl^ Resolução a) I0 3 [x + (-2) • 3 = -1 b) MnO 2 {x + (-2) • 3 = -2 c) CrO 2 {x + (-2) ■ 4 = -2 d) PtCl 6 2 ~ {x + (-1) • 6 = -2 x = +6 x= +4 42 (Unigranrio-RJ) Nos íons S0 4 e SO 2 , os números de oxi- dação do enxofre são, respectivamente: (Dados: S, Z = 16; O, Z = 8.) a) +6 e +4 c) zero e zero e) +4 e +6 b) -4 e -3 d) -2 e -2 43 (UFU-MG) Os números de oxidação do boro, iodo e en- xofre nas espécies químicas H 2 B0 3 , I0 4 e HS0 4 são, respectivamente: a) +4, +8, +7 c) +3, +7, +6 e) +2, +6, +5 b) +3, +7, +8 d) +4, +5, +6 Exercício resolvido 44 Indique, na equação abaixo, qual é o oxidante e qual é o redutor: SnCl 2 + Cí 2 ► SnCl 4 Resolução Sn Cí 2 + Cl 2 *■ Sn Cí 4 O estanho (Sn) é o redutor, pois sofreu oxidação de +2 para +4; por extensão, dizemos que o redu- tor é o SnCC 2 . O cloro (Cl 2 ) é o oxidante, pois so- freu redução de zero para -1 . 45 (U. Católica de Brasília-DF) Numa transformação quími- ca, o estanho teve seu número de oxidação aumentado em quatro unidades, segundo a equação: Sn *■ Sn 4+ Nessa equação, o estanho: a) ganhou quatro prótons. b) ganhou quatro elétrons. c) perdeu quatro prótons. d) perdeu quatro elétrons. e) perdeu dois prótons e dois elétrons. 46 (PUC-RS) Em relação à equação de oxidação-redução não balanceada Fe° 4- CuS0 4 *• Fe 2 (S0 4 ) 3 + Cu°, pode-se afirmar que o: a) número de oxidação do cobre no sulfato cúprico é +1 . b) átomo de ferro perde 2 elétrons. c) cobre sofre oxidação. d) ferro é o agente oxidante. e) ferro sofre oxidação. 47 (UFPA) Observe a reação: 6 Kl + 2 KMnO, + 4 H 2 0 ► 3 l 2 + 2 MnO, + 8 KOH Os números de oxidação dos elementos Mn (no KMn0 4 ), I (no l 2 ) e Mn (no Mn0 2 ) são, respectivamente: a) +7; -1; +4 c) +4; -1; +4 e) -4; 0; +4 b) +7; 0; +4 d) +6; +1; +4 Capítulo 7 • A GEOMETRIA MOLECULAR 175 Capitulo 07B-QF1-PNLEM 175 30/5/05, 9:26 A EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno 48 (U. F. Santa Maria-RS) Os números de oxidação do co- bre e do ferro nos compostos CuCl e Fe(N0 3 ) 2 são, respectivamente: a) +1 e +2 d) +2 e +5 b) +2 e +3 e) +1 e +5 c) +3 e +2 49 (UCF-RJ) Os números de oxidação dos halogênios nos compostos KBr, Nal0 3 , F 2 e Cí 2 0 3 são, respectivamente: a) -1, +5, 0, +3 d) +1, +3, 0, +5 b) -1, -5, -2, -3 e) -1, -1, -1, -1 c) +1, -1, -2, +2 50 (U. F. Viçosa-MC) A substância na qual o manganês apre- senta maior número de oxidação é: a) K 2 Mn0 4 c) Mn0 2 e) MnS0 4 b) KMn0 4 d) Mn 51 (Vunesp) Os números de oxidação do enxofre nas espé- cies S0 2 e S0 4 ~ são, respectivamente: a) zero e +4 d) +4 e +6 b) +1 e -4 e) -4 e -8 c) +2 e +8 52 (Mackenzie-SP) A espécie química na qual o nitrogênio apresenta número de oxidação máximo é: a) (N0 3 )’“ c) N 2 0 3 e) N 2 0 b) (NH 4 ) 1+ d) N 2 53 (Ufac) Na seguinte equaçao química: Zn (s) + 2 HCÍ (aq) * ZnCl 2(aq) + H 2 (g) a) o elemento Zn(s) oxida-se e reage como agente oxidante. b) o elemento Zn(s) oxida-se e reage como agente re- dutor. c) o elemento Zn(s) reduz-se e reage como agente re- dutor. d) o HCÍ (ácido clorídrico) é um agente redutor. e) a equação é classificada como reversível. 54 (UVA-CE) Na obtenção do ferro metálico a partir da hematita, uma das reações que ocorre nos altos fornos é: Fe 2 0 3 + 3CO ► 2Fe + 3C0 2 Pela equação, pode-se afirmar que o agente redutor e o número de oxidação do metal no reagente são, respecti- vamente: a) C0 2 e zero c) Fe 2 0 3 e +2 b) COe +3 d) Fe e -2 55 (F. C. Chagas-BA) Qual das equações seguintes represen- ta uma reação de oxirredução? a) Ag + + I *■ Agl b) Nal ► Na + + I c) Ag + + Na ► Na + + Ag d) Aí 3+ + 3 O ET ► AÍ(OH) 3 e) HC0 3 + H + <- C0 2 + H 2 0 FORÇAS (OU LIGAÇÕES) INTERMOLECULARES Em condições ambientes, os compostos iônicos são sólidos, devido às forças elétricas de atração entre seus cátions e ânions. Do mesmo modo, os metais são quase todos sólidos, devido à forte união que a ligação metálica exerce sobre seus átomos. Já as substâncias covalentes podem ser sólidas, líquidas ou gasosas. Isso prova que entre suas moléculas podem existir forças de atração maiores ou menores. São exatamente essas forças ou ligações entre as moléculas (intermoleculares) que iremos estudar neste item. 4.1. Forças (ou ligações) dipolo-dipolo Quando uma molécula é polar, como, por exemplo, HCÍ, ela apresenta uma extremidade mais eletropositiva e outra mais eletronegativa: 5 + 5 - H -<— ► Cí Sendo assim, a molécula é um dipolo elétrico permanente, que pode ser representado da seguinte forma: - Evidentemente, a "parte positiva" de uma molécula passa a atrair a "parte negativa" da molécula vizi- nha, e assim sucessivamente. Essas forças de coesão recebem o nome de forças (ou ligações) dipolo-dipolo. 4.2. Ligações por pontes de hidrogênio Um caso extremo de atração dipolo-dipolo ocorre quando temos o hidrogênio ligado a átomos pequenos e fortemente eletronegativos, especialmente o flúor, o oxigênio e o nitrogênio. A forte atração que se estabelece entre o hidrogênio e esses elementos chama-se ligação de hidrogênio, e existe fundamentalmente em substâncias nos estados sólido e líquido. 176 Capitulo 07B-QF1 -PNLEM 176 30/5/05, 9:26 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A Esquematizamos (com o uso de cores-fantasia e sem escala) moléculas de água no estado líquido, na qual as ligações de hidrogênio estão indicadas por linhas pontilhadas. Por esse motivo, alguns quími- cos sugerem que a água deveria ser representada por (H 2 0)„, o que indica um agrupamento de n moléculas de água. Água líquida Enquanto a água líquida tem suas moléculas dispostas tridimensionalmente, mas de uma forma mais ou menos desorganizada, o gelo tem as suas moléculas arrumadas numa grade cristalina espa- cial, organizada e mais espaçada do que a água líquida. Disso resulta o fato de o gelo ser menos denso do que a água líquida (de fato, o gelo flutua na água, como podemos ver num copo com água e pedras de gelo). Gelo Apesar de ser aproximadamente dez vezes menos intensa do que uma ligação covalente, uma ligação de hidrogênio pode, em circunstâncias especiais, romper uma ligação covalente. Veja o esquema representado a seguir (cores-fantasia): o h — ci *- h 3 o + + cr H No caso anterior, o oxigênio da água atrai mais o hidrogênio ligado ao cloro que o próprio cloro dando origem aos íons H 3 0 + (hidrônio ou hidroxônio) e CT (cloreto). Esse fenômeno é, em particular, muito importante, pois corresponde à ionização dos ácidos, quando são dissolvidos em água. Capítulo 7 • A GEOMETRIA MOLECULAR 1 77 Capitulo 07B-QF1 -PNLEM 177 30/5/05, 9:26 Outra conseqüência importante das ligações de hidrogênio existentes na água é sua alta tensão superficial. As moléculas que estão no interior do líquido atraem e são atraídas por todas as moléculas vizinhas, de tal modo que essas forças se equilibram. Já as moléculas da superfície só são atraídas pelas moléculas "de baixo" e "dos lados". Conseqüentemente, essas moléculas se atraem mais fortemente e criam uma película semelhante a uma película elástica na superfície da água (isso ocorre com todos os líquidos; apenas estamos dizendo que o fenô- meno é particularmente intenso na água). A tensão superficial da água explica vários fenômenos, como os exemplos seguintes: a. sz CJ o cõ A forma esférica das gotas de água. Alguns insetos podem andar sobre a água. 4.3. Forças (ou ligações) de Van der Waals (ou de London) Logicamente, tudo que acabamos de explicar não se aplica às moléculas apoiares, como H 2 , F 2 , Cl 2 , 0 2 , C0 2 , CCl 4 etc. (nem aos gases nobres, que são formados por átomos isolados). Não havendo atração elétrica entre essas moléculas, elas deveriam permanecer sempre afastadas, o que equivale a dizer no estado gasoso. No entanto, muitas substâncias apoiares são líquidas e, mesmo quando gaso- sas (como H 2 , F 2 , Cl 2 etc.), elas podem ser liquefeitas e solidificadas em temperaturas muito baixas. Surge, então, a pergunta: que forças mantêm unidas as moléculas apoiares? São as chamadas forças de Van der Waals, ou forças de dispersão de London, que são cerca de dez vezes mais fracas do que as forças dipolo-dipolo e resultam do seguinte: mesmo sendo apoiar, a molécula contém muitos elétrons, que se movimentam rapidamente. Pode acontecer, num dado instante, de uma molécula estar com mais elétrons de um lado que do outro; essa molécula estará, então, momentaneamente polarizada e, por indução elétrica, irá provocar a polarização de uma molécula vizinha (dipolo induzido), resultan- do uma atração fraca entre ambas. Essa atração deve-se às forças de Van der Waals ou de London. As lagartixas andam nos tetos e nas paredes em virtude das forças de Van der Waals, que dão a aderência entre suas patas e a superfície por onde caminham. E, por imitação, os cientistas já estão tentando criar um produto que pode fazer uma pessoa subir por uma parede. M H Do mesmo modo que já falamos em raio atômico (página 1 24) e raio iônico (página 140), podemos falar também em raio de Van der Waals, para sólidos moleculares. Na figura ao lado, representamos duas mo- léculas de iodo (l 2 ) no estado sólido: a metade da distância entre dois núcleos, dentro da molécula (266 pm -2 =133 pm), é o já conheci- do raio covalente; a metade da distância entre dois núcleos de molé- culas vizinhas (430 pm -2 =215 pm) é o raio de Van der Waals. 266 pm | 430 pm 178 Capitulo 07B-QF1 -PNLEM 178 30/5/05, 9:26 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 4.4. Relação entre as ligações e as propriedades das substâncias Completando as idéias apresentadas neste capítulo, podemos dizer que, de modo geral: • as ligações químicas (iônica, covalente e metálica) que existem nas moléculas ou agregados iônicos (intramoleculares) são fortes e responsáveis pelas propriedades químicas das substâncias; • as ligações intermoleculares (dipolo-dipolo, ligações de hidrogênio e forças de Van der Waals ou forças de London) que ocorrem entre as moléculas são mais fracas e responsáveis pelas propriedades físicas das substâncias. Um resumo da correlação entre as propriedades físicas das substâncias e os vários tipos de ligação é dado na tabela seguinte. Tipo de substância Metálica Iônica Covalente polar Covalente apoiar Partículas formadoras Átomos e cátions lons Moléculas Moléculas Atração entre as partículas Pelos "elétrons livres" Eletrostática Dipolo-dipolo ou ligação de hidrogênio Van der Waals (London) Estado físico Sólido (exceção comum, mercúrio) Sólido Líquido (ou sólido, quando tem moléculas grandes) Gasoso (ou líquido, quando tem moléculas grandes) Pontos de fusão e ebulição Em geral, altos Em geral, altos Baixos Muito baixos Condutividade elétrica Alta (no estado sólido e líquido), sem alteração da substância Alta (fundidos ou em solução), com decomposição da substância eletrólise) Praticamente nula quando pura. Ou condutora, quando em soluções apropriadas (HO. em H 2 0) Nula Dureza Dura, porém maleável e dúctil Dura, porém quebradiça — — Solubilidade em solventes comuns Insolúvel Em geral, solúvel em solventes polares Em geral, solúvel em solventes polares Em geral, solúvel em solventes apoiares ATIVIDADES PRÁTICAS ATENÇAO: Nao cheire nem experimente substância alguma utilizada nesta atividade. Este experimento deve ser realizado com a su- pervisão de um adulto, pois o etanol (álcool co- mum) é inflamável e pode causar queimaduras e incêndios. 1 â Materiais • 2 copos transparentes • água • óleo • álcool comum Procedimento • Coloque um pouco de água em um dos copos e adi- cione o mesmo volume de álcool. • Anote as observa- ções em seu caderno. • Em um outro copo, repita o pro- cedimento adicionando óleo em vez de álcool. • Anote as observações em seu caderno. Perguntas 1) Em qual experiência a mistura resultante foi homo- gênea? 2) Relacione as observações feitas com as polaridades das substâncias utilizadas. ATENÇAO: Nao cheire nem experimente substância al- guma utilizada nesta atividade. 2 - Materiais • 1 frasco com saída bem estreita (tipo jarra de suco) para líquido • óleo • água • 1 régua de plástico • 1 pedaço de tecido de lã Procedimento • Abra uma torneira de modo que se obtenha um filete fino e uniforme de água. • Aproxime, sem encostar, a ré- gua de plástico, previamente atritada no pano de lã, do filete de água. • Anote as observações em seu caderno. • Repita o procedimento, utilizando um filete de óleo em vez do filete de água. Perguntas 1) Houve alguma diferença entre as observações quan- do se utilizou a água e quando se utilizou o óleo? Ten- te explicar. 2) Tente relacionar as observações feitas com a polari- dade da molécula em cada caso. Capítulo 7 • A GEOMETRIA MOLECULAR 179 30/5/05, 9:27 Capitulo 07B-QF1-PNLEM 179 Responda em seu caderno a) O que é ligação dipolo-dipolo e quando ela ocorre? b) O que é ponte de hidrogênio e quando ela ocorre? c) O que são forças de Van der Waals e quando elas ocorrem? d) As ligações químicas dentro das moléculas, ou agregados iônicos, são mais fracas ou mais fortes que as ligações entre as moléculas? Qual delas é responsável pelas proprie- dades químicas e qual é responsável pelas propriedades físicas das substâncias? rr — : CYCDnnnç Registre as respostas CACKUUUj em seu cad erno 56 (Ceeteps-SP) Para os compostos HF e HCÍ, as forças de atração entre as moléculas ocorrem por a) ligações de hidrogênio para ambos. b) dipolo-dipolo para ambos. c) ligações de Van der Waals para HF e ligações de hidro- gênio para HCÍ. d) ligações de hidrogênio para HF e dipolo-dipolo para HCÍ. e) ligações eletrostáticas para HF e dipolo induzido para HCÍ. Exercício resolvido 57 (Unicamp-SP) As pontes de hidrogênio formadas en- • • tre moléculas de água HOH podem ser representa- das conforme modelo abaixo. Com base nesse modelo, represente as pontes de hidrogênio que existem entre moléculas de amó- nia, NH 3 . ,••• \ / O O / \ / \ H H. H H O / \ H H O O / \ / \ H H H H Resolução A água tem dois pares de elétrons livres e pode apre- sentar uma arrumação espacial como a apresentada no enunciado. O NH 3 tem somente um par de elé- trons livres e consequentemente só poderá apresen- tar uma arrumação linear como mostramos abaixo: H H H H I I I I H — N H — N h — N-H — N I I I I H H H H 58 (Ceeteps-SP) Um iceberg é composto por moléculas de água que se mantêm fortemente unidas por meio de in- terações do tipo: a) dipolo induzido-dipolo permanente. b) dipolo instantâneo-dipolo induzido. c) ligações covalentes dativas. d) ligações covalentes. e) ligações de hidrogênio. 59 (U. F. Santa Maria-RS) A temperatura de ebulição das substâncias normal- mente aumenta à medi- da que aumenta a sua massa molecular. Anali- sando o gráfico, que mos- tra a temperatura de ebu- lição (T.E.) de ácidos halo- genídricos, percebe-se que o HF tem um comportamento anômalo. Esse com- portamento do ácido fluorídrico pode ser atribuído a(à): a) fortes ligações covalentes entre os átomos. b) formação de cristais covalentes. c) interações do tipo forças de Van der Waals. d) interações do tipo pontes de hidrogênio. e) fortes ligações iônicas entre os átomos. Exercício resolvido 60 (E. E. Mauá-SP) As substâncias, dadas pelas suas fór- mulas moleculares, CH 4 , H 2 S e H 2 0 estão em ordem crescente de seus pontos de ebulição. Explique por que, do ponto de vista estrutural, esses compostos estão nessa ordem. Resolução Porque o CH 4 é covalente apoiar; entre suas molé- culas há forças de Van der Waals, que têm pouca intensidade. O H 2 S é covalente polar; entre suas mo- léculas há forças dipolo-dipolo, que já são um pou- co mais intensas. Finalmente, o H 2 0 é covalente e fortemente polar; entre suas moléculas há pontes de hidrogênio, que são ligações bem mais intensas do que as anteriores. 61 (PUC-MG) Observe as duas colunas a seguir. Substância Ligação 1. Ne A. iônica 2. Fe B. covalente polar 2. NH 3 C. covalente apoiar 4. KF D. metálica 5. 0 2 E. Van der Waals Considerando os tipos de ligações para as espécies quí- micas, qual das alternativas traz a associação correta? a) 4A— 3B — 2C — 5D — 1E d)4A-3B-5C-2D-1E b) 3A - 4B - 5C - 1 D - 2E e) 4A - 5B - 3C — 1 D - 2E c) 5A-2B-1C-4D-3E 180 30/5/05, 9:27 Capitulo 07B-QF1-PNLEM 180 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Exercício resolvido 62 (Unicamp-SP) Considere os processos I e II represen- tados pelas equações: H 2 0(í) H 2 0(g) 2 H (g) + O(g) Indique quais ligações são rompidas em cada um desses processos. Resolução Em (I) são rompidas as pontes de hidrogênio exis- tentes na água líquida, permitindo sua passagem para o estado gasoso. Em (II) são rompidas as ligações covalentes entre o hidrogênio e o oxigênio (H — O — H), "quebrando" as moléculas de água e dando origem ao hidrogênio e ao oxigênio. 63 (Unip-SP) O principal tipo de forças atrativas que deve ser vencida para sublimar o gelo seco (C0 2 sólido) é: a) ligação covalente. b) forças de London (entre dipolos temporários). c) forças entre dipolos permanentes (devidos à diferen- ça de eletronegatividade). d) ligação coordenada. e) ligação iônica. 64 (UFSE) Quando um gás nobre sofre liquefação, seus áto- mos ficam unidos uns aos outros por ligações químicas denominadas: a) covalentes b) iônicas c) metálicas d) pontes de hidrogênio e) Van der Waals Exercício resolvido 65 (E. E. Mauá-SP) Uma substância A conduz a corrente elétrica quando fundida ou quando em solução aquo- sa. Outra substância, B, só a conduz em solução de solvente apropriado. E uma terceira, C, a conduz no estado sólido. Qual o tipo de ligação existente em cada uma das substâncias A, B e C? Resolução A substância A é iônica, sendo seus íons os res- ponsáveis pela condução da corrente elétrica, seja fundida ou em solução. A substância B é covalente polar, pois necessita de um solvente apropriado que lhe provoque a formação de íons. A substância C é metálica, pois conduz a corrente elétrica no esta- do sólido. 66 (UFF-RJ) Para o estudo das relações entre o tipo de liga- ção química e as propriedades físicas das substâncias X e Y, sólidas à temperatura ambiente, foi realizado um ex- perimento que permitiu as seguintes constatações: I. A substância X, no estado sólido, não conduz a cor- rente elétrica; porém, no estado líquido, a conduz. II. A substância Y não conduz a corrente elétrica no esta- do sólido nem no estado líquido. Pode-se, então, concluir que: a) As substâncias X e Y são covalentes. b) As substâncias X e Y são iônicas. Capítulo 7 • A GEOMETRIA MOLECULAR c) A substância X é iônica e a substância Y é covalente. d) A substância X é um metal. e) A substância Y é um metal. 67 (Cesgranrio-Rj) Analise o tipo de ligação química exis- tente nas diferentes substâncias: Cí 2 , Hl, H 2 0 e NaCÍ. A alternativa que as relaciona em ordem crescente de seu respectivo ponto de fusão é: a) Cí 2 < Hl < H 2 0 < NaCÍ b) Cl 2 < NaCÍ < Hl < H 2 0 c) NaCÍ < Cí 2 < H 2 0 < Hl d) NaCÍ < H 2 0 < Hl < Cí 2 e) Hl < H 2 0 < NaCÍ < Cí 2 Exercício resolvido 68 (Unifor-CE) Dentre os elementos abaixo, o que deve apresentar menor temperatura de ebulição sob pres- são ambiente é o: a) sódio b) ferro c) oxigênio d) bromo e) iodo Resolução O oxigênio (0 2 ), o bromo (Br 2 ) e o iodo (l 2 ) são substâncias covalentes apoiares. Logo, têm tempe- raturas de ebulição menores do que as do sódio (Na) e do ferro (Fe), que são metais. Além disso, das três substâncias (0 2 , Br 2 e l 2 ), é o 0 2 que tem a molécula mais "leve" e portanto a menor tempera- tura de ebulição. Alternativa c 69 (UFRC-RS) Analise os dados da tabela seguinte em rela- ção às forças de interação entre as unidades constituintes dos sólidos. Sólido Ponto de fusão (°C) Tipo de interação 1 CaF 2 1.423 Ligações iônicas 2 ch 4 -182 Forças dipolo-dipolo 3 sío 2 1.610 Ligações covalentes 4 Ag 962 Ligação metálica A ordem crescente das forças de interaçao, nesses sólidos é: a) 1, 3, 2, 4 b) 2, 3, 1 , 4 c) 2, 4, 1 , 3 d) 3, 1, 4, 2 e) 4, 2, 3, 1 70 (Mackenzie-SP) À temperatura ambiente, uma substân- cia simples sólida, uma substância composta gasosa e uma solução podem ser representadas, respectivamen- te, por: a) Fe, NaCÍ e CO b) H 2 , NH 3 e NaCÍ c) H 2 , C0 2 e C(grafite) d) Hg, Kl e H 2 S0 4 (diluído) e) Au, C0 2 e água mineral 181 Capitulo 07B-QF1-PNLEM 181 30/5/05, 9:27 EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno 71 (Ufes) A existência de pontes de hidrogênio só é possível entre compostos quando há: a) um elemento fortemente eletropositivo ligado a um átomo de hidrogênio. b) dois elementos, um fortemente eletropositivo e outro fortemente eletronegativo, ligados entre si. c) um elemento fortemente eletronegativo, dotado de pares de elétrons não-compartilhados, ligado ao hidrogênio. d) um aumento muito grande na intensidade das forças de London. e) uma ligação química entre o hidrogênio e os elemen- tos de transição externa. 72 (Vunesp) Pode-se verificar que uma massa de água ocu- pa maior volume no estado sólido (gelo) do que no esta- do líquido. Isso pode ser explicado pela natureza dipolar das ligações entre os átomos de hidrogênio e oxigênio, pela geometria da molécula de água e pela rigidez dos cristais. As interações entre as moléculas de água são de- nominadas: a) forças de Van der Waals. b) forças de dipolo induzido. c) forças de dipolo permanente. d) pontes de hidrogênio. e) ligações covalentes. 73 (UFRGS-RS) A intensificação das interações intermole- culares ocorre quando: a) a água entra em ebulição. b) o vapor de água sofre condensação. c) a água, a altas temperaturas, decompõe-se em oxigê- nio e hidrogênio. d) o vapor de água é aquecido. e) o gelo sofre fusão. 74 (Vunesp) O gráfico a seguir foi construído com dados dos hidretos dos elementos do grupo 16. Massa molar (g/mol) Com base neste gráfico, são feitas as afirmações seguintes. I. Os pontos P, Q, R e 5 no gráfico correspondem aos compostos H 2 Te, H 2 S, H 2 Se e H 2 0, respectivamente. II. Todos esses hidretos são gases a temperatura ambien- te, exceto a água, que é líquida. III. Quando a água ferve, as ligações covalentes se rom- pem antes das intermoleculares. Das três afirmações apresentadas: a) apenas a I é verdadeira. b) apenas a I e a II são verdadeiras. c) apenas a II é verdadeira. d) apenas a I e a III são verdadeiras. e) apenas a III é verdadeira. 75 (UEMG) Três frascos denominados A, B e C contêm, res- pectivamente, NaCÍ(s), HN0 3 (í) e C0 2 (g). Em termos de forças intermoleculares, é correto afirmar que: a) em A observa-se força dipolo-dipolo. b) em 6 observa-se força eletrostática. c) em C observam-se forças de Van der Waals. d) em A e 8 os compostos são apoiares. e) em 6 e C os compostos são polares. 76 (UFPI) Estudos recentes indicam que lagartixas podem andar pelo teto e em superfícies lisas utilizando forças intermoleculares entre essas superfícies e os filamentos microscópicos que têm nos pés (meio milhão em cada pé). O tipo de interação correspondente nesse caso é: a) iônica b) metálica c) covalente d) Van der Waals e) nuclear 77 (U. Católica Dom Bosco-MS) O C0 2 no estado sólido (gelo seco) passa diretamente para o estado gasoso em condi- ções ambiente; por outro lado, o gelo comum derrete nas mesmas condições em água líquida, a qual passa para o estado gasoso numa temperatura próxima a 100 °C. Nas três mudanças de estados físicos são rompidas, res- pectivamente: a) ligações covalentes; pontes de hidrogênio; pontes de hidrogênio. b) interações de Van der Waals; ligações iônicas; ligações iônicas. c) interações de Van der Waals; pontes de hidrogênio; ligações covalentes. d) interações de Van der Waals; pontes de hidrogênio; pontes de hidrogênio. e) interações de Van der Waals; pontes de hidrogênio; interações de Van der Waals. 78 (FEI-SP) A tensão superficial dos líquidos depende direta- mente de processos de interação entre as moléculas, como, por exemplo, pontes de hidrogênio. Qual das subs- tâncias abaixo tem maior tensão superficial? a) benzeno b) hexano c) tetracloreto de carbono d) éter etílico e) água 79 (UFMG) Um estudante fez testes para conhecer algumas propriedades físicas, no estado sólido, de cloreto de sódio, diamante, gelo e iodo. Qual é a alternativa que indica corretamente os resulta- dos encontrados pelo estudante? a) Cloreto de sódio: conduz corrente elétrica e decom- põe-se sob aquecimento em bico de gás. b) Diamante: é isolante elétrico e sublima-se sob aqueci- mento em bico de gás. c) Gelo: conduz corrente elétrica e funde-se sob aqueci- mento em bico de gás. d) lodo: é isolante elétrico e sublima-se sob aquecimen- to em bico de gás. 182 Capitulo 07B-QF1-PNLEM 182 30/5/05, 9:27 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 80 (Mackenzie-SP) A observação e o estudo da natureza das substâncias e de seu comportamento são intrigan- tes e por isso fascinantes. Leia com atenção os fatos reais relatados abaixo. Em relação a esses fatos, é in- correto afirmar: — A água, ao contrário da maioria das substâncias, au- menta de volume ao se solidificar. — A água, apesar de líquida nas condições ambientes, pode ser obtida pela reação entre os gases hidrogênio e oxigênio. a) A estrutura hexagonal da água mantida pelas pontes de hidrogênio no estado sólido provoca "um vazio" dentro do cristal de gelo, tornando-o mais volumoso. b) A existência de dipolos elétricos na água faz com que as moléculas se atraiam fortemente, levando-as ao es- tado líquido. c) Ao contrário do que ocorre na água, substâncias simples como o hidrogênio e o oxigênio apresentam grande força de atração entre suas moléculas, portanto são gases. d) Substâncias simples como o hidrogênio e o oxigênio possuem forças de atração fracas entre suas molécu- las, portanto são gases. e) O estado físico das substâncias depende das forças de atração entre suas moléculas. 81 (PUC-SP) Analise as propriedades físicas na tabela abaixo: Condução de corrente elétrica Amostra Ponto de fusão Ponto de ebulição a 25 °C 1.000 °c A 801 °C 1.413 °C isolante condutor B 43 °C 182 °C isolante — C 1.535 °C 2.760 °C condutor condutor D 1 .248 °C 2.250 °C isolante isolante Segundo os modelos da ligação química, A, B, Ce D po- dem ser classificados, respectivamente, como: a) composto iônico, metal, substância molecular, metal. b) metal, composto iônico, composto iônico, substância molecular. c) composto iônico, substância molecular, metal, metal. d) substância molecular, composto iônico, composto iônico, metal. e) composto iônico, substância molecular, metal, com- posto iônico. ' LEITURA SEMICONDUTORES Já vimos que os metais são bons condutores de eletricidade porque dispõem de uma nuvem de elétrons livres (ver página 1 52). Sob a ação de um campo elétrico, essa nuvem se desloca rapidamente, o que constitui a corrente elétrica. Os não-metais são isolantes, isto é, não conduzem a corrente elétrica, porque não têm a nuvem eletrônica. Os semimetais estão em uma situação intermediária. Por exemplo: o silício, em temperaturas baixas (abaixo de 1 00 °C negativos), é isolante; em temperatura ambiente, o silício é um condutor pobre — daí o nome de semicondutor — , assim como ocorre com o elemento germânio. A condutividade elétrica de um semimetal pode ser aumentada (até 100.000 vezes) pela adição de pequenas quantidades de impu- rezas apropriadas, no processo chamado dopagem. São exemplos dessas impurezas o fósforo (P), o arsênio (As), o antimônio (Sb), o boro (B) etc., usadas em proporções muito baixas (1 átomo de im- pureza para cada 1 milhão de átomos de silício, por exemplo). Em decorrência desse fato, os semicondutores causaram uma grande revolução nos aparelhos eletrônicos. A associação de vários semicondutores deu origem a diodos, transistores etc., que substituí- ram as antigas válvulas eletrônicas. Posteriormente, criaram-se com- plexos circuitos eletrônicos integrados, na forma de pequenos chips, que constituem atualmente o cérebro dos relógios digitais, das cal- culadoras de bolso e dos computadores modernos. Importantes também são as células solares, feitas de silício, que transformam a energia solar diretamente em energia elétrica. Assim, hoje já se obtém energia elétrica de forma "limpa", isto é, não- poluente. Atualmente, as células solares já estão sendo utilizadas em telefones, em regiões desérticas, e em veículos experimentais (veícu- los movidos a energia solar, como se costuma dizer). Até o momento, os veículos desse tipo ainda não estão suficientemente desenvolvidos para substituir os convencionais, dotados de motor a explosão, mas não deixam de representar uma alternativa promissora. Chip de computador Painel de energia solar em poste de iluminação. Capítulo 7 • A GEOMETRIA MOLECULAR 183 Capitulo 07B-QF1-PNLEM 183 30/5/05, 9:27 GARCIA-PELAYO / CID ■ Questões sobre a leitura Responda em seu caderno 82 Qual é a relação dos semicondutores com os metais e não-metais? 83 O que é dopagem? 84 Quais são os empregos dos semicondutores? DESAFIOS Registre as respostas em seu caderno 85 (U. F. Viçosa-MG) Um dos períodos da Tabela Periódica dos Elementos está representado abaixo: Na Mg Aí Si P S Cí Ar Dentre as afirmativas abaixo, a única incorreta é: a) Mg é um metal e forma íons positivos de carga 2 + . b) Na é um metal alcalino e é o mais eletropositivo desse período. c) Cí é um ametal da família dos halogênios. d) Ar é um gás nobre cujo átomo possui 8 elétrons em sua camada de valência. e) Aí é um ametal e é o elemento mais eletronegativo desse período. 86 (PUC-MG) Os elementos Xe Y formam com o flúor com- postos iônicos XF e Y F 2 . Os íons de X, feoNe são isoeletrônicos. É correto afirmar em relação a X e Y, exceto: a) têm mesmo número de oxidação no estado funda- mental. b) têm cargas nucleares diferentes. c) têm íons de cargas elétricas diferentes. d) são menos estáveis que seus íons. e) podem formar ligação iônica entre si. 87 (UFC-CE) A água apresenta-se, no estado líquido, à tem- peratura ambiente e à pressão atmosférica, e entra em ebulição a uma temperatura que é cerca de 200 °C mais elevada do que a do ponto de ebulição previsto teorica- mente, na ausência das ligações de hidrogênio. Com relação às ligações de hidrogênio, é correto afir- mar que: a) ocorrem entre moléculas, onde o átomo de hidrogê- nio é ligado covalentemente aos átomos mais eletro- positivos, pelos seus pares de elétrons ligantes. b) originam-se da atração entre os átomos de hidrogê- nio de uma molécula de água, que têm carga parcial negativa, e o átomo de oxigênio de uma outra unida- de molecular, que tem carga parcial positiva. c) no estado sólido, as ligações de hidrogênio presentes na água são mais efetivas, resultando em efeitos es- truturais que conferem menor densidade ao estado sólido do que ao líquido. d) quanto maior for a eletronegatividade do átomo ligado ao hidrogênio na molécula, maior será a densidade de carga negativa no hidrogênio e mais fraca será a interação com a extremidade positiva da outra molécula. e) são interações muito mais fortes do que as ligações covalentes polares convencionais e desempenham papel fundamental na química dos seres vivos. (UFC-CE) Os agregados moleculares são mantidos por interações físicas (forças intermoleculares) distintas da- quelas que originam as ligações químicas. Por exemplo, as moléculas de água são mantidas em um agregado 184 molecular através das ligações de hidrogênio, que são originadas das interações entre as extremidades opostas dos dipolos da água. Sobre as pontes de hidrogênio, é correto afirmar que: a) ocorrem frequentemente entre moléculas apoiares, em baixas temperaturas. b) são mais fortes do que as ligações iônicas ou eletro- valentes. c) contribuem decisivamente para a ocorrência da água no estado líquido, a 25 °C e 1 atm. d) são forças intermoleculares originadas da interação entre dois átomos de hidrogênio. e) somente ocorrem nos agregados moleculares de água, a 25 °C e 1 atm. 89 (UFMC) As temperaturas de ebulição de tetraclo- rometano, CCÍ 4 , e metano, CH 4 , são iguais, respectiva- mente, a + 77 °C e a -1 64 °C. A alternativa que explica corretamente essa diferença de valores é: a) A eletronegatividade dos átomos de Cí é maior que a dos átomos de H. b) A energia necessária para quebrar ligações C — Cí é maior que aquela necessária para quebrar liga- ções C — H. c) As interações de dipolos induzidos são mais intensas entre as moléculas de CCÍ 4 , que entre as moléculas de CH 4 . d) As ligações químicas de CCÍ 4 têm natureza iônica, enquanto as de CH 4 têm natureza covalente. 90 (UFMG) Este quadro apresenta os valores das tempera- turas de fusão e ebulição dos cloretos de sódio, magnésio e alumínio, todos a uma pressão de 1 atmosfera: Composto Temperatura de fusão (°C) Temperatura de ebulição (°C) Cloreto de sódio 801 1.413 Cloreto de magnésio 708 1.412 Cloreto de alumínio Sublima a 1 78 °C Considerando-se essas propriedades e os modelos de li- gação química aplicáveis às três substâncias, é correto afirmar que: a) a ligação iônica no cloreto de alumínio é mais fraca que as dos demais compostos, pois, nela, o cátion di- vide a sua força de atração entre três ânions. b) as ligações químicas do cloreto de sódio, em estado sólido, se quebram com maior facilidade que as dos demais compostos, também em estado sólido. c) o cloreto de alumínio tem um forte caráter molecular, não sendo puramente iônico. d) os três compostos têm fórmulas correspondentes à estequiometria de um cátion para um ânion. 88 Capitulo 07B-QF1 -PNLEM 184 30/5/05, 9:27 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 91 (ITA-SP) A opção relativa aos números de oxidação cor- retos do átomo de cloro nos compostos KC10 2 , Ca(CÍO) 2 , Mg(CÍ0 3 ) 2 e Ba(CÍ0 4 ) 2 é, respectivamente: a) -1, -1, -1 e -1 d) +3, +1, +5 e +6 b) +3, +1, +2 e +3 e) +3, +1, +5 e +7 c) +3, +2, +4 e +6 92 (FEI-SP) Dadas as transformações químicas: I. 3 N0 2 + H 2 0 * 2 HN0 3 + NO II. 2 AgN0 3 + 2 NaOH *- Ag 2 0 + 2 NaN0 3 + H 2 0 III. CaC0 3 ► CaO + C0 2 Ocorre oxidação-redução apenas em: a) I b) II c) III d) I e III e) II e III 93 (U. F. Viçosa-MC) O hidrogênio (H 2 ) funciona como agen- te oxidante na reação representada por: a) 2 H 2 + 0 2 — ► 2 H 2 0 b) H 2 + 2 K — *■ 2 KH c) 3 H 2 + N 2 — ► 2 NH 3 d) H 2 + Cl 2 ► 2 HCÍ e) 8 H 2 + S 8 — ► 8 H 2 S 94 (Mackenzie-SP) Se o número total de elétrons no íon [M(H 2 0) 4 ] 2+ é igual a 50, então o número atômico de M é: a) 8 b) 10 c) 40 d) 12 e) 42 Dados: H (Z = 1) e O (Z = 8) 95 (UMFS) O gráfico abaixo fornece os pontos de ebulição dos compostos de hidrogênio com elementos dos grupos 1 4 (4A), 1 5 (5A), 1 6 (6A) e 1 7 (7A) da Tabela Periódica. Analisando o gráfico acima, é correto afirmar que: 01 . os compostos HF, H 2 0 e NH 3 têm pontos de ebulição maior que os esperados, porque cada um deles está envolvido com ligações de hidrogênio que são muito mais fortes que outras forças intermoleculares. 02. compostos hidrogenados do grupo 14 (4A) apresen- tam forças intermoleculares mais fortes que a ligação de hidrogênio. 04. a ligação de hidrogênio é a responsável pelo fato de a água ser líquida, a 25 °C, e não gasosa, como seria de se esperar. 08. se não fosse a ocorrência das ligações de hidrogênio, a água entraria em ebulição a aproximadamente —80 °C. 1 6. todos os compostos de elementos do terceiro perío- do, representados no gráfico, apresentam ligações covalentes. 32. todos os compostos de elementos do segundo perío- do, representados no gráfico, são iônicos. 96 (UFPE) A compreensão das interações intermoleculares é importante para a racionalização das propriedades fisico- químicas macroscópicas, bem como para o entendimen- to dos processos de reconhecimento molecular que ocor- rem nos sistemas biológicos. A tabela abaixo apresenta as temperaturas de ebulição (TE), para três líquidos à pres- são atmosférica. Líquido Fórmula Química TE (°C) acetona (CH 3 ) 2 CO 56 água h 2 o 100 etanol ch 3 ch 2 oh 78 Com relação aos dados apresentados na tabela acima, podemos afirmar que: a) as interações intermoleculares presentes na acetona são mais fortes que aquelas presentes na água. b) as interações intermoleculares presentes no etanol são mais fracas que aquelas presentes na acetona. c) dos três líquidos, a acetona é o que apresenta liga- ções de hidrogênio mais fortes. d) a magnitude das interações intermoleculares é a mes- ma para os três líquidos. e) as interações intermoleculares presentes no etanol são mais fracas que aquelas presentes na água. 97 (ITA-SP) Uma determinada substância apresenta as se- guintes propriedades físico-químicas: I. O estado físico mais estável a 25 °C e 1 atm é o sólido. II. No estado sólido apresenta estrutura cristalina. III. A condutividade elétrica é praticamente nula no esta- do físico mais estável a 25 °C e 1 atm. IV. A condutividade elétrica é alta no estado líquido. A alternativa relativa à substância que apresenta todas as propriedades acima é o/a: a) poliacetileno b) brometo de sódio c) iodo d) silício e) grafita 98 (Fuvest-SP) Três variedades alotrópicas do carbono são diamante, grafita e fulereno. As densidades dessas subs- tâncias, não necessariamente na ordem apresentada, são: 3,5; 1,7 e 2,3 g/cm 3 . Com base nas distâncias médias entre os átomos de car- bono, escolha a densidade adequada e calcule o volume ocupado por um diamante de 0,175 quilate. Esse volu- me, em cm 3 , é igual a: (Dados: Distância média entre os átomos de carbono, em nanômetro (1 0~ 9 m) diamante 0,178 fulereno 0,226 grafita 0,207 1 quilate = 0,20 g.) a) 0,50 • 10~ 2 d) 2,0 -10 b) 1,0 • 10 2 e) 2,5 -10 n v - Ln O to Capítulo 7 • A GEOMETRIA MOLECULAR 185 Capitulo 07B-QF1 -PNLEM 185 30/5/05, 9:27 99 (UnB-DF) Para produzir a grande quantidade de materiais de que necessita, o homem tem ao seu dispor cerca de 90 diferentes tipos de átomos, sem contar com os elementos artificiais que não são utilizados pela indústria. Para me- lhor organizar as informações sobre os elementos quími- cos, o cientista russo Mendeleyev propôs a utilização de uma Tabela Periódica similar à que se utiliza hoje. Na indústria de computadores, dois elementos importan- tíssimos são o silício (elemento que constitui aproximada- mente 27,2% da massa da crosta terrestre) e o germânio, ambos utilizados para a confecção dos chips. Estes, cada vez menores, mais complexos e eficientes, já são feitos tam- bém a partir de diamantes (sintéticos), que são uma for- ma alotrópica do carbono. No caso da memória de um computador, os chips possuem a seguinte estrutura: • Camada de silício zQ> Camada de dióxido de silício n£> Camada de silício contaminada (dopada) com átomos de fósforo Com o auxílio das informações contidas no enunciado e na tabela fornecida nesta prova, julgue os itens que se seguem. 0. Os símbolos químicos do silício e do fósforo são, res- pectivamente, S e F. 1. Alguns elementos que constam da Tabela Periódica recebem o nome de gases nobres porque não rea- gem com nenhuma substância. 2. O silício e o fósforo são usados na fabricação dos chips porque pertencem à mesma família na Tabela Periódica. 3. A utilização do germânio, em vez do silício, para con- fecção de chips, pode ser entendida a partir de uma análise da Tabela Periódica. 100 (Enem-MEC) Quando definem moléculas, os livros ge- ralmente apresentam conceitos como: "a menor parte da substância capaz de guardar suas propriedades". A partir de definições desse tipo, a idéia transmitida ao estudante é a de que o constituinte isolado (moléculas) contém os atributos do todo. E como dizer que uma molécula de água possui densidade, pressão de vapor, tensão superficial, ponto de fusão, ponto de ebulição etc. Tais propriedades pertencem ao conjunto, isto é, manifestam-se nas relações que as moléculas mantêm entre si. Adaptado de OLIVEIRA, R. J. “O mito da substância”. Química Nova na Escola, n. 1 , 1995. O texto evidencia a chamada visão substancialista que ainda se encontra presente no ensino da Química. Abai- xo estão relacionadas algumas afirmativas pertinentes ao assunto. I. O ouro é dourado, pois seus átomos são dourados. II. Uma substância "macia" não pode ser feita de mo- léculas "rígidas". III. Uma substância pura possui pontos de ebulição e fusão constantes, em virtude das interações entre suas moléculas. IV. A expansão dos objetos com a temperatura ocorre porque os átomos se expandem. Dessas afirmativas, estão apoiadas na visão substan- cialista criticada pelo autor apenas: a) I e II b) III e IV c) I, II e III d) I, II e IV e) II, III e IV 186 Capitulo 07B-QF1-PNLEM 186 30/5/05, 9:27 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Tópicos do capítulo 1 Introdução 2 Ácidos 3 Bases ou hidróxidos 4 Comparação entre ácidos e bases 5 Sais Leitura: 0 tratamento da água I Salina na Ilha Cristina, Huelva, Espanha. Apresentação do capítulo Num supermercado , a grande quantidade de tipos , itens e marcas de mercadorias obriga a agrupá-ios em determinados corredores , gôndolas e prateleiras — as massas , as bebidas, os produtos de limpeza etc. Essa arrumação (classificação) facilita muito a vida dos consumidores. Na Química, ocorre algo semelhante. Atualmente são conhecidos vários milhões de substâncias diferentes. É um número muito grande e que aumenta a cada dia. Consequentemente, torna-se necessário agrupar as substâncias em famílias que apresentem propriedades semelhantes. Essas famílias são denominadas funções. Na Química Inorgânica, as funções mais importantes são os ácidos, as bases, os sais e os óxidos, assuntos deste e do próximo capítulos. Capitulo 08A-QF1-PNLEM 187 30/5/05,9:37 m INTRODUÇÃO Tarefa das mais importantes na atividade científica é reunir substâncias semelhantes em classes ou grupos, de modo a facilitar seu estudo. Uma classificação fundamental, nascida na metade do século XVIII, é a que divide as substâncias em inorgânicas (ou minerais) e orgânicas. Inicialmente, dizia-se: Substância inorgânica (ou mineral) é a que se origina dos minerais. Substância orgânica é a que se origina dos organismos vivos (vegetais e animais). Posteriormente, verificou-se que todas as substâncias orgânicas contêm o elemento carbono e, então, passou-se a dizer: Substâncias orgânicas são as que contêm carbono. Substâncias inorgânicas (ou minerais) são as formadas por todos os demais ele- mentos químicos. Dentro desse critério, porém, existem exceções; de fato, há compostos que contêm carbono, mas que apresentam todas as características de substância inorgânica, como CO, C0 2 , Na 2 C0 3 , KCN etc. Devido às suas características, essas substâncias são consideradas inorgânicas. As substâncias orgânicas serão estudadas no volume 3 desta obra. No volume 1 , vamos nos dedicar ao estudo das substâncias inorgânicas ou minerais. Sabendo, porém, que o número de compostos inorgânicos é muito grande, convém subdividi-los em agrupamentos menores, denominados funções químicas inorgânicas. De modo geral, dizemos que: Função química é um conjunto de substâncias com propriedades químicas semelhan- tes, denominadas propriedades funcionais. As principais funções químicas inorgânicas que iremos estudar são: os ácidos, as bases, os sais e os óxidos. Antes, porém, de iniciarmos o estudo das funções químicas inorgânicas, devemos comentar a chamada teoria da dissociação iônica de Arrhenius. Arrhenius verificou, no fim do século XIX, que algumas soluções aquosas conduziam corrente elétrica, e outras não. Por exemplo: A lâmpada se mantém apagada, provando que a solução de água e açúcar não permite a passagem da corrente elétrica (solução não-eletrolítica). A lâmpada se acende, provando que a solução de água e sal permite a passagem da corrente elétrica (solução eletrolítica). Svante August Arrhenius Nasceu na Suécia em 1859. Em 1876 ingressou na Universidade de Upsala, onde se dou- torou em 1 884. A partir de 1 891 , tornou-se professor na Universidade de Estocolmo. ]á em 1884, propôs sua célebre teoria da dissociação iônica, que revolucionou o mundo científico da época. De fato, suas idéias sobre a existência de íons foram de início muito combatidas, pois na época era aceito o modelo atômico de Dalton, que falava em partículas neutras e indivisíveis. Aos poucos, porém, as idéias de Arrhenius não só foram aceitas como também contribuíram para o desenvolvimento das teO' rias eletrônicas da matéria. Por seus trabalhos, Arrhenius recebeu, em 1903, o Prêmio Nobel de Química. 188 Capitulo 08A-QF1-PNLEM 188 30/5/05, 9:37 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A Como se explica essa diferença? Arrhenius explicou-a do seguinte modo: o açúcar (e outros não- eletrólitos), quando dissolvido na água, subdivide-se em moléculas (C 12 H 22 0 11 ) que são eletricamente neu- tras e, portanto, insensíveis ao campo elétrico; sendo assim, a corrente elétrica não pode fluir na solução. O sal (e demais eletrólitos), quando dissolvido na água, subdivide-se em partículas carregadas eletricamente e denominadas íons (no caso do sal, temos Na + e Cl"). Os íons positivos (cátions) cami- nham em direção ao pólo negativo; os íons negativos (ânions) caminham em direção ao pólo positivo; desse modo, a corrente elétrica pode fluir na solução e, como o circuito elétrico não fica interrompido, a lâmpada se acende. 1.1. Dissociação e ionização Outro fato importante é que os não-eletrólitos são sempre substâncias moleculares (como é o caso do açúcar). Os eletrólitos, no entanto, podem ser substâncias moleculares ou iônicas. De fato, o sal comum já é formado por íons (Na + e Cl”) no seu estado natural, que é o estado sólido; a água da solução apenas provoca a separação dos íons já existentes: Áqua Na Cl" — Na + Cl" Essa separação de íons denomina-se dissociação iônica ou dissociação eletrolítica. No estado sólido, os íons Na + e C V estão “presos” no reticulado cristalino, (cores-fantasia; sem escala) Em solução na água, os íons Na + e CV estão “soltos” e podem se movimentar, transportando a corrente elétrica. Analisemos agora o caso do ácido clorídrico, que em seu estado natural (gasoso) é formado por moléculas (HCl). Ao ser dissolvido em água, a própria água quebra as moléculas HCÍ e provoca a formação dos íons H + e Cl": HCÍ Água H + + Cl" Essa formação de íons denomina-se ionização. A extensão da ionização depende da substância considerada. De fato, podemos verificar em certas condições experimentais que, de cada 100 moléculas de HCl que colocamos em água, 92 se ionizam em H + e Cl"; por outro lado, em condições idênticas, de cada 100 moléculas de HF (ácido fluorídrico) dissolvidas em água, apenas 8 se ionizam em H + e F". 1 . 2 . Grau de ionização Para medir a maior ou menor extensão de uma ionização, usa-se o chamado grau de ionização (ou o grau de dissociação iônica, quando for o caso), que é representado pela letra a: Número de moléculas ionizadas Número de moléculas dissolvidas Aproveitando os dois últimos exemplos, temos: 92 • no caso do HCl: a = = 0,92 ou 92% 100 • no caso de HF: a = — = 0,08 ou 8% 100 O grau de ionização varia entre 0 e 1 (ou 0% e 100%). Quando a tem valor próximo de zero, significa que a substância está pouco ionizada, sendo chamada de eletrólito fraco. Quando a se apro- xima de 1, a substância está bastante ionizada, sendo chamada de eletrólito forte. Capítulo 8 • Ácidos, bases e sais inorgânicos 189 Capitulo 08A-QF1 -PNLEM 189 30/5/05, 9:37 OBSERVAÇÃO As substâncias iônicas (como o NaCl) conduzem a corrente elétrica tanto em solução como quando fundidas, pois a água ou a fusão apenas separam e libertam os íons já existentes. As substâncias moleculares, por sua vez, podem ser ionizáveis (como o HCl) ou não (como o açúcar); no entanto, as primeiras somente se ionizam com o auxílio da água ou de outro solvente (solvente ionizante) que venha a quebrar suas moléculas. Responda em seu caderno a) O que são substâncias orgânicas? b) O que são substâncias inorgânicas? c) O que é função química? d) Segundo Arrhenius, o que é solução eletrolítica e não-eletrolítica? e) O que é dissociação? f) O que é ionização? g) O que é grau de ionização? EXERCÍCIOS ■- — — Registre as respostas e m seu caderno Exercício resolvido 1 (Unicamp-SP) Agua pura é um mau condutor de corrente elétrica. O ácido sulfúrico puro (H 2 S0 4 ) tam- bém é mau condutor. Explique o fato de uma solu- ção diluída de ácido sulfúrico, em água, ser boa condutora de corrente elétrica. Resolução A água e o ácido sulfúrico, quando puros, não con- duzem a corrente elétrica, porque são substâncias moleculares. Juntando-se as duas substâncias, a água provoca a ionização do ácido sulfúrico (H 2 S0 4 *■ 2 H + + S0 4 ~) e, em consequência, a solução passa a conduzir a corrente elétrica. 2 (Unicamp-SP) À temperatura ambiente, o cloreto de sódio, NaCl, é sólido e o cloreto de hidrogênio, HCl, é um gás. Estas duas substâncias podem ser líquidas em temperaturas adequadas. a) Por que, no estado líquido, o NaCl é um bom con- dutor de eletricidade, enquanto, no estado sólido, não é? b) Por que, no estado líquido, o HCl é um mau condu- tor de eletricidade? c) Por que, em solução aquosa, ambos são bons condu- tores de eletricidade? 3 (UFMC) Considere cada uma das seguintes substâncias, todas no estado sólido: cloreto de sódio, diamante, iodo e sódio. a) Cite o sólido que não conduz corrente elétrica, mas se torna bom condutor quando fundido. Justifique o fato de a substância ser condutora no estado líquido. b) Cite o sólido cujo cristal é mantido coeso, principal- mente por interações de Van der Waals. Justifique sua resposta. 4 (FCV-SP) Alguns compostos, quando solubilizados em água, geram uma solução aquosa que conduz eletricida- de. Dos compostos abaixo, I. Na 2 S0 4 II. o 2 III. C 12 H 22 O n IV. KNOj V. CHjCOOH VI. NaCl formam solução aquosa que conduz eletricidade: a) apenas I, IV e VI d) apenas I e VI b) apenas I, IV, V e VI e) apenas VI c) todos Exercício resolvido 5 Dissolvendo-se 600 moléculas de uma substância em água, verificou-se que 15 moléculas sofreram dissociação. Qual é o grau de ionização (a) da subs- tância em questão? Trata-se de um eletrólito forte ou fraco? Resolução Pela própria definição de grau de ionização, temos: a = = 0,025 => a = 2,5% 600 Conseqüentemente, o eletrólito é fraco. 6 Qual dos itens a seguir representa o eletrólito mais forte? a) a = 40% b) a = 0,85% c) Tem 40 moléculas dissociadas em cada 200 molécu- las totais. d) — de moléculas estão dissociadas. 4 e) Metade das moléculas se dissociaram. 190 Capitulo 08A-QF1 -PNLEM 190 30/5/05, 9:38 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 2 ÁCIDOS Do ponto de vista prático, os ácidos apresentam as seguintes características: • formam soluções aquosas condutoras de eletricidade; • mudam a cor de certas substâncias (chamadas, por esse motivo, de indicadores de ácidos). Os ácidos são muito comuns em nosso dia-a-dia: o vinagre contém ácido acético (C 2 H 4 0 2 ); o limão, a laranja e demais frutas cítricas contêm ácido cítrico (C 6 H 8 0 7 ); a ba- teria de um automóvel contém ácido sulfúrico (H 2 S0 4 ); o ácido muriático, usado para a limpeza de pisos, azulejos etc., contém ácido clorídico (HCÍ); e assim por diante. Os ácidos são muito usados, nas indústrias químicas, para a produção de novos materiais. Em particular, o ácido sulfúrico é o primeiro colocado em uso industrial. Devemos lembrar, porém, que acidentes com trens e caminhões trans- portando ácido sulfúrico podem dar origem a vazamentos do ácido, com efeitos bastante danosos ao meio ambiente. 2.1. A definição de ácido de Arrhenius Do ponto de vista teórico, Arrhenius definiu: Ácidos são compostos que em solução aquosa se ionizam, produzindo como íon positivo apenas cátion hidrogênio (H ). O H + é, nessa perspectiva, o responsável pelas propriedades comuns a todos os ácidos, sendo chamado, por esse motivo, de radical funcional dos ácidos. Exemplos: HCÍ Água H + + cr Agua hno 3 H + no 3 - h 2 so 4 Agua 2 H + + sor h 3 po 4 Agua 3 H + + por Atualmente, sabe-se que a definição de Arrhenius não é rigorosamente correta. Na verdade, em solução aquosa, o cátion H + se une a uma molécula de água formando o íon H 3 0 ", chamado de hidrônio ou hidroxônio: H + + H 2 0 H 3 0 + Sendo assim, os quatro exemplos anteriores ficariam mais corretos se escritos da seguinte maneira: HCÍ + h 2 o — — h 3 o + + cr hno 3 + h 2 o — — h 3 o + + no 3 h 2 so 4 + 2 H 2 0 — 2 H 3 0 + + so 4 2 h 3 po 4 + 3 H 2 0 — 3 H 3 0 + + po 4 3 No entanto, por comodidade, continua-se usando a primeira forma de representação. 2.2. Classificação dos ácidos a) De acordo com o número de hidrogénios ionizáveis • Monoácidos: na ionização, a molécula produz apenas 1 H + (HCÍ, HN0 3 etc.). • Diácidos: na ionização, a molécula produz 2 H (H 2 S0 4 , H 2 C0 3 etc.). • Triácidos: na ionização, a molécula produz 3 H + (H 3 P0 4 , H 3 B0 3 etc.). • Tetrácidos: na ionização, a molécula produz 4 H + (H 4 P 2 0 7 , H 4 Si0 4 etc.). Os ácidos com 2 ou mais hidrogénios ionizáveis são denominados poliácidos. Capítulo 8 • Ácidos, bases e sais inorgânicos 1 91 Os ácidos são encontrados em muitos produtos de uso cotidiano. Capitulo 08A-QF1-PNLEM 191 6/7/05, 14:41 EDUARDO SANTALIESTRA b) De acordo com a presença ou não de oxigênio na molécula • Hidrácidos: não contêm oxigênio (HCÍ, HBr, H 2 S etc.). • Oxiácidos: contêm oxigênio (HN0 3 , H 2 S0 4 , H 3 P0 4 etc.). c) De acordo com o grau de ionização É importante relembrar a definição de grau de ionização (a), dada na página 189. • Ácidos fortes: quando a > 50%. Exemplos: HCÍ (a = 92%), H 2 S0 4 (a = 61 %) etc. • Ácidos moderados ou semifortes: quando 5 < a < 50%. Exemplos: HF (a = 8%), H 3 P0 4 (a = 27%) etc. • Ácidos fracos: quando a < 5%. Exemplos: HCN (a = 0,008%), H 2 CQ 3 (a = 0,18%) etc. 2.3. Fórmulas dos ácidos Você já observou que todo ácido é formado pelo cátion H + e por um átomo ou grupo de átomos com carga negativa (ânion ou radical negativo): Observe também que a carga total positiva dos H + deve anular a carga total do radical negativo, de tal modo que a molécula seja eletricamente neutra. Desse modo, representando o ânion (ou radical ácido) por A e supondo sua valência igual a —x, chegamos à seguinte regra geral de formulação dos ácidos: Nas fórmulas estruturais dos ácidos oxigenados, devemos assinalar que os hidrogénios ionizáveis sempre se ligam ao átomo central por intermédio de um átomo de oxigênio; os demais átomos de oxigênio ligam-se ao átomo central por meio de ligações covalentes. 0 — 100 % Ácido cada vez mais forte + 1 ou seja: H^A (normalmente, x =£ 4). H — O H 2 C0 3 estruturalmente é: H — O H 3 P0 4 estruturalmente é: H — O — P — O H— O H — O O \ _ ^ S H 2 S0 4 estruturalmente é: O O HCÍ0 4 estruturalmente é: H — O — Cí O O 192 Capitulo 08A-QF1 -PNLEM 192 30/5/05, 9:38 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A Quando ligado diretamente ao átomo central, o hidrogênio não é ionizável. Dois exemplos impor- tantes são: • O H 3 P0 3/ que, apesar de possuir três hidrogénios, é um diácido; sua fórmula estrutural mostra que os dois primeiros hidrogénios são ionizáveis, e o terceiro, ligado diretamente ao átomo de fósforo, não: H -°^ H — O — P^O H • O H 3 P0 2 , que é um monoácido, pois só um hidrogênio se liga ao fósforo por intermédio do oxigênio: H — O H — P — O H 2.4. Nomenclatura dos ácidos a) Hidrácidos O nome é feito com a terminação ídrico: Ácido ídrico (Nome do ânion) í HCÍ — ácido clorídrico J H 2 S — ácido sulfídrico 1 Hl — ácido iodídrico 1 HCN — ácido cianídrico b) Oxiácidos • Quando o elemento forma apenas um oxiácido, usa-se a terminação ico: Ácido ico (Nome do elemento) H 2 C0 3 — ácido carbônico • Quando o elemento forma dois oxiácidos: H 3 B0 3 — ácido bórico Quando o elemento tem Ácido (Nome do elemento) ico oso ■>• /V ox maior >■ N ox menor +5 HN0 3 — ácido nítrico + 3 +6 h 2 so 4 +4 HN0 2 — ácido nitroso h 2 so 3 Quando o elemento forma três ou quatro oxiácidos: ácido sulfúrico ácido sulfuroso Ácido per . Ácido Ácido Ácido hipo ico ico oso oso Diminuição do N ox do elemento central v + 7 HCÍ0 4 — Ácido perclórico +5 HCÍ0 3 — Ácido clórico + 3 — Ácido cloroso hcío 2 +1 HCÍO — Ácido hipocloroso Capítulo 8 • Ácidos, bases e sais inorgânicos 193 Capitulo 08A-QF1-PNLEM 193 30/5/05, 9:38 OBSERVAÇÃO Além dos prefixos per e hipo, são usados outros, como no caso de oxiácidos do fósforo: — ácido ortofosfórico — ácido pirofosfórico h 3 po 4 h 4 p 2 o 7 HP0 3 — ácido metafosfórico Nos três casos, o fósforo tem o mesmo número de oxidação (+5); a diferença está no grau de hidratação. • o H 3 P0 4 chama-se ácido ortofosfórico, pois é o mais hidratado dos três; • o H 4 P 2 0 7 chama-se ácido pirofosfórico, pois, simulando uma operação matemática, teríamos: 2 X H 3 P0 4 equivaleria a H 6 P 2 0 8 subtraindo H 7 O temos H 4 P 2 0 7 o HP0 3 chama-se ácido metafosfórico, pois: (neste caso, tiramos uma molécula de água de duas moléculas do ácido H 3 P0 4 ) h 3 po 4 H 2 O - H P0 3 (o HPO s é, sem dúvida, o menos hidratado dos três, pois subtraímos uma molécula de água de apenas uma molécula do ácido H 3 P0 4 ) Para treinar a formulação e a nomenclatura dos ácidos, veja a tabela dos principais ânions, no final do livro. <D "D 2.5. Ácidos importantes a) Ácido sulfúrico — H 2 S0 4 O ácido sulfúrico é o produto químico mais utilizado na indústria; por isso costuma-se dizer que o consumo de ácido sulfúrico mede o desenvolvimento industrial de um país. O H 2 S0 4 puro é um líquido incolor, oleoso, denso ( d = 1,84 g/mL), corrosivo e extremamente solúvel em água (para diluí-lo, deve-se despejá-lo lentamente em água, e nun- ca o contrário, pois, devido ao calor liberado, quando se des- peja água sobre H 2 S0 4 , ela vaporiza rapidamente e pode se projetar contra as mãos ou o rosto do operador). O H 2 S0 4 ferve a 338 °C, que é um valor bem acima da temperatura de ebulição dos ácidos comuns; por isso é considerado um ácido fixo, isto é, pouco volátil. O ácido sulfúrico é produzido industrialmente pelo pro- cesso denominado catalítico ou de contato, de acordo com as seguintes etapas: • queima do enxofre: S + 0 2 * SO/ (ou ustulação de sulfetos metálicos: 4 FeS 2 + 1 1 0 2 • oxidação do S0 2 : 2 S0 2 + 0 2 *- 2 SO s • reação do S0 3 com água: S0 3 + H 2 0 *• H 2 S0 4 Nas equações químicas, o sinal x indica que o gás é liberado durante a reação. Os principais usos do ácido sulfúrico são: • na produção de fertilizantes agrícolas, como os superfosfatos; • na produção de compostos orgânicos (plásticos, fibras têxteis, celulose, corantes, tintas, pigmen- tos etc.); • na produção de outros ácidos (H 3 P0 4 ; HN0 3 etc.); • na limpeza de metais e ligas metálicas (aço); • no refino do petróleo; • em baterias de automóveis. 194 Unidade de produção de ácido sulfúrico da Companhia Nitroquímica Brasileira, SP. 2 Fe 2 0 3 + 8 SO 2 ) Capitulo 08A-QF1 -PNLEM 194 30/5/05, 9:39 EDUARDO BARCELLOS / CORTESIA DA CIA. NITROQUÍMICA BRASILEIRA Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. b) Ácido clorídrico — HCÍ O HCÍ puro, chamado de gás clorídrico ou cloridreto ou cloreto de hidrogênio, é um gás incolor, não-inflamável, muito tóxico e corrosivo. Esse gás é muito solúvel em água (cerca de 450 L de gás clorídrico por litro de água, em condições ambientes). Sua solução aquosa é denominada ácido clorídrico. Trata-se de uma solução incolor que, quando concentrada, contém cerca de 38% de HCÍ em massa, é fumegante (pois libera vapores de HCÍ), sufocante, muito tóxica e corrosiva. Na indústria, o HCÍ é preparado por síntese direta: H 2 + Cí 2 * 2 HCÍ E, em laboratório, a partir do NaCÍ (sólido): 2 NaCÍ + H 2 S0 4 Na 2 SO O ácido clorídrico é usado na hidrólise de amidos e pro- teínas (indústria de alimentos); na produção de corantes, tintas, couros etc. Na limpeza de pisos e paredes de pedra ou de azulejo, usa-se o ácido muriático, que é o ácido clorí- drico impuro. Além disso, é importante destacar que o ácido clorídrico é um dos componentes do suco gástrico existente em nosso estômago. Sua ação é ajudar a digestão dos alimentos. c) Ácido nítrico — HNO B O ácido nítrico é um líquido incolor, muito tóxico e corrosivo. Ferve a 83 °C. E muito solúvel em água e, com o tempo e a influência da luz, sua solução fica avermelhada devido à decomposição do HN0 3 em N0 2 . Industrialmente, o ácido nítrico é preparado a partir do NH 3 , se- gundo as reações: Catalisador 4 NH 3 + 5 0 2 ► 4 NO + 6 H 2 0 2 NO + o 2 * 2 N0 2 3 N0 2 + h 2 o * 2 HNO, + NO E, em laboratório: 2 NaNOTs) + A h 2 so 4 ► Na 2 S0 4 + 2 RNOC O ácido nítrico é usado na produção de compostos orgânicos (ex- plosivos, corantes, medicamentos etc.), na produção de fertilizantes agrícolas (por exemplo, NH 4 N0 3 ), na produção de nitratos etc. Nas equações químicas, o termo "catalisador", sobre a flecha, indica um composto que acelera a reação, e o símbolo A indica aquecimento. d) Ácido fluorídrico — HF E um líquido incolor, fumegante, de ponto de ebulição 20 °C sob pressão normal, altamente corro- sivo para a pele. Seu ponto de ebulição é superior aos demais ácidos halogenídricos, devido à formação de fortes ligações de hidrogênio, dando-lhe a seguinte estrutura: / F . / F \ / F \ ou seja: (HF)., H H H E produzido a partir do minério denominado fluorita (CaF 2 ), por reação com ácido sulfúrico con- centrado. Essa reação ocorre a uma temperatura de 250 °C. CaF 2 (s) + H 2 S0 4 (í) CaS0 4 (s) + 2 HF^(g) 4 + 2 HCÍ Ácido muriático, utilizado na limpeza de piso. Capítulo 8 • Ácidos, bases e sais inorgânicos 195 Capitulo 08A-QF1-PNLEM 195 30/5/05, 9:39 ENFERSA / CID EDUARDO SANTALIESTRA O ácido fluorídrico corrói o vidro comum, pois ataca a sílica (Si0 2 ) que o constitui. Si0 2 + 4 HF ► SiF 4 + 2 H 2 0 Fluoreto de silício e, ainda. SiF 4 + 2 HF - Daí seu uso para decoração em fosco de objetos de vidro e gravação do número de chassi em vidros de automóveis. É também usado no preparo de Na 3 AÍF 6 (na pro- dução de alumínio), no preparo de compostos do tipo CCÍ 2 F 2 (em sistemas de refrigeração), no preparo de UF 6 (no enriquecimento de urânio para reatores atô- micos) etc. Ácido hexafluorsilícico Vidro de automóvel com o número do chassi gravado. iWI Responda em seu caderno a) Segundo Arrhenius, qual é a definição de ácidos? b) Segundo o número de hidrogénios ionizáveis, como podem ser classificados os ácidos? c) Segundo a presença ou não de oxigênio na molécula, como podem ser classificados os ácidos? d) Segundo o grau de ionização, como podem ser classificados os ácidos? e) Qual é a terminação do nome de um hidrácido? f) Qual é a terminação do nome de um oxiácido? EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno Atenção: Procure resolver os exercícios dados a seguir usan- do não só as regras de formulação e nomenclatura que aca- bamos de aprender como também a tabela de radicais nega- tivos (ânions) que é dada no final do livro. 7 Com o auxílio da tabela de radicais negativos apresenta- da no final do livro, procure escrever as fórmulas dos se- guintes ácidos: a) ácido permangânico; b) ácido fosforoso; c) ácido oxálico; d) ácido sulfuroso; e) ácido arsênico; f) ácido ortossilícico. 8 Apenas com o auxílio da regra de nomenclatura que aca- bamos de estudar (não consulte a tabela de radicais ne- gativos apresentada no final do livro), dê nome aos se- guintes ácidos: a) HBr c) HIO mo 2 HIOj mo 4 b) J H 3 As0 4 I H 3 As0 3 d) J H 3 Sb0 4 1 H 4 Sb 2 Q 7 9 (Mackenzie-SP) Certo informe publicitário alerta para o fato de que, se o indivíduo tem azia ou pirose com grande frequência, deve procurar um médico, pois pode estar ocorrendo refluxo gastroesofágico, isto é, o retor- no do conteúdo ácido do estômago. Afórmula e o nome do ácido que, nesse caso, provoca a queimação no es- tômago, a rouquidão e mesmo dor torácica são: Situação normal a) HCÍ e ácido clórico b) HCÍ0 2 e ácido cloroso c) HC10 3 e ácido clorídrico d) HCÍ0 3 e ácido clórico e) HCÍ e ácido clorídrico 0 TD O Õ <5 o 0 TD O) 0 "D O tÕ o> 196 Capitulo 08A-QF1-PNLEM 196 30/5/05, 9:39 EDUARDO SANTALIESTRA / CID Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 10 (PUC-MC) A tabela abaixo apresenta algumas caracterís- ticas e aplicações de alguns ácidos: Nome do ácido Aplicações e características Acido muriático Limpeza doméstica e de peças metálicas (decapagem) Acido fosfórico Usado como acidulante em refrigerantes, balas e goma de mascar Acido sulfúrico Desidratante, solução de bateria Acido nítrico Indústria de explosivos e corantes As fórmulas dos ácidos da tabela sao, respectivamente: a) HCl, H 3 P0 4 , H 2 S0 4í HN0 3 b) HCÍO, H 3 P0 3 , H 2 S0 4/ HN0 2 c) HCl, H 3 P0 3 , H 2 S0 4 , HN0 3 d) hcio 2 , h 4 p 2 o 7 , h 2 so 3 , hno 2 e) HCÍO, H 3 P0 4 , H 2 S0 3 , HN0 3 11 (UVA-CE) Os ácidos HC10 4 , H 2 Mn0 4 , H 3 P0 3 , H 4 Sb 2 0 7 , quanto ao número de hidrogénios ionizáveis, podem ser classificados em: a) monoácido, diácido, triácido, tetrácido. b) monoácido, diácido, triácido, triácido. c) monoácido, diácido, diácido, tetrácido d) monoácido, monoácido, diácido, triácido. 12 Escreva as equações de ionização dos seguintes ácidos: a) ácido bromídrico c) ácido sulfuroso b) ácido nitroso d) ácido pirofosfórico 1 3 Repita o exercício anterior, supondo agora a participação da água, isto é, a formação do hidrônio. 14 (UFPE) Acido perclórico (HC10 4 ) é um ácido forte. Quais as espécies químicas presentes, em maior concentração, em uma solução aquosa deste ácido? a) H + e CIO; c) HC10 4 e OH~ e) OHQ CT e 0 2 b) HC10 4 e H + d) H + , Cl e 0 2 1 5 (Cesgranrio-RJ) Com base na tabela de graus de ionização apresentada a seguir: Ácido Grau de ionização (a) HF 8% HCl 92% HCN 0,08% h 2 so 4 61% h 3 po 4 27% podemos concluir que o ácido mais forte é: a) HF b) HCl c) HCN d) H 2 S0 4 e) H 3 P0 4 16 (EEM-SP) Têm-se os três ácidos e os valores da tabela, que foram obtidos dissolvendo-se em água à temperatu- ra constante: Proporção entre número de moléculas dissolvidas número de moléculas ionizadas H 2 S 10 1 h 2 so 4 3 2 hno 3 10 8 Calcule o grau de ionizaçao para cada ácido e coloque- os em ordem crescente de sua força de ionização. 17 Escreva a fórmula estrutural do HC10 4 . 18 Escreva a fórmula estrutural do H 3 P0 2 , sabendo que se trata de um monoácido. 19 (Uesc) Considere o seguinte composto: O H— O— P— O— H I H Julgue como verdadeira (V) ou falsa (F) as afirmações. O composto apresenta três hidrogénios ionizáveis. O composto apresenta quatro ligações covalentes comuns e uma dativa. O composto é um diácido. O composto pertence a uma função orgânica. A sequência correta, de cima para baixo, é: a) V, V, V, F b) F, F, V, F c) F, V, F, V d) V, F, F, V e) V, F, F, F f V EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno 20 (FEI-SP) Considere os ácidos oxigenados abaixo: HN0 2 (aq) HC10 3 (aq) H 2 S0 3 (aq) H 3 P0 4 (aq) Seus nomes são, respectivamente: a) nitroso, clórico, sulfuroso, fosfórico. b) nítrico, clorídrico, sulfúrico, fosfórico. c) nítrico, hipocloroso, sulfuroso, fosforoso. d) nitroso, perclórico, sulfúrico, fosfórico. e) nítrico, cloroso, sulfídrico, hipofosforoso. 21 (U. São judas-SP) O ácido cianídrico é o gás de ação ve- nenosa mais rápida que se conhece: uma concentração Capítulo 8 • Ácidos, bases e sais inorgânicos de 0,3 mg/L de ar é imediatamente mortal. É o gás usa- do nos estados americanos do norte que adotam a pena de morte por câmara de gás. A primeira vítima foi seu descobridor. Cari Wilhelm Scheele, que morreu ao dei- xar cair um vidro contendo solução de ácido cianídrico, cuja fórmula molecular é: a) HCOOH b) HCN c) HCNS d) HCNO e) H 4 Fe(CN) 6 197 30/5/05, 9:40 Capitulo 08A-QF1-PNLEM 197 A 22 (Univali-SC) A respeito da substância HCÍ observa-se, experimentalmente, que: • é um gás incolor. • está presente no suco gástrico do estômago humano. • aparece no comércio com o nome de ácido muriático, sendo utilizada na limpeza de pisos. • a maioria de suas moléculas sofre ionização em solu- ção aquosa. Desse modo, pode-se concluir que: a) o HCÍ é uma substância iônica. b) o HCÍ é um ácido fraco. c) o HCÍ é um gás não-tóxico. d) a ionização pode ser resumida pela equação: Aqua HCÍ (g) — - — * H + (aq) + CT (aq) e) o suco gástrico não é ácido. 23 (UFRGS-RS) Admitindo-se 1 00% de ionização para o áci- do clorídrico em solução diluída, pode-se afirmar que essa solução não contém a espécie: a) HCÍ b) OH~ c) H 3 0 + d) H 2 0 e) CT 24 (Mackenzie-SP) O ácido que é classificado como oxiácido, diácido e é formado por átomos de três elementos quí- micos diferentes é: a) H 2 S c) HCN e) HN0 3 b) H 4 P 2 0 7 d) H 2 S0 3 25 (UFSM-RS) Analise as seguintes afirmativas: I. HCÍ0 3 possui duas ligações covalentes normais e duas ligações dativas. II. H 3 P0 3 apresenta apenas ligações covalentes simples. III. H 2 S0 4 possui seis ligações covalentes normais e uma ligação dativa. Está(ão) correta(s): a) I apenas. d) I e II apenas. b) II apenas. e) I e III apenas. c) III apenas. 26 (Enem-MEC) Os gases liberados pelo esterco e por ali- mentos em decomposição podem conter sulfeto de hi- drogênio (H 2 S), gás com cheiro de ovo podre, que é tó- xico para muitos seres vivos. Com base em tal fato, fo- ram feitas as seguintes afirmações: I. Cases tóxicos podem ser produzidos em processos na- turais. II. Deve-se evitar o uso de esterco como adubo porque polui o ar das zonas rurais. III. Esterco e alimentos em decomposição podem fazer parte do ciclo natural do enxofre (S). Está correto, apenas, o que se afirma em: a) I c) III e) II e III b) II d) I e III BASES OU HIDRÓXIDOS Do ponto de vista prático, bases ou hidróxidos são subs- tâncias que apresentam as seguintes características: • formam soluções aquosas condutoras de eletricidade; • fazem voltar a cor primitiva dos indicadores, caso essa cor tenha sido alterada por um ácido (essa caracterís- tica das bases dá sentido ao nome indicadores áci- do-base). As bases são muito comuns em nosso cotidiano. Vários líquidos de limpeza usados nas cozinhas contém bases, como o hidróxido de sódio (NaOH), presente em substâncias para desentupir pias, o hidróxido de amónio (NH 4 OH), encontrado no amoníaco etc. O chamado "leite de magnésia", usado para combater a acidez estomacal, contém hidróxido de magnésio (Mg (OH) 2 ). As bases são também muito usadas nas indústrias químicas. O hidróxido de sódio, por exemplo, é empregado na produção de sabões, detergentes, tecidos etc. 3.1. Definição de base de Arrhenius Do ponto de vista teórico, Arrhenius definiu: Bases ou hidróxidos são compostos que, por dissociação iônica, liberam, como íon negativo, apenas o ânion hidróxido (OH - ), também chamado de oxidrila ou hidroxila. O OH é o responsável pelas propriedades comuns a todas as bases, constituindo por isso o radical funcional das bases. Exemplos: NaOH — Na + OH Ca(OH) 2 — ► Ca 2+ + 2 OH AÍ(OH) 3 — — Al 3+ + 3 OH De modo geral, as bases são formadas por um metal, que constitui o radical positivo, ligado invariavelmente ao OH - . A única base não-metálica importante é o hidróxido de amónio (NH 4 OH). 198 Capitulo 08A-QF1 -PNLEM 198 6/7/05, 14:42 EDUARDO SANTALIESTRA Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A 3.2. Classificações das bases a) De acordo com o número de hidroxilas (OH ) • Monobases: possuem apenas uma oxidrila (OH ). Exemplos: NaOH, NH 4 OH etc. • Dibases: possuem duas OH . Exemplos: Ca(OH) 2 , Fe(OH) 2 etc. • Tribases: possuem três OH . Exemplos: AÍ(OH) 3 , Fe(OH) 3 etc. • Tetrabases: possuem quatro OH . Exemplos: Sn(OH) 4 , Pb(OH) 4 etc. Não existem bases com mais de quatro oxidrilas por molécula. b) De acordo com o grau de dissociação Relembre a definição de grau de ionização ou grau de dissociação iônica (a) dada na página 189. • Bases fortes: são aquelas cujo grau de dissociação é praticamente 1 00%. É o caso dos hidróxidos dos metais alcalinos, como NaOH, KOH etc., e dos metais alcalino-terrosos, como Ca(OH) 2 , Ba(OH) 2 etc., que já são iônicos por natureza. O Mg (OH) 2 é uma exceção à regra, pois constitui uma base fraca. • Bases fracas: cujo grau de dissociação é, em geral, inferior a 5%. É o caso do hidróxido de amónio (NH 4 OH) e dos hidróxidos dos metais em geral (excluídos os metais alcalinos e alcali- no-terrosos), que são moleculares por sua própria natureza. c) De acordo com a solubilidade em água • Solúveis: hidróxidos dos metais alcalinos como NaOH, KOH etc., e hidróxido de amónio (NH 4 OH). • Pouco solúveis: hidróxidos dos metais alcalino-terrosos, como Ca(OH) 2 , Ba(OH) 2 etc. • Praticamente insolúveis: todos os demais. 3.3. Fórmulas das bases Uma base é sempre formada por um radical positivo (metal ou NH 4 ) ligado invariavelmente ao radical negativo oxidrila (OH ): Na + j OH Ca 2+ 1 (OH) 2 aí 3+ j (OH-) 3 Note também que a carga positiva do cátion é neutralizada pela carga negativa total das oxidrilas, originando a seguinte regra geral de formulação das bases: (OH)^ ou seja: B(OH) y Nessa expressão, B representa o radical básico (metal ou NH 4 ) de carga +y. Cabe também assina- lar que, nas bases, y 4. 3.4. Nomenclatura das bases a) Quando o elemento forma apenas uma base Hidróxido de (Nome do elemento) NaOH — hidróxido de sódio NH 4 OH — hidróxido de amónio b) Quando o elemento forma duas bases Hidróxido (Nome do elemento) J Fe(OH) 3 — hidróxido férrico | Fe(OH) 2 — hidróxido ferroso Quando o elemento tem ÍCO ► N ox maior OSO ► N ox menor J Sn(OH) 4 — hidróxido estânico [ Sn(OH) 2 — hidróxido estanoso Capítulo 8 • Ácidos, bases e sais inorgânicos 199 Capitulo 08A-QF1 -PNLEM 199 30/5/05, 9:40 GARCIA -PELAYO/CID Em lugar das terminações ico e oso, podemos usar número de oxidação do elemento. J Fe(OH) 3 — hidróxido de ferro III I Fe(OH) 2 — hidróxido de ferro II Para treinar a formulação e nomenclatura das bases, suplemento de consulta. 3.5. Bases importantes a) Hidróxido de sódio — NaOH O hidróxido de sódio, também chamado de soda cáustica, é um sólido branco, de ponto de fusão 318 °C, muito tóxico e corrosivo e bastante solúvel em água (dissolução muito exotérmica). É produzido, industrialmente, por eletrólise de soluções aquosas de NaCÍ: 2 NaCÍ + 2 H 2 0 * 2 NaOH + H' + Cl' É uma das bases mais usadas pela indústria química, servindo na preparação de compostos orgâni- cos (sabão, seda artificial, celofane etc.), na purificação de óleos vegetais, na purificação de derivados do petróleo, na fabricação de produtos para desentupir pias etc. Q o O <t CL < CJ or < o Em temos uma mistura de soda cáustica e óleo. Em (§), temos a mesma mistura se transformando em sabão. também um algarismo romano indicando o J Sn(OH) 4 — hidróxido de estanho IV [Sn(OH) 2 — hidróxido de estanho II veja a tabela dos principais cátions, dada no b) Hidroxido de cálcio — Ca(OH ) 2 O hidróxido de cálcio é conhecido por cal hidratada, cal extinta ou cal apagada. Esses nomes provêm de seu método de preparação, que é por hidratação do óxido de cálcio (CaO), chamado de cal viva ou cal virgem: CaO + H 2 0 Cal viva O Ca(OH) 2 é um sólido branco pouco solúvel em água. A suspensão aquosa de Ca(OH) 2 é cha- mada de leite de cal ou água de cal. O maior uso do hidróxido de cálcio é na construção civil: • na preparação de argamassa (massa para as- sentar tijolos); • na pintura de paredes (caiação). E usada também na agricultura, como inseti- cida e fungicida, e ainda no tratamento (purifica- ção) de águas e esgotos. 200 Ca(OH) 2 Cal hidratada Capitulo 08B-QF1-PNLEM 200 30/5/05, 9:41 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. c) Hidróxido de amónio — NH 4 OH O hidróxido de amónio não existe isolado, sendo, na verdade, uma solução aquosa de NH 3 (amonía- co ou amónia): nh 3 + h 2 o > nh 4 oh O NH 3 , por sua vez, é preparado por síntese direta (processo de Haber-Bosch): N 2 + 3 H 2 ► 2 NH 3 É usado em limpeza doméstica, como fertilizante agrícola, na fabricação de ácido nítrico (HN0 3 ), na produção de compostos orgânicos e como gás de refrigeração. Responda em seu caderno a) Qual é a definição de bases ou hidróxidos segundo Arrhenius? b) De acordo com a solubilidade em água, como podem ser classificadas as bases? Dê exemplos. c) Como é dado nome a uma base? EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno Atenção: Para resolver os exercícios, use, se necessário, a tabela de radicais positivos (cátions) apresentada no finai do livro. 27 Escreva as fórmulas das seguintes bases: a) hidróxido de lítio d) hidróxido áurico b) hidróxido de cromo e) hidróxido de cobre I c) hidróxido ferroso 28 Dê os nomes das seguintes bases: a) Mg(OH) 2 d) Sn(OH) 2 b) CsOH e) Pt(OH) 4 c) Hg(OH) 2 29 (Osec-SP) Uma base forte deve ter ligado ao grupo OH : a) um elemento muito eletropositivo. b) um elemento muito eletronegativo. c) um semimetal. d) um metal que dê 3 elétrons. e) um ametal. 30 (Mackenzie-SP) O hidróxido de sódio, conhecido no co- mércio como soda cáustica, é um dos produtos que con- taminaram o rio Pomba, em Minas Gerais, causando um dos piores desastres ecológicos no Brasil. Dessa substância é incorreto afirmar que: a) tem fórmula NaOH. b) é um composto iônico. c) em água, dissocia-se. d) é usada na produção de sabões. e) é uma molécula insolúvel em água. 31 (Mackenzie-SP) Observe as fórmulas do sulfato de arr (NH 4 ) 2 S0 4 e do hidróxido de potássio KOH. A alterr que apresenta a fórmula do hidróxido de amónio, tância presente em alguns produtos de limpeza, é: a) NH) + c) NH„(OH) 2 e) NH 4 (OH) 4 b) (NH 4 ) 2 OH d) NH 4 OH 32 Escreva as equações de dissociação iônica das seguin tes bases: a) hidróxido de bário; b) hidróxido de potássio. 33 Ordene as bases AgOH, NH 4 OH, Ca(OH) 2 , da mais solú- vel para a menos solúvel em água. 34 (FEI-SP) Explique por que é praticamente impossível me- dir a condutividade elétrica de um hidróxido que não seja de um metal alcalino. 35 (UEPG-PR) Com relação às propriedades das bases de Arrhenius, é incorreto afirmar: a) o hidróxido de amónio é uma base não-metálica, bas- tante solúvel em água. b) os metais alcalinos formam monobases com alto grau de ionização. c) as bases formadas pelos metais alcalinos terrosos são fracas, visto que são moleculares por sua própria natureza. d) os hidróxidos dos metais alcalino-terrosos são pouco solúveis em água. e) uma base é tanto mais forte quanto maior for seu grau de ionização. 36 (Mackenzie-SP) Força e solubilidade de bases em água Bases de metais alcalinos Fortes e solúveis Bases de metais alcalino-terrosos Fortes e parcialmente solúveis, exceto a de magnésio, que é fraca Demais bases Fracas e praticamente insolúveis L» a i- Para desentupir um cano de cozinha e para combater a acidez estomacal, necessita-se, respectivamente, de uma base forte e solúvel e de uma base fraca e parcialmente solúvel. Consultando a tabela acima, conclui-se que as fórmulas dessas bases podem ser: a) Ba(OH) 2 e Fe(OH) 3 d) Cu(OH) 2 e Mg(OH) 2 b) Al(OH) 3 e NaOH c) KOH e Ba(OH) 2 e) NaOH e Mg(OH) 2 201 A 6/7/05, 14:43 Capítulo 8 • Ácidos, bases e sais inorgânicos Capitulo 08B-QF1-PNLEM 201 COMPARAÇÃO ENTRE ÁCIDOS E BASES Na Química, ácidos e bases podem ser considerados substâncias com características opostas, fato que pode ser percebido se observarmos suas propriedades funcionais, como mostramos a seguir. 4 . 1 . Propriedades funcionais Ácidos Bases Quanto à solubilidade em água A maior parte é solúvel. A maior parte é insolúvel (só os hidróxidos alcalinos e o NH 4 OH são solúveis). Quanto à estrutura São moleculares. Os hidróxidos alcalinos e os alcalino-terrosos são iônicos; os demais são moleculares. Quanto à condutividade elétrica Só conduzem a corrente elétrica em solu- ção aquosa. Conduzem a corrente elétrica em solução aquosa; os hidróxidos alcalinos, sendo iônicos, também conduzem a corrente elé- trica quando fundidos. Ação em relação aos indicadores Ácidos e bases mudam a cor de certas substâncias que são, por esse motivo, denomi- nadas indicadores ácido-base; se um ácido provoca uma certa mudança de cor, a base fará o indicador voltar à cor primitiva, e vice-versa. Ação recíproca Juntando-se um ácido e uma base, um irá neutralizar as propriedades do outro, porque o ácido e a base reagem quimicamente entre si; a reação, por esse motivo, é chamada de reação de neutralização. Além da água, essa reação forma um sal; por isso, ela é também chamada de reação de salificação. Exemplificando: JHO^ + NaOH ► jxlaCT + JHjO^ Ácido Base Sal Água Um emprego interessante da reação de neu- tralização é o seguinte: nosso estômago contém suco gástrico, que é necessário à digestão dos ali- mentos. Trata-se de uma solução ácida, pois con- tém ácido clorídrico (HCÍ). Em conseqüência de doenças ou tensões nervosas, a quantidade de HCÍ no estômago pode aumentar, causando os sinto- mas conhecidos por azia. Certos medicamentos combatem a azia; eles contêm bases fracas, como, por exemplo, Mg(OH) 2 (que existe no "leite de magnésia") ou AÍ(OH) 3 . Essas bases irão neutrali- zar o excesso de acidez existente no estômago, ali- viando os sintomas da azia. Medicamentos alcalinos combatem a acidez estomacal; devem ser ingeridos apenas com orientação médica. 202 Capitulo 08B-QF1-PNLEM 202 6/7/05, 14:43 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 4.2. A medida do caráter ácido e do básico Para medir a temperatura, usamos um termômetro, ou melhor, uma escala termométrica. Para medir a acidez ou a basicidade de uma solução, usamos uma escala denominada escala de pH, que varia de zero (soluções muito ácidas) até 14 (soluções muito básicas); o valor pH = 7 indica uma solução neutra (nem ácida nem básica). Fazendo uma analogia: Termômetro 100 1 80 60 "Quente" 40 1 20<^[ Temp. ambiente 1 0 ♦ 1 "Frio" Escala de acidez-basicidade o E 3 < pH 14 13 1 2 11 10 9 8 Base O m Solução neutra ■ 6 O Ácido Na prática, o pH é medido com indi- cadores ácido-base (substâncias que mu- dam de cor em valores bem definidos de pH) ou por meio de aparelhagem elétrica (que mede a condutividade elétrica da so- lução). Embora esse último processo seja mais preciso, o uso dos indicadores é bas- tante freqüente, dada a sua comodidade; os químicos dispõem, inclusive, de um gran- de número de indicadores, que mudam de cor em diferentes valores de pH (a mu- dança de cor é chamada, usualmente, de viragem do indicador). Na figura ao lado, temos a escala de cores para três tipos de indicadores muito utilizados na Química. Outro indicador muito usado em labo- ratório é o papel de tornassol, que fica ver- melho em contato com os ácidos, e azul em contato com as bases. O limão, devido ao seu caráter ácido, deixa o papel de tornassol com coloração avermelhada. Por sua vez, o sabão, devido ao seu caráter básico, deixa o papel de tornassol com coloração azulada. Mostramos abaixo alguns valores comuns de pH: OI •M '(5 s- n: U Caráter neutro o L. dl ■M 'fü L- u 1 4 -- ^ I 3 -- 1 2 -- * II -- io- * 9 — 8 -- * 1— * 6 — 5 — 4 — * 3-- * 2— * 1 -- * o-- - Solução aquosa de NaOH Água de cal: Ca(OH) 2 e água Cremes dentais alcalinos Solução aquosa de bicarbonato de sódio (NaHC0 3 ) Água pura Água gaseificada (água com gás carbônico, C0 2 ) Vinagre Suco de limão Suco gástrico Solução aquosa de HCt Capítulo 8 • Ácidos, bases e sais inorgânicos 203 Capitulo 08B-QF1-PNLEM 203 13/7/05, 11:45 OBSERVAÇÃO Há certas substâncias que não são ácidos nem bases, mas que produzem soluções aquosas ou de caráter ácido ou de caráter básico. Um caso importante é o de muitos sais que sofrem hidrólise (reação com água). A hidrólise (que será explicada com maiores detalhes no volume 2 — Físico-química) é a reação inversa da salificação ou neutralização. Por exemplo: NH 4 Cl + H 2 0 *• NH 4 OH + HCl Nesse exemplo, a solução final é ácida (pH < 7), pois estão misturados o NH 4 OH (base fraca) e o HCl (ácido forte); predomina, então, o "caráter do mais forte" (caráter ácido do HCl). ACIDEZ DO SOLO A medida do pH do solo é muito importante na agricultura. De fato, cada vegetal cresce melhor em um determinado valor de pH. Duas espécies que requerem solo ácido são a erva-mate e a mandioca, uma vez que são nativas da América, onde predominam solos ácidos. Culturas como soja, alfafa, algodão e feijão são menos tole- rantes à acidez do solo, ou seja, se adaptam e crescem melhor em solos corrigidos com calcário (CaCO B ), cujo pH se situa na faixa de 6,0 a 6,2. O pH do solo não influencia apenas o crescimento dos vegetais. A hortênsia, por exemplo, produz flores azuis em solos ácidos, e flores rosa em solos alcalinos. L ATIVIDADES PRÁTICAS -a ATENÇAO: Não cheire nem experimente substância alguma utilizada nesta atividade. Materiais • 3 pedaços de fio elétrico comum • 4 pilhas comuns • 1 lâmpada de lanterna • 1 copo de vidro com boca larga • água • 1 colher (de sopa) de sal de cozinha • 1 colher (de sopa) de açúcar • vinagre • 1 colher (de sopa) de antiácido não-efervescente (tipo "leite de magnésia") Procedimento • Monte o sistema segundo o esquema a seguir. • Coloque água até a metade do copo e mergulhe as ex- tremidades desencapadas dos fios, sem encostar uma na outra, na água. • Anote as observações no caderno. • Re- tire os fios, adicione o sal na água do copo e agite até a dissolução. • Mergulhe as extremidades desencapadas dos fios na solução. • Anote as observações no caderno.» Retire os fios da solução, desconecte-os das pilhas e limpe-os mui- to bem. • Lave muito bem o copo. • Coloque água até a metade do copo e adicione o açúcar. • Agite até a dissolu- ção. • Mergulhe as extremidades desencapadas dos fios na solução. • Anote as observações no caderno. • Retire os fios da solução, desconecte-os das pilhas e limpe-os mui- to bem. • Lave muito bem o copo. • Coloque o vinagre até a metade do copo. • Mergulhe as extremidades desencapadas dos fios na solução. • Anote as observações no caderno. • Retire os fios do vinagre, desconecte-os das pilhas e limpe-os muito bem. • Lave muito bem o copo. • Coloque água até a metade do copo e adicione o antiá- cido. • Agite para dissolver o máximo possível. • Mergu- lhe as extremidades desencapadas dos fios na mistura. • Anote as observações no caderno. • Retire os fios da mis- tura, desconecte-os das pilhas e limpe-os muito bem. • Lave muito bem o copo. Perguntas 1 ) A lâmpada acendeu em qual(is) situação(ões)? Por quê? 2) Em qual(is) situação(ões) ela permaneceu apagada? Por quê? 3) Se fossem utilizadas soluções de ácido clorídrico e de hidróxido de sódio, a lâmpada acenderia? justifique sua resposta. 204 30/5/05, 9:42 Capitulo 08B-QF1-PNLEM 204 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. àlfJ Responda em seu caderno a) Como são denominadas as reações entre ácidos e bases? b) O que são indicadores ácido-base? c) Qual é o valor mínimo e o valor máximo de acidez indicado em uma escala de pH? Que caráter — ácido ou básico — teria uma solução que apresentasse o valor míni- mo de pH? E a que apresentasse o valor máximo? d) Que tipo de solução apresenta valor de pH igual a 7? FYFDrírmC Registre as respostas CACKUUUa em seu caderno 37 (UFSM-RS) Sabe-se que a reação de formação do hidróxido de amónio do detergente, que contém amo- níaco, é expressa pela equação: nh 3 + h 2 o ► nh; + O ET Fazemos, então, as seguintes afirmativas: I. O produto dessa reação se encontra altamente dissociado. II. A solução tem pH básico. III. De acordo com a teoria de Arrhenius, bases são substân- cias que se dissociam em água, produzindo íons OFT. Está(ão) correta(s): a) apenas I. c) apenas III. e) apenas II e III. b) apenas II. d) apenas I e II. 38 (UFSC) Soluções ácidas e soluções alcalinas exibem pro- priedades importantes, algumas delas ligadas à força do ácido ou da base. Uma solução aquosa de um ácido ge- nérico HA poderá ser classificada como solução de um ácido fraco quando: 01 . não se alterar na presença de uma base. 02. apresentar coloração avermelhada na presença do in- dicador fenolftaleína. 04. apresentar uma concentração de íons H + maior que a concentração de íons A”. 08. mantiver uma concentração de HA muito maior que a concentração dos íons H + . 1 6. a solução for altamente condutora de corrente elétrica. 39 (UFU-MG) O ácido clorídrico é muito usado industrialmente na manufatura de corantes. Com o nome de ácido muriático ele é largamente empregado na limpeza em geral, não podendo ser utilizado, no entanto, em pisos de mármore, os quais são constituídos de carbonato de cál- cio. Se por acidente um pouco de ácido muriático cair sobre um piso de mármore, entre os produtos citados abai- xo, normalmente encontrados em qualquer residência, o mais indicado para se espalhar sobre o local será: a) vinagre c) sal de cozinha e) amoníaco b) suco de limão d) suco de tomate 40 (FEI-SP) Num recipiente contendo uma substância A, fo- ram adicionadas gotas de fenolftaleína, dando uma colo- ração rósea. Adicionando-se uma substância 8 em A, a solução apresenta-se incolor. Com base nessas informa- ções podemos afirmar que: a) A e 8 são bases. b) A é um ácido e 8 é uma base. c) A é uma base e 8 é um ácido. d) A e 8 são ácidos. e) A e 8 são sais neutros. 41 (Unisinos-RS) Um aluno, trabalhando no laboratório de sua escola, deixou cair uma certa quantidade de solução alcoólica de fenolftaleína sobre um balcão que estava sendo limpo com sapólio. O local onde caiu a fenolftaleína adquiriu, quase que imediatamente, uma coloração violácea. Esse aluno, observando a mancha violácea, con- cluiu que: a) o sapólio deve ser um meio ácido. b) o sapólio deve ser um meio alcalino. c) o sapólio deve ser um meio neutro. d) o sapólio tem características de um sal. e) a fenolftaleína removeu o sapólio do local. 42 (Vunesp) Uma dona-de-casa fez a seguinte sequência de operações: 1 â ) colocou, em água, folhas de repo- Iho-roxo picado; 2 a ) depois de algum tempo, despe- jou a água, que apresentava cor roxa, em dois copos; 3 a ) adicionou vinagre em um copo, e a cor não se modificou; 4 a ) adicionou leite de magnésia no outro copo, e a cor tornou-se verde. Os nomes dos proces- sos de separação empregados nas operações I a e 2 a e o nome da substância que dá a coloração ao repolho e à água são, respectivamente: a) filtração, catação e corante. b) evaporação, decantação e titulante. c) extração, decantação e indicador ácido-base. d) solubilização, filtração e indicador ácido-base. e) destilação, decantação e corante. t EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno 43 (Mackenzie-SP) O suco gástrico necessário à digestão con- tém ácido clorídrico que, em excesso, pode provocar "dor de estômago". Neutraliza-se esse ácido, sem risco, inge- rindo-se: a) solução aquosa de base forte (NaOH). b) solução aquosa de cloreto de sódio. c) suspensão de base fraca (AÍ(OH) 3 ). d) somente água. e) solução concentrada de ácido sulfúrico. Capítulo 8 • Ácidos, bases e sais inorgânicos 44 (PUC-MG) Urtiga é o nome genérico dado a diversas plan- tas da família das Urticáceas, cujas folhas são cobertas de pêlos finos, os quais liberam ácido fórmico (H 2 C0 2 ) que, em contato com a pele, produz uma irritação. Dos produtos de uso doméstico abaixo, o que você utili- zaria para diminuir essa irritação é: a) vinagre d) coalhada b) sal de cozinha e) leite de magnésia c) óleo 205 Capitulo 08B-QF1-PNLEM 205 30/5/05, 9:42 45 (Uece) Um laxante vendido nas farmácias tem uma subs- tância denominada fenolftaleína, que, em contato com o hidróxido de amónia, faz com que a solução tome uma coloração avermelhada, chamada de "sangue má- gico", porque, quando molhado em um tecido, inicial- mente tinge-o de vermelho, mas em poucos minutos a cor desaparece. Sabendo que a função da fenolftaleína é somente dar a cor vermelha à solução de hidróxido de amónia, qual é a reação química que provoca o de- saparecimento dessa cor? a) NH 3 + H 2 0 ► NH 4 OH b) 2 NHj ► 3 H 2 + N 2 c) 4NH„OH + 3 0 2 ► 2 N 2 + 10H 2 O d) NH 4 OH *• NHf + H 2 0 46 (Acafe-SC) Certos corantes naturais, contidos em flores e folhas, sofrem mudanças de cor quando o pH do meio é alterado. Por essa razão, tais corantes funcionam como bons indicadores de ácido e base. Folhas de repolho-roxo, por exemplo, imersas em água, formam uma solução vio- leta. Ao se adicionar vinagre, essa solução do corante fica rosa; ao se adicionar carbonato de sódio, fica verde. Qual é a opção que apresenta corretamente as cores desse in- dicador natural nos meios indicados? pH = 2 pH = 7 pH = 12 a) Rosa Violeta Verde b) Verde Rosa Violeta c) Verde Violeta Rosa d) Violeta Rosa Verde e) Rosa Verde Violeta SAIS Os sais são também muito comuns em nosso cotidiano: o sal comum, NaCÍ (cloreto de sódio), está presente em nossa alimentação, na conservação de alimentos (carne-seca, bacalhau e outros) etc; o bicarbonato de sódio, NaHC0 3 , é usado como antiácido e também no preparo de bolos e biscoitos; o sulfato de sódio, Na 2 S0 4 (sal de Glauber), e o sulfato de magnésio, MgS0 4 (sal amar- go), são usados como purgante; o gesso usado em ortopedia ou em construção é o sulfato de cálcio hidratado, 2 CaS0 4 • H 2 0; e assim por diante. Os sais também são muito usados nas indústrias químicas. O sal comum (NaCÍ) é muito usado na fabricação da soda cáustica (NaOH), do gás hidrogênio (H 2 ) e do gás cloro (Cl 2 ). Outro exemplo impor- tante é o do calcário (CaC0 3 ) usado na fabricação da cal (CaO), do vidro, do cimento, como fundente em indústrias metalúrgicas etc. 0 gesso — sulfato de cálcio hidratado (2 CaS0 4 • H 2 0) — é usado em ortopedia, na fabricação de giz escolar etc. IMPÉRIO DO SAL Os chineses foram os primeiros a encarar a produção de sal como um negócio de grandes propor- ções. Desde o século IX a.C, eles obtinham cristais de sal fervendo água do mar em vasilhas de barro. Essa técnica se espalharia pelo mundo ocidental e, um milênio depois, no Império Romano, ainda seria a mais disseminada. Quando o mar estava longe, o jeito era cavar a terra em busca do sal. Foi o que fizeram os celtas, os inventores da mineração de sal-gema. Segundo os registros arqueológicos, procu- ravam o sal sob o solo já em 1 300 a.C. O sal logo virou alvo de cobiça dos governantes, que passaram a tributar seu comércio e produção, e a arrecadar grandes somas de dinheiro com isso. Em várias civilizações, a extração de sal era mono- pólio estatal. Da mesma forma que deveria estar disponível para o cidadão comum, o sal era imprescindível para os legionários romanos, que conquistavam e mantinham o gigantesco império. Tanto que os soldados chegavam a ser pagos em sal, de onde vêm as palavras "salário", "soldo" (pagamento em sal) e "soldado" (aquele que recebeu o pagamento em sal). 206 Capitulo 08B-QF1 -PNLEM 206 30/5/05, 9:43 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A Legião VOCE NaO SAHA QUE FICOU LIVRE DEZ ANOS ATRÁS? (2 _ QUARENTA anos H<i QUANTO 7EMPO VOCE ESTA NAS MINAS DE SAL DO CROC*? SIM, MAS EU FIQUEI PRA TRHNAR O RAPAZ NOVO Bill Rechin & Don Wilder 5.1. Conceituação dos sais Do ponto de vista prático, podemos dizer que: Sais são compostos formados juntamente com a água na reação de um ácido com uma base de Arrhenius. De fato, já vimos que a reação entre um ácido e uma base de Arrhenius — chamada de reação de neutralização ou de salificação — forma um sal, além da água: HCÍ + NaOH ► NaCÍ + Hp Ácido Base Sal Água Salientamos que existem outros tipos de reação que também formam sais, mas que somente serão vistas nos capítulos 9 e 10. Do ponto de vista teórico, dizemos que: Sais são compostos iônicos que possuem, pelo menos, um cátion diferente do H + e um ânion diferente do OH . Por exemplo: NaCÍ ou Na + CT NaHS0 4 ou Na + H + S0 2- Ca(OH)CÍ ou Ca 2+ OH“CÍ NaKS0 4 ou Na + K + SOr CaCÍBr ou Ca 2+ CrBC 5.2. Reação de neutralização total/Sais normais ou neutros Dizemos que uma reação é de neutralização total quando reagem todos os H + do ácido e todos os OH da base. O sal assim formado é chamado de sal normal ou neutro. Base i Ácido 1 1 Sal normal Água 1 1 X O 03 z H Cl NaCÍ + h 2 o Na OH ! H O 1 1 Na + O ; HOH 1 \ 1 \ i z Cu O □: + H 0 t Cl. 1 o 0 t Cl. 1 p + 03 z + HOH ! / 1 / Na OH H o 1 Na + O 1 HOH Abreviadamente: ' 1 3 NaOH ^ h 3 po 4 Na 3 P0 4 + 3 H 2 0 oh ; H no 3 1 1 no 3 ! HOH Ca ^ — ► Ca 2+ + OH i H no 3 1 no 3 ! HOH Abreviadamente: ' 1 Ca(OH) 2 + 2 HNOj Ca(N0 3 ) 2 + 2 H 2 0 Nessas reações, NaCÍ, Na 3 P0 4 e Ca(N0 3 ) 2 são exemplos de sais normais ou neutros. Note que, nessas reações, o que realmente ocorre é a união entre o H + do ácido e o OH da base. Capítulo 8 • Ácidos, bases e sais inorgânicos 207 Capitulo 08B-QF1 -PNLEM 207 30/5/05, 9:43 A a) Fórmula geral dos sais normais Um sal normal é formado por um cátion B, proveniente da base, e um ânion A, proveniente do ácido, segundo o esquema: Observe os exemplos: NaliÇgr ou NaCÍ Na^ (POj?- ou Na 3 P0 4 Ca\ X s (NQ 3 j 2 ou Ca(N0 3 ) 2 Ca^ (P0 4 )T ou Ca 3 (P0 4 ) 2 Veja que não é necessário indicar o índice 1. Os demais índices são simplificados, sempre que possível. Por exemplo: Ca^ (P 2 0 7 )r ou Ca 2 P 2 0 7 FelV (P0 4 j|J ou FeP0 4 i* x b) Nomenclatura dos sais normais O nome de um sal normal deriva do ácido e da base que lhe dão origem. Assim, para obter o nome de um sal, basta alterar a terminação do nome do ácido correspondente, de acordo com o seguinte código: ídrico eto Ácido oso ^ > Sal ito ico ato Ca; ~(SÕdP ou CaS0 4 Esquematicamente, o nome de um sal normal é: eto ito .. (Nome do ácido de origem. ato (Nome do cátion trocando-se a terminação) da base de origem) Observe os exemplos: HCÍ + NaOH — NaCÍ + h 2 o Ácido Hidróxido Cloreto clorídrico de sódio de sódio hno 2 + KOH — kno 2 + h 2 o Ácido Hidróxido Nitrito nitroso de potássio de potássio 2 H 3 P0 4 + 3 Ca(OH) 2 - Ca 3 (P0 4 ) 2 + 6 H 2 0 Ácido Hidróxido Ortofosfato ortofosfórico de cálcio de cálcio (aqui, ortofosfato é abreviação de ortofosforato) Para treinar a formulação e nomenclatura dos sais normais, use as tabelas de cátions e ânions, dadas no final do livro. 208 Capitulo 08B-QF1 -PNLEM 208 30/5/05, 9:43 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. c) Solubilidade dos sais normais A tabela a seguir dá a solubilidade em água das principais "famílias" de sais normais, onde é possível observar os casos de grande solubilidade: Sal Solubilidade Exceções Nitratos Solúveis Cloratos Acetatos Cloretos Solúveis Ag + , Hg 2 2+ , Pb 2+ Brometos lodetos Sulfatos Solúveis Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ , Pb 2+ Sulfetos Insolúveis Li + , Na + , K + , Rb + , Cs + , NH 4 + , Ca 2+ , Sr 2 ^ Ba 2+ Outros sais Insolúveis Li + , Na + , K + , Rb + , Cs + , NH 4 + 5.3. Outros tipos de sais A família dos sais é muito grande e bastante diversificada. Outros tipos de sal são apresentados a seguir. a) Sais ácidos ou hidrogeno-sais São sais que apresentam hidrogénios ionizáveis em suas estruturas. Por exemplo: • NaHC0 3 carbonato monossódico ou carbonato (mono) ácido de sódio ou (mono) hidrogeno-carbonato de sódio (chamado usualmente de bicarbonato de sódio, usado na fabricação de fermento); • Na 2 HP0 4 ortofosfato dissódico ou - ortofosfato (mono) ácido de sódio ou (mono) hidrogeno-ortofosfato de sódio Esses sais são provenientes da neutralização parcial de seus ácidos de origem. Por exemplo: 2 NaOH + H 3 P0 4 ► Na 2 HP0 4 + 2 H 2 0 b) Sais básicos ou hidroxi-sais São sais que apresentam oxidrilas em suas estruturas. Por exemplo: AÍ(OH) 2 CÍ (cloreto dibásico de alumínio ou dihidróxi-cloreto de alumínio) Esses sais são provenientes da neutralização parcial de suas bases de origem. Por exemplo: AÍ(OH) 3 + HCÍ ► AÍ(OH) 2 CÍ + H 2 Q As soluções aquosas dos sais neutros, ácidos ou básicos podem não ser, respectivamente, neutras (pH = 7); ácidas (pH < 7) ou básicas (pH > 7). Por exemplo: • Na 2 C0 3 é um sal neutro, cuja solução é básica (pH > 7). • FeCl 3 é um sal neutro, cuja solução é ácida (pH < 7). Podemos dizer que o fato de a solução aquosa de um sal ser ácida ou básica depende do ácido e da base que deram origem ao sal em questão. Observa-se que: • quando o ácido é mais forte que a base, a solução será ácida; • quando a base é mais forte que o ácido, a solução será básica. Abreviadamente, podemos dizer que predomina o caráter do "mais forte". Esse fato pode levar a situações aparentemente contraditórias. Por exemplo, o NaHC0 3 é um sal classifica- do como sal ácido (devido à presença do H + ), mas que produz uma solução de caráter básico (porque resulta da reação entre NaOH — base forte — com o H 2 C0 3 — ácido fraco). Capítulo 8 • Ácidos, bases e sais inorgânicos 209 Capitulo 08B-QF1 -PNLEM 209 30/5/05, 9:43 A c) Sais duplos ou mistos São sais derivados de dois ácidos (ou duas bases) diferentes. Por exemplo: • KNaS0 4 — sulfato duplo de sódio e potássio • CaCÍBr — cloreto-brometo de cálcio d) Sais hidratados ou hidratos São sais que cristalizam com uma ou mais moléculas de água. Por exemplo: CuS0 4 • 5 H 2 0 — sulfato cúprico penta-hidratado A água presente em sais desse tipo é chamada de água de cristalização ou água de hidratação. e) Sais complexos São os sais formados por um cátion complexo ou ânion complexo. Estes são formados por um átomo central (em geral, metais de transição, como Fe, Pt, Ag, Cu etc.) e íons ou moléculas (chamados ligantes) que se unem ao átomo central por ligações covalentes. Por exemplo: • o cátion complexo [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ , que é formado pelo cátion Cu 2+ e 4 moléculas de NH 3 ; • o ânion complexo [Fe(CN) 6 ] 4 ~, que é formado pelo cátion Fe 2+ e por 6 ânions CN Como exemplo de um sal com cátion complexo, temos: [Cu(NH 3 ) 4 ]S0 4 — sulfato de tetramin-cobre II Como exemplo de um sal com ânion complexo, temos: K 4 [Fe(CN) 6 ] — ferrocianeto de potássio „ os 0 TO O GALO DO TEMPO ■ § O 0) Substâncias complexas são muito importantes na manu- tenção da vida. Basta dizer que, em nosso sangue, existe a hemoglobina, que é um complexo de ferro com ligantes de estrutura complicada. O mesmo acontece com a clorofila dos vegetais, que é um complexo do magnésio. A água já foi mencionada, acima, como água de crista- lização em muitos sais. Em muitos casos a água funciona, na verdade, como um ligante, formando-se então um sal complexo. Tal fato é aproveitado em um pequeno enfeite chamado galo do tempo. Trata-se de um pequeno galo de gesso, recoberto com veludo impregnado de NaCl e CoCl 2 , que produzem Na 2 [CoCÍ 4 ]. Com o tempo seco, o galo fica azul; em dias úmidos, fica rosado. Do ponto de vista químico, o que acontece é o seguinte: umido Na 2 [Co«] 4 + 6 H 2 0 «=* [Co(H 2 0) 6 ] Cl 2 + 2 NaCl Azul Umidade do ar Rosa 5.4. Sais importantes a) Cloreto de sódio — NaCl É obtido da água do mar (processo de salinas) ou de minas subterrâneas (sal-gema). É usado diretamente na alimentação ou na conservação de carnes e de pesca- dos. Na alimentação, é importante que o sal contenha pequenas quantidades de compostos do iodo (Nal, Kl, Nal0 3 etc.); caso contrário, a pessoa poderá sofrer dila- tação da glândula tireóide, uma doença conhecida como bócio ou papo. Uma solução aquosa com 0,92% de NaCl é chamada de soro fisiológico e é usada em medicina. O uso industrial mais importante de NaCl é a produção de NaOH, H 2 e Cl 2 , pela reação: eletricidade 2 NaCl + 2 H 2 0 2 NaOH + H 2 + Cl 2 ' Antigos utensílios expostos em uma galeria da mina de sal de Wielicza, Polônia, cuja exploração começou no século XIII. 210 6/7/05, 14:44 Capitulo 08B-QF1-PNLEM 210 C. REDONDO RETUERTO / CID EDUARDO SANTALIESTRA / CID Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. rrr r m b) Carbonato de sódio — Na 2 C0 3 É também conhecido como soda ou barrilha. Sua principal aplicação é a fabricação do vidro, de acordo com a equação: 1.500 °C Na 2 C0 3 + CaC0 3 + Si0 2 *• vidro Barrilha Calcário Areia Silicatos de sódio e cálcio O Na 2 C0 3 é usado também na fabricação de sabões, de corantes, no tratamento de água de pis- cina etc. Fabricação artesanal de objeto de vidro num ateliê de Mallorca, Espanha. c) Hipoclorito de sódio — NaOCÍ É um alvejante usado no branqueamento de rou- pas (água de lavadeira ou água sanitária). É também vendido como "cloro" e usado no tratamento de piscinas. Sendo agente anti-séptico, é usado na limpeza de casas, hospitais etc. Em pe- quenas quantidades pode ser adicionado à água para lavagem de vegetais. d) Carbonato de cálcio — CaC0 3 É muito comum na natureza, na forma de calcita, calcário, mármore etc. O CaC0 3 é também formador das estalactites e estalagmites encontradas em caver- nas calcárias, nos recifes de corais e na carapaça de seres marinhos. Os usos mais comuns do carbonato de cálcio são: • na produção da cal virgem (CaO) pela reação: Calor CaC0 3 ► CaO + C0 2 ' • na produção do cimento pela reação: calcário + argila + areia ► cimento (silicato de cálcio e alumínio) • na agricultura, para reduzir a acidez do solo (calagem). Capítulo 8 • Ácidos, bases e sais inorgânicos Recifes de corais. 211 Hipoclorito de sódio sendo adicionado na água para lavagem de verdura. Capitulo 08B-QF1-PNLEM 211 30/5/05, 9:44 MANU SAN FELIX/ CID EDUARDO SANTALIESTRA JAUM GUAL CARBONELL / CID Responda em seu caderno a) O que são sais? b) Quando um sal pode ser classificado como normal? c) Qual é a fórmula geral de um sal? d) Qual a relação existente entre o nome de um ácido e o nome de um sal? e) O que um sal deve ter para que ele seja classificado como sal ácido? f) O que um sal deve ter para que ele seja classificado como sal básico? f EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno 47 (UFRRj) Os derivados do potássio são amplamente utili- zados na fabricação de explosivos, fogos de artifício, além de outras aplicações. As fórmulas que correspondem ao nitrato de potássio, perclorato de potássio, sulfato de potássio e dicromato de potássio, são, respectivamente: a) KN0 2 , Reto,,, K 2 S0 4 , K 2 Cr 2 0 7 b) KN0 3 , Reto,,, K 2 S0 4 , K 2 Cr 2 0 7 c) KN0 2 , Reto,, K 2 S0 4 , K 2 Cr 2 0 7 d) KN0 2 , KC10 4 , K 2 S0 4 , K 2 Cr0 4 e) KN0 3 , KC10 3 , K 2 S0 4 , K 2 Cr 2 0 7 48 (UFRGS-RS) Um sensor químico desenvolvido por uma universidade norte-americana é utilizado para detectar compostos de enxofre, tais como o sulfito ferroso e o sulfito de hidrogênio, provenientes de vulcões marinhos. Tais compostos podem ser úteis para indicar a presença de tipos de bactérias utilizadas na fabricação de certos medicamentos. As fórmulas químicas do sulfito ferroso e do sulfito de hidrogênio são, respectivamente: a) FeS0 3 e H 2 S d) FeS0 4 e H 2 S0 4 b) FeS0 3 e H 2 S0 3 e) Fe 2 (S0 3 ) 3 e H 2 S0 3 c) Fe 2 S 3 eH 2 S0 3 49 (UFRGS-RS) Considerando-se que o elemento ferro pode formar diferentes compostos nos quais apresenta valores de número de oxidação +2 ou +3, as fórmulas dos pos- síveis sulfatos e hidróxidos de ferro são: a) Fe 2 S0 4 , Fe 3 S0 4 , Fe 2 OH, Fe 3 OH b) FeS0 4 , Fe 2 (S0 4 ) 3 , Fe(OH) 2 , Fe(OH) 3 c) Fe(S0 4 ) 2 , Fe(S0 4 ) 3 , FeO, Fe 2 0 3 d) FeS0 3 , Fe 2 (S0 3 ) 3 , FeOH, Fe(OH) 3 e) FeS, Fe 2 S 3 , Fe 2 0 3 , Fe 3 0 4 50 (UFPA) Na madeira serrada, aparecem, às vezes, manchas ocasionadas por cloreto férrico e sulfato férrico. A certeza de que essas manchas são devidas à presença de sais de ferro (III), e não a algum outro fator, como, por exemplo, a decomposição provocada por fungos, reside no teste com o ferrocianeto de potássio, em que se forma um precipita- do, denominado azul-da-prússia, o ferrocianeto férrico. Uti- lizando-se os ânions Cl'", S0 4 " e [Fe(CN) 6 ] 4 ", os sais men- cionados apresentam, respectivamente, as fórmulas: a) Fe« 2 ; FeS0 4 ; K 4 [Fe(CN) 6 ]; Fe 2 [Fe(CN) 6 ] b) Fe« 2 ; FeS0 4 ; K 3 [Fe(CN) 6 ]; Fe 3 [Fe(CN) 6 ] c) Fe« 3 ; Fe 2 (S0 4 ) 3 ; K 4 [Fe(CN) 6 ]; Fe 4 [Fe(CN) 6 ] 3 d) Fe« 3 ; Fe 2 (S0 4 ) 3 ; K 3 [Fe(CN) 6 ]; Fe 4 [Fe(CN) 6 ] 3 e) Fe« 3 ; FeS0 4 ; K 4 [Fe(CN) 6 ]; Fe[Fe(CN)J 51 (PUC-RS) Considerando-se as seguintes espécies químicas: H 1+ NH 3 Al 3+ SOt OH'" a fórmula e a função corretas são, respectivamente: a) (NH 3 ) 2 S0 3 , sal d) Al(OH) 3 , base b) HNH 3 , ácido e) NH 3 OH, base c) HS0 3 , ácido Exercício resolvido 52 (Fuvest-SP) Um elemento metálico M forma um cloreto de fórmula MCl 3 . A fórmula de seu sulfato é: a) M 2 S0 4 c) M 2 ( S0 4 ) 3 e) M( S0 4 ) 3 b) MS0 4 d) M( S0 4 ) 2 Resolução Considerando que o N ox do ânion cloreto é — 1, temos: Milv-''CÍ 3 ~' Ou seja: o N m de M é +3 e, portanto, seu sulfato será: m 2 -^x(so 4 )( 2 - ,T Alternativa c 53 (Esan-SP) Um metal M forma um carbonato de fórmula M 2 ( C0 3 ) 3 . O fosfato do metal M tem a fórmula: a) MPO a d) M 2 ( P0 4 ) 3 b) M( P0 4 ) 3 e) M 3 ( P0 4 ) 2 c) M 2 P0 4 54 (Fuvest-SP) A seguir aparecem os nomes alquímicos e os nomes modernos de três compostos químicos: natro = = carbonato de sódio; sal de Epson = sulfato de mag- nésio; sal de Clauber = sulfato de sódio. O elemento químico comum às três substâncias é: a) H c) S e) O b) Na d) C 55 (ITA-SP) São pouco solúveis em água os seguintes pares de sais: a) BaCl 2 e PbCl 2 d) K 2 Cr0 4 e Na 2 Cr0 4 b) MgS0 4 e BaS0 4 e) AgBr e PbS c) PbSO„ e Pb(N0 3 ) 2 56 (Unifor-CE) Observe as duas colunas. I. Na 2 B 4 0 7 • 10 H 2 0 A. sal básico II. Mg(OH)Cl B. sal duplo III. NaKS0 4 C. sal ácido IV. NaHC0 3 D. sal hidratado A associação correta entre elas é: a) Al, Blll, CIV, Dll c) Al, Bll, CHI, DIV b) All, BIV, CHI, Dl d) All, Blll, CIV, Dl 212 Capitulo 08B-QF1-PNLEM 212 30/5/05, 9:44 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 57 (Uece) O ácido fosfórico, H 3 P0 4 , é um ácido usado na preparação de fertilizantes e como acidulante em bebi- das refrigerantes. Pode ser neutralizado por uma base. A alternativa que mostra uma reação de neutralização parcial desse ácido por uma base é: a) H 3 P0 4 + 3 NaCÍ ► 3 HCÍ + Na 3 P0 4 b) H 3 P0 4 + 2 AÍ(OH) 3 »■ AÍ 2 (0H) 3 P0 4 + 3 H 2 0 c) 2 H 3 P0 4 + 3 Ca(OH) 2 ► Ca 3 (P0 4 ) 2 + 6 H 2 0 d) H 3 P0 4 + 2 NaOH * Na 2 HP0 4 + 2 H 2 0 58 (UFRRJ) A tabela a seguir mostra alguns sais e suas princi- pais aplicações: Sal Função MgSO, Laxante salino kno 3 Componente de explosivos BaS0 4 Contraste radiológico FeS0 4 Tratamento de anemia Para cada um dos sais acima, faça uma reação de um ácido com uma base, a fim de obter: a) Sulfato de magnésio. c) Sulfato de bário. b) Nitrato de potássio. d) Sulfato de ferro II. EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno 59 (Mackenzie-SP) Na época da seca, para obter alimento para o gado, um sertanejo usou a seguinte estratégia: "Em bagaço triturado de cana-de-açúcar, colocado em cima de um plástico, plantou milho, cujos pés, ao cabo de 15 dias, já alcançavam 20 cm de altura, sendo então servidos, como ração (bagaço e pés de milho), ao gado faminto. Para conseguir esse resultado, o milho foi regado com água salobra (a única disponível), na qual foram dissolvi- dos nitrato de amónia (NH 4 N0 3 ), nitrato de magnésio e nitrato de potássio". As fórmulas do nitrato de magnésio e do nitrato de po- tássio são, respectivamente: a) MgN0 3 e KN0 3 d) Mg 3 (N0 3 ) 2 e K 3 N0 3 b) Mg(N0 3 ) 2 e K 3 N0 3 e) Mg(N0 3 ) 2 e KN0 3 c) Mg 2 N0 3 e K 4 N0 3 60 (Uece) Normalmente, um palito de fósforo contém em sua cabeça as seguintes substâncias: trissulfeto de tetrafósforo; enxofre; clorato de potássio; fosfato de amó- nio. Suas respectivas fórmulas químicas são: a) P 4 S 3 , S, KCÍO„ e (NH 4 ) 3 P0 4 b) P 4 S 3 , S, KCÍ0 3 e (NH 4 ) 3 P0 4 c) P 5 S 3 , S, KCÍ0 3 e (NH 4 ) 3 P0 4 d) P 4 S 3 , S, KCÍO e (NH 3 ) 4 P0 4 61 (PUC-RS) Responder à questão com base nas afirmativas abaixo, sobre o carbonato de lítio, que é utilizado na medicina como antidepressivo. I. Apresenta fórmula Li 2 HC0 3 . II. Apresenta somente ligações iônicas. III. Conduz a eletricidade quando fundido ou em solução. IV. Pode ser obtido pela reação de um ácido e uma base. A alternativa que contém as afirmativas corretas é: a) I e II b) I e III c) II e III d) II e IV e) III e IV 62 (Mackenzie-SP) Usado por dentistas como anti-séptico, o líquido de Dakin é uma solução aquosa de NaOCÍ. Relati- vamente ao NaOCÍ, é incorreto afirmar que: a) é uma substância iônica. b) é um óxido insolúvel em água. c) é o hipoclorito de sódio. d) pertence à mesma função química que o AgN0 3 . e) é uma substância composta. 63 (Ceub-DF) Considere as espécies químicas: ET; Na + ; NH 3 ; CO^ 2 . É correta a fórmula: a) NH 3 C0 3 c) HC0 3 e) NaHC0 3 b) NaCO s d) NH 3 HC0 3 64 (Fuvest-SP) Um químico leu a seguinte instrução num procedimento descrito no seu guia de laboratório: "Dissolva 5,0 g de cloreto em 1 00 ml_ de água, à tempe- ratura ambiente...". Dentre as substâncias abaixo, qual é a citada no texto? a) C í 2 b) CCl 4 c) NaCÍO d) NH 4 Cl e) AgCÍ 65 (UEL-PR) Considere as soluções aquosas ao lado. A partir dessa tabela, é possível concluir que os íons responsáveis pelas cores azul e amarela são: a) Cu 2+ e S0 4 ~ d) Na + e NO, b) K + e CrO 2- e) Cu 2+ e CrOf c) K + e S0 4 ~ 66 (Unirio-RJ) Os sais são produtos também obtidos pela rea- ção de neutralização total ou parcial dos hidrogénios ionizáveis dos ácidos com as bases ou hidróxidos, segun- do a reação genérica: Acido + Base ► Sal + Agua Com base nessa afirmação, qual é o único ácido que não apresenta todos os seus produtos possíveis relacionados? a) clorídrico ► só produz o sal neutro cloreto. b) nítrico ► só produz o sal neutro nitrato. c) fosfórico ► só produz o sal neutro fosfato. d) sulfídrico ► pode produzir tanto o sal neutro sulfeto como o sal ácido, sulfeto ácido ou hidrogenossulfeto. e) sulfúrico ► pode produzir tanto o sal neu- tro sulfato como o sal ácido, sul- fato ácido ou hidrogenossulfato. 67 (Uepa) A equação química que apresenta um hidróxi-sal como produto se encontra na alternativa: a) HCÍ + Ca(OH) 2 ► Ca(OH)CÍ + H 2 0 b) 2 HCÍ + Ca(OH) 2 ► CaCÍ 2 + 2 H 2 0 c) HCÍ + HBr + Ca(OH) 2 * CaCÍBr + 2 H 2 0 d) H 3 P0 4 + Ca(OH) 2 — — CaHP0 4 + 2 H 2 0 e) 2 H 3 P0 4 + 3 Ca(OH) 2 ► Ca 3 (P0 4 ) 2 + 6 H 2 0 68 (UFV-MC) Um estudante abre, simultaneamente, um fras- co contendo solução aquosa de ácido clorídrico (HCÍ) concentrado e um frasco de solução aquosa de hidróxido de amónio (NH 4 OH) concentrada. Ao aproximá-los, o es- tudante irá observar a formação de uma "fumaça" de coloração branca, que contém sal: a) nitrato de amónio. b) perclorato de amónio. c) cloreto de amónio. d) cloreto de sódio. e) hipoclorito de amónio. 69 (Vunesp) Alguns produtos de limpeza contêm, em suas composições, amoníaco, que impropriamente é represen- tado como NH 4 OH (aq). O cheiro forte e sufocante deste composto básico tende a desaparecer depois de utilizado na remoção de gordura impregnada em pias ou panelas. a) Forneça as equações químicas para a dissolução da amónia e para sua dissociação em água. b) Explique o desaparecimento do cheiro forte do amo- níaco após sua utilização. Solução Cor CuS0 4 Azul kno 3 Incolor Na 2 S0 4 Incolor K 2 Cr0 4 Amarela Capítulo 8 • Ácidos, bases e sais inorgânicos 213 Capitulo 08B-QF1-PNLEM 213 30/5/05, 9:44 LEITURA r O TRATAMENTO DA ÁGUA A água é indispensável à vida humana: além de bebermos, usamos a água para cozer os alimentos e para a higiene pessoal e doméstica; é importante para a agricultura; é utilizada em grandes quantidades e para diversos fins pelas indústrias; e assim por diante. A água própria para se beber é denominada água potável. Não precisa ser pura, na conceituação química — isto é, conter somente moléculas H 2 0 — , mas é necessário que ela esteja límpida; não pode conter terra nem outros materiais em suspensão; pode conter somente vestígios de sais em solução, que lhe conferem algum sabor (diferente da água destilada); precisa estar aerada, ou seja, conter um pouco de ar dissolvido, dando ao paladar uma sensação de "água leve"; não deve conter microrganismos que possam causar doenças. Evidentemente, essa água será também apropriada para outros usos domésticos, como: cozer alimentos, lavar roupas e utensílios domésticos, tomar banho etc. Afortunada seria a cidade que dispusesse de "fontes de água pura", com todas as características da água potável. Infelizmente, para satisfazer o enorme consumo das grandes cidades, é preciso retirar a água de lagos ou de rios, que, em geral, não é potável — tendo, por isso, de ser convenientemente tratada. O tratamento da água para o consumo público segue, em geral, os passos mostrados no esquema dado a seguir: Tanque para adição de produtos químicos (II) Câmara de floculação (III) Filtro de areia (V) Clorador (VI) Tanque de sedimentação (IV) Depósito de água pura Saída de água purificada • a água é bombeada de um lago ou rio (I) até um tanque (II), onde recebe produtos químicos, em geral uma mistura de Al 2 (S0 4 ) 3 e Ca(OH) 2 ; • a água passa por uma câmara de floculação (III), onde se completa a reação: Al 2 (S0 4 ) 3 + 3 Ca(OH) 2 2 AI(OH) 3j + 3 CaS0 4 • AÍ(OH) 3 produzido forma "flocos" ou "coágulos" gelatinosos e insolúveis em água; esses flocos vão "agarrando" as partículas (terra em suspensão, restos de folhas etc.) que estão sendo arrastadas pela água; • a água vai então para um tanque de decantação ou sedimentação (IV), onde circula lentamente, dando tempo para que o Al(OH) 3 precipite, arrastando consigo as partículas em suspensão existen- tes na água; • a seguir, a água passa por um filtro de areia (V), que retém as partículas menores de Al(OH) 3 e outras impurezas; • finalmente, a água passa por um clorador (VI), onde é introduzido o cloro, que mata os microrganismos. 214 Capitulo 08B-QF1 -PNLEM 214 30/5/05, 9:44 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A água é um bem precioso. Nas grandes cidades, a captação da água, seu tratamento e sua distribui- ção estão se tornando cada vez mais difíceis. Portanto, não desperdice água — abra pouco as torneiras, tome banhos rápidos, não abuse na descarga de aparelhos sanitários, não lave automóveis desnecessaria- mente etc. Com o aumento da população da Terra, dizem alguns técnicos que, já neste século, possivelmente haverá falta de água potável — o que poderá até levar a humanidade a uma "guerra pela água". A Legião By Bill & Don Wilder ■ : Questões sobre a leitura Responda em seu caderno 70 De onde vem a água que bebemos? 71 O que é água potável? Quais são suas características? 72 No que consiste o tratamento da água para o consumo público? 73 (Enem-MEC) A falta de água doce no planeta será, possivelmente, um dos mais graves problemas deste século. Prevê-se que, nos próximos vinte anos, a quantidade de água doce disponível para cada habitante será drasticamente reduzida. Por meio de seus diferentes usos e consumos, as atividades humanas interferem no ciclo da água, alterando: a) a quantidade total, mas não a qualidade da água disponível no planeta. b) a qualidade da água e sua quantidade disponível para o consumo das populações. c) a qualidade da água disponível, apenas no subsolo terrestre. d) apenas a disponibilidade de água superficial existente nos rios e lagos. e) o regime de chuvas, mas não a quantidade de água disponível no planeta. 74 (Enem-MEC) Considerando os custos e a importância da preservação dos recursos hídricos, uma indústria decidiu purificar parte da água que consome para reutilizá-la no processo industrial. De uma perspectiva econômica e ambiental, a iniciativa é importante porque esse processo: a) permite que toda água seja devolvida limpa aos mananciais. b) diminui a quantidade de água adquirida e comprometida pelo uso industrial. c) reduz o prejuízo ambiental, aumentando o consumo de água. d) torna menor a evaporação da água e mantém o ciclo hidrológico inalterado. e) recupera o rio onde são lançadas as águas utilizadas. 75 (Vunesp) Nas estações de tratamento de água, uma das etapas do tratamento para obtenção de água potável consiste na eliminação das impurezas que se encontram em suspensão. Isto é feito produzindo-se hidróxido de alumínio e sulfato de cálcio na superfície da água a ser tratada. O hidróxido de alumínio atua como floculante, arrastando consigo as impurezas sólidas para o fundo do tanque de decantação. Com base nas informações fornecidas, os compostos utilizados nas estações de tratamento de água são: a) AlCl 3 e NaOH c) Al 2 (S0 4 ) 3 e KOH e) AÍ 2 (S0 4 ) 3 e Ca(HC0 3 ) 2 b) Al(N0 3 ) 3 e KOH d) Al 2 (S0 4 ) 3 e Na 2 CO B 76 (Enem-MEC) Visando adotar um sistema de reutilização de água, uma indústria testou cinco sistemas com diferentes fluxos de entrada de água suja e fluxos de saída de água purificada. Sistema 1 Sistema ii Sistema III Sistema IV Sistema V Fluxo de entrada (água suja) 45 L/h 40 L/h 40 L/h 20 L/h 20 L/h Fluxo de saída (água purificada) 15 L/h 10 L/h 5 L/h 10 L/h 5 L/h Supondo que o custo por litro de água purificada seja o mesmo, obtém-se maior eficiência na purificação por meio do sistema: a) I b) II c) III d) IV e) V Capítulo 8 • Ácidos, bases e sais inorgânicos 21 5 Capitulo 08B-QF1-PNLEM 215 30/5/05, 9:45 DESAFIOS Registre as respostas em seu caderno 77 (UFSCar-SP) Dentre as substâncias cujas fórmulas são NaHC0 3 , Mg(OH) 2 e CH 3 COOH, pode(m) ser empregada(s) para combater excesso de acidez estomacal: a) NaHC0 3 , apenas. b) Mg(OH) 2 , apenas. c) CH 3 COOH 3 , apenas. d) NaHC0 3 e Mg(OH) 2 , apenas. e) NaHC0 3/ Mg(OH) 2 e CH 3 COOH. 78 (UFPA) A água do mar pode ser fonte de sais usados na fabricação de fermento em pó, de água sanitária e de soro fisiológico. Os principais constituintes ativos desses materiais são, respectivamente: a) Na 2 C0 3 , HCÍ e NaCÍ b) NaHC0 3 , Cí 2 e CaCÍ 2 c) NaHCOj, NaOCÍ e NaCÍ d) Na 2 C0 3 , NaCÍ e KCÍ e) NaOCÍ, NaHC0 3 e NaCÍ 79 (PUC-Campinas-SP) Considere as afirmações abaixo re- lativas aos tipos de ligações químicas. I. Num fio de cobre, os elétrons dos níveis de valência dos átomos formam a nuvem eletrônica responsável pela união desses átomos e pela boa condutividade elétrica do metal. II. Substâncias moleculares como os açúcares têm pon- tos de fusão mais elevados do que os de substâncias iônicas como os sais. III. Amostras de vinagre conduzem a corrente elétrica porque têm íons em movimento. É possível afirmar que apenas: a) I é correta. b) II é correta. c) III é correta. d) I e III são corretas. e) II e III são corretas. 80 (Vunesp) Ácidos instáveis são ácidos que se decompõem parcial ou totalmente sob condições normais de tempe- ratura e pressão, formando, quase sempre, como produ- tos de decomposição, água líquida e um gás. Entre os pares de ácidos relacionados, é constituído apenas por ácidos instáveis: a) H 2 S0 4 e H 3 P0 4 . b) HCÍ0 4 e HBr. c) H 2 C0 3 e H 2 S0 3 . d) H 2 C 2 0 4 e H 3 B0 3 . e) Hle HF. 81 (UFMC) Considere o quadro. Tipo de sólido Partículas unitárias Temperatura de fusão Exemplos Molecular Átomos ou moléculas Baixa a moderada- mente alta IV lônico lons III Sal de cozi- nha, sulfato de cobre Covalente II Alta Diamante, quartzo 1 Átomos Baixa a muito alta Ferro e cobre metálicos Nesse quadro, foram deixadas lacunas indicadas pelos algarismos I, II, III e IV. A alternativa que apresenta um preenchimento incorreto da lacuna é: a) I — metálico b) II — átomos c) III — baixa d) IV — naftaleno, iodo e gelo 82 (Fuvest-SP) Hidroxiapatita, mineral presente em ossos e dentes, é constituída por íons cálcio, íons fosfato (P0 4 ) e íons hidróxido. A sua fórmula química pode ser representada por Ca 4 (P0 4 ) 3 (0H). O valor de x nes- sa fórmula é: a) 1 c) 3 e) 5 b) 2 d) 4 83 (Fuvest-SP) O cobre pode ser encontrado na natureza no mineral denominado "atacamita": CuCÍ 2 • 3 Cu(OH) 2 Na fórmula da atacamita, identifica-se cobre com valências, respectivamente: a) um e um b) um e dois c) um e três d) dois e um e) dois e dois 84 (Fatec-SP) Os cálculos renais, popularmente conhecidos como "pedras nos rins", são agregados cristalinos com- postos por alguns sais, dentre eles o fosfato de cálcio, que se forma através da reação entre os íons cálcio e fosfato presentes no sangue: 3 Ca 2+ (aq) + 2 P0 4 3 ~ (aq) Ca 3 (P0 4 ) 2 O número de oxidação (N ox ) do átomo de fósforo do íon fosfato é: a) +5 b) -5 c) +3 d) -3 e) -2 85 (Mackenzie-SP) Dentre as fórmulas estruturais dadas nas alternativas, relativas às substâncias H 2 0, HN0 2 e NaHS, a única correta é: a) Na’~ [H - S] 1 + b) H = O c) H — O — N = O d) Na — H — S e) H = N^ O 86 (UFPel-RS) A absorção de elementos químicos pelas raízes das plantas dá-se a partir da solução do solo (fase líqui- da) na forma de íons. Dos dezesseis nutrientes essenciais para as plantas, seis são chamados de macronutrientes. Os íons desses macronutrientes ocorrem, na solução do solo, da seguinte maneira: • potássio, cálcio e magnésio, como cátions; • enxofre, como ânion sulfato; • fósforo, como ânion monoidrogenofosfato e diidroge- nofosfato; • nitrogênio, como cátion amónio ou ânion nitrato. Dados os números atômicos: H = 1; N = 7; O = 8; Na = 11; S = 16 216 30/5/05, 9:45 Capitulo 08B-QF1-PNLEM 216 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. a) Considerando os cátions magnésio, potássio e cálcio, estabeleça a ordem crescente de raio atômico dessas espécies. b) Faça a fórmula estrutural do cátion amónio. c) Indique as fórmulas químicas resultantes da combina- ção do ânion monoidrogenofosfato com um cátion monovalente e outro bivalente, citados no texto. d) Escreva o nome da família ou grupo a que pertencem, respectivamente, os elementos K e Mg. 87 (Unicamp) Num dia em que você faltou à aula, a profes- sora explicou que o HCÍ gasoso é muitíssimo solúvel em água. A seguir, montou um experimento para ilustrar essa propriedade do HCt(g) e pediu para alguém dar início à experiência. Na aparelhagem mostrada, o HCÍ(g) e a água não estão inicialmente em contato. Um colega foi à fren- te e executou o primeiro passo do procedimento. a) O que foi que o colega fez no equipamento para dar início ao experimento? b) A seguir, o que foi observado no experimento? 88 (Fuvest-SP) O esquema abaixo apresenta, de maneira simplificada, processos possíveis para a obtenção de importantes substâncias, a partir de gás natural e ar atmosférico. Dados: Gás h 2 n 2 o 2 nh 3 Temperatura de ebulição (kelvin), sob pressão de 1 atm 20 77 90 240 Considere as afirmações: I. Na etapa A, a separação dos gases pode ser efetuada borbulhando-se a mistura gasosa numa solução aquosa alcalina. II. Na etapa 6, N 2 e 0 2 podem ser separados pela lique- fação do ar, seguida de destilação fracionada. III. A amónia, formada na etapa C, pode ser removida da mistura gasosa por resfriamento. Está correto o que se afirma: a) em I, apenas. b) em II, apenas. c) em III, apenas. d) em II e III, apenas. e) em I, II e III. Capítulo 8 • Ácidos, bases e sais inorgânicos 217 Capitulo 08B-QF1-PNLEM 217 30/5/05, 9:45 Tópicos do capítulo 1 Definição de óxido 2 Fórmula geral dos óxidos 3 Óxidos básicos 4 Óxidos ácidos ou anidridos 5 Óxidos anfóteros 6 Óxidos indiferentes ou neutros 7 Óxidos duplos, mistos ou salinos 8 Peróxidos 9 Óxidos importantes 10 As funções inorgânicas e a Classificação Periódica Leitura: A chuva ácida Extração de minério de ferro em Carajás. Apresentação do capítulo Os óxidos inorgânicos constituem uma família muito importante, grande e diversificada de compostos químicos. Basta lembrar da água e de muitos minérios, de onde são extraídos metais de grande importância na vida diária. São óxidos os principais poluentes de nossa atmosfera — CO, S0 2 , S0 3 , NO, N0 2 etc. Neste capítulo, iremos também relacionar as funções inorgânicas com a Classificação Periódica. Mostraremos como a Classificação Periódica pode ajudar no problema de formulação e da nomenclatura dos compostos inorgânicos. Por fim, teremos uma leitura importante que diz respeito à formação da chamada chuva ácida. Capitulo 09-QF1-PNLEM 218 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. DEFINIÇÃO DE OXIDO Óxidos são compostos binários nos quais o oxigênio é o elemento mais eletronegativo. Por exemplo: H 2 0, C0 2 , Fe 2 0 3 , S0 2 , P 2 0 5 etc. Os óxidos constituem um grupo muito numeroso, pois praticamente todos os elementos químicos formam óxidos (até mesmo gases nobres, como, por exemplo, o Xe0 3 ). Apenas os compostos oxigenados do flúor (como, por exemplo, OF 2 e 0 2 F 2 ) não são considerados óxidos, mas sim fluoretos de oxigênio, pois, como já vimos, o flúor é mais eletronegativo que o oxigênio. Sendo assim, outra definição possível para os óxidos seria: Óxidos são compostos binários do oxigênio com qualquer outro elemento químico, exceto o flúor. Os óxidos estão sempre presentes em nossa vida. Veja os exemplos abaixo: A água (H 2 0) é, sem dúvida, o óxido mais importante do planeta. A própria existência de vida na Terra, em todas as formas que conhecemos, está intimamente ligada à água. O gás carbônico (C0 2 ) participa da fotossíntese, processo que é a base da vida dos vegetais e dos animais que deles se alimentam. Engarrafado, é utilizado como agente extintor de incêndios. Muitos minérios são óxidos, como a hematita (Fe 2 0 3 , da qual se extrai o ferro), a pirolusita (Mn0 2 , da qual se obtém o manganês) etc. Na foto temos a magnetita (Fe 3 0 4 ). FÓRMULA GERAL DOS ÓXIDOS Considerando um elemento químico E, de número de oxidação +z, e lembrando que o oxigênio tem número de oxidação -2, temos: +z - . ,-—2 £ 2t K O z ou seja: E 2 O z Por exemplo: Na + 2 ^ OT? ou Na 2 0 ÂÍ + 2 < Oj ou Aí 2 0 3 Capítulo 9 • Óxidos inorgânicos 219 Capitulo 09-QF1-PNLEM 219 30/5/05, 9:47 ANTONIO VIÃS VALCARCEL / CID Sendo possível, devemos simplificar os índices: ou melhor ou melhor CaO S0 3 ÓXIDOS BÁSICOS Óxidos básicos são óxidos que reagem com a água, produzindo uma base, ou rea- gem com um ácido, produzindo sal e água. Exemplos: Na 2 0 + h 2 o — 2 NaOH Na 2 Q + 2 HCÍ — — 2 NaCÍ + Os óxidos básicos são formados por metais com números de oxidação baixos ( + 1, +2 ou +3). São compostos sólidos, iônicos, que encerram o ânion oxigênio (O 2 ) e apresentam pontos de fusão e de ebulição elevados. Os óxidos dos metais alcalinos e alcalino-terrosos reagem com a água; os demais óxidos básicos são pouco solúveis em água. 3.1. Nomenclatura dos óxidos básicos Quando o elemento forma apenas um óxido, dizemos: Óxido de (Nome do elemento) Na 2 0 — óxido de sódio CaO — óxido de cálcio Quando o elemento forma dois óxidos, dizemos: Quando o elemento tem Óxido . (Nome do elemento) | ÍCO ► N m maior [ OSO ► N ox menor Fe 2 0 3 — óxido férrico (N ox do ferro = +3) FeO — óxido ferroso (N ox do ferro = +2) CuO — óxido cúprico (A/ ox do cobre = +2) Cu 2 0 — óxido cuproso (N ox do cobre = +1) 0 óxido de cálcio (CaO) é chamado de cal virgem; com a água, forma a chamada cal hidratada — Ca(OH) 2 — , que é usada para pintar paredes, troncos de árvores etc. (pintura de caiação). (Observe que os nomes dos óxidos básicos acompanham os nomes das bases correspondentes.) Quando o elemento forma dois ou mais óxidos, podemos indicar o número de oxidação do elemento por um algarismo romano: Óxido de (Nome do elemento) (Algarismo romano) [ Fe 2 0 3 — óxido de ferro III | FeO — óxido de ferro II J CuO — óxido de cobre II | Cu 2 0 — óxido de cobre I 220 Capitulo 09-QF1-PNLEM 220 30/5/05, 9:48 EDUARDO SANTALIESTRA Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A Quando o elemento forma dois ou mais óxidos, podemos ainda indicar o número de átomos de oxigênio e o número de átomos do elemento com o auxílio dos prefixos mono, di, tri etc. Freqüen- temente, o prefixo mono é omitido. mono di tri mono > óxido de di tri (Nome do elemento) J Fe 2 0 3 — trióxido de diferro f CuO — (mono) óxido de (mono) cobre [ FeO — (mono) óxido de (mono) ferro j Cu 2 0 — (mono) óxido de dicobre Essas duas nomenclaturas — com algarismo romano final e com prefixos "mono", "di", "tri" etc. — são de caráter geral, servindo não só para os óxidos básicos, mas também para as demais classes de óxidos que virão a seguir. OXIDOS ÁCIDOS OU ANIDRIDOS Óxidos ácidos ou anidridos são óxidos que reagem com a água, produzindo um ácido, ou reagem com uma base, produzindo sal e água. Exemplos: so 3 + h 2 o - h 2 so 4 so 3 + 2 NaOH - Na 2 S0 4 + H 2 0 Os óxidos ácidos ou são formados por não-metais (e, nesse caso, são compostos geralmente gaso- sos) ou por metais com números de oxidação elevados, como, por exemplo, Cr0 3 , Mn0 3 , Mn 2 O z etc.: Cr0 3 + H 2 0 * H 2 Cr0 4 Cr0 3 + 2 NaOH Os óxidos ácidos são compostos moleculares e, em geral, solúveis em água. Considere agora a reação característica: Óxido ácido + Água ► Ácido É por meio desse tipo de reação que ocorre o fenômeno da chuva ácida, responsável pelo desaparecimento da co- bertura vegetal, pela corrosão de metais e outros materiais, como os que são usados em monumentos e obras de arte. É interessante imaginar a reação inversa, isto é, a sub- tração de água do ácido, dando o óxido ácido: H 2 C0 3 H 2 S0 4 2 HN0 3 equivaleria a H 2 N 2 0 6 H 2 O - H 2 O - H 2 O - co 2 so 3 n 2 o 5 Desse modo, podemos considerar um óxido ácido como um "ácido sem água". Daí o nome anidrido dado a esses óxidos (do grego anhydros, "sem água"). Árvores danificadas pelos efeitos da chuva ácida devido à poluição emitida pelas siderúrgicas e refinarias de Mynydd Dinas, nas proximidades de Port Talbot, País de Gales, na década de 1990. Capítulo 9 • Óxidos inorgânicos 221 Capitulo 09-QF1-PNLEM 221 30/5/05, 9:48 SIMON FRASER/SPL-STOCK PHOTOS 4 . 1 . Nomenclatura dos óxidos ácidos Quando o elemento tem , A , Anidrido j ico ► N °* maior (Nome do elemento) [ OSO > n/ ox . menor J S0 3 — anidrido sulfúrico (N ox do enxofre = +6) [ S0 2 — anidrido sulfuroso (N ox do enxofre = +4) f N 2 O s — anidrido nítrico (N ox do nitrogênio = +5) 1 N 2 0 3 — anidrido nitroso (N ox do nitrogênio = +3) Quando o elemento forma apenas um anidrido, usa-se a terminação ico: C0 2 — anidrido carbônico B 2 0 3 — anidrido bórico Observe que os nomes dos anidridos acompanham os nomes dos ácidos correspondentes: Ácido sulfúrico H 2 S0 4 h 2 o - Anidrido sulfúrico — ► S0 3 No caso dos anidridos, podemos também usar as nomenclaturas gerais, citadas anteriormente: S0 3 — óxido de enxofre VI ou trióxido de (mono) enxofre S0 2 — óxido de enxofre IV ou dióxido de (mono) enxofre OBSERVAÇÕES • Alguns anidridos podem reagir com quantidades crescentes de água (hidratação crescente), produzin- do ácidos diferentes. É o caso do anidrido fosfórico (P 2 0 5 ): p 2 o 5 + 1 h 2 o — — 2 HP0 3 (acido metafosforico) p 2 o 5 + 2 h 2 o — - h 4 p 2 o 7 (ácido pirofosfórico) p 2 o 5 + 3 X h 2 o — — 2 H 3 P0 4 (ácido ortofosfórico) Hidratação crescente • Alguns anidridos reagem com água, produzindo dois ácidos diferentes; por esse motivo, são chamados anidridos duplos ou mistos. E o caso do anidrido nitroso-nítrico (N0 2 ): 2 N0 2 + H 2 0 HN0 2 + HN0 3 ÓXIDOS ANFÓTEROS Óxidos anfóteros podem se comportar ora como óxido básico, ora como óxido ácido. Apresentando um caráter intermediário entre o dos óxidos ácidos e o dos óxidos básicos, os óxidos anfóteros só reagem com outra substância de caráter químico pronunciado: ou ácido for- te ou base forte. É, por exemplo, o que acontece com o óxido de zinco (ZnO): ZnO + 2 HCÍ ► ZnCÍ 2 + H 2 0 Ácido forte Cloreto de zinco 2 NaOH + ZnO > Na 2 Zn0 2 + H 2 0 Base forte Óxido ácido Zincato de sódio Q O 0 óxido de zinco (ZnO), chamado de alvaiade, é um pó branco usado na pintura do rosto dos palhaços de circo. É também um ótimo protetor solar. 222 Capitulo 09-QF1-PNLEM 222 6/7/05, 14:45 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A Outro caso importante é o Al 2 0 3 : aí 2 o 3 + 3 H 2 S0 4 — — AÍ 2 (S0 4 ) 3 + Óxido básico Acido forte Sulfato de alumínio 2 NaOH + AC2O3 * 2 Na AIO 2 -1 Base forte Óxido ácido Aluminato de sódio Os óxidos anfóteros são, em geral, sólidos, iônicos, insolúveis na água e formados: • ou por metais: ZnO; Al 2 0 3 ; SnO e Sn0 2 ; PbO e Pb0 2 ; • ou por semimetais: As 2 0 3 e As 2 0 5 ; Sb 2 0 3 e Sb 2 O s . A nomenclatura é idêntica à dos óxidos básicos: ZnO — óxido de zinco Sn0 2 — óxido estânico ou óxido de estanho IV, ou dióxido de (mono) estanho SnO — óxido estanoso ou óxido de estanho II, ou (mono) óxido de (mono) estanho Quando um metal forma vários óxidos, é interessante notar que o caráter do óxido passa, gradativamente, de básico para anfótero e depois para ácido, à medida que o N ox do metal vai crescendo: +2 +3 +6 CrO Cr 2 0 3 Cr0 3 Óxido básico Óxido anfótero Óxido ácido Aumento do N ox do metal _ _ ► Aumento do caráter ácido do óxido ÓXIDOS INDIFERENTES OU NEUTROS Óxidos indiferentes (ou neutros) são óxidos que não reagem com água, nem com ácidos nem com bases. Assim, os óxidos neutros não apresentam nem caráter ácido nem caráter básico. São poucos os óxidos dessa classe. Os mais comuns são: CO — monóxido de carbono N 2 0 — óxido nitroso NO — óxido nítrico São compostos gasosos, moleculares, formados por não-metais. Mas o fato de serem "indiferen- tes" ou "neutros" não significa que esses óxidos não possam participar de outras reações. O CO, por exemplo, queima com muita facilidade: 2 CO + 0 2 ► 2 C0 2 (reação de oxirredução) Os gases emitidos pelos escapamentos de veículos e caminhões são os principais responsáveis pela poluição do ar. Capítulo 9 • Óxidos inorgânicos 223 Capitulo 09-QF1-PNLEM 223 30 / 5 / 05 , 9:48 OXIDOS DUPLOS, MISTOS OU SALINOS Óxidos duplos são óxidos que se comportam como se fossem formados por dois outros óxidos, do mesmo elemento químico. Por exemplo: Fe 3 0 4 equivale a FeO + Fe 2 0 3 Pb 3 0 4 equivale a 2 PbO + Pb0 2 Eles reagem como se fossem a mistura de dois óxidos: FeO + H 2 S0 4 Fe 2 0 3 + 3 H 2 S0 4 Fe 3 0 4 + 4 H 2 S0 4 FeS0 4 + H 2 0 + Fe 2 (S0 4 ) 3 + 3 H 2 0 FeSO, + Fe 2 (S0 4 ) 3 + 4 H 2 0 São sempre óxidos metálicos, sólidos e de estrutura iônica. A nomenclatura preferida, nesse caso, é: Fe 3 0 4 — tetróxido de triferro Pintor utilizando zarcão (óxido vermelho de chumbo), usado como pigmento na confecção de tintas de proteção. PERÓXIDOS Peróxidos são óxidos que reagem com a água ou com ácidos diluídos, produzindo água oxigenada (H 2 0 2 ). Na 2 0 2 + 2 H 2 0 — — 2 NaOH + h 2 o Na,0, + h 2 so 4 — — Na 2 S0 4 + H 2 o A nomenclatura é feita com a própria palavra peróxido. Por exemplo: Na 2 0 2 — peróxido de sódio Os peróxidos mais comuns são: • peróxido de hidrogênio: H 2 0 2 (quando em solução aquosa se chama água oxigenada); • peróxidos dos metais alcalinos: Na 2 0 2 , K 2 0 2 etc.; • peróxidos dos metais alcalino-terrosos: Ba0 2 etc. 224 Capitulo 09-QF1-PNLEM 224 30/5/05, 9:48 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. AGUA OXIGENADA A solução aquosa de peróxido de hidrogênio (H 2 0 2 ou H — O — O — H) recebe o nome de água oxigenada. O peróxido de hidrogênio puro é um líquido incolor muito instável, que se decompõe rápida e espontaneamente (o que pode até ocorrer de maneira explosiva) segundo a reação: 2 H 2 0 2 ► 2 H 2 0 + O' Quando lemos em uma embalagem "água oxigenada a 10 volumes", isso significa que temos uma solução aquosa H 2 0 2 preparada em tal proporção que 1 litro de solução produz 10 litros de 0 2/ na pressão de 1 atm e na temperatura 0 °C, segundo a reação mostrada acima. A decomposição da água oxigenada é muito mais lenta do que a do peróxido puro, mas é acelerada pela ação do calor e da luz; assim sendo, ela deve ser guardada em frascos escuros e em lugares frescos. Essa decomposição também é acelerada por enzimas existentes em nosso sangue; por esse motivo, quando colocamos água oxigenada sobre um ferimento, observamos uma efervescência — é a liberação do 0 2 , que então age como bactericida. As bases também aceleram a decomposição do H 2 0 2 (e os ácidos, pelo contrário, a retardam). Na presença de redutores, a água oxigenada age como oxidante: 2 Hl + H 2 0 2 ► 2 H 2 0 + l 2 Também como oxidante, a água oxigenada é utilizada no branqueamento de cabelos, fibras têxteis, papel etc. No entanto, em relação a oxidantes fortes, age como redutora: 2 KMn0 4 + 5 H 2 Q 2 + 3 H 2 S0 4 ► K 2 S0 4 + 2 MnSQ 4 + 8 H 2 Q + 5 0 2 ÓXIDOS IMPORTANTES 9.1. Óxido de cálcio — CaO O óxido de cálcio (CaO), chamado de cal viva ou cal virgem, é um sólido branco que só funde em temperaturas elevadíssimas (2.572 °C). É preparado por decomposição térmica do calcário: CaC0 3 — ► CaO + C0 2 ' Apresenta as propriedades características de um óxido básico: • reage com a água: CaO + H 2 0 * Ca(OH) 2 (o hidróxido de cálcio formado, chamado de cal apagada ou extinta, é pouco solúvel em água; sua suspensão chama-se água de cal); • reage com ácidos: CaO + 2 HCÍ ► CaCÍ 2 + H 2 0 Ca(OH) 2 + C0 2 ► CaC0 3( + H 2 0 Tanto o CaO como o Ca(OH) 2 absorvem C0 2 do ar. Quando sopramos ar na água de cal através de um canudinho, o C0 2 contido no ar que expiramos irá turvar a água de cal, devido à formação do CaC0 3 , de acordo com a última equação acima. Na foto ® , o béquer contém apenas uma suspensão de água de cal, Ca(OH) 2 , que é incolor. Soprando-se ar (foto (D), o Ca(OH) 2 reage com o C0 2 , produzindo CaC0 3 , um precipitado branco (foto ©). Capítulo 9 • Óxidos inorgânicos 225 Capitulo 09-QF1-PNLEM 225 30/5/05, 9:49 HANS NELEMAN / THE IMAGE BANK-GETTY IMAGES A O CaO e o Ca(OH) 2 são as bases mais baratas de que dispomos. Por isso são muito usados: • em construção civil: reboco, cimento, estuque, fabricação de tijolos, cerâmicas; • na produção do vidro, do Na 2 C0 3 , do CaCl(ClO) (cloreto de cal); • como inseticida, fungicida etc.; • na agricultura, para corrigir solos ácidos; • na purificação de açúcares, óleos vegetais e sucos de frutas; • na fabricação de tijolos refratários para fornos metalúrgicos; • no tratamento de águas e esgotos. 9.2. Dióxido de carbono — C0 2 O C0 2 pode ser preparado pela queima do carvão ou de materiais orgânicos, como a madeira: C + 0 2 (ar) > C0 2 No entanto, o C0 2 é obtido usualmente como subproduto de várias reações industriais, como, por exemplo, a decomposição de carbonatos (CaC0 3 CaO + C0 2 ), a fermentação alcoólica na pro- dução do álcool comum e de bebidas alcoólicas etc. O C0 2 gasoso é dissolvido, sob pressão, nas "águas gaseificadas" e nos refrigerantes; ocorre, nesse caso, a reação: co 2 + h 2 o ► h 2 co 3 Quando a garrafa é aberta, ocorre a reação inversa: h 2 co 3 * h 2 o + co; e o C0 2 gasoso que escapa dá a efervescência característica das águas gaseificadas e dos refrigerantes. Abaixo de 78 °C negativos, o C0 2 torna-se sólido e é conhecido como gelo-seco. Esse nome provém do fato de o gelo-seco não derreter para formar um líquido, mas sim sublimar-se, passando diretamente do estado sólido para o gasoso. O gelo-seco é usado em refrigeração (como nos carrinhos de sorvete) e também para produzir "fumaça" em shows, bailes etc. Sendo um óxido ácido, o C0 2 reage com as bases: NaOH + C0 2 > NaHCO, Num copo com água gaseificada, as bolhas representam o gás carbônico que escapa para o ambiente. HnTfTTKfrB Responda em ■ilaZáUÍUfl seu caderno íiTw\ a) O que são óxidos? d) O que sao óxidos anfóteros? b) O que são óxidos básicos? e) O que são peróxidos? c) O que são óxidos ácidos? 226 Capitulo 09-QF1-PNLEM 226 30/5/05, 9:49 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno 1 (Mackenzie-SP) Com cerca de 40 km de profundidade, a crosta terrestre contém principalmente óxido de silí- cio e óxido de alumínio. Sabendo que o número de oxi- dação do silício é +4 e o do alumínio é +3, as fórmulas desses óxidos são: a) Si0 2 eAl 2 0 3 b) Si0 2 e Aí 2 0 c) Si0 3 e AIO d) Si0 4 e A10 3 e) Si 2 0 e Aí 2 0 3 2 (Mackenzie-SP) O ferro é um dos elementos mais abun- dantes na crosta terrestre. Em Carajás, o principal miné- rio de ferro é a hematita, substância constituída, princi- palmente, por óxido férrico (ou óxido de ferro III), cuja fórmula é: a) FeO b) Fe 3 0 c) Fe0 3 d) Fe 2 0 3 e) Fe 3 0 2 3 (Cesgranrio-Rj) O consumidor brasileiro já está informa- do de que os alimentos industrializados que ingere con- têm substâncias cuja função básica é a de preservá-los da deterioração. Alguns exemplos dessas substâncias são: conservantes — ácido bórico (P. II) e anidrido sulfuroso (P. V); antioxidante — ácido fosfórico (A. III); antiumec- tantes — carbonato de cálcio (Au. I) e dióxido de silício (Au. VIII). Qual é a opção que indica a fórmula de cada substância na ordem apresentada no texto? a) H 2 B0 4 ; S0 3 ; H 3 P0 3 ; K 2 C0 3 ; sí 2 o b) H 3 B0 3 ; S0 2 ; H 3 P0 3 ; K 2 C0 3 ; sío 2 c) H 3 B0 3 ; S0 2 ; H 3 P0 4 ; CaC0 3 ; sío 2 d) H 3 B0 3 ; S0 3 ; H 3 P0 4 ; CaC0 3 ; sí 2 o e) H 3 B0 4 ; S0 2 ; H 3 P0 3 ; CaC0 3 ; sío 2 4 (UFPE) A tabela abaixo apresenta a classificação das subs- tâncias inorgânicas de maior produção nos Estados Uni- dos, em 1 999: Classificação Produto I a lugar ácido sulfúrico 2 a lugar amónia 3 a lugar ácido fosfórico 1 0 a lugar dióxido de titânio As fórmulas químicas das substâncias classificadas em 1°, 2 a , 3 2 e 1 0 a lugares são, respectivamente: a) H 2 P0 4 , NH 3 , H 3 S0 4 , Ti0 2 b) H 2 S, PH 3 , H 3 P0 4 , Ti 2 0 c) h 2 so 4 , nh 3 , hcio 4 , tío 2 d) H 2 S0 3 , NH 4 , HC10 4í TiO e) H 2 S0 4 , NH 3 , H 3 P0 4 , TiO, 5 (Cesgranrio-RJ) Os principais poluentes do ar nos gran- des centros urbanos são o gás sulfuroso (S0 2 ) e o monóxido de carbono (CO). O S0 2 é proveniente das indústrias que queimam combustíveis fósseis (carvão e petróleo). Já o CO provém da combustão incompleta da gasolina em veículos automotivos desregulados. Saben- Capítulo 9 • Óxidos inorgânicos do-se que o S0 2 (causador da chuva ácida) e o CO (cau- sador de inibição respiratória) são óxidos, suas classifica- ções são, respectivamente: a) anfótero e neutro b) básico e ácido c) ácido e anfótero d) ácido e básico e) ácido e neutro 6 (Mackenzie-SP) n 2 o 5 + CO + k 2 o + Nas equações acima, do comportamento mostrado pe- los óxidos, conclui-se que: a) K 2 0 é um peróxido. b) CO é um óxido neutro ou indiferente. c) K 2 0 é um óxido ácido. d) N 2 0 5 é um óxido duplo ou misto. e) N 2 0 5 é um óxido básico. 7 (Acafe-SC) A alternativa que apresenta os anidridos cor- respondentes aos ácidos H 2 S0 3 , H 2 C0 3 , H 2 Si0 3 , HQ0 4 é: a) S0 2 , C0 2 , Si0 2 , CÍ0 4 b) S0 3 , C0 2 , Si0 2 , CÍ0 4 c) so 3 , co 2 , sío 2 , ct 2 o 5 d) S0 2 , CO, Si0 2 , Ci 2 0 3 e) S0 2 , C0 2 , Si0 2 , Cl 2 0 7 8 Coloque os óxidos Mn0 3 , Mn 2 0 3 , Mn0 2 , Mn 2 0 7 , MnO na ordem do mais básico para o mais ácido. 9 Escreva as equações das reações do óxido anfótero SnO com o HCÍ e com o NaOH. 10 (Osec-SP) Na queima do enxofre em pó forma-se um gás (dióxido de enxofre). O papel de tornassol azul embebido em água, na presença desse gás, apresenta- rá a coloração: a) incolor b) amarela c) verde d) azul e) vermelha 11 (UFRGS-RS) São apresentadas abaixo substâncias quími- cas, na coluna da esquerda, e uma possível aplicação para cada uma delas, na coluna da direita. 1. h 2 so 4 A. descorante de cabelos 2. NaOCÍ B. antiácido estomacal 3. H 2 0 2 C. água sanitária 4. Mg(OH) 2 D. conservação de alimentos 5. NaCl E. solução de baterias automotivas A associação correta entre as substâncias químicas, na coluna da esquerda, e as aplicações correspondentes, na coluna da direita, é: a) 3A, 4B, 2C, 5 D, 1 E. b) 2A, 3B, ic. 5 D, 4E. c) 3 A, 4B, 1C, 5 D, 2E. d) 2A, 3B, 4C, 1 D, 5E. e) 3A, 2B, 1C, 4 D, 5E. 227 h 2 o — — 2 HN0 3 h 2 o — — ► não reage h 2 o — ► 2 KOH Capitulo 09-QF1-PNLEM 227 30/5/05, 9:49 EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno 12 (Mackenzie-SP) 1 Galena PbS II Pirolusita Mn0 2 III Blenda ZnS IV Cassiterita Sn0 2 V Calcopirita CuS • FeS Na tabela acima estão numerados, de I a V, os princi- pais minérios de alguns metais. O chumbo, o zinco e o estanho são obtidos, respectivamente, pela redução dos minérios: a) I, IV e V b) V, II e IV c) III, IV e II d) I, III e IV e) V, IV e I 13 (Vunesp) Na Idade Média, era usual o emprego de óxido de chumbo (IV) como pigmento branco em telas. Em nos- sos dias, com o aumento do teor de H 2 S na atmosfera, proveniente da queima de combustíveis fósseis, pinturas dessa época passaram a ter suas áreas brancas transforma- das em castanho escuro, devido à formação de sulfeto de chumbo (II). No trabalho de restauração dessas pinturas são empregadas soluções diluídas de peróxido de hidrogê- nio, que transformam o sulfeto de chumbo (II) em sulfato de chumbo (II), um sólido branco. As fórmulas do óxido de chumbo (IV), sulfeto de chumbo (II), peróxido de hidrogê- nio e sulfato de chumbo (II) são, respectivamente: a) PbO, PbS, H 2 0 2 , PbS0 4 b) Pb0 2 , PbS, H 2 0 2 , PbS0 4 c) Pb 2 0 3 , PbS 2 , Íh 2 0, Pb(S0 4 ) 2 d) Pb0 2 , PbS, H 2 0 2 , PbS0 3 e) PbO, PbS0 3 , H 2 0 2 , PbS 2 0 3 14 (UFF-RJ) Um dos processos de purificação da água para uso doméstico constitui-se das seguintes etapas: 1- filtração seguida de alcalinização com óxido de cál- cio (X). 2- floculação por adição de sulfato de alumínio (K) se- guida de filtração. 3 S aeração e adição de cloro para formação do ácido hipocloroso (Z) que elimina bactérias. A opção que apresenta as fórmulas químicas das subs- tâncias indicadas, respectivamente, por X, Y e Z é. a) Ca0 2 ; AÍ 2 (S0 4 ) 3 ; HCÍO b) Ca0 2 ; AÍ 2 (S0 3 ) 3 ; HCÍO, c) CaO; AÍ 2 S 3 ; HCÍO, d) CaO; AÍ 2 (SO„) 3 ; HCÍO e) CaO; Al 2 (SO„) 3 ; HCÍO, 15 (FEI-SP) Um elemento metálico forma um óxido de fór- mula M0 2 . A fórmula de seu cloreto será, provavelmente: a) MCÍ c) MCÍ 3 e) MCÍ 5 b) MCÍ 2 d) MCÍ 4 16 (PUC-MG) Observe as reações químicas abaixo: 1. MgO + h 2 o — — Mg(OH) ; II. co 2 + h 2 o — — ► h 2 co 3 III. k 2 o + 2 HCÍ — ► 2 KCÍ IV. so 3 + 2 NaOH — ► Na 2 SQ 4 A afirmativa incorreta é: a) As reações II e IV envolvem óxidos ácidos ou anidridos. b) As reações I e III envolvem óxidos básicos. c) O sal produzido na reação IV chama-se sulfato de sódio. d) O sal produzido na reação III chama-se cloreto de potássio. e) O caráter básico dos óxidos se acentua, à medida que o oxigênio se liga a elementos mais eletronegativos. 1 7 (Uece) O ferro em contato com a umidade do ar provoca a formação da ferrugem, que é um óxido de ferro. A com- binação do ferro (Fe), com o oxigênio (0 2 ) do ar diluído em água faz surgir uma teia, na qual cada átomo de ferro se liga a 4 ou 6 átomos de oxigênio. Um dos óxidos do ferro é o Fe 3 0 4 , que é classificado como: a) óxido neutro b) óxido básico c) óxido duplo ou misto d) peróxido 1 8 (Mackenzie-SP) Ao se colocar gelo-seco, C0 2 (s), em água levemente alcalina, em presença de fenolftaleína, verifi- ca-se que a solução que inicialmente era rósea torna-se incolor. Esse fato se observa porque: a) ocorre abaixamento da temperatura da água. b) ocorre vaporização da fenolftaleína. c) o ácido carbônico formado é incolor. d) o pH da solução aumenta. e) o pH da solução diminui. AS FUNÇÕES INORGÂNICAS E A CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA No estudo da Classificação Periódica, vimos na página 127 que várias propriedades físicas dos elementos (como densidade, ponto de fusão, ponto de ebulição etc.) variam periodicamente com o aumento dos números atômicos. Com as propriedades químicas acontece o mesmo, de tal modo que podemos dizer: Os elementos situados em uma mesma coluna da Tabela Periódica têm propriedades químicas semelhantes e, em conseqüência, formam compostos com fórmulas e nomes semelhantes. 228 Capitulo 09-QF1-PNLEM 228 30/5/05, 9:50 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A Isso decorre do fato de todos os elementos da mesma coluna apresentarem o mesmo número de elétrons na última camada eletrônica, como foi explicado no capítulo 5. Assim, por exemplo, todos os elementos da coluna IA (metais alcalinos) têm 1 elétron na última camada; eles tendem a ceder esse elétron, transformando-se em cátion de carga 1 +. Todos os elementos da coluna 7A (halogênios) têm 7 elétrons na última camada; eles tendem a receber um elétron, transformando-se em ânions, de carga 1 Tomando como exemplo o sódio e o cloro, temos: - - e - „ / Na + Cf. * Na Cf (cloreto de sódio) Repare na semelhança de fórmulas e nomes, quando consideramos outros elementos das colunas IA e 7A: Colunas Fórmulas dos sais Nomes dos sais IA 7A Na CL NaQ. Cloreto de sódio K 1 Kl Iodeto de potássio Rb F RbF Fluoreto de rubídio Cs Br CsBr Brometo de césio Essa semelhança de fórmulas e nomes aparece em todas as funções químicas: ácidos, bases, sais e óxidos. Acompanhe os exemplos: Ácidos Na coluna 7A, temos, por exemplo: HCf — ácido clorídrico HBr — ácido bromídrico (ambos covalentes, de caráter ácido forte) Bases Na coluna IA, temos, por exemplo: NaOH — hidróxido de sódio KOH — hidróxido de potássio (ambos iônicos, de caráter básico forte) Sais Nas colunas 1 A e 7A, já vimos, como exemplos: NaCf — cloreto de sódio Kl — iodeto de potássio (ambos sólidos, iônicos, cristalinos, de fusão e ebulição difíceis) Óxidos - Na coluna 5A, temos, por exemplo: N 2 O s — anidrido nítrico P 2 O s — anidrido fosfórico (ambos covalentes e classificados como óxidos ácidos ou anidridos) A partir daí, podemos afirmar que quem conhece as fórmulas e os nomes de alguns compostos de um certo elemento químico pode "deduzir" as fórmulas e os nomes dos compostos correspondentes de todos os outros elementos que estão na mesma coluna da Tabela Periódica. Por exemplo, quem conhece os ácidos do cloro (coluna 7 A) H Cf o 4 - ácido per clór ico H Cf o 3 - ácido clór ico H Cf o 2 ácido clor oso H Cf O — ácido hipo clor oso H Cf — ácido clor ídrico trocando: H Br — ácido brom ídrico ou trocando: H 1 — ácido iod ídrico terá "deduzido" as fórmulas e os nomes dos ácidos do bromo e do iodo, respectivamente. Capítulo 9 • Óxidos inorgânicos 229 Capitulo 09-QF1-PNLEM 229 30/5/05, 9:50 O esquema a seguir resume as fórmulas dos principais compostos ao longo da Tabela Periódica: Coluna IA (B) 2A (B) 3A (B) 4A (B) 5A (B) 6 A (B) 7 A (B) N m máximo + 1 + 2 + 3 +4 + 5 + 6 + 7 N ox mínimo -4 -3 — 2 -1 (H 3 XO 3 ) h 4 xo 4 h 3 xo 4 h 2 xo 4 hxo 4 h 2 xo 3 h 4 x 2 o 7 h 2 xo 3 hxo 3 Ácidos hxo 3 h 2 x hxo 2 HXO h 3 xo 3 HX fiOH fi(OH ) 2 B(OH ) 3 B(OH ) 4 Bases B(OH ) 2 Óxidos e 2 o EO f 2 o 3 eo 2 e 2 o 5 £ 0 3 e 2 o 7 EO e 2 O 3 eo 2 e 2 o 5 OBSERVAÇÕES • As fórmulas são mais regulares nas colunas A da Tabela Periódica. Nas colunas B, isto é, nos metais de transição, a regularidade é menor. • Relembramos que: o número de oxidação máximo de um elemento coincide com o número da coluna onde ele se encontra; e o número de oxidação mínimo é igual ao número dessa coluna subtraído de 8. Isso decorre da variação da estrutura eletrônica ao longo do período da Tabela Periódica e da tendência dos elementos de completarem o octeto eletrônico. Considerando esse fato, podemos entender melhor as fórmulas dos ácidos, bases e óxidos, que são dadas no quadro anterior. • O caráter ácido é próprio dos não-metais. Sendo assim, os ácidos aparecem do lado direito e superior da Tabela Periódica. O caráter básico é próprio dos metais. Desse modo, as bases aparecem do lado esquerdo e inferior da Tabela Periódica. Intermediariamente, aparece o caráter anfótero. • Os óxidos também acompanham a variação do caráter ácido-básico, ao longo da Tabela Periódica: IA 2A 3A 4A 5A 6A 7A E 2 O EO ^ 2^3 Óxidos básicos eo 2 EO Óxidos anfóteros (moleculares) E 2 O s E0 3 E 2 0 7 E 2 0 3 E0 2 E 2 O s Óxidos ácidos ou anidridos (iônicos) (moleculares) • Também os sais, que não foram mencionados nos esquemas anteriores, apresentam analogias quando trocamos seus elementos por outros da mesma coluna da Tabela Periódica. Por exemplo: Na 4 P 2 0 7 — pirofosfato de sódio Na 4 As 2 0 7 — piroarseniato de sódio Nesse caso, trocamos o P pelo As, ambos da coluna 5A. 230 Capitulo 09-QF1-PNLEM 230 30/5/05, 9:50 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Outro exemplo: CaS0 4 — sulfato de cálcio BaSe0 4 — selenato de bário Nesse caso, trocamos o Ca pelo Ba, ambos da coluna 2A, e também o S pelo Se, ambos da coluna 6A. • Uma classe de compostos importantes, mas que não foi detalhada até agora, é a classe dos hidretos, que são os compostos binários do hidrogênio. Por exemplo: NaH, CH 4 , NH 3 , H 2 0, HCl etc. Essa classe é muito grande e abrange compostos com características muito diferentes entre si. Os hidretos dos metais alcalinos e alcalino-terrosos (colunas IA e 2A) são compostos iônicos, sólidos e cristalinos, em que o hidrogênio apresenta N ox igual a -1. Esses hidretos têm "caráter básico", pois reagem com a água, produzindo bases: NaH + H 2 0 ► NaOH + H 2 CaH 2 + 2 H 2 0 ► Ca(OH) 2 + 2 W 2 Os hidretos dos semimetais e dos não-metais (colunas 3A e 7 A) são compostos moleculares, líquidos ou gasosos, em que o hidrogênio apresenta N ox igual a +1 . Como exemplos importantes podemos citar: — na coluna 4A, o carbono forma desde CH 4 , que é seu hidreto mais simples, até compostos C X H > , nos quais x e y assumem valores bastante elevados. Esses compostos têm o nome genérico de hidrocarbonetos e são "indiferentes" às reações ácido-base; — na coluna 5A, o nitrogênio forma o NH 3 , composto molecular, gasoso e de "caráter básico", pois reage com a água, formando o hidróxido de amónio: NH 3 + h 2 o NH 4 OH — na coluna 6A, o oxigênio forma a água, composto molecular, líquido e de "caráter anfótero", os demais elementos da coluna 6A formam "hidretos ácidos": H 2 S, H 2 Se, H 2 Te; — na coluna 7 A, os hidretos são moleculares, gasosos e fortemente ácidos: HCl, HBr, Hl. E interessante notar que todos esses exemplos se encaixam perfeitamente nos esquemas de formula- ção segundo a Tabela Periódica, como vemos a seguir: Colunas IA 2A 3A 4A 5A 6 A 7A Fórmula geral do hidreto EH £H 2 £Hb £H 4 EH 3 H 2 £ H£ Exemplos NaH CaH 2 bh 3 ch 4 NHj h 2 o HO. Responda em seu caderno a) Quais as semelhanças que compostos formados por elementos situados em um mesmo grupo da Tabela Periódica apresentam? b) Que colunas, A (representativos) ou B (não-representativos), da Tabela Periódica apresentam maiores regularidades de formulação e nomenclatura? c) Como varia o caráter básico na Tabela Periódica? E o caráter ácido? EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno Exercício resolvido 19 Conhecendo as seguintes fórmulas e nomes: H 2 S0 4 — ácido sulfúrico H 2 S0 3 — ácido sulfuroso H 2 S — ácido sulfídrico deduza as fórmulas e os nomes dos ácidos corres- pondentes, formados pelos elementos químicos selênio (Se) e telúrio (Te), que aparecem na mesma coluna (6A) em que se encontra o enxofre (S) na Tabela Periódica. Resolução Por analogia, serão: Capítulo 9 • Óxidos inorgânicos H 2 Se0 4 — ácido selênico H 2 Se0 3 — ácido selenoso H 2 S — ácido selenídrico H 2 Te0 4 — ácido telúrico H 2 Te0 3 — ácido teluroso HJe — ácido telurídrico 20 Escreva as fórmulas dos hidróxidos dos seguintes ele- mentos: a) gálio (Ga) b) rádio (Ra) c) frâncio (Fr) d) berílio (Be) e) rubídio (Rb) 231 Capitulo 09-QF1-PNLEM 231 12/7/05, 19:55 21 (Cesgranrio-RJ) São dadas as seguintes fórmulas: Ca 3 (P0 4 ) 2 , Cs Cl e Rb 2 Cr0 4 . Por analogia, a opção que contém as fórmulas corretas das substâncias arsenato de magnésio, fluoreto de lítio e molibdato de sódio é: a) Mg 3 (As0 4 ) 2 , LiF 2 , Na 2 Mo0 4 b) Mg 3 (As0 4 ) 2 , Li 2 F, Na 2 Mo0 4 c) Mg 3 (As0 4 ) 2 , LiF, Na 2 Mo0 4 d) Mg 2 (As0 4 ) 3 , LiF, NaMo0 4 e) MgAs0 4 , LiF, NaMo0 4 22 (PUC-RJ) As fórmulas dos hidretos de alguns ametais e semimetais estão apresentadas a seguir: AÍH 3/ SiH 4 , PH 3 , GaH 3 , AsH 3 , lnH 3 , SnH 4 , SbH 3 . Com base nesses dados e com o auxílio da Tabela Periódica, pode-se dizer que a fórmula correta para o hidreto de germânio será: a) GeH c) GeH 3 e) GeH 5 b) GeH 2 d) CeH 4 Exercício resolvido 23 (Vunesp) Com base na distribuição eletrônica o ele- mento de número atômico 19 combina-se mais fa- cilmente, formando um composto iônico, com o ele- mento de número atômico: a) 11 c) 18 e) 27 b) 1 7 d) 20 a) iônica, sólido. d) covalente, líquido. b) metálica, sólido. e) covalente, gasoso. c) covalente, sólido. 25 (Ulbra-RS) É possível prever teoricamente a existência de diferentes substâncias pela posição dos elementos que as formam na Tabela Periódica. Assim é provável que não ocorra: a) Mg 2 P 3 c) SrO e) K 2 S b) SiCl 4 d) LiF 26 (Cesgranrio-R|) Dois elementos, X e T, apresentam so- mente covalências simples nos compostos oxigenados de fórmulas X 2 0 e 70 2 . A opção correta é: a) X pode formar hidróxidos de fórmulas XOH e X(OH) 2 . b) T pode formar ácidos de fórmulas HTe H 2 T. c) X pode formar oxiácidos de fórmulas HXO e HX0 4 . d) T pode formar hidróxidos de fórmulas TOH e T(OH) 3 . e) X e T podem ser calcogênios. 27 (Cesgranrio-RJ) A opção que apresenta os óxidos em or- dem crescente de caráter ácido é: a) MgO; P 4 O 10 ; Aí 2 0 3 ; Cl 2 0 7 b) MgO; Cl 2 0 7 ; P 4 O 10 ; Na 2 0 c) Na 2 0; Aí 2 0 3 ; S0 3 ; Si0 2 d) Na 2 0; Aí 2 0 3 ; Si0 2 ; S0 3 e) Na 2 0; Ct 2 0 7 ; MgO; P 4 O 10 Resolução Nesta questão, os elementos químicos são mencio- nados por seus números atômicos. Podemos, então, identificá-los facilmente olhando para a Tabela Periódica. Temos assim: (dado) 19 — potássio (K) : alcalino (positivo) a) 11 — sódio (Na) 1 ► KCl b) 17 — cloro /» (Cl) : halogênio (negativo) c) 18 — argônio (Ar) d) 20 — cálcio (Ca) e) 27 — cobalto (Co) 24 (Ceeteps-SP) À temperatura ambiente, a ligação química e o estado físico de um composto binário constituído por elementos pertencentes a famílias extremas (por exem- plo, 2A e 6A) da tabela periódica são, respectivamente: 28 (FMU-SP) Nos garimpos, utiliza-se mercúrio para separar o ouro das impurezas. Quando o mercúrio entra em con- tato com a água dos rios, causa uma séria contaminação: é absorvido por microrganismos, que são ingeridos pe- los peixes pequenos, os quais são devorados pelos peixes grandes, que são usados na alimentação humana. Pode- mos prever, com o auxílio da Tabela, que um elemento com comportamento semelhante ao do mercúrio é: a) Na c) Cd e) Fe b) C d) Ca 29 (Vest-Rio) Um médico atendeu um paciente com dores abdominais, originadas de uma patologia denominada "úlcera péptica duodenal". Para tratamento desse pacien- te, o médico prescreveu um medicamento que contém um hidróxido metálico, classificado como "uma base fra- ca". Esse metal pertence, de acordo com a Tabela Perió- dica, ao seguinte grupo: a) IA c) 6A e) Zero b) 3A d) 7 A EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno 30 Escreva as fórmulas dos óxidos máximos (óxido máximo é o que contém o elemento em seu N ox máximo) de: a) vanádio (V); d) zircônio (Zr); b) germânio (Ce); e) cromo (Cr). c) manganês (Mn); 31 (UFMC) Considere os seguintes elementos hipotéticos, cujos números atômicos estão dados nos índices inferiores: 114 C, 115 j, 1 1 6^-/ 117^ e 118^ Entre seus compostos abaixo, qual é o mais provável de um dia ser sintetizado? a) C0 2 c) FeL 2 e) Z 2 b) yci 4 d) CaX 32 (UFMC) Considere os seguintes elementos e os seus res- pectivos números atômicos: alumínio (13), silício (14), enxofre (1 6) e bário (56). A alternativa que indica o hidreto menos provável de ser formado é: a) AÍH 2 c) H 2 S b) BaH 2 d) SiH 4 33 (PUC-Campinas-SP) Considere os seguintes elementos químicos e suas localizações na Tabela Periódica. A: família IA B: família 5A C: família 6A D: família 7A Qual é a fórmula representativa de uma possível substân- cia formada por dois dos elementos citados e cuja molé- cula apresenta três ligações covalentes? a) AB i c) fi 3 C e) BD 3 b) A 2 B d) AD 232 Capitulo 09-QF1-PNLEM 232 30/5/05, 9:50 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 34 (Mackenzie-SP) Se átomos do elemento genérico W que formam íons bivalentes negativos ligam-se a átomos de outro elemento 3 )f, a fórmula do composto formado e a função inorgânica a que pertence são, respectivamente: a) YW 2 ; óxido d) W 3 Y 2 ) óxido b) y 2 W; sal e) V^VV; ácido c) W 2 y 3 ; sal 35 (Vunesp) Os elementos químicos C, Si, Ge, Sn e Pb per- tencem ao grupo IVA (ou 1 4) da Tabela Periódica. Sobre esses elementos, são feitas as cinco afirmações seguintes. I. C, Si e Ge são semimetais. II. Sn e Pb são os únicos metais do grupo. III. C existe em várias formas alotrópicas, como o grafite, o diamante e os fulerenos. IV. Esses elementos formam, com cloro e hidrogênio, so- mente compostos de fórmulas ECl 3 e E H 3 , onde E é um desses elementos. V. Si é o elemento mais abundante da crosta terrestre e é encontrado em muitos minerais na forma de Si0 2 . Dessas afirmações, estão corretas: a) I, II e V, somente. d) II e IV, somente. b) I, III e IV, somente. e) I, II, III, IV e V. c) II, III e V, somente. 36 (Fatec-SP) O cloreto de potássio (KCl) é um sal bastante solúvel em água. Essa solução foi submetida a alguns tes- tes, cujos resultados estão representados abaixo: Teste Resultado PH Neutro Interação com solução de AgN0 3 Formação de precipitado Interação com solução de H 2 S0 4 Não há formação de precipi- tado; não há liberação de gás. A alternativa em que se encontra um outro sal cuja solu- ção aquosa, submetida aos mesmos testes, daria resulta- dos análogos aos observados para a solução de KCl é: a) CaS c) Bal e) HF b) MgO d) NaBr — LEITURA A CHUVA ÁCIDA O conceito de pH, dado na página 203, diz que a água pura tem pH = 7. Valores de pH acima de 7 indicam soluções básicas, e abaixo de 7, soluções ácidas. Não existe chuva totalmente pura, pois ela sempre arrasta consigo componentes da atmosfera. O próprio C0 2 , que existe normalmente na atmosfera (como resultado da respiração dos seres vivos e da queima de materiais orgânicos), ao se dissolver na água da chuva, já a torna ácida, devido à reação co 2 + H 2 0 H 2 C0 3 . O acido carbonico formado e, porem, muito fraco, e a chuva assim conta- minada" tem pH por volta de 5,6. A situação, contudo, se complica em função dos óxidos de enxofre (S0 2 e S0 3 ) e dos óxidos de nitrogênio (NO e N0 2 ) existentes na atmosfera. O S0 2 , existente na atmosfera, pode ser de origem natural ou artificial. O S0 2 natural é proveniente das erupções vulcânicas e da decomposição de vegetais e animais no solo, nos pântanos e nos oceanos. O S0 2 artificial é proveniente principalmente da queima de carvão mineral (em caldeiras industriais, em usinas termoelétricas etc.) e da queima dos derivados do petróleo (em motores de veículos, de avião etc.). Na atmosfera ocorrem, por exemplo, as reações: 2 S0 2 + 0 2 2 S0 3 so 3 + h 2 o ► h 2 so 4 Assim, forma-se o H 2 S0 4 , que é um ácido forte e constitui o maior "vilão" da chuva ácida. Fatos semelhantes ocorrem, na atmosfera, com os óxidos do nitrogênio — especialmente NO e N0 2 . O ar é formado principalmente por N 2 e 0 2 ; durante as tempestades, os raios provocam a reação N 2 + 0 2 ► 2 NO. Além disso, a decomposição de vegetais e animais, por bactérias do solo, tam- bém produz óxidos de nitrogênio. Além desses fenômenos naturais, as combustões nos motores de veícu- los, de avião etc. constituem fontes artificiais de grandes quantidades de óxidos de nitrogênio. Na atmos- fera podem então ocorrer reações como: 2 NO + 0 2 2 N0 2 2 no 2 + h 2 o - hno 2 + hno 3 2 HN0 2 + 0 2 ► 2 HNO, Desse modo, forma-se o HN0 3 , que é o segundo "vilão" da chuva ácida. Pois bem, em grandes cidades (devido às indústrias e ao grande número de veículos) e em regiões muito industrializadas (com refinarias de petróleo, indústrias metalúrgicas etc.), o ar vai acumulando gran- des quantidades de H 2 S0 4 e HN0 3 . A chuva traz esses ácidos para o solo, dando origem ao fenômeno chamado de chuva ácida. Tecnicamente, chama-se de chuva ácida a qualquer chuva com pH < 5,6; em regiões populosas e industriais são comuns chuvas com pH = 4,5 (já foram registradas chuvas com pH = 2, o que corresponde à acidez de um suco de limão ou do vinagre concentrado. Capítulo 9 • Óxidos inorgânicos 233 Capitulo 09-QF1-PNLEM 233 30/5/05, 9:50 Os efeitos da chuva ácida são múltiplos e sempre bastante nocivos. Reações químicas na atmosfera Óxidos de enxofre e nitrogênio, provenientes de fábricas e escapamentos de veículos, "entram" na atmosfera. H 2 S0 4 e HNOj "caem" como chuva ácida. /. í lUhliUUi ' i‘il %'ií //////// /p Gases e ácidos deterioram edifícios. Gases ácidos danificam as árvores. O solo se torna ácido. Plantas absorvem substâncias venenosas. Nos lagos, a chuva ácida provoca a morte dos peixes; nas florestas, a destruição das árvores. O próprio solo se altera quimicamente, envene- nando as plantações e reduzindo as colheitas. As águas subterrâneas são contaminadas. Há corrosão e desgaste dos prédios e dos monumentos. Por fim, a própria saúde do homem e dos animais é prejudicada, com o aparecimento de várias enfermidades do sistema respiratório, como tosse, bronquite e enfisema pulmonar. Um incidente triste ocorreu em Londres, em dezembro de 1952, quando a cidade ficou coberta, durante vários dias, por uma nuvem de fumaça ( smoke ) e neblina ( [fog ), conhecida pela abreviação smog ; aproximadamente 4.000 pessoas, principalmente crian- ças e idosos, acabaram morrendo por causa dessa forte poluição. As soluções para a chuva ácida são caras e de aplicação complicada, pois envolvem aspectos técnicos, econômicos, políticos, sociais etc. Do ponto de vista técnico, recomendam-se, como medidas principais: • a purificação do carvão mineral, antes de seu uso; • o emprego de caldeiras com sistemas de absorção de S0 2 ; • o uso de petróleo de melhor qualidade e a purificação de seus deri- vados, visando à eliminação de compostos de enxofre; • nas cidades, o maior uso de transporte coletivo (metrôs, trens suburba- nos, ônibus etc.) e o desestimulo ao uso de carros particulares; • a construção de carros menores, com motores mais eficientes e com escapamentos providos de catalisadores que decomponham os ga- ses tóxicos e nocivos. • e muitas outras medidas, aplicáveis às indústrias, às residências, aos transportes e ao nosso dia-a-dia. Efeitos da chuva ácida numa estátua em antigo edifício na Europa. HAGAR Dik Browne VAMOS CORRER O RISCOI ELES ESTÃO SEMPRE ERRADOS..^ VOCE PRECISA CONSERTAR O TETO AMANHÃ! A METEOROLO SIA PREVIU ^ CHUVAS! ^ 234 Capitulo 09-QF1-PNLEM 234 30/5/05, 9:51 KING FEATURES / INTERCONTINENTAL PRESS Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Questões sobre a leitura Responda em seu caderno 37 Por que a chuva normal é ligeiramente ácida? 38 Qual é a origem do S0 2 existente na atmosfera? E a dos óxidos de nitrogênio? 39 Quais são os principais responsáveis pela chuva ácida? 40 (Vunesp) Sabe-se que a chuva ácida é formada pela dis- solução, na água da chuva, de óxidos ácidos presentes na atmosfera. Entre os pares de óxidos relacionados, qual é constituído apenas por óxidos que provocam a chuva ácida? a) Na 2 0 e N0 2 c) C0 2 e S0 3 e) CO e NO b) C0 2 e MgO d) CO e N 2 0 41 (Univali-SC) A chuva ácida é um fenômeno químico re- sultante do contato entre o vapor d'água existente no ar, o dióxido de enxofre e os óxidos de nitrogênio. O enxo- fre é liberado, principalmente, por indústrias de veículos e usinas termoelétricas movidas a carvão e a óleo; os óxi- dos de nitrogênio por automóveis e fertilizantes. Ambos reagem com o vapor de água, originando, res- pectivamente, os ácidos sulfuroso, sulfídrico e sulfúrico, e o ácido nítrico. Esses elementos se precipitam, então, na forma de chuva, neve, orvalho ou geada, na chamada chuva ácida. Dentre os efeitos da chuva ácida estão a corrosão de equi- pamentos e a degradação das plantas, solos e lagos. O contato com os ácidos é prejudicial, podendo causar, por exemplo, doenças respiratórias. As fórmulas dos ácidos citados no texto acima, respec- tivamente, são. a) H 2 S, H 2 S0 4 , H 2 S0 3 , HN0 3 . b) H 2 S0 3 , H 2 S0 4í H 2 S, HN0 2 . c) HSO„, HS, H 2 S0 4 , HN0 3 . d) HN0 3 , H 2 S0 4 , H 2 S, H 2 S0 3 . e) H 2 S0 3 , H 2 S, H 2 S0 4 , HN0 3 . (Enem-MEC) O enunciado abaixo servirá para as duas questões seguintes. Um dos problemas ambientais decorrentes da industria- lização é a poluição atmosférica. Chaminés altas lançam ao ar, entre outros materiais, o dióxido de enxofre (S0 2 ), que pode ser transportado por muitos quilômetros em poucos dias. Dessa forma, podem ocorrer precipitações ácidas em regiões distantes, causando vários danos ao meio ambiente (chuva ácida). 42 Um dos danos ao meio ambiente diz respeito à corrosão de certos materiais. Considere as seguintes obras: I. monumento Itamarati — Brasília (mármore); II. esculturas do Aleijadinho — MC (pedra sabão, con- tém carbonato de cálcio); III. grades de ferro ou alumínio de edifícios. A ação da chuva ácida pode acontecer em: a) I, apenas b) I e II, apenas c) I e III, apenas d) II e III, apenas e) I, II e III 43 Com relação aos efeitos sobre o ecossistema, pode-se afir- mar que: I. as chuvas ácidas poderiam causar a diminuição do pH da água de um lago, o que acarretaria a morte de algumas espécies, rompendo a cadeia alimentar; II. as chuvas ácidas poderiam provocar acidificação do solo, o que prejudicaria o crescimento de certos vegetais; III. as chuvas ácidas causam danos se apresentam valor de pH maior que o da água destilada. Dessas afirmativas está(ão) correta(s): a) I, apenas d) II e III, apenas b) III, apenas e) I e III, apenas c) I e II, apenas DESAFIOS Registre as respostas em seu caderno 44 (UFjF-MG) O composto Fe 2 0 3 • nH 2 0 é um dos compo- nentes da ferrugem, resultante da reação química que ocorre em ligas metálicas que contêm ferro, quando ex- postas ao ar atmosférico úmido. Na formação da ferru- gem, pode-se afirmar que: a) ocorre a oxidação do ferro. b) no composto Fe 2 0 3 - nH 2 0, o ferro possui número de oxidação igual a zero. c) ocorre a redução do ferro. d) o oxigênio sofre oxidação. e) não é necessária a presença de água para que a ferru- gem seja formada. 45 (Unirio-RJ) "Os grãos arrancados das dunas do deserto do Saara, no continente africano, sobem para a atmosfe- ra e formam um verdadeiro continente flutuante, de 5.000 quilômetros de extensão. Ao refletir a radiação do Sol de volta para o espaço, a areia faz o papel de filtro solar, contrabalançando o aquecimento do planeta, chamado de efeito estufa." Superinteressante, n a 9, setembro 1997, p. 12. Considerando que a areia é basicamente formada por Si0 2 , qual é a opção que contém o óxido com a mesma classificação do Si0 2 ? Capítulo 9 • Óxidos inorgânicos a) BaO c) Cí 2 0 7 e) U 2 0 b) CaO d) H 2 0 2 46 (Fuvest-SP) A criação de camarão em cativeiro exige, en- tre outros cuidados, que a água a ser utilizada apresente pH próximo de 6. Para tornar a água, com pH igual a 8,0, adequada à criação de camarão, um criador poderia: a) adicionar água de cal. b) adicionar carbonato de sódio sólido. c) adicionar solução aquosa de amónia. d) borbulhar, por certo tempo, gás carbônico. e) borbulhar, por certo tempo, oxigênio. 47 (Vunesp) Entre os peróxidos, apenas o peróxido de hidro- gênio (H 2 0 2 ) é molecular, todos os demais são iônicos. Peróxidos metálicos, como, por exemplo, peróxido de sódio (Na 2 0 2 ), ao reagirem com água, podem formar peróxido de hidrogênio mais o hidróxido metálico corres- pondente. No entanto, em meio alcalino, o peróxido de hidrogênio sofre decomposição, liberando gás oxigênio (0 2 ) e água. Com base nas informações dadas escreva: a) a equação química da reação entre peróxido de sódio e água; b) a equação química de decomposição do peróxido de hidrogênio em meio alcalino. 235 30/5/05, 9:51 Capitulo 09-QF1-PNLEM 235 48 (UFMG) A água oxigenada pode ser usada para a desin- fecção de ferimentos, promovida pelo oxigênio liberado na reação: H 2 0 2 (aq) ► H 2 0 (í) + ± 0 2 (g) Essa reação ocorre lentamente, em condições normais de armazenagem. Quando, porém, a água oxigenada entra em contato com um ferimento, observa-se um borbulhamento intenso. Com relação a esse fenômeno, é incorreto afirmar que: a) a decomposição da água oxigenada é acelerada quan- do em contato com um ferimento. b) o borbulhamento da água oxigenada, em contato com um ferimento, evidencia a vaporização dessa substância. c) o hidrogênio presente em H 2 0 2 mantém seu número de oxidação ao final da reação de decomposição. d) o oxigênio presente em H 2 0 2 é oxidado e reduzido na reação de decomposição. 49 (PUC-SP) Considere 4 elementos químicos representados por: X, A, B e C. Sabe-se que: • os elementos A e X pertencem ao mesmo grupo da Tabela Periódica; • A, B e C apresentam números atômicos consecutivos, sendo o elemento 8 um gás nobre. É correto afirmar que: a) o composto formado por A e C é molecular e sua fór- mula é AC. b) o composto formado por A e Cé iônico e sua fórmula é CA. c) o composto AX apresenta ligação coordenada, sendo sólido a 20 °C e 1 atm. d) os elementos A e X apresentam eletronegatividades idênticas por possuírem o mesmo número de elétrons na última camada. e) C é um metal alcalino-terroso e forma um composto molecular de fórmula CX 2 . 50 (Unicamp-SP) Freqüentemente tem-se recorrido à exumação de ossadas para investigação policial e arqueo- lógica. Os ossos que restaram após um longo período de sepultamento resistiram à ação do tempo por serem cons- tituídos, principalmente, por um tipo de fosfato de cálcio, muito estável, de fórmula genérica Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) x . a) Qual o nome do elemento químico que, no compos- to acima citado, aparece na forma de cátion? b) Consulte a Tabela Periódica e indique outro elemento que poderia substituir o cátion do referido composto. c) Determine o valor de x indicado na fórmula acima. Lembre-se de que a fórmula do ácido fosfórico é H 3 P0 4 . 51 (Fatec-SP) A figura a seguir mostra um fragmento da Ta- bela Periódica, no qual estão indicados alguns elemen- tos, suas respectivas massas atômicas e a fórmula do óxi- do comumente formado pelo elemento: Na Mg Aí 23,0 24,3 27,0 Na 2 0 MgO aí 2 o 3 K X Ga 39,1 ? 69,7 k 2 o ? Ga 2 0 3 Rb Sr In 85,5 87,6 114,8 Rb 2 Q SrO ln 2 Q 3 Com base nesses dados, qual é a alternativa que contém, respectivamente, um valor plausível para a massa atômi- ca e a provável fórmula do óxido do elemento identifica- do como X: a) 37,9; XO b) 41,0; XO c) 54,4; X 2 0 d) 55,9; X 2 0 e) 72,6; X 2 0 3 52 (UFMG) O monitoramento dos compostos nitrogenados presentes em águas poluídas é usado para avaliar o grau de decomposição da matéria orgânica presente nessas águas. Quanto maior o grau de decomposição da maté- ria orgânica, mais oxidado está o nitrogênio. Os resultados da análise de quatro amostras de água con- taminada indicaram a predominância das seguintes es- pécies nitrogenadas: Amostra de água Espécie nitrogenada predominante 1 n 2 II NHL III NO) IV NOL Com base nesses resultados, é correto afirmar que a amostra em que a matéria orgânica se encontra em está- gio mais avançado de decomposição é a: a) III b) IV c) II d) I 53 (UFPel-RS) Um dos nutrientes essenciais para as plantas é o nitrogênio que, apesar de abundante na atmosfera, não pode ser incorporado diretamente do ar. Por isso, usa- mos artifícios para aumentar a assimilação desse elemen- to, como a adubação nitrogenada e a fixação simbiótica, com o uso de bactérias do gênero Rhisobium. No processo de incorporação ao solo, o nitrogênio passa por diversas transformações até chegar à forma reduzida (amoniacal), que é absorvida pelas plantas, formando o chamado "ciclo do nitrogênio". Ciclo do nitrogênio Aerobiose no; no; Nitrificaçao (Forma reduzida) NHL sVf '' 0 ' 0 Podemos afirmar, sobre as seguintes estruturas, forma- das pelo nitrogênio: N 2 ; N0 2 ; N0 3 e NHL, que: I. o N 2 é uma substância simples. II. no íon NO; o nitrogênio possui N ox igual a +1 . III. o nome do óxido representado por N 2 0 é óxido nítrico. IV. o composto formado pela interação dos íons NO; e NHL é o nitrato de amónio. Estão corretas as afirmativas: a) I e IV b) I, II e III c) III e IV d) II e IV e) I, III e IV 236 Capitulo 09-QF1-PNLEM 236 30/5/05, 9:51 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. ITTT LI Tópicos do capítulo 1 Introdução 2 Balanceamento das equações químicas Classificações das reações químicas 4 Quando ocorre uma reação química? AS REAÇÕES QUÍMICAS 5 Resumo das principais reações envolvendo as funções inorgânicas Leitura: 0 vidro e o cimento Partida do ônibus espacial Endeavour. Apresentação do capítulo Nos capítulos iniciais deste livro , falamos em matéria e em suas transformações. Vimos que as transformações ou reações químicas produzem novos materiais e, muitas vezes, produzem também energia, que é usada para movimentar máquinas e veículos. Em seguida, por meio da teoria atômica, explicamos a estrutura dos átomos e suas ligações, para formar as substâncias da natureza. Mostramos também como os elementos químicos são agrupados na Tabela Periódica e como as substâncias inorgânicas são reunidas em funções. Vivemos em um mundo rodeado de reações químicas. Na cozinha, o preparo dos alimentos envolve reações químicas muito complexas. 0 próprio ato de comer dá início a uma série de reações químicas que ocorrem em nosso organismo e que sustentam a vida. Na partida, o ônibus espacial queima hidrogênio e gera nuvens de vapor d'água. Nos capítulos anteriores, já mencionamos várias reações químicas envolvendo ácidos, bases, sais e óxidos. Agora vamos ampliar o estudo das reações. Mostraremos como se pode prever e agrupar as reações químicas mais comuns. Capitulo 10A-QF1-PNLEM 237 ^ 29/5/05,20:16 A INTRODUÇÃO No capítulo 3, vimos que a reação química é um fenômeno em que os átomos permanecem praticamente intactos. Na reação química, as moléculas (ou aglomerados iônicos) iniciais são "desmon- tadas" e seus átomos são reaproveitados para "montar" as moléculas (ou aglomerados iônicos) finais. Veja uma representação esquemática (cores-fantasia) em que as moléculas foram bastante ampliadas: 2 moléculas de hidrogênio (H,) V 'V' 1 molécula de oxigênio (0 2 ) J São os reagentes que vão “desaparecer” durante a reação. (Aqui há um total de 6 átomos.) 2 moléculas de água (H,0) J São os produtos que “aparecem” após a reação. (Aqui reencontramos os mesmos 6 átomos reagrupados de forma diferente.) Podemos representar essa reação de maneira simplificada, escrevendo: 2 H 2 + 0 2 > 2 H 2 0 A essa representação damos o nome de equação química. Equação química é a representação simbólica e abreviada de uma reação química (ou fenômeno químico). Os músicos comunicam-se, por escrito, utilizando a notação musical; os matemáticos têm seus símbolos próprios; no trânsito, existem sinais a que os motoristas devem obedecer etc. Enfim, cada "tribo" se comunica a sua maneira. 0 0 Proibido ultrapassar Proibido mudar de faixa de trânsito Passagem de pedestres Área escolar Observe-se a direita Proibido trânsito de pedestres Alguns sinais de trânsito e seus significados. As equações químicas representam a escrita usada pelos químicos. É uma linguagem universal, isto é, não muda de uma língua para outra ou de um país para outro. Isso simplifica bastante a maneira de expressar um fenômeno ou reação química. Nas equações químicas, temos: 2 H 2 + 0 2 * 2 H 2 0 Reagentes Produtos (I 2 membro) (2 2 membro) • fórmulas (H 2 , 0 2 , H 2 0), que indicam quais são as substâncias participantes da reação química. No primeiro membro, aparecem os reagentes, isto é, as substâncias que entram em reação; no segundo membro, aparecem os produtos, isto é, as substâncias que são formadas pela reação. 238 Capitulo 10A-QF1-PNLEM 238 6/7/05, 14:46 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. • coeficientes estequiométricos ou simplesmente coeficientes (2, 1, 2), que indicam a propor- ção de moléculas que participam da reação (não é costume escrever o coeficiente 1, que fica, então, subentendido); o objetivo dos coeficientes é igualar o número total de átomos de cada elemento no primeiro e no segundo membros da equação. As fórmulas dão um sentido qualitativo, enquanto os coeficientes dão um sentido quantitativo às equações químicas. Nas equações químicas, o sinal A sobre a flecha indica aquecimento; o sinal / indica um gás que é liberta- do; o sinal * indica um sólido que se precipita. E ainda: (s) indica uma substância no estado sólido; (í), líquido; (g), gasoso; e (aq), aquoso, indica que a substância está dissolvida na água. 1 . 1 . Equações iônicas Quando uma reação envolve substâncias iônicas ou ionizadas, podemos escrever apenas os íons que nos interessam na explicação do fenômeno químico. Por exemplo: H + OH ► H 2 0 ação iônica Essa equação indica que um ácido forte (possuidor de H + ) reagiu com uma base forte (possuidora de OH ), formando água. Equação iônica é a equação química em que aparecem íons, além de átomos e moléculas. Seja a seguinte equação, escrita na forma comum: Zn + CuS0 4 — — ZnS0 4 + Cu Metal Sal Sal Metal (iônico) (iônico) Ela pode, também, ser escrita: Zn + Cu 2+ + SOf — — > Zn 2+ + SOf + Cancelando o SO 2 , que não reagiu (pois não se alterou), temos: Zn + Cu 2 ^ *• Zn 2 + Cu Equação iônica < C£ CO Em @ temos uma placa de zinco sendo mergulhada numa solução de sulfato de cobre. Em (b) pode-se observar depósitos de cobre ao redor da placa de zinco. Durante a reação química, o zinco da placa passa para a solução na forma de íons Zn 2+ e uma parte dos íons cobre Cu 2+ da solução passa para a placa na forma de cobre metálico (Cu). Capítulo 10 • As REAÇÕES QUÍMICAS 239 Capitulo 10A-QF1-PNLEM 239 29/5/05, 20:17 2 BALANCEAMENTO DAS EQUAÇÕES QUÍMICAS É importante ressaltar que uma equação química só está correta quando representa um fenômeno químico que realmente ocorre, por meio de fórmulas corretas (aspecto qualitativo) e coeficientes corretos (aspecto quantitativo). Lembrando que numa reação química os átomos permanecem praticamente "intactos", podemos enunciar o seguinte critério geral: Acertar os coeficientes ou balancear uma equação química é igualar o número total de átomos de cada elemento, no I 2 e no 2 - membros da equação. Existem vários métodos de balanceamento de uma equação química, porém o mais simples é o chamado método por tentativas, que segue as regras abaixo. Regras práticas Regra (a) — raciocinar com o elemento (ou radical) que aparece apenas uma vez no 1 e e no 2 2 membros da equação. Regra (b) — preferir o elemento (ou radical) que possua índices maiores. Regra (c) — escolhido o elemento (ou radical), transpor seus índices de um membro para outro, usando-os como coeficientes. Regra (d) — prosseguir com os outros elementos (ou radicais), usando o mesmo racio- cínio, até o final do balanceamento. I a exemplo — Balancear a equação: Aí + 0 2 *■ Aí 2 0 3 Regra (a) — indiferente para Aí ou O. Regra (b) — preferimos o O, que possui Regra (c) — Aí + índices maiores (2 e 3). 3 O, 2 Aí 2 0 _t 3 Regra (d) — agora só falta acertar o Aí: 4 Aí + 3 0 2 > 2 Aí 2 0 3 í 2-2 = 4 Í } Conclusão — 4 Aí + 3 0 2 * 2 AÍ 2 O s OBSERVAÇÃO No balanceamento, estamos mais interessados na proporção entre os coeficientes do que nos coeficien- tes em si. Por isso, podemos multiplicar ou dividir todos os coeficientes por um mesmo número. A equação 4 Aí + 3 0 2 — 2 Aí 2 0 equivale a 8 Aí + 6 0 2 — 4 Aí 2 0; ou a 2 Aí + 3 o 2 2 2 — ► aí 2 o 3 Entretanto, é sempre preferível a primeira representação, em que os coeficientes são números inteiros e os menores possíveis. 240 Capitulo 10A-QF1-PNLEM 240 29/5/05, 20:17 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 2 a exemplo — Balancear a equação: CaO + P 2 0 5 * Ca 3 (P0 4 ) 2 Regra (a) — devemos raciocinar com o Ca ou o P, porque o O já aparece duas vezes no I 2 membro (no CaO e no P 2 O s ). Regra (b) — preferimos o Ca, que possui índices maiores (1 e 3). Regra (c) — 3 Ca 3 O + P 2 O s ► 1 Ca 3 (P0 4 ) 2 j I i Regra (d) — por fim, acertamos o P: 3 CaO + 1 P 2 O s ► 1 Ca^O,), í 12 = 2 f t Conclusão — 3 CaO + P 2 O s *- Ca 3 (P0 4 ) 2 Observe que, na equação final, o oxigênio ficou automaticamente acertado com 3 + 5 = 4- 2 = 8 átomos, antes e depois da reação. Observe também que, embora na equação final não seja necessário escrever o coeficiente 1, é prudente conservá-lo até o final, para lembrar que ele já foi acertado. 3 a exemplo — Balancear a equação: AÍ(OH) 3 + h 2 so 4 AÍ 2 (S0 4 ) 3 + h 2 o Regra (a) — devemos raciocinar com o Aí, o S ou com o radical S0 4 (e não com o H e o O, que aparecem várias vezes). Regra (b) — preferimos o S0 4 “, que apresenta índices maiores (1 e 3). Regra (c) — Al(OH) 3 + 3 H 2 (S0 4 ) , ► 1 Al 2 (S0 4 ) 3 + H 2 0 í ' f I Regra (d) — prosseguimos com o Aí: 2 AÍ(OH) 3 + 3 H 2 S0 4 ► 1 AÍ 2 (S0 4 ) 3 + H 2 0 t 12 = 2 I t Finalmente, o coeficiente da água pode ser acertado pela contagem dos H ou dos O: 2 AÍ(OH) 3 + 3 H 2 S0 4 > AÍ 2 (S0 4 ) 3 + 6 H 2 0 HnVjrKfSV Responda em seu caderno a) O que é equaçao química? b) O que é equação iônica? c) O que e balancear uma equaçao qui- ]£( ig'j mica? \ * \. 1 EXERCÍCIOS 7 “ — : Registre as respostas e m seu caderno 1 (Mackenzie-SP) Aquecido a 800 °C, o carbonato de cál- cio decompõe-se em óxido de cálcio (cal virgem) e gás carbônico. A equação corretamente balanceada, que corresponde ao fenômeno descrito, é: (Dado: Ca — metal alcalino-terroso.) a) CaC0 3 *- 3 CaO + C0 2 b) CaC 2 ► Ca0 2 + CO c) CaC0 3 ► CaO + C0 2 d) CaC0 3 ► CaO + 0 2 e) CaC0 3 >- Ca + C + 0 3 2 (Mackenzie-SP) A água oxigenada, usada para limpar ferimentos, é uma solução aquosa de peróxido de hidro- gênio que, na presença de luz, decompõe-se em água e gás oxigênio. A alternativa que possui essa reação corre- tamente equacionada e balanceada é: Luz H 2 0 2 (aq) h 2 (g) + 0 2 (g) H 2 0 2 (aq) Luz H 2 0 (líq) 0 2 (g) H 2 0 2 (aq) Luz 2 H 2 0 (líq) 0 2 (g) 2 H 2 0 2 (aq) Luz 2 H 2 0 (líq) 0 2 (g) 2 H 2 0 2 (aq) Luz 2 H 2 0 (líq) + H 2 (g) Capítulo 10 • As REAÇÕES QUÍMICAS 241 Capitulo 10A-QF1-PNLEM A 29/5/05, 20:17 (PUC-RJ) O óxido de alumínio (Aí 2 0 3 ) é utilizado como antiácido. A reação que ocorre no estômago é: x Aí 2 0 3 + y HCl »■ z AÍCÍ 3 + w H 2 0 Os coeficientes x, y, z e w são, respectivamente: a) 1, 2, 3, 6 c) 2, 3, 1, 6 e) 4, 2, 1, 6 b) 1 , 6, 2, 3 d) 2, 4, 4, 3 4 (UFMG) A equaçao Ca(OH) 2 2 T i ijru 3 - Ca 3 (P0 4 ) 2 não está balanceada. Balanceando-a com os menores números possíveis, a soma dos coeficientes estequio- métricos será: 4 b) 7 c) 1 0 d) 1 1 e) 1 2 + a) (Fatec-SP) Uma característica essencial dos fertilizantes é a sua solubilidade em água. Por isso, a indústria de ferti- lizantes transforma o fosfato de cálcio, cuja solubilidade em água é muito reduzida, num composto muito mais solúvel, que é o superfosfato de cálcio. Representa-se esse processo pela equação: Ca,(P0 4 ) 2 + y H 2 S0 4 ► Ca(H 2 P0 4 ) 2 + 2 CaS0 4 onde os valores de x, y e z são, respectivamente: a) 4, 2 e 2 c) 2, 2 e 2 e) 3, 2 e 2 b) 3, 6 e 3 d) 5, 2 e 3 (Unifor-CE) O coeficiente estequiométrico do 0 2 na equa- ção 2 Fe + 0 2 *- Fe 2 0 3 é corretamen- te indicado pelo número: a) 1,0 b) 1,5 c) 3 d) 3,5 e) 5 7 (Fuvest-SP) A seqüência de reações: x KHC0 3 ► M + C0 2 + H 2 0 C0 2 + Ba(OH) 2 <- N + H 2 0 ficará correta se x, M e N forem substituídos, respectiva- mente, por: a) 1, K 2 C0 3 e Ba 2 C0 3 b) 1, K 2 0 2 e Ba 2 C c) 2, K 2 0 e BaHC0 3 d) 2, K 2 C0 3 e Ba 2 HC0 3 e) 2, K 2 C0 3 e BaC0 3 8 (Mackenzie-SP) * 'CO Supondo que e signifiquem átomos diferen- tes, então o esquema acima representará uma reação quí- mica balanceada se substituirmos as letras x, y e w, res- pectivamente, pelos valores: a) 3, 2 e 2 b) 1, 2 e 3 c) 1 , 2 e 2 d) 2, 1 e 3 e) 3, 1 e 2 CLASSIFICAÇÕES DAS REAÇÕES QUÍMICAS As reações químicas podem ser classificadas segundo vários critérios. Por exemplo: • quando uma reação libera calor, nós a chamamos de exotérmica (do grego: exo, "para fora"; thermos, calor); é o caso da queima do carvão: C + 0 2 ► C0 2 + calor • pelo contrário, quando uma reação consome calor para se processar, nós a chamamos de endotérmica (do grego: endo, "para dentro"; thermos, calor); é o caso da reação: N 2 + 0 2 + calor *• 2 NO No momento, a classificação que mais nos interessa é a que agrupa as reações em: • reações de síntese ou de adição; • reações de análise ou de decomposição; • reações de deslocamento ou de substituição ou de simples troca; • reações de dupla troca ou de dupla substituição. 3.1. Reações de síntese ou de adição Ocorrem quando duas ou mais substâncias reagem, produzindo uma única substância mais com- plexa. Por exemplo: C S CaO + o 2 o 2 A co; so; “T + h 2 o Ca(OH) A reação de síntese é denominada: • síntese total — quando partimos apenas de substâncias simples (I 2 e 2° exemplos anteriores); • síntese parcial — quando, entre os reagentes, já houver no mínimo uma substância composta (3 e exemplo anterior). 242 Capitulo 10A-QF1-PNLEM 242 29/5/05, 20:18 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 3.2. Reações de análise ou de decomposição Ocorrem quando uma substância se divide em duas ou mais substâncias de estruturas mais sim- ples. Por exemplo: 2 HgO — 2 Hg + O,'; 2 KCIO, ► 2 KCÍ + 3 0 2 ^ a 2/ 3 Mn0 2 Certas reações de análise ou de decomposição recebem nomes especiais, como: • pirólise — decomposição pelo calor (na indústria é chamada também de calcinação); 2 Cu(NO b ) 2 A — - 2 CuO + 4 NO, + o£ Sólido azul Sólido preto Gás vermelho Gás incolor Em @ temos cristais de nitrato de cobre (Cu(NO a ) 2 ). Em (b) os cristais de nitrato de cobre são aquecidos (pirólise do nitrato de cobre), formando o óxido cúprico (CuO), que é um sólido preto, com desprendimento do dióxido de nitrogênio (N0 2 ), gás com coloração avermelhada, e oxigênio, que é um gás incolor. • fotólise — decomposição pela luz Luz h 2 o + • eletrólise — decomposição pela eletricidade Eletrólise h 2 + 3.3. Reações de deslocamento ou de substituição ou de simples troca Ocorrem quando uma substância simples reage com uma substância composta e "desloca" desta última uma nova substância simples: Cu + 2 AgN0 3 ► Cu(N0 3 ) 2 + 2 Ag 9 CJ I < cc Em @ temos uma fita de cobre numa solução de nitrato de prata (AgN0 3 ). À medida que a reação se processa, a fita vai ficando prateada e a solução de nitrato de prata vai ficando azulada (§). Trata-se de uma reação de deslocamento (substituição ou simples troca). A prata presente na solução vai sendo deslocada pelo cobre presente na fita. Os íons cobre em solução são responsáveis pelo tom azulado. As reações indicadas abaixo também são exemplos de reação de deslocamento ou de substituição ou de simples troca. Fe + CuS0 4 ► FeSQ 4 + Cu,; Fe + 2 HCÍ ► FeCl 2 + H/ Capítulo 10 • As REAÇÕES QUÍMICAS 243 Capitulo 10A-QF1-PNLEM 243 29/5/05, 20:18 3.4. Reações de dupla troca ou de dupla substituição Ocorrem quando dois compostos reagem, permutando entre si dois elementos ou radicais e dan- do origem a dois novos compostos: NaCÍ + AgN0 3 FeS + 2 HCÍ AgCÍ, + NaN0 3 FeCÍ 2 + H 2 S' A própria reação de salificação (ácido + base) é um exemplo de reação de dupla troca: HCÍ + NaOH NaCÍ + HOH (ou H 2 0) O MAGO DE ID Parker e Hart Responda em seu caderno a) Quando uma reação química pode ser classificada como reação de síntese? b) Quando uma reação química pode ser classificada como reação de análise? c) O que ocorre em uma reação de deslocamento? d) O que ocorre em uma reação de dupla troca? IC EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno 9 (Mackenzie-SP) I. P 2 O s + 3 H 2 0 ► 2 H 3 P0 4 II. 2 KCÍOj ► 2 KCÍ + 3 0 2 III. 3 CuS0 4 + 2 Aí * AÍ 2 (SO„) 3 + 3 Cu As equações I, II e III representam, respectivamente, rea- ções de: a) síntese, análise e simples troca. b) análise, síntese e simples troca. c) simples troca, análise e análise. d) síntese, simples troca e dupla troca. e) dupla troca, simples troca e dupla troca. 10 (UFPA) Dadas as seguintes reações químicas: a) NH 3 (g) + HCÍ (g) - NH 4 CÍ(Í) b) 2 H 2 0 2 (aq) ► 2 H 2 0 (í) + 0 2 (g) c) NaOH (aq) + HCÍ(aq) ► NaCÍ(aq) + H 2 0(í) d) Zn (s) + H 2 S0 4 (aq) *• ZnS0 4 (aq) + H 2 (g) e) CaO (s) + H 2 0 (í) * Ca(OH) 2 (aq) Leia as afirmativas a seguir. 1 . Reação de simples troca. 2. Reação de síntese, tendo como produto um sal. 244 3. Reação de síntese, tendo como produto uma base. 4. Reação de análise. 5. Reação de dupla troca. A seqüência que associa corretamente as reações quími- cas com as afirmativas é: a) dl, a2, e3, b4, c5 b) ai, e2, b3, d4, c5 c) dl, a2, e3, c4, b5 d) cl, b2, e3, a4, d5 e) dl, e2, a3, c4, b5 1 1 (UFPA) Observe as reações I e II abaixo: I. NH 3 + HCÍ ► NH 4 CÍ II. 2 HgO — * 2 Hg + 0 2 Podemos afirmar que I e II são, respectivamente, rea- ções de: a) síntese e análise. b) simples troca e síntese. c) dupla troca e análise. d) análise e síntese. e) dupla troca e simples troca. Capitulo 10A-QF1-PNLEM 244 29/5/05, 20:18 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 12 (Mackenzie-SP) Dadas as equações: I. CuCÍ 2 + H 2 S0 4 * CuSO„ + 2 HCl II. CuS0 4 + 2 NaOH *- Cu(OH) 2j + Na 2 S0 4 A III. Cu(OH) 2 ► CuO + H 2 0 A classificação da reação equacionada e o nome do composto assinalado em negrito são: a) em I, dupla troca e sulfato de cobre I. d) em III, análise e óxido cuproso. b) em III, síntese e óxido cúprico. e) em I, simples troca e sulfato de cobre II. c) em II, dupla troca e hidróxido cúprico. 13 (UCS-RS) A transformação representada pelo esquema abaixo evidencia: a) uma mistura homogênea. c) uma reaçao química. e) um processo de síntese. b) uma mistura heterogênea. d) um fenômeno físico. EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES R l^ eu as C ademo tas 14 Considerando as reações químicas abaixo: I. CaC0 3 *• CaO + C0 2 II. AgN0 3 + NaCÍ *• AgCÍ + NaN0 3 III. 2 KCÍ0 3 ► 2 KCÍ + 3 0 2 é correto dizer que: a) a reação I é de síntese. c) a reação III é de adição. e) a reação III é de decomposição. b) a reação II é de deslocamento. d) a reação I é de simples troca. 15 (Unirio-RJ) I. Zn +2 AgNO, ► 2 Ag + Zn(N0 3 ) 2 II. (NH 4 ) 2 Cr 2 0 7 *■ N 2 + Cr 2 0 3 + 4 H 2 0 III. 2 Mg + 0 2 ► 2 MgO IV. C í 2 + 2 NaBr ► Br 2 + 2 NaCÍ V. H 2 S0 4 + Na 2 C0 3 <- Na 2 S0 4 + H 2 0 + C0 2 Dadas as reações acima, indique a opção que apresenta a ordem correta de suas classificações: a) deslocamento; decomposição; síntese; deslocamento; dupla troca b) deslocamento; síntese; decomposição; deslocamento; dupla troca c) dupla troca; decomposição; síntese; dupla troca; deslocamento d) dupla troca; síntese; decomposição; dupla troca; deslocamento e) síntese; decomposição; deslocamento; dupla troca; dupla troca 16 (Mackenzie-SP) A emulsão colocada em películas para fazer filmes fotográficos é preparada adicionando-se uma solução de nitrato de prata (AgN0 3 ) a uma mistura que contém gelatina e brometo de potássio (KBr), dissolvidos em água. Ocorre, então, uma reação formando-se um sal de prata na forma de cristais amarelos insolúveis em água. O tipo de reação que ocorre e a fórmula desses cristais são, respectivamente: a) neutralização e AgBr. c) precipitação e KN0 2 . e) dupla troca e AgBr. b) simples troca e Ag 2 0. d) oxidação e AgN0 3 . 17 Quando uma solução de hidróxido de sódio é adicionada a uma solução de sulfato férrico, forma-se um precipitado casta- nho de Fe(OH) 3 . A equação que melhor representa esse processo é aquela que só representa os participantes essenciais da reação. Trata-se da equação: a) j Fe 2 (S0 4 ) 3 + 3 NaOH *- Fe(OH) 3 + J- Na 2 S0 4 b) Fe 3+ + 3 OH~ ► Fe(OH) 3 c) 2 Fe 3+ + 3 SÓ, 2- + 6 Na + + 6 OH~ ► Fe(OH) 3 + 3 S0 4 2- + 6 Na + d) 2 Fe 3+ + 3 SOr ► Fe 2 (S0 4 ) 3 e) 3 SOr + 6 Na + * 3 Na 2 S0 4 Capítulo 10 • As REAÇÕES QUÍMICAS 245 Capitulo 10A-QF1-PNLEM 245 29/5/05, 20:19 A D QUANDO OCORRE UMA REAÇÃO QUÍMICA? Para duas substâncias reagirem quimicamente, é necessário que: a) suas moléculas sejam postas em contato do modo mais eficaz possível. É por isso que uma reação no estado gasoso é, em geral, mais fácil e rápida que no estado líquido; e neste, em geral, mais fácil e rápida que no estado sólido. Entre sólidos a reação é normalmente muito difícil, pois falta "contato" entre suas moléculas; daí, o costume de "pulverizar" os reagentes sólidos, ou o que é, em geral, melhor: procurar dissolver os sólidos na água ou em outro solvente apropriado; b) os reagentes tenham uma certa afinidade química, ou seja, uma certa tendência a reagir. Embora seja fácil constatar que existem reagentes mais reativos e outros menos reativos, devemos avisar que o estudo da reatividade e da afinidade química é bastante complexo. Entretanto, para as reações comuns, podemos indicar certos critérios que permitem prever quais serão os produtos forma- dos, a partir de determinados reagentes. E o que vamos explicar a seguir. 4.1. Reações de oxirredução Para que uma reação de oxirredução ocorra, um dos reagentes deve apresentar a tendência de ceder elétrons, e o outro, de receber elétrons. Em relação a essas tendências, é fundamental destacar o comportamento dos metais e o dos não-metais. a) Comportamento dos metais Os metais têm sempre tendência para ceder elétrons; conseqüentemente, eles se oxidam e agem como redutores. Os químicos, comparando vários metais, conseguiram determinar quais são os metais que têm maior tendência e quais os que têm menor tendência para ceder elétrons. Daí surgiu a fila da reatividade ou fila de tensões eletrolíticas, que é dada parcialmente a seguir: K Ba Ca Na Mg Aí Zn Fe H Cu Hg Ag Au Metais alcalinos e alcalino-terrosos Metais comuns Metais nobres Reatividade (eletropositividade) crescente Nessa fila, qualquer metal mais reativo irá deslocar o menos reativo. Em outras palavras, qualquer metal pode deslocar (ceder elétrons) outro metal situado mais à direita na fila. Mg + HgS0 4 MgS0 4 + Hg t Fe + CuCl, FeCÍ, + Cu. Ag + Al(N0 3 ) 3 Impossível, pois o Ag está mais à direita que o Aí na fila. Um caso particular é o das reações de metais com ácidos (veja a posição do hidrogênio na fila): Zn + 2 HCÍ Zn Cl, + H,' 246 Capitulo 10A-QF1-PNLEM 246 29/5/05, 20:19 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Esse tipo de reação pode ser usado para obter hidrogênio, no laboratório, com a aparelhagem representada abaixo: Produção de H 2 em laboratório Outros exemplos de reações de metais com ácidos são: ^ Fe + H 2 S0 4 Au + HCÍ FeS0 4 + H/ Impossível, pois o Au está mais à direita que o H na fila. *■ O HN0 3 e o FI 2 SO 4 concentrados reagem com os metais nobres, dando reações de oxirredução mais complicadas: 3 Cu + 8 HNO 3 — 3 Cu(N0 3 ) 2 + 4 H 2 0 + 2 NO Ag + 2 HN0 3 — ► AgN0 3 + h 2 o + no' Cu + 2 H 2 S0 4 — - CuS0 4 + 2 H 2 0 + so 2 ' Nesses casos, além do sal correspondente e da água, o FIN0 3 produzirá NO ou N0 2 , o H 2 S0 4 produzirá S0 2 , mas nunca será produzido o H 2 , pois os metais nobres, estando depois do H na fila de reatividade, não poderão deslocá-lo de um ácido. b) Comportamento dos não-metais Os não-metais têm sempre tendência para receber elétrons; conseqüentemente, os não-metais se reduzem e agem como oxidantes. Podemos também arrumar os não-metais em uma fila de reatividade. F O Cí Br I S Reatividade (eletronegatividade) crescente Qualquer não-metal desta fila pode deslocar (receber elétrons) de outro não-metal situado mais à direita na fila. Cí 2 I2 + 2 NaBr — — ► 2 NaF + -e + Na 2 S — — 2 NaCÍ + + NaCÍ — — * Impossível, Br 2 S pois o I está mais à direita que o Cí na fila. Capítulo 10 • As REAÇÕES QUÍMICAS 247 Capitulo 10A-QF1-PNLEM 247 29/5/05, 20:19 SÉRGIO DOTTA/THE NEXT-CID A 4.2. Reações que não são de oxirredução As mais importantes, nesse caso, são as reações de dupla troca. Elas ocorrem nas três situações descritas a seguir. a) Quando um dos produtos for menos solúvel que os reagentes Uma reação de dupla troca pode acontecer desde que tenhamos reagentes solúveis e ao menos um produto insolúvel, que irá formar um precipitado. (Lembre-se de que a maior parte das reações ocorre em solução aquosa.) NaCÍ + AgN0 3 * AgCÍ ( + NaN0 3 Fe 2 (S0 4 ) 3 + 6 NaOH ► 2 Fe(OH) 3j + 3 Na 2 S0 4 Ao se adicionar uma solução aquosa de nitrato de prata (AgN0 3 ) a uma solução aquosa de cloreto de sódio (NaGl), é possível observar a formação de um precipitado branco, que é o cloreto de prata (AgCl). Ao se adicionar uma solução aquosa de hidróxido de sódio (NaOH) a uma solução aquosa de sulfato férrico (Fe 2 (S0 4 ) 3 ), também ocorre formação de precipitado, que neste caso é o hidróxido de ferro III (Fe (OH) 3 ), de cor castanho-avermelhada. No estudo das funções inorgânicas vimos que: • os ácidos são, em geral, solúveis em água; • as bases (exceto as bases dos metais alcalinos e o NH 4 OH) são pouco solúveis em água; • foi dada uma tabela de solubilidade dos sais normais (página 209). Com essas informações, você estará apto a prever um grande número de reações de dupla troca que ocorrem em soluções aquosas. b) Quando um dos produtos for mais volátil que os reagentes Uma reação de dupla troca pode acontecer se houver pelo menos um produto volátil. FeS + 2 HCÍ * FeCÍ 2 + H 2 S 2 NaCÍ + h 2 so 4 — Na 2 S0 4 + 2 HCí' 2 NaN0 3 + h 2 so 4 — Na 2 S0 4 + 2 HNO' As duas últimas equações indicam processos de preparação, < 2 m laboratório, do HCÍ e do HNQ 3 respectivamente. Para isso utiliza-se a aparelhagem indicada na página anterior, colocando-se NaCÍ (ou NaN0 3 ) sólido no balão e gotejando H 2 S0 4 concentrado. Os exemplos mais importantes de produtos gasosos que tendem a escapar do sistema em reação são os ácidos HF, HCÍ, HBr, Hl, H 2 S e HCN. Pelo contrário, o H 2 S0 4 é muito pouco volátil (ácido fixo), servindo, então, para produzir outros ácidos. Três casos importantes de desprendimento gasoso são devidos às seguintes decomposições espontâneas: h 2 co 3 — ► h 2 o + n O h 2 so 3 — ► h 2 o + so 2 nh 4 oh — ► nh 3 " + h 2 o 248 Capitulo 10A-QF1-PNLEM 248 29/5/05, 20:20 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Por esse motivo, em toda reação de dupla troca, em que deveria haver produção de H 2 C0 3 , H 2 S0 3 ou de NH 4 OH, teremos, na realidade, água e C0 2 , água e S0 2 ou água e NH 3 , respectivamente: Na 2 CQ 3 + H 2 S0 4 Na 2 SQ 4 + H 2 Q + C0 2 V Qfi 1 9 uri ► 9 v r~ ú + fesel h 2 o + so 2 1 Z 1 IC-C- * Z l\LX MU r C _j_ M-iHU + hjÊLfGfl nh' + h 2 o lNn 4 LX ~r l\iaCJn * iNacx i Efervescência decorrente da mistura de uma solução de ácido sulfúrico (H 2 S0 4 ) com carbonato de cálcio (CaC0 3 ). As bolhas observadas durante a efervescência são decorrentes da liberação de gás carbônico (C0 2 ) obtido como produto da reação entre as substâncias iniciais. c) Quando um dos produtos for menos ionizado que os reagentes Uma reação de dupla troca pode ocorrer se houver entre os produtos um eletrólito mais fraco que os reagentes ou um composto molecular. Nesse caso, o exemplo mais comum é a reação de salificação, em que forma um sal (composto iônico) e a água (composto molecular): HCÍ + NaOH — NaCÍ + h 2 o lonizável Iônico Iônico Molecular h 2 so 4 + 2 KOH — k 2 so 4 + 2 H 2 0 lonizável Iônico Iônico Molecular Outro caso que podemos mencionar é o de um ácido (ou base) mais forte deslocando, de um sal, + 2 NaNO, * Na 2 S0 4 + 2 HN0 2 ' v 1 Ácido fraco + NH 4 CÍ > NaCÍ + NH 4 OH Base fraca ■TCVTrXfTH Responda em seu caderno a) O que é necessário para que uma reação química possa ocorrer? b) Quando um elemento deslocará outro elemento de um composto? c) Quando ocorre uma reação de dupla troca? o ácido (ou base) mais fraco: h 2 so 4 Ácido forte NaOH Base forte Capítulo 10 • As REAÇÕES QUÍMICAS 249 Capitulo 10A-QF1-PNLEM 249 29/5/05, 20:20 EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno 18 (UFSM-RS) Na Aí Mn Zn Cr Fe Ni Sn Pb H Cu Hg Ag Au < Aumenta a oxidação Analisando a série eletromotriz, que fornece a reatividade dos metais, indique qual é a reação que irá ocorrer espontaneamente: a) 2 Aí (s) + 3 Cu 4 S0 4 (aq) ► c) Cu (s) + NaCÍ (aq) »■ e) Pb (s) + ZnS0 4 (aq) ► b) 3 Ag (s) + FeCÍ 3 (aq) ► d) Ag (s) + CuS0 4 (aq) ► 19 (UFSM-RS) ► Zn Fe Ni Cu Ag Pt Au < Segundo a série de reatividade química, a seta para a direita indica o aumento da facilidade de redução dos íons e a seta para a esquerda indica o aumento da facilidade de oxidação dos metais. Assim, ocorre, espontaneamente, somente na reação: a) Cu + Fe 2+ » c) Ni + Au + * e) Pt + Cu 2+ » b) Fe + Zn 2+ ► d) Ag + Ni 2+ ► 20 (Mackenzie-SP) Na reação entre zinco e ácido clorídrico, há a formação de um gás altamente inflamável. Esse gás é o: a) gás oxigênio. b) gás carbônico. c) gás hidrogênio. d) gás cloro. e) monóxido de carbono. 21 (Mackenzie-SP) A reação de sódio metálico com água produz uma solução fortemente alcalina e gás hidrogênio que se desprende. A equação que representa essa reação é: Dados: Na (Z = 1 1 ); O (Z = 8); H (Z = 1 ). a) Na (s) + H 2 0 (í) *■ Na 1+ (aq) + OH 1 " (aq) + 0 2 (g) b) 2 Na (s) + H 2 0 (í) ► 2 Na 1+ (aq) + 0 2 (g) + H 2 (g) c) 2 Na (s) + H 2 0 (í) 2 Na 1+ (aq) + H 1 " (aq) + 0 2 (g) d) 2 Na (s) + 2 H 2 0 (í) *- 2 Na 1+ (aq) + 2 OH 1 " (aq) + H 2 (g) e) Na (s) + 2 H 2 0 (í) > Na ,+ (aq) + OH'"(aq) + H 3 0 1+ (aq) 22 (Ceeteps-SP) As equações seguintes representam transformações químicas de que o ácido sulfúrico é um dos participantes. I. Mg (s) + 2 H + (aq) <- Mg 2+ (aq) + H 2 (g) II. 2 H + (aq) + C0 3 2 " (aq) H 2 0 (í) + C0 2 (g) III. Ca 2+ (aq) + SO 2 " (aq) ► CaS0 4 (s) IV. H + (aq) + OH" (aq) ► H 2 0 Representam, respectivamente, uma oxirredução e uma neutralização as equações: a) III e IV b) II e III c) I e II d) I e III e) I e IV 23 (PUC-MC) Quando se "limpa" o mármore (carbonato de cálcio) com ácido muriático (ácido clorídrico), observa-se uma "fervura", que é o desprendimento do gás carbônico, um dos produtos da reação juntamente com água e cloreto de cálcio. A equação química que mais bem representa essa reação é: a) Ca(OH) 2 + Ca ► Ca(C0 2 ) 2 + HCÍ * CaCl 2 + H 2 0 b) Ca(OH) 2 + 2 HCÍ C ° 2 ► CaCÍ 2 + H 2 0 c) CaC0 3 + C0 2 — — — ► CaCÍ 2 + HCÍ HCÍ. d) Ca(OH) 2 + C0 2 ► CaCÍ 2 + H 2 0 e) CaC0 3 + 2 HCÍ ► CaCÍ 2 + H 2 0 + CO,'' 24 (EEM-SP) A acidez elevada do solo dos cerrados prejudica a agricultura; dispondo das seguintes substâncias: CaS0 4 , NH 4 N0 3 e CaC0 3 , com a finalidade única de corrigir a acidez do solo, qual substância seria a indicada? Por quê? 25 (Unicamp-SP) Um fermento químico utilizado para fazer bolos é o sal bicarbonato de amónio, também chamado de "car- bonato ácido de amónio". Quando aquecido, esse sal se decompõe em dióxido de carbono (gás carbônico), amónia e água. Escreva a equação química desse processo e explique como essa reação favorece o crescimento do bolo. 26 (Fuvest-SP) Para distinguir uma solução aquosa de ácido sulfúrico de outra de ácido clorídrico, basta adicionar a cada uma delas: a) um pouco de solução aquosa de hidróxido de sódio, d) uma porção de carbonato de sódio. b) um pouco de solução aquosa de nitrato de bário. e) gotas de fenolftaleína. c) raspas de magnésio. 27 (PUC-Campinas-SP) Cátions de metais pesados como Hg 2+ e Pb 2+ são alguns dos agentes da poluição da água de muitos rios. Um dos processos de separá-los pode ser pela precipitação como hidróxido (OH ) e cromato (CrO 2 ). As fórmulas desses precipitados são: a) Hg 2 (OH) 2 e Pb 2 Cr0 4 c) Hg(OH) 3 e Pb 2 (Cr0 4 ) 3 e) Hg(OH) 2 e PbCrO, b) Hg 2 OH e PbCrO, d) Hg(OH) 2 e Pb(Cr0 4 ) 2 250 Capitulo 10A-QF1-PNLEM 250 29/5/05, 20:20 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 28 (Cesesp-PE) Quais dos pares de íons seguintes formarao precipitados quando se misturam suas soluções diluídas? 1. Na + , SOr 3. K + , Cr 5. Na + , Br 2. Ag + , Cr 4. Ba 2+ , SO 2 a) 2 e 4 d) 3 e 4 b) 1 e 4 e) 2, 4 e 5 c) 2 e 5 29 (PUC-Campinas-SP) Para evitar a poluição dos rios por cromatos, há indústrias que transformam esses ânions em cátions Cr 3+ (reação I). Posteriormente, tratados com cal ou hidróxido de sódio (reação II), são separados na for- ma do hidróxido insolúvel. As representações dessas transformações reação I Cr0 4 ~ (aq) *■ Cr 3+ (aq) reação II Cr 3+ (aq) *■ Cr(OH) 3 (s) indicam tratar-se, respectivamente, de reações de: a) oxidação e redução. b) redução e solvatação. c) precipitação e oxidação. d) redução e precipitação. e) oxidação e dissociação. EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno 30 (Univali-SC) Em um experimento, coloca-se um prego dentro de um béquer contendo ácido clorídrico e verifi- ca-se uma efervescência ao redor do prego. E correto afirmar que: a) a efervescência ocorre devido ao aumento de tempe- ratura do ácido, fazendo com que o mesmo entre em ebulição. b) há desprendimento do gás hidrogênio que se forma na reação de ferro com ácido clorídrico. c) há eliminação de gás oxigênio. d) há desprendimento de gás cloro devido à presença do ácido clorídrico. e) há desprendimento de gás cloro devido à presença de ácido clorídrico. 31 (UFRR|) Os metais alcalinos são moles e extremamente reativos, reagindo explosivamente com a água. Dentre as equações, a que representa sua reação com a água é: a) X(s) 4- h 2 o (l) — ► XH (aq) + h 2 (g) b) X(s) 4- h 2 o (l) — — ► XOH (aq) 4- h 2 o (l) c) X (s) 4- h 2 o (l) — — ► XOH (aq) d) X (s) 4- h 2 o (l) — — *• XOH (aq) 4- 0 2 (g) e) X (s) 4- h 2 o (l) — — ► XOH (aq) 4- h 2 (g) 32 (Mackenzie-SP) Cu(N 0 3 ) 2 + Ag ► (Não ocorre reação.) 2 AgNO, + Cu ► Cu(N0 3 ) 2 + 2 Ag CuS0 4 + Zn *- ZnS0 4 + Cu ZnS0 4 -I- Cu ► (Não ocorre reação.) Os resultados observados nas experiências acima equacionadas nos permitem afirmar que a ordem decres- cente de reatividade dos metais envolvidos é: a) Zn Cu Ag c) Cu Zn Ag e) Zn Ag Cu b) Ag Cu Zn d) Ag Zn Cu 33 (Uniderp-MS) A reação de um metal com um não-metal é classificada como de: a) deslocamento. d) oxirredução. b) dupla troca. e) substituição. c) decomposição. 34 (Uniderp-MS) A efervescência que se verifica quando se mis- turam soluções aquosas de H 2 S0 4 e de Na 2 C0 3 , deve-se à: a) liberação de íons H + . b) formação de precipitado. c) decomposição do ânion S0 4 C d) formação de C0 2 . e) reação de deslocamento. 35 (Mackenzie-SP) BaCÍ 2 4- Na 2 Cr0 4 A 4- B ^ Na equação acima, a fórmula e o nome do precipitado são: a) NaCl e cloreto de sódio. b) Ba 2 Cr0 4 e dicromato de bário. Capítulo 10 • As REAÇÕES QUÍMICAS c) BaCr0 4 e cromato de bário. d) BaCt 2 e cloreto de bário. e) CrCl 3 e cloreto de cromo III. 36 (Mackenzie-SP) C0 2 + Ca 2 (OH) 2 ► CaC0 3 + H 2 0 CaC0 3 4- H 2 0 + C0 2 ► Ca(HC0 3 ) 2 No decorrer de uma experiência, realizada em duas eta- pas, foram feitas as seguintes observações: • borbulhando-se gás carbônico na água de cal (solução aquosa de Ca(OH) 2 ), a solução turvou; • continuou-se a borbulhar gás carbônico na água de cal por mais um certo tempo e notou-se que a solu- ção, antes turva, tornou-se límpida e transparente. Com base nessas observações e nas equações acima, pode-se afirmar que: a) formam-se dois precipitados diferentes nas duas etapas. b) somente na etapa inicial, há a formação de uma subs- tância solúvel em água. c) em ambas as etapas formam-se substâncias solúveis em água. d) na primeira etapa, ocorre a precipitação de carbonato de cálcio, enquanto, na segunda etapa, o sal formado é solúvel em água. e) nas duas etapas, o sal obtido é o mesmo. 37 (Fuvest-SP) Nitrato de bário pode ser preparado, em meio aquoso, através das transformações químicas abaixo: Na,CO, HNO, BaCl 2 - * BaC0 3 * Ba(N0 3 ) 2 Etapa 1 Etapa 2 Nas etapas 1 e 2, ocorrem, respectivamente: a) precipitação de carbono de bário e desprendimento de dióxido de carbono. b) precipitação de carbonato de bário e desprendimen- to de hidrogênio. c) desprendimento de cloro e desprendimento de dióxido de carbono. d) desprendimento de dióxido de carbono e precipita- ção de nitrato de bário. e) desprendimento de cloro e neutralização de carbona- to de bário. 38 (ITA-SP) Quando se deseja detectar a presença de NH 4 em soluções aquosas, aquece-se uma mistura da solução que contém esse íon com uma base forte, NaOH, por exemplo; testa-se então o gás produzido com papel indi- cador tornassol vermelho umedecido em água. Explique por que esse experimento permite detectar a presença de íons NH 4 em soluções aquosas. Em sua explicação deve(m) constar a(s) equação(ões) química(s) balan- ceada^) da(s) reação(ões) envolvida(s). 251 Capitulo 10A-QF1-PNLEM 251 29/5/05, 20:20 RESUMO DAS PRINCIPAIS REAÇÕES ENVOLVENDO AS FUNÇÕES INORGÂNICAS 5.1. Reações entre os "opostos" É interessante notar que muitas reações químicas envolvem substâncias de características "opos- tas" como, por exemplo, as de: • caráter oxidante e caráter redutor; • caráter ácido e caráter básico. Nas reações entre oxidantes e redutores, temos, de um lado e de outro: Oxidantes Redutores • não-metais X • metais • substâncias contendo elementos com N m elevado • substâncias contendo elementos com N m baixo Exemplos: 2 Na + Cl 2 * 2 NaCÍ Metal Não-metal (redutor) (oxidante) 2 KMnO, + 16 HCÍ * 2 KCÍ + 2 MnCÍ 2 + 8 H 2 0 + 5 Cl 2 Mn: N ox elevado (+7) Cl: N ox baixo (-1) (oxidante) (redutor) Nas reações entre ácidos e bases, temos, de um lado e de outro: Ácidos Bases • os próprios ácidos • as próprias bases • óxidos ácidos X • óxidos básicos • óxidos anfóteros • óxidos anfóteros • não-metais • metais Exemplos: H,SO. 2 NaOH Na,SO. 2 H 2 0 H,0 PARKER & HART O MAGO DE ID / invewtlÍN ( UM ÁOWO \ Qút POOE \ CORROER J 9 !•. \ QÜAUJUS ?/ . i — 1 Ponde >§ ] ESrA \^EL£ ! JL\4 ^ (jf y 252 Capitulo 10B-QF1-PNLEM 252 6/7/05, 14:47 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A 5.2. Outros tipos de reação a) Reações com o oxigênio O oxigênio é um não-metal bastante reativo que consegue reagir com quase todos os demais elemen- tos químicos; a reação é, em geral, denominada queima ou combustão e produz óxidos de vários tipos. Nos exemplos a seguir, no lugar do oxigênio podemos considerar o ar, que é uma mistura de oxigênio e nitrogênio; como o nitrogênio normalmente não reage, a ação com o ar é bem "mais fraca" que a do oxigênio puro. A reação com metais produz, em geral, óxidos básicos, mas às vezes pode produzir óxidos anfóteros ou peróxidos: 2 Cu + o 2 — *■ 2 CuO (óxido básico) 4 Aí + 3 0 2 — * 2 Aí 2 0 3 (óxido anfótero) 2 Na + o 2 — «• Na 2 0 2 (peróxido) A reação com não-metais produz óxidos ácidos (ou óxidos indiferentes): S + 0 2 ► S0 2 (óxido ácido) 4 P + 5 0 2 *• 2 P 2 0 5 (óxido ácido) ou P 4 O 10 2 C + 0 2 *• 2 CO (óxido indiferente) O oxigênio pode "oxidar" muitos compostos: 2 Na 2 S0 3 + 0 2 * 2 Na 2 S0 4 O oxigênio (mesmo o do ar) reage com sulfetos metálicos em temperaturas elevadas; freqüentemente, é produzido o óxido do metal: 2 ZnS (blenda) + 3 0 2 * 2 ZnO + 2 S0 2 4 FeS 2 (pirita) + 1 1 0 2 *- 2 Fe 2 0 3 + 8 SO/ Quando o sulfeto é de metal nobre, libera-se o próprio metal: HgS (cinábrio) + 0 2 * Hg + S0 2 Essas reações têm uma grande importância prática nas indústrias metalúrgicas e são denominadas reações de ustulação dos sulfetos. b) Reações com o hidrogênio O hidrogênio reage com metais e com não-metais de alta reatividade, formando hidretos. Rea- ções com não-metais formam hidretos gasosos, moleculares, estáveis e de caráter ácido: H 2 + Cl 2 * 2 HCl H 2 + S * H 2 S Faz exceção a água (2 H 2 + 0 2 *- 2 H 2 0), que é líquida e não tem caráter ácido. Reações com metais formam hidretos sólidos, cristalinos, iônicos, muito reativos e de caráter básico: 2 Na + H 2 ► 2 NaH (hidreto de sódio) Ca + H 2 * CaH 2 (hidreto de cálcio) Os hidretos metálicos hidrolisam (reagem com a água) facilmente, sendo por isso afetados até pela umidade do ar: NaH + H 2 0 ► NaOH + H 2 Nos hidretos metálicos o hidrogênio está na forma de ânion (HQ e, portanto, seu N ox é -1 . c) Reações com a água Os metais alcalinos e alcalino-terrosos reagem com a água em temperatura ambiente, formando os hidróxidos correspondentes: 2 Na + 2 H 2 0 ► 2 NaOH + H 2 Ca + 2 H 2 0 Ca(OH) 2 + H 2 Capítulo 10 • As REAÇÕES QUÍMICAS 253 Capitulo 10B-QF1-PNLEM 253 29/5/05, 20:23 A Os metais comuns só reagem com a água por aquecimento, formando os óxidos correspondentes: Zn + H 2 0 — ^ ZnO + H 2 3 Fe + 4 H 2 0 — - Fe 3 0 4 + 4 h ' Os metais nobres (Cu, Hg, Ag, Pt e Au) não reagem com a água. d) Comportamento diante do calor Dentre os ácidos, os hidrácidos HF e HCÍ são bastante estáveis em relação ao calor. Os demais se decompõem, em maior ou menor extensão, quando aquecidos: 2 Hl — H 2 + l 2 Dentre os oxiácidos comuns, o H 2 S0 4 é o mais estável; o HNO s e o H 3 P0 4 são relativamente estáveis. Os demais se decompõem, dando normalmente água e o anidrido correspondente: 2 H 3 P0 3 — 3 H 2 0 + P 2 0 3 2 HNO, — ^ H 2 0 + N0 2 + NO I ? J Neste último caso, até o próprio anidrido se decompõe em óxidos mais simples. Como já vimos, alguns oxiácidos são tão instáveis que se decompõem espontaneamente em tem- peratura ambiente: h 2 co 3 > h 2 o + co 2 h 2 so 3 h 2 o + so 2 Dentre as bases, os hidróxidos alcalinos são tão estáveis que podem ser fundidos sem decomposi- ção. Os demais se decompõem pelo calor, dando água e o óxido correspondente: Ca(OH) 2 — ► CaO + H 2 o' 2 Fe(OH) 3 — Fe 2 0 3 + H 2 o' O caso particular do hidróxido de amónio já foi mencionado: NH 4 OH * NH 3 ' + h 2 o De modo geral, os sais são muito mais estáveis em relação ao calor do que os ácidos e as bases correspondentes. Entretanto, quando o ácido e/ou a base forem instáveis ou muito sensíveis ao calor, esse fato irá se refletir em seus sais: Ca(CO) 3 Fe 2 (C0 3 ) 3 CaO + C0 2 Fe 2 0 3 + 3 C0 2 Os óxidos, de modo geral, são muito estáveis em relação ao calor; esta é uma das razões da existência de inúmeros óxidos metálicos na crosta terrestre. Entretanto, alguns sofrem decomposição pelo calor, como os óxidos dos metais nobres: 2 Ag 2 0 — 4 Ag + 0 2 Ou, ainda, certos óxidos de não-metais: 2 N 2 O s — 4 N0 2 + 0 2 254 Capitulo 10B-QF1-PNLEM 254 29/5/05, 20:23 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. ATIVIDADES PRÁTICAS ATENÇAO: Não cheire nem experimente substância alguma utilizada nesta atividade. Este experimento deve ser realizado com a super- visão de um adulto, pois haverá a necessidade de manipular objetos quentes, podendo haver risco de queimaduras. V Materiais • 1 ponta de espátula de fermento em pó químico • vi- nagre ou o suco de um limão • 1 conta-gotas • 1 copo de vidro transparente e seco • 1 palito de madeira bem longo • fósforos Procedimento • Coloque o fermento em pó no copo de vidro e adicio- ne, sobre o sólido, gota a gota o vinagre (ou o suco de limão). • Anote as observações no caderno. • Com o au- xílio de fósforos, faça a extremidade do palito de madei- ra pegar fogo e imediatamente introduza, com cuidado e não deixando encostar em nada, a chama no copo. • Anote as observações no caderno. Perguntas 1) 0 que ocorreu quando o vinagre foi adicionado ao fermento? Por quê? 2) O que ocorreu com a chama ao ser introduzida no copo? Por quê? ATENÇAO: Óculos de segurança, luvas e aventais pro- tetores são altamente recomendados. 2 a Materiais • 1 ponta de espátula de sulfato de cobre (II) • 1 espátula de raspas de sabão • 2 béqueres de 1 00 ml_ • 1 bastão de vidro • indicador químico • água Procedimento • Dissolva as raspas de sabão em um béquer com água. • Retire uma amostra pequena da solução e verifique, com o auxílio de um indicador químico, o caráter ácido ou básico da solução de sabão. • Reserve essa solução. • Coloque o sulfato de cobre (II) em um outro béquer e adicione cerca de 50 ml_ de água. • Agite bem até a completa dissolução. • Adicione a solução de sabão à solução de sulfato de cobre (II). • Anote as observações no caderno. Perguntas 1 ) A solução de sabão possui caráter ácido ou básico? 2) Qual o aspecto inicial das duas soluções? 3) O que ocorre quando as duas soluções são mistura- das? Por quê? Tente utilizar uma equação química para representar o ocorrido. ■nTVTFEfTH Responda em IÜU seu caderno a) Que caráter é oposto ao b) Que caráter é oposto ao c) Como são denominadas, d) Como é denominada a reação entre um sulfeto e o oxigênio ou o ar? e) Como são denominados os compostos binários do hidrogênio? f) Que metais reagem com a água em temperatura ambiente? g) Os óxidos ou as bases são mais resistentes (estáveis) ao calor? oxidante? ácido? , geralmente, as reações envolvendo o gás oxigênio? CYCDCÍriDC Registre as respostas CAtKUUUJ em seu caderno 39 (Mackenzie-SP) Na combustão do magnésio, a substân- cia produzida é um: Dados: Mg (2A); N (5A); O (6A); Cl (7 A). a) óxido molecular de fórmula Mg0 2 . b) sal iônico de fórmula MgCl 2 . c) sal iônico de fórmula Mg 3 N 2 . d) óxido molecular de fórmula Mg 2 0. e) óxido iônico de fórmula MgO. 40 (UFSM-RS) O cálcio, ao ser dissolvido na água, produz uma turvação do meio reacional permitindo observar a liberação de um gás. Capítulo 10 • As REAÇÕES QUÍMICAS O composto que ocasiona a turvação e o gás formado são, respectivamente: a) CaO e 0 2 c) CaO e H 2 0 e)CaO e H 2 b) Ca(OH) 2 e 0 2 d) Ca(OH) 2 e H 2 41 (Unisinos-RS) Para obter o sulfato ferroso, um sal usado para combater a anemia, a reação executada é a: a) Fe(OH) 2 + H 2 S 2 0 3 ► FeS 2 0 3 + 2 H 2 0 b) Fe(OH) 2 + H 2 S ► FeS + 2 H 2 0 c) FeC0 3 + H 2 SO„ * FeSO„ + C0 2 + H 2 0 d) Fe(OH) 2 + H 2 S0 3 ► FeSO, + 2 H 2 0 e) 2 Fe(OH) 3 + 3 H 2 S0 3 ► Fe 2 (S0 3 ) 3 + 6 H 2 0 255 Capitulo 10B-QF1-PNLEM 255 29/5/05, 20:23 42 (Fesp-PE) Antes de um funileiro soldar peças de zinco galvanizadas, ele as limpa com uma solução de ácido muriático (ácido clorídrico). A equação que melhor re- presenta a reação que ocorre, bem como sua classifi- cação é: a) Zn + 2 HCÍ * ZnCt 2 + H 2 ; reação de dupla troca, b) ZnO + 2 HCÍ > - ZnCÍ 2 + H 2 0; reação de decomposição, c) ZnO + 2 HCÍ < - ZnCÍ 2 + H 2 0; reação de dupla troca, d) Zn + 2 HCÍ ► ZnCÍ 2 + H 2 ; reação de decomposição, e) ZnO + 2 HCÍ > - ZnCÍ 2 + H 2 0; reaçao de oxidaçao. 43 (Mackenzie-SP) A equação que representa uma reação em que não ocorre óxido-redução é: a) S0 3 + Na 2 0 * Na 2 S0 4 b) 2 Na + CC 2 ► 2 NaCÍ c) H 2 SO„ + Zn * ZnS0 4 + H 2 d) 2 AgN0 3 + Cu * Cu(N0 3 ) 2 + 2 Ag luz / e) 2 H 2 0 2 ► 2 H 2 0 + 0 2 44 Copie no caderno as equações parciais indicadas abaixo. Complete-as acertando seus coeficientes, quando possível. a) C0 2 + NaOH * b) S0 3 + HCÍ c) aí 2 o 3 + h 2 so 4 *■ d) CO + KOH ► e) MgO + HCÍ ► f) Fe 3 0 4 + HCÍ g) Na 2 0 2 + NaOH « h) K 2 0 + H 2 S0 4 ► 45 (UFRRj) A água é um dos principais componentes da natureza; contudo o desperdício e seu aproveitamen- to inadequado podem levar a uma crise de sérias pro- porções, bem mais graves do que a atual crise energé- tica. Em relação à água e seus componentes, pode-se afirmar que: a) a água é um solvente de baixa polaridade. b) o gás oxigênio é incolor e não comburente. c) a água apresenta ligações iônicas. d) o gás hidrogênio é incolor e combustível. e) a água pura é boa condutora de corrente elétrica. 46 (UFRGS-RS) Considere as reações representadas pelas equações abaixo. 1. 2 Ca + o 2 - 2 CaO II. CaO + h 2 o — — ► Ca(OH) 2 III. S + O; > so 2 IV. so 2 + h 2 o — h 2 so 3 V. Ca(OH) 2 + h 2 so 3 - CaSO Qual é a alternativa que apresenta uma afirmação incor- reta em relação às características das reações citadas? a) Ocorre a formação de óxido ácido e óxido básico. b) Uma das reações é do tipo dupla troca. c) Algumas das reações são do tipo oxidação-redução. d) Ocorre a formação de produtos que em soluções aquo- sas diluídas apresentam pH diferente de 7. e) A maioria das reações é do tipo análise. 47 (Mackenzie-SP) I. CaC0 3 — - — ► X + C0 2 II. BaCl 2 + Y ► BaCr0 4( + 2 KCÍ III. Zn + 2 HCÍ * ZnCÍ 2 + ]// Para que as reações acima fiquem corretamente equa- cionadas, X, Y e W devem ser, respectivamente: a) CaC 2 , H 2 Cr0 4 e H 2 S b) CO, K 2 Cr0 4 e CC 2 c) CaO, K 2 Cr0 4 e H 2 d) Ca0 2 , K 2 Cr0 4 e Cí 2 e) Ca0 2 , H 2 Cr0 4 e H 2 48 (UFPE) Três recipientes A, Be C contêm os gases 0 2 , H 2 e C0 2 . Introduzindo um palito de fósforo aceso em cada recipiente, observa-se que: no recipiente A, a cha- ma imediatamente se apaga; no recipiente B, a chama se torna mais brilhante; e, no recipiente C, ocorre uma pequena explosão. De acordo com esses dados, pode- mos concluir que os recipientes A, B e C contêm, res- pectivamente: a) H 2 , 0 2 e C0 2 d) C0 2 , 0 2 e H 2 b) C0 2 , H 2 e 0 2 e) 0 2 , H 2 e C0 2 c) H 2 , C0 2 e 0 2 49 (UnB-DF) A Química está tão presente na vida do ho- mem que é difícil imaginar a vida sem a Química. Os produtos químicos têm inúmeras aplicações, entre as quais ressalta-se a fabricação dos computadores, que cons- tituem a revolução do final do século XX. Considerando a presença da Química no cotidiano, jul- gue os itens abaixo. 0. Apesar dos benefícios que os produtos químicos tra- zem para a indústria, deve-se evitar a ingestão de quais- quer desses produtos. 1 . A água do mar é uma substância composta formada por água (H 2 0) e cloreto de sódio (NaCÍ). 2. Um aquário com muitos peixes deve ter sua água bor- bulhada com ar para repor oxigênio que os peixes consomem das moléculas de água (H 2 0) durante a respiração. 3. O eventual processo de enferrujamento de compo- nentes de um computador, confeccionados com de- terminado metal, é um exemplo de transformação química. 50 (PUC-SP) Em um erlenmeyer foi feita a combustão do enxofre; ao produto dessa reação, adicionou-se água e obteve-se uma substância A que torna vermelho o papel azul de tornassol. Em outro erlenmeyer, fez-se a combus- tão do magnésio, adicionou-se água e obteve-se uma substância B que torna azul o papel vermelho de tornassol. a) Equacione os processos de obtenção de A e B. b) Supondo que ocorreu reação de neutralização total, equacione tal reação quando se adiciona A a B. 51 (Fuvest-SP) Colocam-se em um recipiente de vidro água destilada, gotas de solução de fenolftaleína e, em segui- da, pedaços de sódio metálico. Observa-se, então, vio- lenta reação do metal com a água, resultando chama na superfície exposta do metal e coloração rósea na solu- ção. A chama e a coloração resultam, respectivamente, da queima de: a) hidrogênio produzido na reação e aumento de pH. b) oxigênio produzido na reação e aumento de pH. c) nitrogênio do ar e aumento de pH. d) hidrogênio produzido na reação e diminuição de pH. e) nitrogênio do ar e diminuição de pH. 256 Capitulo 10B-QF1-PNLEM 256 29/5/05, 20:23 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno 52 (Vunesp) O magnésio pode ser obtido da água do mar. A etapa inicial desse processo envolve o tratamento da água do mar com óxido de cálcio. Nessa etapa, o magné- sio é precipitado na forma de: a) MgCl 2 c) MgO e) Mg metálico b) Mg(OH) 2 d) MgSO„ 53 (UFPI) A reação química na qual um dos reagentes é um óxido básico é: a) S0 3 + H 2 0 ► H 2 S0 4 b) Na 2 0 + 2 HCl *• 2 NaCl + H 2 0 c) 2 NaOH + S0 3 <- Na 2 SO„ + H 2 0 d) ZnO + 2 NaOH Na 2 Zn0 2 + H 2 0 e) 2 CO + 0 2 2 C0 2 54 (UFRGS-RS) A substância química Na 2 S0 3 pode ser obti- da pela reação entre: a) óxido de sódio e ácido sulfúrico. b) cloreto de sódio e ácido sulfídrico. c) hidróxido de sódio e ácido sulfídrico. d) hidróxido de sódio e ácido sulfúrico. e) óxido de sódio e ácido sulfuroso. 55 (Mackenzie-SP) Dispõe-se de 5 tubos de ensaio, conten- do respectivamente: I. h 2 o II. solução aquosa de NaCl III. solução aquosa de NaN0 3 IV. solução aquosa de Na 2 C0 3 V. solução aquosa de Na 2 S0 4 Adicionando-se HCl (gota a gota) a cada um dos tubos, observa-se que somente em um deles ocorre efervescência. Essa efervescência é conseqüência da reação do HCl com: a) a água pura. c) a solução III. e) a solução V. b) a solução II. d) a solução IV. 56 (Ufes) Considere a sequência de reações: S + o 2 — - 1 1 + h 2 o — — ► II FeO + II — — *• III + h 2 o Mg + — o 2 — 2 ► IV IV + h 2 o — * V As funções dos compostos 1, II, III IV e V sao, respecti- vamente: 1 II III IV V a) óxido ácido ácido sal óxido básico hidróxido b) óxido ácido ácido óxido básico sal hidróxido c) ácido óxido ácido sal óxido básico hidróxido d) ácido óxido ácido hidróxido sal óxido básico e) sal ácido óxido ácido hidróxido óxido básico 57 (Fesp-SP) Os compostos H 2 S0 4 , S0 3 , CaO, NaCl e NaOH podem ser misturados dois a dois para reagi- rem. Não reagem: a) H 2 S0 4 + CaO d) NaCl + H 2 S0 4 b) CaO + NaOH e) NaOH + S0 3 c) NaOH + H 2 S0 4 58 (U. Católica de Brasília-DF) Dentre as equações abaixo, qual não representa um processo de salificação? a) HCl + NaOH » NaCl + H 2 0 b) MgO + 2 HCl ► MgCl 2 + H 2 0 c) NH 3 + HCl ► NH/Cr d) H 2 S0 4 + 2 H 2 0 ► 2 H 3 0 + + SÓ, 2- e) Al(OH) 3 + HNO, ► Al(0H) 2 N0 3 + H 2 0 Capítulo 10 • As REAÇÕES QUÍMICAS 59 (Cesgranrio-Rj) As indústrias de produção de vidro utili- zam a areia como principal fonte de sílica (Si0 2 ) para conferir o estado vítreo. Utilizam, ainda, com a finalidade de reduzir a temperatura de fusão da sílica, os fundentes Na 2 0, K 2 0 e Li 2 0. A escolha dos óxidos de sódio, potássio e lítio para reagir com a sílica e dar origem a um produto vítreo de menor ponto de fusão deve-se ao fato de esses óxidos manifes- tarem caráter: a) básico c) ácido e) anfótero b) neutro d) misto 60 (FEI-SP) Em tempo de seca são comuns queimadas nas florestas. No ar atmosférico envolvido em uma queima- da, a concentração de oxigênio e a de vapor de água, respectivamente: a) aumenta — diminui d) diminui — diminui b) aumenta — aumenta e) diminui — não se altera c) diminui — aumenta 61 (UFMT) Acidentalmente, os rótulos de três barricas con- tendo sais foram perdidos. Uma delas contém nitrato de amónio, outra carbonato de sódio e outra nitrato de sódio. Todos estes sais têm o mesmo aspecto (pós brancos). Têm-se as seguintes informações: I. Os sais de amónio, em presença de hidróxidos e car- bonatos de metais alcalinos, desprendem amónia, NH 3 , de cheiro característico. II. Os carbonatos reagem com ácido, produzindo efer- vescência, ou seja, desprendimento de gás carbônico. Baseado no enunciado acima e nas informações, julgue os itens abaixo. 0. Os três sais são solúveis em água. 1 . A fórmula molecular do nitrato de amónio é NH 4 N0 2 . 2. Tomando-se separadamente uma alíquota da solução aquosa de cada sal, aquela que reagir com vinagre será a do carbonato de sódio. 3. Comercialmente o hidróxido de sódio é conhecido como soda caústica. 4. Na 2 C0 3 é a fórmula molecular do nitrato de sódio. 62 (Fuvest-SP) Uma mistura de óxido de cobre (II) e carvão em pó foi aquecida usando-se a aparelhagem esque- matizada abaixo. Observou-se, após algum tempo, que a água de cal, inicialmente límpida, apresentou sólido bran- co em suspensão. No interior do tubo, apareceram grânu- los metálicos avermelhados. Qual a equação química que representa a transformação ocorrida nesse aquecimento? b) CuO + C ► Cu + CO c) 2 CuO + C ► Cu 2 0 + CO d) 2 Cu 2 0 + C ► 4 Cu + C0 2 e) Cu 2 0 + C ► 2 Cu + CO 257 Capitulo 10B-QF1-PNLEM 257 29/5/05, 20:24 LEITURA O VIDRO E O CIMENTO Vamos destacar dois processos industriais de grande importância prática: a produção do vidro e a produção do cimento. O vidro Acredita-se que o vidro já era conhecido desde 2500 a.C, pelos egípcios. Uma lenda conta que, em 1 500 a.C., marinheiros fenícios já usavam "pedras" de Na 2 C0 3 natural para fazer fogueiras nas praias e, com o fogo, pedaços de vidro eram produzidos (com o calor, o Na 2 C0 3 reage com a areia, produzindo vidro). Atualmente, o vidro comum é produzidos pela mistura de areia (Si0 2 ), soda ou barrilha (Na 2 C0 3 ) e calcário (CaC0 3 ), que é aquecida em fornos especiais, a cerca de 1 .500 °C. Ocorrem então reações do tipo: A /• x Na 2 C0 3 + y CaC0 3 + z Si0 2 ► (Na 2 0)„ • (CaO)>, • (Si0 2 ) 2 + (x + y) C0 2 Vidro Esse é o vidro "incolor"; vidros coloridos são fabricados adicionando-se, à mistura inicial, pequenas quantidades de óxidos metálicos, como, por exemplo, Fe 2 0 3 (que dá cor verde ao vidro), CoO (cor azul) etc. O vidro fabricado com 1 0 a 1 5% de óxido de chumbo (Pb 3 0 4 — zarcão ou mínio) tem densidade e brilho elevados, é conhecido como cristal e usado na fabricação de vasos e taças. O vidro não tem composição química nem forma cristalina definidas; é considerado um "sólido amorfo", ou, como dizem alguns autores, um "líquido super-resfriado" que atingiu uma viscosidade tão alta que se comporta como um sólido. A fibra de vidro (Si0 2 puro), na forma de fios, está revolucionando as comunicações por telefone, televisão, Internet etc. O vidro é um dos mais belos materiais de construção e decoração. Na foto tem-se um vitral da Catedral de Bruxelas, Bélgica. O cimento Os povos antigos usavam gesso (CaS0 4 • 2 H 2 0) ou cal (CaO) em suas construções. O cimento, tal como o conhe- cemos atualmente, foi inventado em 1824, por Joseph Aspdin, na Inglaterra, perto da cidade de Portland — daí o nome cimento portland. Ele é fabricado aquecendo, em um forno rotatório a 1 .500 °C, uma mistura de calcário (CaC0 3 ), argila (vários silicatos, principalmente o de alu- mínio) e areia. Do forno saem "pedregulhos" duros deno- minados clinquers, que, moídos, dão origem ao cimento. A composição do cimento é a seguinte: 60 a 67% de CaO, 1 7 a 25% de Si0 2 , 3 a 8% de Al 2 0 3 , 2 a 3% de MgO e 2 a 3% de FeO. Com água, o cimento endurece devido à cristalização dos silicatos de cálcio e alumínio. Junto com areia e pedras, o cimento endurece, formando o concreto (o con- creto é "armado" com hastes de aço). Forno rotatório de uma fábrica de cimento em Mossoró, RN. ■ Questões sobre a leitura Responda em seu caderno 65 Quais sao os principais componentes para a fabricaçao do cimento portland? 66 Por que o cimento endurece com a adição de água? 258 63 Quais são os principais ingredientes usados na fabricação do vidro comum? 64 Como são obtidos os vidros coloridos? Capitulo 10B-QF1-PNLEM 258 22/6/05, 15:26 DELFIM MARTINS / PULSAR Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. r DESAFIOS Registre as respostas em seu caderno 67 (Mackenzie-SP) 2 KCÍ0 3 (s) - — ► 2 X (s) + 3 0 2 (g) Zn (s) + Y (aq) ► ZnS0 4 (aq) + Cu (s) N 2 (g) + 3 H 2 (g) ► 2W(g) As reações equacionadas acima ficarao corretas se X, Y e W forem, respectivamente: a) KCl, CuSO„eNH 3 b) KCIO, CueNH 3 c) KC10 2 , CuSeHNO, d) KC10 3 , Cu e N 2 H 2 e) KCl, CuS e N 2 H 4 68 (UFRRJ) Dadas as substâncias (PbCl 2 , Na 2 S0 4 , Zn, H 2 S0 4 , C, 0 2 , e Na 2 S), combine-as duas a duas de tal modo que se obtenha um produto com: a) formação de um precipitado. c) formação de um hidrácido. b) formação de um óxido gasoso. d) variação do número de oxidação. 69 (UF)F-MG) Tendo por base as observações abaixo, qual é a alternativa que apresenta os elementos colocados em ordem decrescente de força como redutor? • O sódio metálico reage vigorosamente com a água, enquanto o magnésio metálico não apresenta reação com a água. • Um prego de ferro imerso em solução contendo íons cobre fica coberto por uma camada de cobre metálico. • Um pedaço de fio de cobre colocado em solução de nitrato de prata torna-se prateado e a solução adquire a cor azulada típica de íons cobre. • Uma fita de magnésio metálico reage com ácido clorídrico diluído mais rapidamente do que o prego de ferro. a) Na > Fe > Cu > Ag > Mg c) Mg > Ag > Cu > Fe > Na e) Na > Mg > Ag > Cu > Fe b) Na > Mg > Fe > Cu > Ag d) Ag > Cu > Fe > Mg > Na 70 (Fatec-SP) Encontram-se no comércio produtos destinados a desentupir encanamentos domésticos. Esses produtos contêm dois componentes principais: I. soda cáustica; II. raspas de um metal de baixa densidade, de comportamento químico anfotérico e pertencente à mesma família do boro na Tabela Periódica. Sobre a dissolução em água dessa mistura, é correto afirmar que: a) provoca a liberação de gás oxigênio (0 2 ), cujo borbulhamento ajuda na remoção dos materiais responsáveis pelo entupimento. b) provoca a precipitação do óxido de alumínio (Al(OH) 3 ), um poderoso agente oxidante que reage com as gorduras responsáveis pelo entupimento. c) gera uma solução com pH < 7, propícia para saponificar e dissolver gorduras responsáveis pelo entupimento. d) permite a ocorrência da reação: 2 Pb (s) + 2 O ET (aq) + 6 H 2 0 (l) ► 2 [Pb(OH) 4 ]“ (aq) + 3 H 2 (g). e) provoca um aumento da temperatura, pois a dissolução da soda cáustica (NaOFI) em água é exotérmica. 71 (Mackenzie-SP) Faísca / 6 NaN 3 (s) + Fe 2 0 3 (s) — -*• xNa 2 0 (s) + 2 Fe (s) + yN 2 (g) A reação acima equacionada ocorre quando, em caso de colisão de um veículo, o o/r bag é acionado. A alternativa incorreta é: a) Os valores dos coeficientes x e y que tornam a equação corretamente balanceada são, respectivamente, 3 e 9. b) O ferro, no Fe 2 0 3 , sofre oxidação. c) A soma dos menores coeficientes inteiros do balanceamento é igual a 21 . d) Um dos produtos da reação é o óxido de sódio. e) O air bag é inflado pelo gás nitrogênio produzido. 72 (Unifor-CE) São dadas as seguintes equações químicas: 2 KRe0 4 + 1 6 HCl ► 2 KCl + 2 ReCl 2 + 8 H 2 0 + Re 3+ + 3 O ET *■ Re(OH) 3 2 ReO + 5 Pb0 2 + 8 ET * 2 ReO; + 5 Pb 2+ + 4 Re0 2 + 4 HCl *- ReCl 2 + 2 H 2 0 + Cl 2 O número de oxidação do rênio na espécie química redutora é igual a: a) +7 b) +2 c) +3 d) +4 73 (Fuvest-SP) Têm-se amostras de 3 gases incolores X, Y e Z, que devem ser H 2 , Ele e S0 2 , não necessariamente nesta ordem. Para identificá-los, determinaram-se algumas de suas propriedades, as quais estão na tabela abaixo: Propriedade X Y Z Solubilidade em água Alta Baixa Baixa Reação com oxigênio na presença de catalisador Ocorre Ocorre Não ocorre Reação com solução aquosa de uma base Ocorre Não ocorre Não ocorre Com base nessas propriedades, conclui-se que X, Y e Z sao, respectivamente: a) H 2 , He e S0 2 b) H 2 , S0 2 e He c) He, S0 2 e H 2 d) S0 2 , He e H 2 e) S0 2 , H 2 e He Capítulo 10 • As REAÇÕES QUÍMICAS 259 5 Cl 2 h 2 o Capitulo 10B-QF1-PNLEM 259 29/5/05, 20:24 74 (Fuvest-SP) Deseja-se estudar três gases incolores, recolhidos em diferentes tubos de ensaio. Cada tubo contém apenas um gás. Em um laboratório, foram feitos dois testes com cada um dos três gases: I. colocação de um palito de fósforo aceso no interior do tubo de ensaio; II. colocação de uma tira de papel de tornassol azul, umedecida com água, no interior do outro tubo, contendo o mesmo gás, tampando-se em seguida. Os resultados obtidos foram: Gás Teste com o palito de fósforo Teste com o papel de tornassol azul X Extinção da chama Continuou azul Y Explosão e condensação de água nas paredes do tubo Continuou azul Z Extinção da chama Ficou vermelho Com base nesses dados, os gases, X, Y e Z poderiam ser, respectivamente: X Y Z a) so 2 o 2 n 2 b) co 2 h 2 nh 3 c) He o 2 n 2 d) n 2 H 2 co 2 e) o 2 He so 2 75 (Cesgranrio-Rj) Um químico, em seu laboratório, dispunha de algumas substâncias sólidas guardadas em frascos de vidro devidamente rotulados. Após um acidente, os rótulos de três frascos foram danificados e os nomes das substâncias desapa- receram. Consultando seu cadastro de reagentes, o químico concluiu que as substâncias somente poderiam ser o sulfeto de sódio, o nitrato de prata e o brometo de potássio. Com base no exposto, poderemos concluir que o químico só não poderá afirmar que a substância que: Dados: AgCt — sólido branco de baixa solubilidade em água; Agl — sólido amarelo de baixa solubilidade em água; Cí 2 — substância incolor em solução aquosa; Br 2 — substância de coloração laranja em solução aquosa; l 2 — substância de coloração castanha em solução aquosa; H 2 S — gás de odor desagradável (cheiro de ovo podre). a) liberar gás de odor desagradável, em meio fortemente ácido, é o sulfeto de sódio. b) reagir com solução aquosa de cloro, tornando-a laranja, é o brometo de potássio. c) reagir com solução aquosa de iodo, tornando-a incolor, é o brometo de potássio. d) formar precipitado branco com solução aquosa de cloreto de sódio é o nitrato de prata. e) formar precipitado amarelo com solução aquosa de iodeto de sódio é o nitrato de prata. 76 (Vunesp) Uma solução aquosa de ácido clorídrico (HCl) dissolve ferro e zinco, mas, para dissolver cobre ou prata, é neces- sário usar ácido nítrico (HN0 3 ). Isso ocorre porque: a) cobre e prata são metais mais duros que ferro e zinco. b) HCÍ é um ácido fixo e HN0 3 é um ácido volátil. c) HN0 3 é um ácido mais oxidante que HCÍ. d) cobre e prata são metais que se oxidam mais facilmente do que ferro e zinco. e) ferro e zinco são metais mais nobres do que cobre e prata. 77 (Fuvest-SP) A decomposição térmica por aquecimento gradual e contínuo (ao ar) do acetato de manganês (II) tetraidratado, sólido, ocorre em duas etapas: Mn(CH 3 COO) 2 ■ 4 H 2 0 (s) Mn(CH 3 COO) 2 (s) + 4 H 2 0 (g) Mn(CH 3 COO) 2 (s) . MnO (s) + (CH 3 ) 2 CO (g) + C0 2 (g) Certa massa do sal hidratado é aquecida nessas condições. Qual dos gráficos abaixo representa o que ocorre com a massa (m) da fase sólida com o aumento da temperatura (0)? 78 (Fuvest-SP) Do livro de Antoine Laurent Lavoisier, Traité Elémentaire de Chimie, traduziu-se o seguinte trecho: "Acido cítrico é mais facilmente obtido saturando-se suco de limão com cal suficiente para formar citrato de cálcio, que é insolúvel em água. Lava-se esse sal e acrescenta-se quantidade apropriada de ácido sulfúrico. Forma-se sulfato de cálcio, que precipita, deixando o ácido cítrico livre na parte líquida." 260 Capitulo 10B-QF1-PNLEM 260 29/5/05, 20:25 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 79 Representando-se o ácido cítrico por H 3 Cit, o procedimento descrito por Lavoisier pode ser esquematizado pela seqüência de equações: 2 H 3 Cit (aq) + x CaO (s) ► Y( s) + 3 H 2 0 (l) Y (s) + z H 2 SO„ (aq) * 3 CaS0 4 (s) + 2 H 3 Cit (aq) Em tal seqüência, x, Y e z correspondem, respectivamente, a: a) 3, Ca 3 (Cit) 2 e 3 b) 2, Ca 2 (Cit) 3 e 3 c) 3, Ca 3 (Cit) 2 e 2 d) 3, Ca 2 (Cit) 3 e 3 e) 2, Ca 3 (Cit) 2 e 2 (Fuvest-SP) Ácido clorídrico pode reagir com diversos materiais, formando diferentes produtos, como mostrado no esque- ma abaixo. Produtos Solução aquosa Raspas de AgN0 3 de AL 1 1 1^ II Suspensão aquosa de Mg(OH) 2 Produtos Produtos Os seguintes sinais evidentes de transformações químicas: liberação de gás, desaparecimento parcial ou total de sólido e formação de sólido são observáveis, respectivamente, em: a) I, II e III b) II, I e III c) II, III e I d) III, I e II e) III, II e I 80 (PUC-SP) As reações químicas I. AgN0 3 (aq) + NaCÍ (aq) ► AgCÍ (s) + NaN0 3 (aq) II. 2 Mg (s) + 0 2 (g) ► 2 MgO (s) III. C 12 H 22 O n (s) » 1 2 C (s) + 11 H 2 0 (í) IV. 2 HCl (aq) + Ba(OH) 2 (aq) > BaCl 2 (aq) + 2 H 2 0 (l) podem ser classificadas, respectivamente, como: a) reação de óxido-redução, reação de combustão, reação de decomposição, reação de precipitação. b) reação de neutralização, reação de decomposição, reação de síntese, reação de precipitação. c) reação de precipitação, reação de combustão, reação de decomposição, reação de óxido-redução. d) reação de precipitação, reação de óxido-redução, reação de decomposição, reação de neutralização. e) reação de condensação, reação de óxido-redução, reação de combustão, reação de neutralização. 81 (UFMT) "Foi em 1 781 que Joseph Priestley, químico e teólogo inglês, conseguiu sintetizar água por combustão do hidrogê- nio (embora não percebesse que a combustão era a combinação deste elemento com o oxigênio) mediante aquecimento explosivo. Esse mesmo cientista descobriu o oxigênio, demonstrando que as plantas produzem esse gás quando em presen- ça da luz, fenômeno hoje conhecido por fotossíntese." (Samuel M. Branco. Água: origem, uso e preservação. São Paulo: Moderna, 1993. p. 18. Coleção Polêmica.) A partir do texto, julgue os itens. 0. Em relação ao balanço energético de uma reação, pode-se dizer que, na síntese da água, o gás hidrogênio e o gás oxigênio perdem calor potencial, tornando-se uma substância mais estável, daí a grande quantidade de água na natureza. 1 . A equação Zn (s) + 2 HCÍ (aq) *• ZnCl 2 (aq) + H 2 (g) descreve corretamente a produção do hidrogênio em laboratório, utilizando-se zinco metálico e ácido clorídrico diluído. 2. Na síntese da água, o oxigênio sofre redução, sendo o agente oxidante, e o hidrogênio sofre oxidação, sendo o agente redutor. 3. A água possui a propriedade de combinar-se com óxidos de metais alcalinos e alcalino-terrosos, formando as bases correspondentes, como mostram alguns exemplos: CaO + H 2 0 ► Ca(OH) 2 U 2 0 + H 2 0 *- 2 LiOH (Enem-MEC) O enunciado abaixo servirá para as duas questões seguintes. Produtos de limpeza, indevidamente guardados ou manipulados, estão entre as principais causas de acidentes domésticos. Leia o relato de uma pessoa que perdeu o olfato por ter misturado água sanitária, amoníaco e sabão em pó para limpar um banheiro: "A mistura ferveu e começou a sair uma fumaça asfixiante. " Não conseguia respirar e meus olhos, nariz e garganta começa- ram a arder de maneira insuportável. Saí correndo a procura de uma janela aberta para poder voltar a respirar." O trecho destacado poderia ser reescrito, em linguagem científica, da seguinte forma: a) As substâncias químicas presentes nos produtos de limpeza evaporaram. b) Com a mistura química, houve produção de uma solução aquosa asfixiante. c) As substâncias sofreram transformações pelo contato com o oxigênio do ar. d) Com a mistura, houve transformação química que produziu rapidamente gases tóxicos. e) Com a mistura, houve transformação química, evidenciada pela dissolução de um sólido. Entre os procedimentos recomendados para reduzir acidentes com produtos de limpeza, aquele que deixou de ser cumpri- do, na situação discutida na questão anterior, foi: a) Não armazene produtos em embalagens de natureza e finalidade diferentes das originais. b) Leia atentamente os rótulos e evite fazer misturas cujos resultados sejam desconhecidos. c) Não armazene produtos de limpeza e substâncias químicas em locais próximos a alimentos. d) Verifique, nos rótulos das embalagens originais, todas as instruções para os primeiros socorros. e) Mantenha os produtos de limpeza em locais absolutamente seguros, fora do alcance das crianças. 82 83 Capítulo 10 • As REAÇÕES QUÍMICAS 261 Capitulo 10B-QF1-PNLEM 261 29/5/05, 20:25 Tópicos do capítulo 1 Unidade de massa atômica (u) 2 Massa atômica 3 Massa molecular 4 Conceito de mol 5 Massa molar ( M ) Leitura: História das medições Quantas moléculas de sacarose existem em uma amostra de 342 g de açúcar? Apresentação do capítulo Neste capítulo, vamos começar a falar nas quantidades envolvidas nas reações químicas. Lembre-se de que diariamente lidamos com quantidades: quilômetros percorridos numa viagem; quilogramas de alimentos comprados num supermercado; litros de combustível colocados no tanque de um carro; e assim por diante. O estudo das quantidades de reagentes e de produtos que participam de uma reação química exige o uso de grandezas e de unidades adequadas. Os átomos e as moléculas são muito pequenos para serem pesados nas balanças de que dispomos, mesmo nas mais sensíveis. Tornou-se então necessário estabelecer uma escala comparativa entre as massas dos diferentes átomos e moléculas. Daí surgiram os conceitos de massa atômica e de massa molecular. De importância também fundamental é o conceito de mol. Capitulo 11 -QF1-PNLEM 262 ^ 6/7/05,14:48 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A UNIDADE DE MASSA ATÔMICA (u) Quando pesamos um pacote de açúcar e dizemos que ele pesa 5 kg, estamos comparando a massa do pacote com certa massa-padrão, que é o quilograma. Generalizando, podemos dizer que para pesar ou medir alguma coisa torna-se necessário: • escolher um padrão, o que é feito sempre arbitrariamente; por exemplo, nós pesamos o paco- te de açúcar em quilograma; já os ingleses o pesariam em libra (que corresponde a aproximada- mente 0,454 kg); • usar uma unidade (ou seus múltiplos ou submúltiplos) compatível com a grandeza a ser me- dida; por exemplo, para pesar caminhões, navios etc., é mais conveniente utilizar toneladas do que miligramas; de fato, um caminhão que pesa 1 0 toneladas pesa também 1 0.000.000.000 mg, mas o primeiro número é, sem dúvida, muito mais prático para nossos cálculos. Qual seria, então, a unidade conveniente para pesar átomos e moléculas? Os átomos e as moléculas são partículas tão pequenas que as unidades usuais não seriam conve- nientes (por exemplo, hoje, sabemos que um átomo de hidrogênio pesa aproximadamente 0,000000000000000000000001 660 g). Surgiu então entre os químicos a idéia de usar um certo átomo como padrão de pesagem dos demais átomos e moléculas. Atualmente, o padrão escolhido é o átomo do isótopo de carbono de número de massa igual a 12 (é o átomo que possui 6 prótons e 6 nêutrons em seu núcleo). A esse átomo foi atribuída arbitrariamente a massa 12 (para coincidir com seu número de massa); então, desse átomo separou-se uma fração correspondente a yy, que é usada como unidade internacional para a medida das massas atômicas e moleculares. Assim, resulta a definição: 1 Unidade de massa atômica (u) é igual a — da massa de um átomo de isótopo de carbono-1 2 (C 12 ). Esquematicamente: Átomo de C' 2 (massa = 1 2 u) Hoje é possível determinar experimentalmente que a unidade de massa atômica (u) vale aproxima- damente 1 ,66 • 1 Cr 24 grama. MASSA ATÔMICA Vamos supor que existisse uma "balança imaginária" com sensibilidade suficiente para pesar um único átomo. Vamos supor, ainda, que fosse possível efetuar a seguinte pesagem: • colocar um único átomo de flúor num dos pratos da balança; • no outro prato, colocar gradativamente as frações correspondentes à unidade de mas- sa atômica (u). Notaríamos que são neces- sárias 1 9 u para equilibrar o átomo de flúor; dizemos, então, que a massa atômica do flúor é 19 u. Capítulo 11 * Massa atômica e massa molecular Átomo ■ de flúor (representação | sem escala) 19 u À 1 i A rir 1 j 263 Capitulo 11 -QF1-PNLEM 263 13/7/05, 9:15 Concluindo, podemos dizer que: Massa atômica é a massa do átomo medida em unidades de massa atômica (u). A massa atômica indica quantas vezes o átomo considerado é mais pesado que do isótopo C 12 . • Não devemos confundir massa atômica com número de massa. Como vimos na página 82, núme- ro de massa é a soma dos números de prótons e de nêutrons existentes no átomo considerado. Assim, por exemplo, no isótopo do cloro (“Cl), o número de massa é 35, que é a soma dos 17 prótons e 1 8 nêutrons existentes no átomo. Já a massa atômica desse mesmo isótopo, determinada experimentalmente, é igual a 34,969 u. Note que o número de massa é sempre um número inteiro, enquanto a massa atômica é, em geral, fracionária. 2.1. Massa atômica dos elementos químicos Até aqui estávamos imaginando a massa de um átomo isolado ou dos átomos absolutamente iguais de um isótopo puro. Na natureza, porém, quase todos os elementos químicos são misturas de isótopos com diferentes porcentagens em massa, chamadas de abundâncias relativas. Por exemplo, todo o cloro da natureza é uma mistura dos isótopos 35 e 37, na seguinte proporção: Isótopo Abundância na natureza Massa atômica Cl 35 75,4% 34,969 u Cl 37 24,6% 36,966 u Conseqüentemente, a massa atômica do elemento cloro que nós encontramos nas tabelas é a média ponderada desses valores, a saber: 75,4- 34,969 u + 24,6- 36,966 u _ c 75,4 + 24,6 Note que se torna necessário distinguir cuidadosamente: • massa atômica de um isótopo, que é a massa do átomo de um dado isótopo expressa em unidades de massa atômica; • massa atômica de um elemento químico, que é a média ponderada das massas atômicas de todos os isótopos naturais do elemento, tomando-se como "pesos" as respectivas porcentagens de ocorrência (abundância) desses isótopos na natureza (esse é o valor dado na tabela situada após o sumário do livro). 2.2. Determinação moderna das massas atômicas O método mais moderno e preciso para determinar as massas atômicas é o do espectrômetro de massas. É um aparelho onde os átomos são ionizados, acelerados e des- viados por um campo eletromagnético. Pelo maior ou me- nor desvio, pode-se calcular a massa atômica de isótopo por isótopo. Com esse aparelho, obtemos massas atômicas com precisão de até cinco casas decimais, além da abun- dância de cada isótopo na natureza. Técnica utilizando o espectrômetro de massa para pesquisa química. Universidade de Nottingham, Reino Unido. 264 Capitulo 11 -QF1-PNLEM 264 13/7/05, 9:25 JOHN MCLEAN / SPL-STOCK PHOTOS Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 2.3. Regra de Dulong-Petit Um cálculo aproximado das massas atômicas pode ser feito pela regra de Dulong-Petit, que diz: "A massa atômica ( M.A . ), multiplicada pelo calor específico (c) do elemento, no estado sólido, é aproxi- madamente igual a 6,4": (M.A.) ■ c - 6,4 Considerando que o calor específico (c) pode ser determinado no laboratório, calcularemos com facilidade a massa atômica aproximada do elemento químico. HmVjnifSV Responda em seu caderno a) Qual é a definição de unidade de massa atômica? b) O que é massa atômica? lr-w-7 c) O que é massa atômica de um elemento químico natural? EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno Exercício resolvido 1 O elemento químico neônio apresenta-se na nature- za com a seguinte composição isotópica: 90,00% de Ne 20 0,27% de Ne 21 9,73% de Ne 22 Considerando as massas atômicas dos isótopos pra- ticamente iguais aos seus números de massa, pede- se calcular a massa atômica do elemento neônio. Resolução 90,00 • 20 u + 0,27 • 21 u + 9,73 • 22 u | ln 90,00 + 0,27 + 9,73 ' 2 O elemento químico lítio é formado na natureza por 7,8% de Li 6 e 92,2% de Li 7 . Qual é o valor aproximado de sua massa atômica? Exercício resolvido 3 (Cesesp-PE) Existem dois isótopos do rubídio que ocorrem na natureza: 85 Rb, que tem massa igual a 84,91, e 87 Rb, cuja massa é 86,92. A massa atômica do rubídio é 85,47. Qual é a porcentagem do 87 Rb? a) 72,1% c) 56,0% e) 86,9% b) 20,1% d) 27,9% Resolução Esta questão apresenta o "cálculo inverso" das ques- tões anteriores. De fato, anteriormente eram dadas as abundâncias dos isótopos e pedida a massa atô- mica final. Agora, é dada a massa atômica final, pe- dindo-se a abundância de um dos isótopos. Chamemos de x a porcentagem pedida do 87 Rb. Conseqüentemente, a porcentagem do outro isótopo ( 85 Rb) será (100 — x)%. Esquematizando o cálculo como nas questões anteriores, teremos: 84,91 • (100 - x) + 86,92x 1 00 - x + x 85,47 Resolvendo esta equaçao, temos: x = 27,9% Alternativa d 4 (Cesgranrio-RJ) Um elemento X tem massa atômica 63,5 e apresenta os isótopos 63 X e 65 X. A abundância do isótopo 63 no elemento X é: a) 25% c) 65% e) 80% b) 63% d) 75% Observação: considere os números de massa 63 e 65 como sendo as massas atômicas desses elementos. 5 (UFRRJ) Um elemento M apresenta os isótopos 79 M e 81 M. Sabendo que a massa atômica do elemento M é 79,90 u, determine os percentuais de cada isótopo do elemento M. 6 (UFSCar-SP) O elemento magnésio, número atômico 1 2, ocorre na natureza como uma mistura de três isótopos. As massas atômicas desses isótopos, expressas em unidades de massa atômica (u), e suas respectivas abundâncias num dado lote do elemento são fornecidas na tabela a seguir. Número de massa do isótopo Massa atômica (u) % de abundância 24 23,98504 10 25 24,98584 10 26 25,98259 80 A massa atômica para este lote de magnésio, expressa em u, é igual a: a) 23,98504, exatamente. b) 24,98584, exatamente. c) 25,98259, exatamente. d) um valor compreendido entre 23,98504 e 24,98584. e) um valor compreendido entre 24,98584 e 25,98259. Capítulo 11 • Massa atômica e massa molecular 265 Capitulo 11 -QF1-PNLEM 265 13/7/05, 10:49 A Exercício resolvido 7 O calor específico do manganês é 0,11 cal/g • °C. Qual o valor aproximado da massa atômica do man- ganês? Resolução Da Regra de Dulong-Petit, vem: ( M.A .) • c= 6,4 Logo: M.A. = 6,4 ^ 6,4 c 0,11 (M.A.) = 58 u 8 Qual é o valor aproximado da massa atômica de um ele- mento químico de calor específico igual a 0,26 cal/g • °C? MASSA MOLECULAR Com as moléculas, pode ser repetido o que foi feito com os átomos. Vamos considerar no- vamente a "balança imaginária" proposta na página 263. Se pudéssemos colocar, por exemplo, uma única molécula de C0 2 em um dos pratos da ba- lança, notaremos que são necessárias 44 unida- des de massa atômica (u) no outro prato, a fim de equilibrar a balança. Dizemos, então, que a massa molecular do dióxido de carbono (C0 2 ) é 44 u. Dessa idéia resulta a definição geral: Massa molecular é a massa da molécula medida em unidades de massa atômica (u). De acordo com o que já foi dito para as massas atômicas, podemos repetir que a massa molecular indica quantas vezes a molécula considerada é mais pesada que yy do isótopo C 12 . O cálculo prático da massa molecular é feito considerando que uma molécula é uma "soma" de átomos. Daí concluiremos que o caminho mais fácil para obter a massa molecular é exatamente o de somar as massas atômicas dos átomos formadores da molécula considerada. Voltemos ao exemplo do C0 2 : Representação esquemática de molécula de C0 2 (sem escala) I (I 1 Soma das massas atômicas: 16 + 12 + 1 6 i > Massa molecular = 44 u Mais dois exemplos de cálculo de massas moleculares, a partir das massas atômicas aproximadas: H 2 S 0 4 Ácido sulfúrico i i i n 1 • 2 + 32 + 1 6 • 4 l ^™í> Massa molecular = 98 u C 12 H, o„ 12-12 + 1 -22 + 16-11 Sacarose Massa molecular = 342 u 266 Capitulo 11 -QF1-PNLEM 266 13/7/05, 9:49 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Sabemos que muitas substâncias não são formadas por moléculas, mas por aglomerados de íons: é o caso das substâncias iônicas. Não existindo a molécula, perde o sentido, evidentemente, falar-se em massa molecular. Os cálculos, contudo, podem continuar seguindo o mesmo raciocínio, dando-se ao resultado, também, o nome de massa molecular. Por exemplo: Na CL I I 23 + 35,5 Massa molecular — 58,5 u Na 4 P 2 0 7 Pirofosfato de sódio 23 • 4 + 31 • 2 + 1 6 • 7 I =t> Massa molecular = 266 u O caso de substâncias hidratadas segue o mesmo raciocínio; por exemplo, o CuS0 4 • 5 H 2 0: Cu S 0 4 5 H 2 0 Sulfato cúprico penta-hidratado 63,5 + 32 + 1 6 • 4 + 5 • (1 -2 + 16) Massa molecular = 249,5 u Responda em seu caderno a) O que é massa molecular? b) Como a massa molecular pode ser calculada? EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno Atenção: Para obter as massas atômicas, necessárias aos exercícios a seguir, use a tabela encontrada no início do livro ou a Tabela Periódica. Aproxime os valores encontra- dos para os números inteiros mais próximos. 9 Calcule as massas moleculares das seguintes substâncias: a) C 2 H 6 b) S0 2 c) CaC0 3 d) NaHS0 4 e) CHjCOONa f) (NH 4 ) 3 P0 4 g) Fe 4 [Fe(CN) 6 ] 3 h) Na 2 C0 3 • 10 H 2 0 10 Qual das alternativas abaixo apresenta a substância de maior massa molecular? a) sulfeto de chumbo II b) cloreto de sódio c) ácido nítrico d) sulfato de prata e) óxido de alumínio Capítulo 11 * Massa atômica e massa molecular 1 1 (Cesgranrio-RJ) Admite-se que os isótopos H 1 , H 2 , H 3 ; Cl 35 , Cl 37 ; O 16 , O 17 , O 18 podem formar moléculas de ácido clórico. Relativamente a essas moléculas, podemos dizer que: a) todas apresentam a mesma massa. b) suas massas podem variar de 84 u a 94 u. c) suas massas podem variar de 52 u a 58 u. d) todas apresentam o mesmo número de nêutrons. e) apresentam números de nêutrons que podem variar de 42 a 50. 1 2 (Ufac) A massa molecular da água comum (H 2 0) é 1 8 u e a da água pesada ou deuterada (D 2 0) é 20 u. Essa dife- rença ocorre porque os átomos de hidrogênio e de deutério apresentam: a) número de nêutrons diferentes. b) mesmo número de prótons. c) número de oxidações diferentes. d) mesmo número de massa. e) número de elétrons diferentes. 267 13/7/05, 9:49 Capitulo 11 -QF1-PNLEM 267 CONCEITO DE MOL No cotidiano, várias mercadorias são vendidas "em conjunto" ou "por atacado". Normalmente não se compra um ovo, mas sim uma dúzia de ovos; não se compra uma folha de papel, mas sim uma resma de papel (pacote com 500 folhas); não se compra um tijolo, mas sim um milheiro de tijolos (1 .000 tijolos); e assim por diante. 1 dúzia de ovos (12 ovos) Uma resma de folhas de papel (500 folhas) Um milheiro de tijolos (1.000 tijolos) Na Química, ocorre algo semelhante. O átomo é tão pequeno que é impossível "trabalhar", "pe- sar" etc. um único átomo. Mesmo uma dúzia, uma resma, um milheiro de átomos são quantidades extremamente pequenas. Os químicos procuraram então uma quantidade de átomos que pudesse ser "pesada" em balanças comuns. A escolha mais lógica foi considerar uma quantidade de átomos que, "pesada", fornecesse em gramas, o mesmo número já estabelecido como massa atômica. Veja, por exemplo, o caso do ferro (representação esquemática): Q 1 átomo de f “pesa” 56 Evidentemente o mesmo raciocínio pode ser feito em relação a moléculas, íons etc. Pois bem, a esse conjunto de N partículas foi dado o nome de mol. A definição oficial de mol, de acordo com o Sistema Internacional de Unidades (SI), é: N átomos de ferro “pesam” 56 gramas Mol é a quantidade de matéria de um sistema que contém tantas entidades elementa- res quantos átomos existem em 0,012 kg de carbono-12. A palavra mol, introduzida na Química por Wilhem Ostwald em 1896, vem do latim mole, que significa "monte", "amontoado" ou "quantidade"; observamos também que foi da palavra mole que se originou molécula, significando pequena quantidade. Mas, afinal, quanto vale esse número N que utilizamos para chegar ao conceito de mol? Hoje sabemos que seu valor é aproximadamente 602.000.000.000.000.000.000.000 (ou, abreviadamente, 6,02 • 1 0 23 partículas/mol). A esse valor foi dado o nome de constante de Avogadro, em homenagem ao químico italiano Amedeo Avogadro. Avogadro intuiu que esse valor seria constante, mas somente técnicas mais modernas permitiram determinar seu valor numérico. Atualmente a constante de Avogadro pode ser determinada, com razoável precisão, por vários métodos: eletrólise, emissões radioativas, raios X (medindo-se a distância entre os átomos num cristal) etc. É importante assinalar que os vários métodos dão resultados concordantes. 268 Capitulo 11 -QF1-PNLEM 268 29/5/05, 20:31 EDUARDO SANTALIESTRA Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A A constante de Avogadro (6,02 • 1 0 23 ) é extremamente grande. Se pudéssemos contar, uma por uma, todas as moléculas existentes em 1 mol (342 g) de sacarose (que é o açúcar comum), contando uma molécula por segundo, demoraríamos 1 90.000.000.000.000 séculos para completar a contagem! O SI estabelece que quando se utiliza o mol, as entidades elementares devem ser especificadas, podendo ser átomos, moléculas, íons, elétrons, assim como outras partículas ou agrupamentos especi- ficados em tais partículas: Exemplificando, temos: 1 mol de moléculas contém 6,02 • 1 0 23 moléculas 1 mol de átomos contém 6,02 • 1 0 23 átomos 1 mol de íons contém 6,02 • 1 0 23 íons 1 mol de elétrons contém 6,02 • 10 23 elétrons Enfim, mol deve ser entendido como quantidade de matéria ligada a um número de partículas — uma noção tão simples quanto dúzia, resma, milheiro etc. MASSA MOLAR (M) Massa molar (M) é a massa, em gramas, de um mol da substância (ou elemento ou íon etc.). Veja os exemplos abaixo, lembrando que a massa atômica do Ca é 40 u, a do Na é 23 u, e a massa molecular do C0 2 é 44 u: • massa molar do Ca ► M = 40 g/mol • massa molar do C0 2 * M = 44 g/mol • massa molar do Na + ► M = 23 g/mol Usualmente as quantidades das substâncias, dos elementos, dos íons etc. são dadas em gramas (ou quilogramas ou toneladas etc.). Entretanto, todos os cálculos químicos se simplificam se usamos as quan- tidades de matéria na sua unidade — mol. Torna-se então muito importante aprendermos a transforma- ção de gramas em mols. Vejamos, então, alguns exemplos desse cálculo da quantidade de mols (n): I a exemplo: Quantos mols correspondem a 88 g de dióxido de carbono (C0 2 )? (Massas atômicas: C = 1 2; O = 1 6) Resolução: 44 g de C0 2 88 g de C0 2 1 mol de moléculas de C0 2 n 88 > n = — => n = 2 mols de molé- 44 cuias de C0 2 2 ~ exemplo: Quantos mols correspondem a 1 00 g de cálcio? Dado: massa atômica do cálcio = 40. Resolução: 40 g de Ca 1 00 g de Ca 1 mol de átomos de Ca 1 1 00 > n = — 7T~ => n = 2,5 mols de áto- n 40 mos de Ca Veja que nos dois exemplos anteriores aparece a mesma fórmula matemática. Generalizando-a, temos: n = quantidade de matéria em mols m = massa dada (em gramas) M = massa molar (em g/mol) m , n = — , sendo < M Capítulo 11 * Massa atômica e massa molecular 269 Capitulo 11 -QF1-PNLEM 269 29/5/05, 20:31 KffVIFSifSW Responda em HilSdáib seu caderno a) O que é mol? /#% b) O que indica o mol? (»( » c) O que representa a constante de Avogadro e qual o valor dessa constante? d) O que é massa molar? EXERCÍCIOS Atenção: Quando necessário, use a constante de Avogadro e consulte a tabela de massas atômicas, aproximando os valores para os números inteiros mais próximos. Exercício resolvido 13 Quantas moléculas existem em 88 g de dióxido de carbono (C0 2 )? (Massas atômicas: C = 12; O = 16; constante de Avogadro = 6,02 • 1 0 23 ) Resolução Podemos esquematizar a seguinte regra de três: 1 mol de CO, 44 g 88 g 6,02 • 1 0 23 moléculas de C0 2 x 02 • 1 0 2 x = 1 ,2 • 1 0 24 moléculas de CQ 2 88 Veja que a fraçao = 2 representa a quantidade de mols de C0 2 ; desse modo, o problema se resume em multiplicar a quantidade de mols do CQ 2 pela constante de Avogadro. 14 (UCS-RS) Submetida a um tratamento médico, uma pessoa ingeriu um comprimido contendo 45 mg de ácido acetilsalicílico (C 9 H 8 0 4 ). Considerando a massa molar do C 9 H 8 0 4 1 80 g/mol, e o número de Avogadro 6,0 • 1 0 23 , é correto afirmar que o número de moléculas da substância ingerida é: a) 1,5 -IO 20 b) 2,4 -10 23 c) 3,4 -IO 23 d) 4,5 -IO 20 e) 6,0 -IO 23 15 (Cesesp-PE) A balança mais precisa pode detectar uma variação de aproximadamente 10~ 8 g. Quantos átomos de ouro existiriam em uma amostra desse peso? (Massa atômica: Au = 197) a) 4 ■ IO 20 átomos b) 6,5 • 1 0 12 átomos c) 9 • 1 0 10 átomos d) 5 • 1 0 1S átomos e) 3 • 1 0 13 átomos 16 (U. São ]udas-SP) Quando bebemos água, normalmente a tomamos na forma de goles. Sabendo-se que 1 gole de água ocupa em média o volume de 1 8 cm 3 e que a densidade da água é 1 g/cm 3 a 4 °C, qual o número de moléculas de água ingeridas de cada vez? (Massas atômicas: H = 1 u; O = 16 u) a) 0,1 8 • 1 0 24 moléculas c) 20,4 • 1 0 23 moléculas e) 1 6,7 • 1 0 23 moléculas b) 8,36 • 1 0 23 moléculas d) 6,02 • 1 0 23 moléculas Exercício resolvido 17 (FEI-SP) Determine o número de átomos de hidrogênio contidos em 100,0 g de álcool etílico (C 2 H 6 0). Resolução 1 mol de C,H fi O 46 g 1 00 g 6,02 ■ 10 23 moléculas de C 2 H 6 0 x Assim, concluímos que: x = 1 ,3 ■ 1 0 24 moléculas de C 2 H 6 0. Note, porém, que cada molécula C 2 H 6 0 contém 6 átomos de hidrogênio. Concluímos então que há 6 ■ 1,3 • 10 24 átomos de hidrogênio, ou seja: 7,8 • 1 0 24 átomos de hidrogênio 18 (Ceub-DF) Em uma amostra de 4,3 g de hexano (C 6 H, 4 ) encontramos aproximadamente: a) 6,00 • 1 0 23 moléculas e 1 ,20 • 1 0 25 átomos. d) 1 ,50 • 1 0 23 moléculas e 3,00 • 1 0 24 átomos. b) 3,00 • 1 0 22 moléculas e 6,00 • 1 0 23 átomos. e) 1 ,50 • 1 0 22 moléculas e 3,00 • 1 0 23 átomos. c) 3,00 • 1 0 23 moléculas e 6,00 • 1 0 24 átomos. Dados: H = 1,0 u C = 12,0 u 270 Capitulo 11 -QF1-PNLEM 270 13/7/05, 10:00 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Exercício resolvido 19 (Mackenzie-SP) Se um dentista usou em seu trabalho 30 mg de amálgama de prata, cujo teor em prata é de 72% (em massa), o número de átomos de prata que seu cliente recebeu em sua arcada dentária é de aproximadamente (massa atômica: Ag = 108; constante de Avogadro = 6,0 ■ 10 23 ): a) 4,0 -10 23 c) 4,6 -IO 19 e) 1,6 -10 23 b) 12,0 -10 19 d) 12,0 -IO 24 Resolução Amálgama de prata é uma liga metálica formada por mercúrio e prata, que já foi muito utilizada em odontologia (hoje é substituída por materiais mais modernos). Neste exercício se diz que a amálgama considerada contém 72% (em massa) de prata. Podemos então calcular: 1 00 g de amálgama 0,030 g de amálgama Assim, recaímos nos cálculos dos exercícios anteriores: 1 mol de Ag 1 08 g 0,0216 g Logo, y = 1 2 • 1 0 19 átomos. Alternativa b 72 g de Ag x 6,0 x = 0,021 6 g de Ag 1 0 23 átomos de Ag y 20 (Cesgranrio-Rj) Considere que a alga microscópica Spirullna platensis, muito utilizada como complemento alimentar, possui 48% de carbono e 7% de hidrogênio em massa. Um comprimido dessa alga, comprado em farmácias, possui 1 g de Spirulina (constante de Avogadro = 6-1 0 23 ). Quantos átomos de carbono e de hidrogênio, respectivamente, existem nesse comprimido? a) 2,4 • 10 22 e 2,1 • 1 0 22 c) 1,2 • 1 0 23 e 2,1 ■ 1 0 22 e) 0,04 e 0,07 b) 2,4 -IO 22 e 4,2 -10 22 d) 4 e 7 Exercício resolvido 21 A quantos gramas correspondem 3 • 1 0 24 átomos de alumínio? Resolução Este exercício é o "inverso" dos anteriores. Agora temos o número de partículas e foi pedida a massa final. O cálculo, no entanto, continua o mesmo: 6 • 1 0 23 átomos de Al 3 • 1 0 24 átomos de Al 27 g (1 mol de Al) x x = 1 35 g de Al 22 (Unicid-SP) Um químico possui uma amostra de cobre (dado: ^Cu). A massa, em gramas, dessa amostra, sabendo-se que ela é constituída por 3,01 • 1 0 23 átomos, é: a) 0,32-1 0 23 g c) 1 ,60 • 1 0 23 g e) 32,00 g b) 0,29 • 1 0 23 g d) 64,00 g Exercício resolvido 23 Quanto pesa (ou melhor, qual é a massa), em gramas, uma única molécula de açúcar comum (sacarose, C 12 H 22 0 11 )? (Massas atômicas: H = 1 ; C = 1 2; O = 1 6; constante de Avogadro = 6,02 • 1 0 23 ) Resolução Calculando a massa molar de C 12 H 22 O n , temos 342 g. Armando uma regra de três, temos: 342 g x 6,02 • 1 0 23 moléculas 1 molécula x = 342 6,02 - 10 23 x — 5,68 • 10~ 22 g Observação: Considerando que átomos e moléculas sao extremamente pequenos, o resultado desse tipo de problema deverá também ser extremamente pequeno, como o que acabamos de calcular. 24 Qual é a massa, em gramas, de uma molécula de etano (C 2 H 6 )? Capítulo 11 • Massa atômica e massa molecular 271 29/5/05, 20:32 Capitulo 11 -QF1-PNLEM 271 Exercício resolvido 25 Qual é a massa correspondente a 5 mols de alumínio? (Massa atômica do alumínio = 27) Resolução => m = n ■ M = 5-27 => m = 1 35 g 26 (Ufac) Três mols de benzeno (C 6 H 6 ) contêm uma massa de: a) 78 g b) 39 g c)156g d) 72 g e) 254 g (Dados: C = 12, H = 1) 27 (UFSE) 1 ,8 • 1 0 23 moléculas de uma substância A têm massa igual a 1 8,0 g. A massa molar de A, em g/mol, vale: a) 18,0 b) 60,0 c) 75,0 d) 90,0 e)120 Exercício resolvido 28 (UFMT) O carbonato de sódio, Na 2 C0 3 , é um produto industrial muito importante e usado na manufatura do vidro. Quantos mols de Na 2 C0 3 existem em 1 32 g de carbonato de sódio? Resolução 1 mol de Na 2 C0 3 106gdeNa 2 CO 3 x 132gdeNa 2 C0 3 | x = 1,24 mol de Na 2 CQ 3 29 (Unifor-CE) Para tomar um cafezinho, é comum a adição de açúcar. Suponha que, para adoçar uma xícara de café, tenham sido colocadas 2 colheres de açúcar, contendo, por colher, 3,5 g. Sabendo-se que a massa molar do açúcar (C 12 H 22 C n ) é 342 g/mol, a quantidade em mol de açúcar nesse cafezinho é, aproximadamente: a) 1 • 1CT 2 b)2-10 2 c) 3-10 2 d) 4 -10 2 e)5-1(T 2 30 (Mackenzie-SP) "Estudos apontam que a amónia (NH 3 ) adicionada ao tabaco aumenta os níveis de absorção de nicotina pelo organismo. Os cigarros canadenses têm, em média, 8,5 mg de amónia por cigarro, valor bem mais baixo do que a média nacional." (Veja, 29 maio 1996.) A quantidade de mols de moléculas existentes em 8,5 mg de amónia é igual a: a) 2,0 • 10 3 mol de moléculas. d) 8,5 • 10~ 3 mol de moléculas. b) 5,0 • 10~ 4 mol de moléculas. e) 3,0 • 1 0 23 mol de moléculas. c) 5,1 • 10 24 mol de moléculas. Exercício resolvido 31 (Fuvest-SP) A tabela abaixo apresenta o mol, em gramas, de várias substâncias: Substância Au HO. o 3 C 5 H 12 h 2 o Mol (g) 197 36,5 48,0 72,0 18,0 Comparando massas iguais dessas substâncias, a que apresenta maior número de moléculas é: a) Au b) HO. c) 0 3 d) C 5 H 12 e) H 2 0 Resolução De acordo com a constante de Avogadro, terá maior número de moléculas a substância que tiver a maior quantidade de mols. Considerando que a quantidade de mols pode ser obtida pelo quociente , concluímos que, em igualdade de massa (m), a substância que tiver massa molar ( M ) menor terá o maior número de moléculas. Esta substância é, portanto, o H 2 0. Alternativa e 32 (Unifor-CE) Comparando-se massas iguais dos seguintes metais, tem maior número de átomos o: a) Li b) K c) Fe d) Cu e) Au 33 (UFPE) A relação entre a quantidade de átomos e uma determinada massa de substância é um dos marcos na história da Química, pois é um dos exemplos que envolvem grandes números. Considere os sistemas abaixo: I. 1 00 átomos de chumbo II. 1 00 mol de hélio III. 1 00 g de chumbo IV. 1 00 g de hélio Considerando as seguintes massas atômicas He = 4 e Pb = 207, a alternativa que representa a ordem crescente de número de átomos nos sistemas acima é: a) III < I < IV < II b) III < II < I < IV c) I < III < IV < II d) I < IV < III < II e) IV < III < II < I Massas molares (q/mol): N = 1 4; H = 1 272 Capitulo 11 -QF1-PNLEM 272 29/5/05, 20:32 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Exercício resolvido 34 (PUC-Campinas-SP) Silicatos são compostos de grande importância nas indústrias de cimento, cerâmica e vidro. Quantos gramas de silício há em 2,0 mols do silicato natural Mg 2 Si0 4 ? a) 56,2 b) 42,1 c) 28,1 d) 14,0 e) 10,2 Resolução Pela própria fórmula do silicato — Mg 2 Si0 4 — concluímos que: se em 1 molécula de Mg 2 Si0 4 há 1 átomo de Si então em 2 mols de Mg 2 Si0 4 há 2 mols de Si Temos então: 1 mol de Si 28,1 g de Si 2 mol de Si x Alternativa a | x = 56,2 g de SI 35 (Fuvest-SP) Linus Pauling, Prêmio Nobel de Química e da Paz, faleceu recentemente aos 93 anos. Era um ferrenho defensor das propriedades terapêuticas da vitamina C. Ingeria diariamente cerca de 2,1 • 10 2 mol dessa vitamina. (Dose diária recomendada de vitamina C (C 6 H s 0 6 ): 62 mg.) Quantas vezes, aproximadamente, a dose ingerida por Pauling é maior que a recomendada? a) 10 b) 60 c) 1,0 -10 2 d) 1,0 -10 3 e) 6,0 -IO 4 36 (Ufes) O número de mols de íons em 1 mol dos compostos sulfato de amónio, iodato de alumínio, carbonato de carbono de cromo III, seleneto de rubídio e cloreto de magnésio é, respectivamente: a) 3, 4, 5, 3 e 3 b) 3, 3, 3, 4 e 5 c) 3, 3, 5, 2 e 3 d) 2, 4, 5, 2 e 3 e) 2, 3, 4, 3 e 2 EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES r \ Registre as respostas em seu caderno 37 (Mackenzie-SP) Por lei, a quantidade máxima do corante urucum (C 25 H 30 O 4 ) permitida em 1 00 g de alimento é de 0,002 g. Assim, a quantidade de moléculas desse corante, presente em 500 g de salsicha, deve ser, aproximada- mente, de: a) 3,0 -IO 18 b) 6,0 -10 17 c) 1,5 - IO 19 d) 3,0 - IO 20 e) 1,5 - IO 21 38 (Unifor-CE) Um recipiente contém 2,0 mols de cloro ga- soso. O número de moléculas do gás é: a) 2,4 -10 23 d) 4,0 b) 1,2 -IO 24 e) 2,0 c) 1,2 -10 23 39 (PUC-MG) Segundo uma pesquisa, realizada em Belo Horizonte, no final da década de 1990, o lançamento diário de monóxido de carbono na atmosfera dessa cida- de foi estimado em cerca de 5,0 ■ 10 3 toneladas. O número de moléculas do referido gás, então lançado na atmosfera, é igual a: a) 1,08 -10 32 d) 1,80 -10 8 b) 1,08 -IO 26 e) 1,8 -IO 2 c) 1,80 - IO 9 40 (FEI-SP) Se sua assinatura, escrita com grafite do lápis, pesa 1 mg, o número de átomos de carbono em sua assinatura é: a) 6,02 -10 23 d) 5,0 -IO 19 b) 72,24 -IO 23 e) 1,2 -IO 22 c) 12 Capítulo 11 * Massa atômica e massa molecuear 41 (Uniube-MG) A quantidade de átomos em um mol de ácido sulfúrico é: a) 3 • 6,02 • 10 23 átomos/mol b) 4 • 6,02 • 10 23 átomos/mol c) 5 • 6,02 • 10 23 átomos/mol d) 6 • 6,02 • 10 23 átomos/mol e) 7 • 6,02 • 10 23 átomos/mol 42 (Vunesp) Em 1 mol de moléculas de H 3 P0 4 tem-se: a) 3 • 1 0 23 átomos de hidrogênio e 1 0 23 átomos de fósforo b) 1 átomo de cada elemento c) 3 íons H + e um íon P0 4 ~ d) 1 mol de cada elemento e) 4 mols de átomos de oxigênio e 1 mol de átomos de fósforo 43 (EEM-SP) A prata de lei é uma liga constituída por prata e cobre. Em 9,73 g do material são encontrados 5,03 • 1 0 22 átomos de prata (massas atômicas: Cu = 63,5; Ag = 107,87). Qual a composição porcentual da liga? 44 Quanto pesa um átomo de chumbo? 45 (Unifor-CE) A molécula de uma substância A tem massa igual a 5,0 • 1 0~ 23 g. Determine o valor númérico da mas- sa molecular de A, em unidades de massa atômica (cons- tante de Avogadro: 6,0 • 10 23 ). 46 (Unirio-RJ) Em 1 00 g de leite em pó infantil, existem 500 mg de cálcio. A opção que indica quantos mols de átomos de cálcio existem numa lata de 400 g de leite em pó é: a) 0,0125 d) 1 b) 0,05 e) 2 c) 0,1 273 Dados: Massa molar (g/mol) H = 1; C = 12; 0 = 16 Capitulo 11 -QF1-PNLEM 273 29/5/05, 20:32 47 (PUC-Campinas-SP) Para a prevenção da cárie dentária recomenda-se adição de fluoreto à água potável ou a fluoretação do sal de cozinha. Há necessidade de se acres- centar cerca de 1,8 ■ 1CT 3 g de fluoreto à dieta diária (dado: massa molar do íon fluoreto = 19 g/mol). Que quantidade de íons, em mol, há em 1,8 ■ 1CT 3 g de fluoreto? a) 1 • 1 CP 2 c) 1 • 10 4 e) 1 • 1(T 6 b) 1 • 1 0 3 d) 1 • 1(T 5 48 (UFV-MG) A adição de pequenas quantidades de selênio durante a fabricação de vidro permite a obtenção de vidro colorido em diversas tonalidades de vermelho. Uma taça de vidro de 79 g foi manufaturada a partir de vidro con- tendo 1% em massa de selênio. A quantidade de matéria (número de mol) de selênio contida na taça, em mol, é: a) 1,00 c) 0,79 e) 0,10 b) 7,90 d) 0,01 49 (Cesgranrio-R|) "A NASA tem um ambicioso plano de mandar uma missão tripulada a Marte. [...] Porém, a medicina ainda não tem respostas para contornar as dificuldades impostas ao organismo humano pelas con- dições climáticas e atmosféricas de Marte. [...] Cogita- se que os equipamentos usados em Marte devem ser testados antes numa base a ser construída na Lua. [...] Importando-se um quilograma de hidrogênio terres- tre e usando-se oito quilogramas de oxigênio extraí- do de rochas lunares, os astronautas teriam combustí- vel suficiente para alimentar os motores que estão sen- do desenvolvidos pela NASA." (O C lobo, 4 julho 1 998.) O número de mols de hidrogênio (M H = 1) e de oxigê- nio ( M 0 = 16) indicados são, respectivamente, de: a) 3 • 1 0 26 e 1,5 • 10 26 d) 500 e 250 b) 6 • 1 0 26 e 3 • 1 0 26 e) 1.000 e 500 c) 500 e 6 - IO 26 50 (FUERN) Deve-se encontrar maior número de moléculas em 1 kg de: a) N 2 (nitrogênio) d) C 6 H 6 (benzeno) b) CH 4 (metano) e) C 6 H 12 0 6 (glicose) c) H 2 0 (água) 51 (Fuvest-SP) O aspartame, um adoçante artificial, pode ser utilizado para substituir o açúcar de cana. Bastam 42 mi- ligramas de aspartame para produzir a mesma sensação de doçura que 6,8 gramas de açúcar de cana. Sendo assim, quantas vezes, aproximadamente, o número de moléculas de açúcar de cana deve ser maior do que o número de moléculas de aspartame para que se tenha o mesmo efeito sobre o paladar? Dados: massas molares aproximadas (g/mol) açúcar de cana: 340 adoçante artificial: 300 a) 30 b) 50 c) 100 d) 140 e) 200 52 (EEM-SP) De um cilindro contendo 640 mg de gás metano (CH 4 ) foram retiradas 12,04 • IO 20 moléculas (massas atômicas: H = 1; C = 12; constante de Avoga- dro = 6,02 -10 23 ). Quantos mols de CH 4 restaram no cilindro? LEITURA HISTÓRIA DAS MEDIÇÕES Os homens primitivos provavelmente sentiram a necessidade de medir distâncias — para informar a seus semelhantes a que distância se encontrava a caça, a pesca, os perigos etc. As primeiras unidades de medida de comprimento foram criadas tomando-se o corpo humano como referência. O dedo polegar, por exemplo, inspirou a polegada (= 2,54 cm); o pé humano deu origem ao pé (= 30,48 cm); a milha corresponde a mil passos 1.609,34 m). Algumas dessas unidades são utilizadas até hoje na Inglaterra e nos Estados Unidos. Mesmo no Brasil, os diâmetros de barras e tubos metálicos ainda são expressos em polegadas. Outra necessidade que se mostrou vital, desde a Antigüidade, foi a de medir a massa. No início a massa era avaliada pela estimativa da carga que um ser humano ou um animal poderia levantar ou carre- gar (medida subjetiva). Posteriormente passou a ser obtida por meio do uso de balanças (medida objeti- va). Essa utilização já era comum por volta de 2000 a.C, e esse progresso foi, sem dúvida, provocado pela intensificação do comércio. Na Antigüidade, porém, as unidades de massa variavam de uma região para outra, o que trazia mui- ta confusão. E interessante notar que algumas unida- des de massa antigas ainda se mantêm em uso — o gado, por exemplo, continua sendo negociado em arrobas 1 5 kg). Uma terceira medida importante é o volume. Desde a Antigüidade, jarros e vasilhas foram utiliza- dos como unidades de medida para comercializar lí- quidos como o vinho, o leite etc. E o caso da ânfora dos romanos, equivalente a aproximadamente 25,44 litros. Curiosamente, até o século XIX era comum, no interior do Brasil, a compra e venda de arroz, feijão, milho etc. em litros, já que as balanças eram raras e custavam caro. Mural egípcio em Tebas, mostrando barras tubulares de ouro contrabalançadas por um objeto que tem o formato da cabeça de um animal. g o 274 13/7/05, 10:01 Capitulo 11 -QF1-PNLEM 274 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Na história da humanidade, surgiram muitas unidades de medida, o que terminou gerando muita confusão. Para a ciência, para a tecnologia e mesmo para as transações comerciais do dia-a-dia, é impor- tante que se adote um sistema (conjunto) de unidades simples, correlacionadas de modo racional e, se possível, válidas em todas as partes do planeta. Uma grande vitória foi conseguida com o chamado siste- ma métrico decimal. Veja, por exemplo, que as unidades de comprimento, de área e de volume estão relacionadas entre si: • para o comprimento, o metro (m) é a unidade básica; • para a área, o metro quadrado (m 2 ) é uma unidade derivada; • para o volume, o metro cúbico (m 3 ) é outra unidade derivada. O sistema métrico decimal foi criado na França, em 1 799, e adotado no Brasil em 1862. Atualmente, esse sistema é utilizado em quase todos os países. Racionalização ainda maior foi conseguida com o Sistema Internacional de Unidades (SI), que o Brasil adotou em 1 962. Esse sistema englobou e ampliou o sistema métrico decimal ao estabelecer o menor núme- ro possível de unidades básicas. Veja no quadro seguinte as sete unidades fundamentais do SI: Grandeza Unidade Símbolo Comprimento Metro m Massa Quilograma kg Tempo Segundo S Intensidade de corrente elétrica Ampère A Temperatura Kelvin K Quantidade de matéria Mol mol Intensidade luminosa Candeia cd Dessas unidades básicas resultam as chamadas unidades derivadas, como na seqüência (incompleta) apresentada abaixo: Grandeza Unidade Símbolo Superfície Metro quadrado m 2 Volume Metro cúbico m 3 Velocidade Metro por segundo m/s Acontece freqüentemente que o número resultante da medida de uma grandeza é "muito grande" ou "muito pequeno". Por exemplo, usando a unidade básica de comprimento, o metro, deveríamos dizer: • a distância entre as cidades de São Paulo e Rio de Janeiro é 41 0.000 metros; • o tamanho de determinada célula animal é 0,000003 metro. Nesses casos, por questão de comodidade, usamos potências de 10 ou múltiplos ou submúltiplos decimais das unidades do SI. Dizemos então: • a distância entre São Paulo e o Rio de Janeiro é 4,1 - IO 5 metros ou 410 quilômetros (41 0 km); • o tamanho da célula animal é 3 ■ 1CT 6 metros ou 3 micrometros (3 pm). Os múltiplos e submúltiplos decimais oficialmente adotados pelo Sistema Internacional de Unidades são: Fator Prefixo Símbolo Fator Prefixo Símbolo 10 18 Exa E 10 _1 Deci d 10 15 Peta P 1(T 2 Centi c 10 12 Tera T 1(T 3 Mili m 10 9 Giga G 1(T 6 Micro p 10 6 Mega M IO 9 Nano n 10 3 Quilo k IO 12 Pico p 10 2 Hecto h IO 15 Femto f 10 1 Deca da 10-18 Atto a Capítulo 11 * Massa atômica e massa molecular 275 Capitulo 11 -QF1-PNLEM 275 29/5/05, 20:33 Questões sobre a leitura Responda em seu caderno 53 No que foram inspiradas as medições mais antigas? 54 O que é um sistema de unidades? 55 Quantas e quais são as unidades básicas do SI? — DESAFIOS Registre as respostas em seu caderno 56 (Fuvest-SP) O Brasil produz, por ano, aproximadamente, 5.0 • 1 0 6 t de ácido sulfúrico, 1,2- 1 O 6 t de amónia e 1 .0 • 1 0 6 1 de soda cáustica. Transformando-se toneladas em mols, a ordem decrescente de produção dessas subs- tâncias será: a) H 2 S0 4 > NH 3 > NaOH b) H 2 S0 4 > NaOH > NH 3 c) NH 3 > H 2 S0 4 > NaOH d) NH 3 > NaOH > H 2 S0 4 e) NaOH > NH 3 > H 2 S0 4 57 (Cesgranrio-RJ) 6,67 g de uma cerâmica supercondutora de fórmula YBa 2 Cu 3 0 7 contêm, aproximadamente: a) 1 3 ■ 6,02 • 1 0 23 mols de cerâmica b) 6,02 • 1 0 25 átomos c) 13-1 O" 2 mols de cerâmica d) 1 O" 2 átomos e) 1 3 ■ 6,02 • 1 0 21 átomos 58 (UFRGS-RS) Ao preparar-se soro caseiro para ser servido a crianças de uma creche, utilizou-se 1 mol de sacarose (C 12 H 22 O m ) e 0,5 mol de cloreto de sódio (NaCÍ), com água suficiente para se obterem cerca de 5 litros do soro. O número total de partículas dos dois solutos presentes nessa solução é cerca de: a) 1,5 -10 23 b) 3,0 • 1 0 23 c) 6,0 • 1 0 23 d) 1,2- 10 24 e) 9,0 • 1 0 24 59 (UFMS) Um ourives, ao procurar ouro e cobre, matéria- prima para seu trabalho, encontrou-os na forma de fios. Comprou, então, um metro de fio de ouro e um metro de fio de cobre, pesando cada um, respectivamente, 1 80.0 g e 63,5 g. A partir desses fatos, é correto afirmar que: (01) o fio de ouro tem maior número de átomos. (02) o fio de cobre tem maior número de átomos. (04) os fios de ouro e de cobre têm o mesmo número de átomos. (08) só é possível determinar o número de átomos para o fio de cobre. (16) é impossível determinar o número de átomos para ouro e cobre, pois não se conhece o diâmetro dos fios. (32) o número de átomos de ouro é o dobro do número de átomos de cobre nos fios. 60 (Vunesp) O mercúrio, na forma iônica, é tóxico porque inibe certas enzimas. Uma amostra de 25,0 g de atum de uma grande remessa foi analisada e constatou-se que con- tinha 2,1 • 10" 7 mols de Hg 2+ . Considerando-se que os alimentos com conteúdo de mercúrio acima de 0,50 • 1 0" 3 g por quilograma de alimento não podem ser comercia- lizados, demonstrar se a remessa de atum deve ou não ser confiscada (massa atômica do Hg = 200). 61 (PUC-RJ) a) O antimônio, elemento conhecido desde a Antigüi- dade, tem dois isótopos estáveis: 121 Sb (massa atômi- ca 1 20,90) e 123 Sb (massa atômica 1 22,90). Calcule a abundância percentual dos dois isótopos (massa atô- mica do antimônio = 121,7 u). b) Um pedaço de folha de alumínio tem um volume de 2,00 cm 3 (massa atômica do alumínio = 26,98 u). Sendo a densidade do alumínio de 2,702 g/cm 3 , quantos átomos este pedaço de folha contém? 62 (Unicamp-SP) O número atômico do magnésio é 1 2 e sua massa molar é 24,3 g • mol"'. Este elemento possui três isótopos naturais cujos números de massa são 24, 25 e 26. a) Com base nessas informações, responda qual dos isótopos naturais do magnésio é o mais abundante. Justifique. Ao se reagir apenas o isótopo 24 do magnésio com cloro, que possui os isótopos naturais 35 e 37, for- mam-se cloretos de magnésio que diferem entre si pelas massas molares. b) Quais são as massas molares desses cloretos de magnésio formados? Justifique. 276 Capitulo 11 -QF1-PNLEM 276 29/5/05, 20:33 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. ITTT LI Tópicos do capítulo 1 Introdução 2 O estado gasoso 3 O volume dos gases 4 A pressão dos gases 5 A temperatura dos gases 6 As leis físicas dos gases 7 Equação geral dos gases 8 Condições normais de pressão e temperatura (CNPT) 9 Teoria cinética dos gases 10 Gás perfeito e gás real 1 1 Leis volumétricas das reações químicas (leis químicas dos gases) 12 Volume molar 13 Equação de Clapeyron 14 Misturas gasosas 15 Densidades dos gases 16 Difusão e efusão dos gases Leitura: A camada de ozônio ESTUDO DOS GASES Festival de balonismo. Apresentação do capítulo O estado gasoso tem grande importância teórica e prática. Na prática, os gases são importantes na vida dos vegetais e dos animais (afinai, respiramos), assim como em indústrias e transportes. 0 gás natural é um ótimo combustível e mais "limpo" que o carvão ou o petróleo. 0 gás oxigênio, além de seu uso hospitalar, é usado na siderurgia, nos maçaricos de cortar e soldar metais etc. Do ponto de vista teórico, podemos dizer que o entendimento do papel dos gases foi muito importante para a compreensão das reações químicas. Capitulo 12A-QF1-PNLEM 277 29/5/05,20:37 A INTRODUÇÃO O conhecimento dos gases e de suas propriedades é de grande importância na Química, uma vez que os gases estão sempre presentes em nosso dia-a-dia. De fato, o ar que respiramos é indis- pensável à nossa vida, como também à vida de todos os animais e vegetais (vivemos imersos na atmosfera terrestre). Vários elementos químicos importantes estão presentes em substâncias gaso- sas, em condições ambientes: H 2 , N 2 , 0 2 , F 2 , Cl 2 e os gases nobres. Muitos compostos químicos importantes também são gasosos: C0 2 , CO, NO, N0 2 , N 2 0, NH 3 , S0 2 , H 2 S, HCÍ, CH 4 etc. O ESTADO GASOSO Na página 61, já falamos do estado gasoso, comparando-o com o estado sólido e com o líquido. No entanto, é sempre importante relembrar que: • os gases têm massa, como mostramos na figura abaixo; Dois balões exatamente iguais, contendo iguais volumes de gás carbônico e de ar, mostram que o balão com C0 2 tem mais massa que o balão com ar. • os gases sempre tendem a ocupar todo o volume do recipiente que os contém (grande expansibilidade); • os gases são muito menos densos do que os sólidos e os líquidos (isto é, em igualdade de massa, ocupam um volume muito maior); • os gases sempre se misturam entre si (grande difusibilidade); • os volumes dos gases variam muito com a pressão (grande compressibilidade) e com a tempera- tura (grande dilatabilidade). Quando estudamos um gás, devemos considerar as seguintes grandezas fundamentais: a massa, o volume, a pressão e a temperatura. As influências da pressão e da temperatura são tão grandes que realmente só tem sentido mencionarmos o volume de um gás fornecendo também sua pressão e sua temperatura. O VOLUME DOS GASES De maneira simplificada podemos dizer que o volume de um gás coincide com o próprio volume do recipiente que o contém. No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade padrão de volume é o metro cúbico (m 3 ), definido como o volume de um cubo cuja aresta tem 1 m de comprimento. No estudo dos gases, os volumes são também medidos em litros (L), em mililitros (mL), em centímetros cúbicos (cm 3 ) etc. É bom relembrar que: 1 m 3 = 1 .000 L = 1 .000.000 mL (cm 3 ) 1 L = 1.000 mL = 1.000 cm 3 1 mL = 1 cm 3 278 Capitulo 12A-QF1-PNLEM 278 6/7/05, 14:54 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A A PRESSÃO DOS GASES Em Física, define-se pressão como o quociente entre uma força (que pode ser o peso) e a área da superfície onde a força está aplica- da. Matematicamente, temos: P = F_ S De certo modo, isso equivale a dividir a força em "forças meno- res", iguais entre si e distribuídas em cada unidade de área. No caso dos gases, a pressão resulta dos choques de suas partí- culas contra as paredes do recipiente que os contêm. Não confunda força (nem peso) com pressão. Lembre-se dos seguintes exemplos: • uma faca afiada corta melhor do que uma faca "cega", pois, afiando-se a faca diminui-se a área de atuação da força, resultando num aumento da pressão sobre o objeto a ser cortado; • deitar no chão faz doer as costas, pois o nosso corpo fica apoiado sobre alguns poucos pontos; sobre um colchão macio, porém, o peso de nosso corpo se distribui por uma área maior, conse- guindo-se assim uma pressão menor; • um faquir não se fere na cama de pregos, pois seu peso se distribui pelas pontas dos pregos, diminuindo a pressão sobre as suas costas. No SI, a unidade de pressão é o pascal (Pa), definido como a pressão exercida por uma força de 1 N (1 newton) uniformemente distribuída sobre uma superfície plana de 1 m 2 de área, sendo essa superfície perpendicular à direção da força. Em outras palavras, 1 Pa é igual a 1 N/m 2 (lembre-se de que 1 N é a força necessária para que 1 kg de massa seja acelerado à razão de 1 m/s 2 ). A pressão dos gases é também medida em milímetros de mer- cúrio, unidade que resulta de uma experiência clássica de Torricelli: quando um tubo completamente cheio de mercúrio é emborcado num recipiente que também contenha mercúrio, a altura h em que o mercúrio "estaciona" depende exclusivamente da pressão do ar at- mosférico. Esse aparelho, denominado barômetro de mercúrio, ser- ve para medir a pressão atmosférica. Se a experiência de Torricelli for feita ao nível do mar, a altura h será 76 cmHg (centímetros de mercúrio), ou 760 mmHg (milímetros de mercúrio), ou 760 torr (torricelli), ou, ainda, 1 atm (atmosfera). A seguir, apresentaremos as seguintes equivalências entre as unidades de pressão. Praticamente vácuo Pressão cio ar Unidade de área 1 atm = 76 cmHg = 760 mmHg = 760 torr 1 mmHg = 1 torr 1 atm = 101.325 Pa (ou N/m 2 ) 1 mmHg = 133,322 Pa (ou N/m 2 ) Evangelista Torricelli Físico e matemático italiano, nasceu em Faenza, em 1 608, e faleceu em Floren- ça, em 1647. Em 1643 fez experiên- cias com as bombas de extrair água de poços e em 1 644 construiu seu céle- bre tubo de Torricelli (barômetro de mercúrio), verificando então que a pres- são do ar, no alto das montanhas, é menor do que ao nível do mar. Gravura do séo. XVII sobre a famosa experiência de Torricelli no laboratório com um tubo de mercúrio, o que permitiu determinar o valor da pressão atmosférica. Capítulo 12 • Estudo dos gases 279 Capitulo 12A-QF1-PNLEM 279 6/7/05, 14:55 GABOR NEMES/KINO A É interessante notar que a pressão atmosférica resulta do peso que a camada de ar atmosférico (de cerca de 800 km de espessura) exerce sobre nós e todos os objetos que estão na superfície da Terra. Sendo assim, à medida que subimos, a pressão atmosférica diminui. De fato, ao nível do mar ela é igual a 760 mmHg; na capital de São Paulo (780 m de altitude) é de cerca de 700 mmHg; na cidade de Campos de Jordão-SP (1 .650 m de altitude) é de 61 0 mmHg; no Monte Everest (8.850 m de altitude) é de 240 mmHg; a 1 0 km de altitude é de 205 mmHg; e assim por diante. É por isso que os aviões comerciais a jato, que voam em uma altitude média de 1 0 km, precisam ter cabine pressurizada para assegurar a respiração aos passageiros. Os barômetros medem a pressão do ar atmosférico. Os manómetros utilizados nos postos de serviços medem a pressão do ar no interior dos pneus. A TEMPERATURA DOS GASES A temperatura é uma grandeza que mede o grau de agitação das partículas (átomos ou moléculas) que constituem um corpo. Para um gás, a temperatura depende da velocidade (grau de agitação) das moléculas que o constituem. A temperatura dos gases pode ser medida com o auxílio de várias escalas termométricas diferentes. No Brasil, a escala usual é a escala Celsius (°C), que é uma escala centesimal (ou centígrada); nos Estados Unidos da América, por exemplo, é usada a escala Fahrenheit (°F). Em trabalhos científicos, todavia, usa-se a escala absoluta ou Kelvin (K), pois ela traz grandes simplificações nas leis e fórmulas em geral — e é adotada pelo SI. A figura abaixo compara a escala Kelvin com a escala Celsius. Escala Escala Celsius Kelvin - 1 00 °C e o°c-- 373 K T 273 K -273 °C i 1 0 K Portanto, para transformar graus Celsius (0) em kelvins (T): T = 9 + 273 William Thomson (Lord Kelvin of Largs) Físico irlandês, nasceu em Belfast, em 1 824, e faleceu em Largs, em 1 907. Em Geologia, estudou a idade da Terra. Em 1 852, criou a escala absoluta de tem- peraturas, hoje chamada de escala Kelvin, de grande importância para a ciência. É considerado um dos pais da Físico-Química. 280 Capitulo 12A-QF1-PNLEM 280 6/7/05, 14:56 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. ZERO ABSOLUTO O ponto inicial da escala absoluta ou escala Kelvin é chamado de zero absoluto. Esse ponto corres- ponde à temperatura de -273,1 6 °C. Até hoje não se conseguiu chegar a essa temperatura, mas já foram obtidos valores muito próximos. O zero absoluto é uma temperatura de grande importância teórica para a Física e para a Química. Supõe-se que, nessa temperatura, várias condições excepcionais serão obtidas: todas as substâncias estarão no estado sólido; cessarão o movimento e a agitação dos átomos e das moléculas; a resistência elétrica dos metais cairá a zero (é o fenômeno da supercondutividade elétrica). Os jornais de grande circulação anunciaram, em setembro de 2003, que uma equipe de físicos do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) dos Estados Unidos conseguiu a temperatura mais baixa registrada até aquela data: meio bilionésimo de grau acima do zero absoluto. O MAGO DE ID PAR KE R & HART Responda em seu caderno a) Quais são as grandezas fundamentais no estudo dos gases? b) O que é pressão? c) Qual a relação entre a temperatura absoluta (K) e a escala Celsius (°C)? CYCDCÍriOÇ Registre as respostas CACKUUUj e m seu caderno Exercício resolvido 1 A quantos litros corresponde o volume de 7,5 m 2 3 * 5 ? Resolução Essa conversão é resolvida pela seguinte regra de três: 1 m 3 1.000 L 7,5 m 3 x x = 7.500 L Resumindo, para transformar metros cúbicos em li- tros, ou vice-versa, temos: Multiplica-se por 1.000 m 3 - L Divide-se por 1 .000 Analogamente: Multiplica-se por 1.000 L ■ < mLfoucm 3 ) Divide-se por 1.000 2 A quantos mililitros (ou cm 3 ) correspondem 2,5 L? Exercício resolvido 3 A quantos milímetros de mercúrio corresponde uma pressão de 5 atm? Resolução 1 atm 760 mmHg 5 atm x x = 3.800 mmHg Em resumo, para transformar atmosferas em milí- metros de mercúrio, ou vice-versa, temos: Multiplica-se por 760 atm - =+ mmHg Divide-se por 760 4 A quantas atmosferas corresponde a pressão de 1 97,6 cm de mercúrio? 5 Dentre os valores apresentados abaixo, qual indica a pres- são mais elevada? a) 1,2 atm c) 80 cmHg e) 70 cmHg b) 700 mmHg d) 0,8 atm 6 Qual é a pressão equivalente a 4,5 atm? a) 342 mmHg d) 34,2 mHg b) 3.420 cmHg e) 342 dmHg c) 3.420 torr Exercício resolvido 7 Qual é a temperatura Kelvin correspondente a 40 °C? Resolução Pela fórmula 7= 0 + 273, temos: 7= 40 + 273 7= 313 K 8 Qual é a temperatura centígrada correspondente a 200 K? Capítulo 12 • Estudo dos gases 281 Capitulo 12A-QF1-PNLEM 281 29/5/05, 20:38 6 AS LEIS FÍSICAS DOS GASES São leis experimentais que mostram como varia o volume de um gás quando a pressão e a temperatura desse gás variam. Considerando que essas variações são transformações físicas, concluí- mos que essas leis são mais pertinentes à Física do que à Química. Algumas expressões comumente usadas são: • estado de um gás — são as condições de volume (\/), pressão (P) e temperatura ( T ) em que esse gás se encontra; • variáveis de estado — são as grandezas V, P e T; • transformações gasosas — são as variações de V, P e/ou T. 6.1. Lei de Boyle-Mariotte Se você apanhar uma bomba de encher pneu de bicicleta, puxar o êmbolo total mente para fora, fechar a saída de ar com um dedo e empurrar o êmbolo, notará que é possível deslocá-lo um pouco para dentro — quanto maior for a força que você con- seguir exercer, maior será esse deslocamento. Pois bem, os cientistas Boyle e Mariotte fizeram, cada um a seu tempo, uma experiência semelhante que veio a resultar na lei que leva seus nomes: eles provocaram a variação da pressão de uma determinada massa de gás, mas tendo o cuidado de mantê-lo a temperatura constante. É o que se de transformação isotérmica (do grego: iso, igual; thermo, calor). No cilindro ilustrado abaixo, notamos que, aumentando a pressão sobre o gás, o volume deste diminui, dando resultados como os que são mostra- dos na tabela a seguir. Transformação isotérmica — Massa constante *■ Temperatura constante ► 1 ° estado 2 o estado Na tabela abaixo, podemos observar que o produto P V é constante. Pressão (P) (em atm) Volume (V) (em mL) Produto PV 2 600 1.200 4 300 1.200 6 200 1.200 8 150 1.200 Observamos assim que dobrando, triplicando etc. a pressão sobre o gás, seu volume se reduz à metade, a um terço etc., permanecendo constan- te, porém, o produto PV. Por isso dizemos, mate- maticamente, que a pressão e o volume são gran- dezas inversamente proporcionais. Dessas observa- ções, vem o enunciado da lei de Boyle-Mariotte: Sob temperatura constante, o vo- lume ocupado por determinada mas- sa gasosa é inversamente proporcio- nal à sua pressão. Robert Boyle e Edme Mariotte Filósofo e naturalista inglês, nasceu em Lis- more Castle, em 1 627, e faleceu em Lon- dres, em 1691. Boyle estudou os gases com afinco e é considerado um dos fun- dadores da Química. Seu livro 0 químico cético mudou a interpretação da Quími- ca, no seu tempo. Boyle foi também um dos fundadores da Sociedade Real de Ciências da Inglaterra. Em 1 676, o físico francês Edme Mariotte (1620-1684) repetiu a experiência de Boyle e a divulgou na França, dizendo honestamente que a descoberta fora devida ao cientista inglês. 282 Capitulo 12A-QF1-PNLEM 282 29/5/05, 20:38 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Esse enunciado pode ter as seguintes representações: Representação matemática Representação gráfica AS LEIS DA CIÊNCIA SÓ VALEM DENTRO DE CERTOS LIMITES De fato, na compressão dos gases é muito comum acontecer o seguinte (acompanhe as setas no gráfico): aumentando-se a pressão sobre o gás, seu volume diminui gradativamente até o ponto A, onde o gás se liquefaz; de A (gás) para B (líquido), seu volume se reduz bruscamente; e, em seguida, praticamente não varia mais (B — > C), pois os líquidos são pouco compressíveis. Evidentemente, a partir de A, a lei de Boyle-Mariotte deixa de ser válida. Essa situação pode ser visualizada nos isqueiros a gás de corpo transparente, nos quais é possível enxergar o gás liquefeito. 6.2. Lei de Gay-Lussac Se você encher um balão de borracha (do tipo usado em festas) e deixá-lo por algumas horas na geladeira, verá que o volume do balão diminui com o resfriamento. E, reti- rando esse balão da geladeira, notará que o volume desse balão volta ao inicial. Vamos imaginar, agora, o aquecimento de determinada massa de gás mantido à pressão constan- te. Trata-se de uma transformação isobárica (do grego: isos, igual; baros, pressão). No cilindro repre- sentado abaixo, notamos que, aumentando a temperatura do gás, seu volume também aumen- ta, dando resultados como os mostrados na ta- bela a seguir. Transformação isobárica Joseph Louis Cay-Lussac 1 2 estado OO Massa constante estado Nasceu em Saint Leonard, França, em 1 778, e faleceu em Paris, em 1 850. Fez importantes estudos sobre a ex- pansão dos gases. Realizou também a síntese da água, verificando que sempre 2 volumes de hidrogênio se combinam com 1 vo- lume de oxigênio. A simplicidade dessa relação levou Gay-Lussac à descoberta das leis das reações em volumes gasosos, que estudaremos mais adiante. Capítulo 12 • Estudo dos gases 283 Capitulo 12A-QF1-PNLEM 283 29/5/05, 20:38 Na tabela abaixo, podemos observar que a relação y- é constante. Temperatura (T) (em kelvins) Volume (V) (em mL) Quociente - 100 200 2 200 400 2 300 600 2 400 800 2 Observamos assim que dobrando, triplicando etc. a temperatura absoluta do gás, seu volume também dobra, triplica etc., permanecendo constante, porém, o quociente y . Por isso dizemos, mate- maticamente, que a temperatura absoluta e o volume são grandezas diretamente proporcionais. Dessas observações, vem o enunciado da lei de Gay-Lussac: Sob pressão constante, o volume ocupado por determinada massa gasosa é direta- mente proporcional à sua temperatura absoluta. Desse enunciado resultam as seguintes representações: Representação matemática Representação gráfica 6.3. Lei de Charles Você já deve ter ouvido falar que a pressão dos pneus de um carro aumenta em dias muito quentes. Você sabe, também, que é muito perigoso aquecer recipientes fechados, mesmo quando "vazios". Na verdade, um recipiente "vazio" contém ar e/ou resíduos de produto. Quando aquecido, a pressão do conteúdo aumenta e o recipiente pode explodir. A lei de Charles se aplica a situações desse tipo. Vamos imaginar, agora, o aquecimento de determinada massa de gás mantido a volume constan- te. Trata-se de uma transformação isovolumétrica (ou isométrica, ou isocórica — do grego: iso, igual; coros, volume). No cilindro representado abaixo (agora com a tampa "travada"), notamos que, aumen- tando a temperatura do gás, sua pressão também aumenta, dando resultados como os mostrados na tabela a seguir. Transformação isométrica 1 a estado 2- estado Jacques Alexandre César Charles Cientista francês, nasceu em Beau- gency, em 1 746, e faleceu em Pa- ris, em 1823. Pesquisou a expan- são dos gases para fabricar termô- metros de precisão, chegando as- sim à lei que hoje leva seu nome. È o o 284 Capitulo 12A-QF1-PNLEM 284 29/5/05, 20:38 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Na tabela abaixo, podemos observar que a razão — é constante. Temperatura (T) (em kelvins) Pressão (P) (em atm) Quociente -Ç- 100 3 0,03 200 6 0,03 300 9 0,03 400 12 0,03 Observamos assim que dobrando, triplicando etc. a temperatura absoluta do gás, sua pressão também dobra, triplica etc., permanecendo constante, porém, o quociente -y . Por isso dizemos, mate- maticamente, que a temperatura absoluta e a pressão são grandezas diretamente proporcionais. Dessas observações, vem o enunciado da lei de Charles: Sob volume constante, a pressão exercida por uma determinada massa gasosa é dire- tamente proporcional à sua temperatura absoluta. Este enunciado pode ter as seguintes representações: Representação matemática Representação gráfica ES35B3S m As duas últimas leis foram concluídas independentemente por Gay-Lussac e por Charles. Por esse motivo, alguns livros chamam a penúltima lei de primeira lei de Charles-Gay-Lussac e, a última, de segunda lei de Charles-Gay-Lussac. Resumindo as transformações e as leis que acabamos de estudar, temos: Transformação Volume Pressão Temperatura Lei Fórmula Isotérmica Varia Varia Constante Boyle-Mariotte PV = constante Isobárica Varia Constante Varia Gay-Lussac — = constante T Isovolumétrica ou isométrica ou isocórica Constante Varia Varia Charles — = constante T Capítulo 12 • Estudo dos gases 285 Capitulo 12A-QF1-PNLEM 285 29/5/05, 20:39 A EQUAÇÃO GERAL DOS GASES Reunindo as três fórmulas vistas nas três leis físicas dos gases, chegamos à fórmula matemática: P,V, P 2 V 2 PV , , — 1 ou = constante T , T 2 T que é a chamada equação geral dos gases. Note que ela só é válida para uma massa constante de um mesmo gás. CONDIÇÕES NORMAIS DE PRESSÃO E TEMPERATURA (CNPT) Por definição, chamamos condições normais de pressão e temperatura (CNPT ou CN) a: Pressão = 1 atm = 760 mmHg Temperatura = 0 °C = 273 K É usual indicarmos o gás nas condições normais por V 0 , P 0 e T 0 . TEORIA CINÉTICA DOS GASES Essa teoria procura dar uma idéia da estrutura interna dos gases (de como é um gás "por dentro"), criando um modelo que possa explicar os fenômenos e as leis experimentais mencionadas anteriormente. Em linhas gerais, a teoria cinética dos gases diz que: • Todo gás é formado por partículas minúsculas (átomos, moléculas, íons) em movimento livre, desordenado e com alta velocidade. Esse movimento é denominado agitação térmica. Por exemplo, a velocidade das mo- léculas do ar, nas condições ambientes, é de cerca de 1 .400 km/h. A maior ou menor temperatura de um gás é a medida do maior ou menor grau de agitação térmi- ca de suas partículas. • As partículas de um gás estão muito afastadas umas das outras, isto é, o espaço que elas ocupam é desprezível em face do espaço "vazio" existente no estado gasoso. Por exemplo, o volume próprio das molécu- las de N 2 e de 0 2 existentes no ar, nas condições ambientes, é cerca de 0,1 % do volume ocupado pelo ar. Tal fato explica por que os gases têm densidades baixas, podem serfacilmente comprimi- dos e se misturam com muita facilidade. Além disso, estando muito afastadas, as partículas se atraem muito pouco, o que explica a expansão fácil dos gases e sua grande dilatação com o calor. • As partículas de um gás se chocam de forma perfeitamente elástica entre si e contra as paredes do recipiente que as contém, isto é, sem perder energia cinética e quantidade de movimento. Isso explica por que o movimento das partículas é perpétuo. Além disso, é fácil compreender que a pressão exercida por um gás dentro de um recipiente resulta dos choques de suas partículas contra as paredes desse recipiente. Por exemplo, dentro do pneu de um automóvel, é o choque das moléculas de ar com as paredes do pneu que mantém o pneu cheio; e também se percebe que a mesma pressão é exercida em todas as direções. • As moléculas não exercem força umas sobre as outras, exceto quando colidem. Entre as colisões, apresentam movimento retilíneo e uniforme. Isso equivale a desprezar as forças gravitacionais e as forças intermoleculares. 286 Capitulo 12A-QF1-PNLEM 286 29/5/05, 20:39 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 10 GÁS PERFEITO E GÁS REAL Gás perfeito, ou gás ideal, seria o gás que obedeceria, rigorosamente, às leis e fórmulas estudadas neste capítulo, em quaisquer condições de pressão e temperatura e também deveria encaixar-se perfei- tamente no modelo descrito pela teoria cinética. Na prática tal gás não existe. Os gases comuns, que chamaremos de gases reais, sempre se afastam do comportamento de um gás perfeito, principalmente a pressões muito altas e/ou temperaturas muito baixas. Nesses casos, o volume dos gases se reduz bastante, e as partículas se avizinham, passando umas a interferir no movimento das outras. Como conseqüência, o comportamento dos gases passa a se afastar daquele previsto pela teoria cinética. Desse modo, podemos concluir que um gás real se assemelha mais ao gás perfeito à medida que a pressão diminui e a temperatura aumenta; em outras palavras, o comportamento de um gás será tanto mais perfeito quanto mais rarefeito ele estiver. ATIVIDADES PRÁTICAS — i â Materiais • 1 saco de lixo de cor preta Procedimento • Abra o saco de lixo para que entre ar dentro dele. • Fe- che-o muito bem e deixe-o sob o calor do sol. • Anote as observações no caderno. Pergunta 1) O que ocorreu com o saco de lixo deixado ao sol? Por quê? 2 a Materiais • 1 seringa plástica sem agulha Procedimento • Puxe o êmbolo da seringa até a metade para que o ar entre dentro dela e feche-a, na extremidade, com o dedo. • Sempre com a extremidade da seringa fechada, pressione (aumente a pressão sobre) o êmbolo para re- duzir o volume de ar dentro da seringa. • Solte o êmbolo e observe, anotando no caderno, o que ocorre. • Ainda com a extremidade da seringa fechada, puxe o êmbolo a fim de aumentar o volume de ar dentro dela. • Solte o êmbolo e observe, anotando no caderno, o que ocorreu. Perguntas 1 ) Como varia o volume de ar dentro da seringa em rela- ção à pressão exercida no êmbolo? 2) O que ocorre com os balões cheios de gás hélio quan- do eles escapam para a atmosfera? Por quê? 3 â Materiais • 1 balão de borracha (do tipo usado em festas) Procedimento • Encha o balão de borracha e feche-o muito bem. • Co- loque o balão cheio de ar no congelador (ou no freezer) por 1 hora. • Depois, retire o balão do congelador e ano- te imediatamente no caderno as observações. • Aguarde alguns minutos e observe novamente o balão, anotando no caderno as observações. Perguntas 1) Como varia o volume de ar dentro do balão em rela- ção à temperatura? Por quê? 2) A pressão do ar dentro dos pneus de um automóvel é maior quando o carro está em movimento ou quando ele está parado? Por quê? 3) A pressão do ar dentro dos pneus de um automóvel é maior em dias mais quentes ou em dias mais frios? Por quê? Responda em seu caderno a) Sob temperatura constante, qual a relaçao entre o volume ocupado por determina- da massa gasosa e sua pressão? b) Sob pressão constante, qual a relação entre o volume ocupado por determinada massa gasosa e sua temperatura absoluta? c) Sob volume constante, qual a relação entre a pressão exercida por determinada massa gasosa e sua temperatura absoluta? d) Quais valores, de pressão e temperatura, correspondem às condições normais de pressão e temperatura (CNPT)? e) O que enuncia a teoria cinética? f) O que é gás perfeito ou ideal? Capítulo 12 • Estudo dos gases 287 Capitulo 12A-QF1-PNLEM 287 29/5/05, 20:39 EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno Exercício resolvido 9 Vinte litros de gás hidrogênio foram medidos a 27 °C e 700 mmHg de pressão. Qual será o novo volume do gás, a 87 °C e 600 mmHg de pressão? Resolução Vamos aplicar a equação geral dos gases: m _ PiY 2 t, t 2 É importante lembrar que nessa fórmula a pressão e o volume podem ser usados em quaisquer unida- des; a temperatura, contudo, será obrigatoriamen- te em kelvins: 700 • 20 = 600 • V 2 (27 + 273) (87 + 273) V 2 = 28 L 10 (Estácio-RJ) Um volume de 1 0 L de um gás perfeito teve sua pressão aumentada de 1 para 2 atm e sua tempera- tura aumentada de -73 °C para +127 °C O volume final, em litros, alcançado pelo gás foi de: a) 50 d) 10 b) 40 e) 20 c) 30 11 (Cesgranrio-RJ) Você brincou de encher, com ar, um ba- lão de gás, na beira da praia, até um volume de 1 L e o fechou. Em seguida, subiu uma encosta próxima carre- gando o balão, até uma altitude de 900 m, onde a pres- são atmosférica é 1 0% menor do que a pressão ao nível do mar. Considerando que a temperatura na praia e na encosta seja a mesma, o volume de ar no balão, em L, após a subida, será de: a) 0,8 d) 1,1 b) 0,9 e) 1,2 c) 1,0 12 (PUC-RJ) Um pneu de bicicleta é calibrado a uma pressão de 4 atm em um dia frio, à temperatura de 7 °C O volu- me e a quantidade de gás injetada são os mesmos. Qual será a pressão de calibração no pneu quando a tempera- tura atinge 37 °C? a) 21,1 atm d) 760 mmHg b) 4,4 atm e) 2,2 atm c) 0,9 atm 13 (F. M. Pouso Alegre-MG) Ao sair de viagem, o motorista calibrou os pneus de seu veículo colocando no seu inte- rior 2 atm de pressão, num dia quente (27 °C). Ao che- gar ao destino, mediu novamente a pressão dos pneus e encontrou 2,2 atm. Considerando-se desprezível a va- riação do volume, a temperatura do pneu, ao final da viagem, era: a) 660 °C d) 272 °C b) 57 °C e) 26,7 °C c) 330 °C 288 14 (Unifor-CE) Examine a figura abaixo. A pressão do gás dentro da seringa pode ser diminuída: a) colocando a seringa em água gelada, mantendo a extremidade tampada. b) apertando o êmbolo, mantendo a extremidade tam- pada. c) abrindo a extremidade e sugando mais ar para dentro da seringa. d) colocando a seringa em água quente, mantendo a extremidade tampada. e) abrindo a extremidade e expulsando metade do ar para fora da seringa. Exercício resolvido 1 5 (EEM-SP) De um estado inicial de 4 L, 2 atm e 300 K, um gás perfeito é submetido a uma expansão isobárica até duplicar seu volume. Em seguida, é comprimido isotermicamente até seu volume origi- nal e, finalmente, a volume constante, é resfriado até sua pressão inicial. 1 . Represente as transformações num diagrama P em função de V. 2. Calcule a temperatura do gás durante a com- pressão isotérmica e a pressão por ele atingida ao seu final. Resolução 1 • P (atm) 3 4 8 V (L) 2. Do estado 1 para o estado 2 a pressão é constan- te (2 atm) e, então, temos: ü = Ü => 4 _ 8 7j T 2 300 T 2 Essa (600 K) é a temperatura durante a compres- são isotérmica, e no seu final o próprio gráfico indica que: P 3 = 4 atm T 2 = 600 K Capitulo 12A-QF1-PNLEM 288 29/5/05, 20:39 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 16 (UFC-CE) O gráfico abaixo ilustra o comportamento re- ferente à variação da pressão, em função do volume, de um gás ideal, à temperatura constante: Analise o gráfico para escolher a alternativa correta. a) Quando o gás é comprimido nessas condições, o pro- duto da pressão pelo volume permanece constante. b) Ao comprimir o gás a um volume correspondente à metade do volume inicial, a pressão diminuirá por igual fator. c) Ao diminuir a pressão a um valor correspondente a 2 3 da pressão inicial, o volume diminuirá pelo mesmo fator. d) O volume da amostra do gás duplicará, quando a pres- são final for o dobro da pressão inicial. e) Quando a pressão aumenta por um fator correspon- p dente ao triplo da inicial, a razao - sera sempre igual à temperatura. 1 7 (UFRGS-RS) Considere a seguinte transformação que ocor- re com uma amostra gasosa de massa "m" apresentando comportamento de um gás ideal. Estado inicial Estado final 7, P , V, T 2 = 2 7, P 2 =P, V 2 =2V, O gráfico que melhor representa essa transformaçao é: 18 (Unb-DF) Os pneus de um veículo em movimento "es- quentam", melhorando sua aderência ao piso. Supondo que não haja variação no volume do ar contido no pneu, o gráfico que melhor representa a variação de pressão no seu interior, em função da temperatura absoluta é: c) P T Exercício resolvido 1 9 Reduza às condições normais de pressão e tempera- tura 38 L de cloro, que foram medidos a 1 27 °C e à pressão de 720 mmHg. Resolução Reduzir um gás às condições normais significa cal- cular o novo volume que o gás irá ocupar nas condi- ções normais de pressão e temperatura. PV = fX_ 720 • 38 = 760 • V 0 T 7o ^ (127 + 273) 273 ^ Vo = 24,57 L (CNPT) 20 (F. M. Pouso Alegre-MC) Um gás ocupa um volume de 200 mL a uma pressão de 380 mmHg a uma temperatu- ra de 27 °C. Seu volume nas condições normais de tem- peratura e pressão será: a) 91,0 mL c) 910,0 mL e) 2,0 mL b) 200,0 mL d) 20,0 mL 21 (Vunesp) Segundo a lei de Charles-Gay-Lussac, manten- do-se a pressão constante, o volume ocupado por um gás aumenta proporcionalmente ao aumento da temperatu- ra. Considerando a teoria cinética dos gases e tomando como exemplo o gás hidrogênio (H 2 ), é correto afirmar que este comportamento está relacionado ao aumento: a) do tamanho médio de cada átomo de hidrogênio (H), devido à expansão de suas camadas eletrônicas. b) do tamanho médio das moléculas de hidrogênio (H 2 ), pois aumentam as distâncias de ligação. c) do tamanho médio das moléculas de hidrogênio (H 2 ), pois aumentam as interações entre elas. d) do número médio de partículas, devido à quebra das ligações entre os átomos de hidrogênio (H 2 — » 2 H). e) das distâncias médias entre as moléculas de hidrogê- nio (H 2 ) e das suas velocidades médias. Capítulo 12 • Estudo dos gases 289 Capitulo 12A-QF1-PNLEM 289 29/5/05, 20:40 EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES 7 N Registre as respostas em seu caderno 22 (UFU-MG) A atmosfera é composta por uma camada de gases que se situam sobre a superfície da Terra. Imediata- mente acima do solo ocorre uma região da atmosfera conhecida como troposfera, na qual ocorrem as nuvens, os ventos e a chuva. Ela tem uma altura aproximada de 1 0 km, a temperatura no seu topo é de cerca de -50 °C e sua pressão é de 0,25 atm (dado: 0 kelvin = —273 °C). Se um balão resistente a altas pressões, cheio com gás hélio até um volume de 10,0 L a 1,00 atm e 27,0 °C é solto, o volume desse balão, quando chegar ao topo da troposfera, será de: a) 40,0 L c) 36,3 L e) 52,5 L b) 74,1 L d) 29,7 L 23 (PUC-Rj) A cada 10 m de profundidade a pressão sobre um mergulhador aumenta de 1 atm com relação à pres- são atmosférica. Sabendo-se disso, qual seria o volume de 1 litro de ar (comportando-se como um gás ideal) inspirado pelo mergulhador ao nível do mar, quando ele estivesse a 30 m de profundidade? a) 3 L c) 25 mL e) 333 mL b) 4 L d) 250 mL 24 (UFF-RJ) Num recipiente com 12,5 mL de capacidade, está contida certa amostra gasosa cuja massa exercia uma pressão de 685,0 mmHg, à temperatura de 22 °C. Quan- do esse recipiente foi transportado com as mãos, sua tem- peratura elevou-se para 37 °C e a pressão exercida pela massa gasosa passou a ser de, aproximadamente: a) 0,24 atm c) 0,95 atm e) 2,00 atm b) 0,48 atm d) 1,50 atm 25 De um gás, 500 mL foram, inicialmente, medidos à pres- são de 650 mmHg e à temperatura de 73 °C abaixo de zero. A seguir, o volume do gás foi reduzido a 400 mL e a temperatura foi elevada a 127 °C. Pede-se a pressão final do gás em atmosferas. 26 (EEM-SP) Uma determinada massa gasosa, confinada em um recipiente de volume igual a 6,0 L, está submetida a uma pressão de 2,5 atm e sob temperatura de 27 °C. Quando a pressão é elevada em 0,5 atm, nota-se uma contração no volume de 1,0 L. a) Qual a temperatura em que o gás se encontra? b) Que tipo de transformação ocorreu? V (L) 27 (UFC-CE) O gráfico ao lado representa um processo cíclico (ciclo) a que é submetido um gás ideal. Analise-o. A opção em que aparece a corres- pondência das etapas numeradas (1 — > 2, 2 — denominações, é: a) isobárica, adiabática e isotérmica. b) isovolumétrica, isobárica e isotérmica. c) isovolumétrica, isotérmica e isobárica. d) isotérmica, isobárica e isovolumétrica. e) isovolumétrica, isobárica e adiabática. T (K) 3 e 3 — > 1 ), com suas respectivas 28 (Faap-SP) De um estado inicial de 2 L, 1 atm e 300 K, um gás perfeito é submetido a uma expansão isobárica até duplicar seu volume. Em seguida, é comprimido isotermicamente até seu volume original. Calcule a tem- peratura do gás durante a compressão isotérmica e a pres- são por ele atingida ao seu final. Sugestão: Construa o gráfico correspondente ao pro- blema. 29 (UFC-CE) Considere o gráfico ao lado, represen- tativo de um processo cíclico para um gás ideal. Das afirmativas abaixo, qual é a opção correta? a) Na etapa II ocorre uma expansão adia- bática. b) Na etapa I ocorre uma expansão isotérmica. c) Na etapa III ocorre uma compressão isobárica. d) Na etapa IV ocorre uma expansão isotérmica. e) Na etapa I ocorre uma expansão isobárica. Observação : Adiabática é a transformação em que o gás não cede nem recebe calor do meio ambiente. O gás de- verá estar, portanto, em um recipiente termicamente isolado (como, por exemplo, uma garrafa térmica). Em geral, em uma transformação adiabática, o gás se aque- ce se for comprimido e se resfria se sofrer uma expansão (fato que é aproveitado nas geladeiras). 30 (PUC-SP) Uma amostra de gás oxigênio (0 2 ) a 25 °C está em um recipiente fechado com um êmbolo móvel. Indi- que qual dos esquemas abaixo melhor representa um processo de expansão isotérmica. a) ■ oo 8 oo 8 f) m | ^ 8 00 oo 8 00 8 00 § 8 00 OQ 8 8 oo 8 oo 8oo °°8 Situação 1 Situação 2 b) 1 8 CO 8 CO A II a ! , ^ 8 oo ^8 oo 8 OO 8 8 °° oo 8 Situação 1 Situação 2 1 || | II oo 8 OO O 8 °° 8 OO oo 8 oo 8 8 °° oo 8 Situação 1 Situação 2 ■ fl 1 A 0° Q OO O o oo 8 oo 8 oo 8 °o 8 8 00 oo 8 Situação 1 Situação 2 ■ A ■ A o ° ° o ° o o o o OO 8 OO 8 8 00 oo 8 ° o ° o o o o Situação 1 Situação 2 290 Capitulo 12A-QF1-PNLEM 290 29/5/05, 20:40 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A _ LEIS VOLUMÉTRICAS DAS REAÇÕES QUÍMICAS UJ (LEIS QUÍMICAS DOS GASES) As leis físicas dos gases que vimos nas páginas 282 a 285 deste capítulo (leis de Boyle-Mariotte, Gay-Lussac e Charles) se referem às transformações físicas sofridas pelos gases. Agora vamos conside- rar as chamadas leis volumétricas, que se referem aos volumes dos gases que participam de uma reação química. De certo modo, as leis volumétricas complementam as leis ponderais das reações — as que tratam das massas dos participantes de uma reação química (vide páginas 50 e 51). 11.1. Leis volumétricas de Gay-Lussac No começo do século XIX, Gay-Lussac comprovou experimentalmente várias relações entre os volumes dos gases que reagem quimicamente. Essas relações foram denominadas leis volumétricas ou lei das combinações dos volumes gasosos. Atualmente elas podem ser resumidas em um único enunciado: Quando medidos nas mesmas condições de pressão e temperatura, os volumes dos reagentes e dos produtos gasosos formam uma proporção constante, de números intei- ros e pequenos. 1- exemplo Na reação entre os gases hidrogênio e cloro, foram medidos os seguintes volumes: Hidrogênio + Cloro ► Gás clorídrico 15 L + 15 L * 30 L (P, Tconstantes) Ora, simplificando esses números, temos 1:1:2, que é uma proporção de números inteiros e pequenos. 2 a exemplo Na reação entre os gases hidrogênio e oxigênio, medimos: Hidrogênio + Oxigênio * Água 6 m 3 + 3 m 3 * 6 m 3 vapor de água (P, Tconstantes) Simplificando a proporção 6:3:6, temos 2:1:2, que é, mais uma vez, uma seqüência de números inteiros e pequenos. Note que só podemos aplicar essa lei à água enquanto ela estiver na forma de vapor, pois a lei aplica-se exclusivamente às substâncias no estado gasoso. É interessante notar que, nesse exemplo, os 9 m 3 iniciais (3 + 6 = 9) produzirão apenas 6 m 3 finais. Dizemos então que houve, durante a reação, uma contração de volume de 9 m 3 para 6 m 3 , ou de 3 : 2, ou, ainda, de — do volume inicial. 11.2. Hipótese ou lei de Avogadro Essa lei diz que: Volumes iguais de gases quais- quer, quando medidos à mesma pres- são e temperatura, encerram o mes- mo número de moléculas. Amedeo Avogadro Nasceu em Turim, Itália, em 1 776, e faleceu na mesma cidade, em 1856. Sua hipótese não foi entendida, quando ele a anunciou em 1 81 1 . Somente em 1 860, outro quími- co italiano — Stanislao Cannizzaro (1826- 1910) — conseguiu mostrar a importância dessa hipótese, na explicação das moléculas e da teoria atómico-molecular. Capítulo 12 • Estudo dos gases 291 Capitulo 12B-QF1-PNLEM 291 29/5/05, 20:44 A Veja uma visão esquemática (uso de cores-fantasia; ausência de escala) dessa lei: x moléculas de CO, Volumes iguais, de gases diferentes, colocados em condições idênticas de pressão e temperatura, encerram sempre o mesmo número de moléculas. Note, neste caso que x = 5. Pode parecer estranho o fato de caberem, em um mesmo volume, o mesmo número de moléculas, já que existem moléculas maiores e outras menores. No entanto, lembre-se de que, no estado gasoso, a distância entre as moléculas é tão grande que podemos desprezar o tamanho (maior ou menor) das próprias moléculas (teoria cinética, na página 286). Fazendo-se uma comparação grosseira, seria o mesmo que trocarmos 100 moscas por 100 pássaros dentro de um espaço como o Maracanãzinho — em termos de ocupação do espaço, não haveria diferença significativa. Essa lei explica facilmente a contração de volume que ocorre, por exemplo, na reação de forma- ção do vapor de água, mencionada no 2 ° exemplo do item anterior, na qual temos: @ volumes de hidrogênio + © volume de oxigênio * @ volumes de vapor de água © volumes iniciais @ volumes finais De fato, esquematicamente temos a seguinte situação: (2) volumes de hidrogênio com 3 moléculas cada, ou seja. 6 moléculas ao todo. v © volume de oxigênio com 3 moléculas ao todo. V" ( 3 ) volumes iniciais volumes de vapor de água com 3 moléculas cada, ou seja, 6 moléculas ao todo. V j — V (D volumes finais É importante notar, no esquema anterior, que a proporção dos volumes (2:1 : 2) acompanha a propor- ção dos números totais de moléculas (6:3: 6). Generalizando, podemos dizer que, nas reações entre gases, se os volumes forem medidos nas mesmas condições de pressão e temperatura, notaremos que: • quando os números totais de moléculas são iguais, antes e depois da reação, o volume gasoso total não varia durante a reação; • se, porém, o número total de moléculas aumentar ou diminuir durante a reação, o volume gaso- so total irá, também, aumentar ou diminuir na mesma proporção; desse modo, são explicadas as contrações de volume mencionadas no item anterior. 292 Capitulo 12B-QF1-PNLEM 292 29/5/05, 20:44 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. As leis volumétricas, e especialmente a lei de Avogadro, foram muito importantes para o desenvolvimen- to da Química, pois elas mostraram a necessidade de se admitir a existência de moléculas, especialmente as moléculas das substâncias simples (H 2 , N 2 , 0 2 , 0 3 etc.). Por isso diz-se que as leis volumétricas amplia- ram a teoria atômica, dando origem à teoria atômico-molecular clássica. HnTVJVKfTB Responda em ■úajUÍUfl seu caderno (iíw\ a) A que se referem as leis volumétricas? b) Qual é 0 enunciado, resumido, das leis volumétricas? (•UJ c) O que enuncia a lei de Avogadro? CYCDríriOÇ Registre as respostas tAtKUUUa em seu caderno Exercício resolvido 31 Verifique se obedecem às leis volumétricas de Gay-Lussac os seguintes volumes que participam de uma reação química e que foram medidos em condições idênticas de pressão e de temperatura: 1 ,36 L de N 2 + 4,08 L de H 2 2,72 L de NH 3 Resolução Dada a proporção 1,36 : 4,08 : 2,72, vamos dividir todos os valores pelo menor deles (1,36) e teremos 1:3:2 Como essa proporção é de números inteiros e pequenos, estão comprovadas as leis volumétricas de Gay-Lussac. 32 Verifica-se, experimentalmente, que 32 mL de gás metano queimam ao reagir com 64 mL de oxigênio, produzindo, em consequência, 32 mL de gás carbônico e 64 mL de vapor de água. Esses dados comprovam as leis volumétricas de Gay-Lussac? 33 (Faesa-ES) Considerando a reação 2 NO + 0 2 ► 2 N0 2 , efetuada a pressão e temperatura constantes, podemos afirmar que, durante a reação, permanecem constantes: a) a massa e o volume totais do sistema. d) o volume total e o número total de moléculas. b) a massa total e o número total de moléculas. e) o volume total e o número total de átomos. c) a massa total e o número total de átomos. Exercício resolvido 34 Dada a equação química: N 2 + 3 H 2 * 2 NH 3 , pedem-se: a) a proporção volumétrica; b) 0 volume de NH 3 obtido a partir de 25 L de N 2 , supondo ambos nas mesmas condições de pressão e temperatura Resolução a) A proporção volumétrica é 1:3:2 , pois coincide com a proporção dos coeficientes da equaçao. b) Da equaçao dada, tiramos: 1 volume de N 2 25 L de N 2 2 volumes de NH 3 1 x J x = 50 Lde NH 3 35 Dada a equaçao: 2 Cl 2 O s ► 2 Cl 2 + 5 0 2 , pedem-se: a) a proporção volumétrica; b) o volume do oxigênio obtido a partir de 1 2 L de Ct 2 0 5 , ambos a P e T constantes. 36 2 litros de oxigênio (0 2 ) transformados em ozônio (0 3 ), sob pressão e temperatura constantes, produzirão, aproximadamente: a) 1,0 L b) 1,3 L c) 1,5 L d) 2,0 L e) 3,0 L 37 (UMC-SP) Se uma amostra contém 100 moléculas de gás hidrogênio, para que haja a reação química: 2 H 2 + 0 2 ► 2 H 2 0, quantas moléculas de oxigênio são necessárias e quantas moléculas de água são produzidas? 38 (Ufes) Num sistema a uma determinada pressão e temperatura, dois gases, A e 8, inodoros e incolores, reagem entre si na proporção de 1 volume de A para 3 volumes de 8, gerando 2 volumes de um gás irritante, C. Quando 3 volumes do gás A e 6 volumes do gás 8 forem submetidos às mesmas condições, o volume final do sistema será: a) 2 volumes b) 3 volumes c) 5 volumes d) 8 volumes e) 9 volumes Capítulo 12 • Estudo dos gases 293 Capitulo 12B-QF1-PNLEM 293 6/7/05, 14:57 EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno 39 (Fuvest-SP) Em um artigo publicado em 1 808, Cay-Lussac relatou que dois volumes de hidrogênio reagem com um volume de oxigênio, produzindo dois volumes de vapor de água (volumes medidos nas mesmas condições de pressão e temperatura). Em outro artigo, publicado em 181 1, Avogadro afirmou que volumes iguais, de quaisquer gases, sob as mesmas condições de pressão e temperatura, contêm o mesmo número de moléculas. Dentre as representações abaixo, a que está de acordo com o exposto e com as fórmulas moleculares atuais do hi- drogênio e do oxigênio é: a) = hidrogênio o = oxigênio 3 3 d Q O + 3 * 3 o ■4 03 o J» ° J i J o O Q ° J 3 o 3 J> o 3 J b) c) d 3 % * ^ d 3 oq d 3 jj ao d 3 j 3 QQ Aí 00 aâ 3* 3 aa * Jb o ? o 3 a ? j» y*s 9 j 30 d) O O «a J 3 Q o O + O O O > e) * d> a a °a * J a a a a -i » 3 Jb -V 40 (Unicamp-SP) O princípio de Avogadro estabelece que: "gases quaisquer, ocupando o mesmo volume, nas mes- mas condições de temperatura e pressão, contêm o mesmo número de moléculas". Considere volumes iguais de CO, C0 2 , C 2 H 4 e H 2 , todos à mesma temperatura e pres- são. Pergunta-se: onde há maior número de átomos de: a) oxigênio? b) carbono? c) hidrogênio? justifique suas respostas. 41 (PUC-PR) Aplicando a lei de Gay-Lussac, das combina- ções em volume, qual a contração em volume experi- mentada na reação abaixo, mantendo-se constantes as condições de pressão e temperatura para os reagentes e produtos, todos gasosos? N 2 + 3 H 2 *• 2 NH 3 a) 100% c) 50% e) 20% b) 60% d) 30% 42 (Fuvest-SP) I. 2 NO + 0 2 ► 2 N0 2 II. CO + o 3 ► co 2 + o 2 III. N 2 + 0 2 ► 2 NO IV. S0 2 + j o 2 ► so 3 Estão representadas acima quatro reações em fase gaso- sa. Quais delas causam variação de pressão quando efetuadas em recipientes fechados? a) I e II c) I e IV e) II e IV b) I e III d) lie III 43 (UFSE) Em uma experiência, verificou-se que a decom- posição de 2 L do composto AsCt„ gasoso, produziu As sólido e 3 L de Cí 2 gasoso. Qual o valor de x? (Dados: os volumes gasosos foram medidos nas mesmas condições de P e T .) a) 1 c) 3 e) 5 b) 2 d) 4 VOLUME MOLAR De modo muito amplo, chama-se volume molar o volume ocupado por 1 mol de uma substância qualquer, em determinadas condições de pressão e de temperatura. É interessante notar, porém, que o volume ocupado por 1 mol de um sólido ou de um líquido varia muito de uma substância para outra. No entanto, o volume ocupado por 1 mol de qualquer gás é sempre o mesmo, em determinadas pressão e temperatura. É fácil entender esse fato, pois 1 mol contém sempre o mesmo número de partículas; nos gases o mesmo número de partículas é encontrado em volumes iguais (a P e T constantes). Conseqüentemente, 1 mol de qualquer gás ocupa sempre o mesmo volume, que é o chamado volume molar. Assim, vem a definição: Volume molar (l/ M ) dos gases é o volume ocupado por 1 mol de qualquer gás, em determinada pressão e temperatura. O volume molar independe da natureza do gás, mas varia com a pressão e a temperatura. Verifica-se experimentalmente que, nas condições normais de pressão e temperatura (CNPT), o volume molar é 22,4 L/mol: V M = 22,4 L/mol (CNPT) 294 Capitulo 12B-QF1-PNLEM 294 29/5/05, 20:45 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A Esse volume corresponde ao de um cubo com aresta aproximadamente igual a 28,1 9 cm. Para calcular o volume molar em qualquer outra condição de pressão e temperatura, bastará aplicar a equação geral dos gases. Por exemplo: qual é o volume molar a 700 mmHg e 27 °C? PV _ PqVq T 7o 700 • V = 760-22,4 300 273 V = 26,7 L/mol 28,1 9 cm I O usual, no entanto, é falarmos no volume molar nas condições normais — tanto que alguns autores chamam de volume molar apenas o volume de 22,4 L, que só se aplica a 0 °C e 760 mmHg. Com o conhecimento do volume molar dos gases, podemos perceber como é enorme a diferença de volume de uma mesma quantidade de uma substância, conforme ela esteja no estado sólido, no líquido ou no gasoso. Por exemplo, nas CNPT, 1 mol (isto é, 1 8 g de água) ocupa praticamente: 1 8 mL no estado sólido; 18 mL no estado líquido; e 22.400 mL no estado gasoso. Note que este último é um volume cerca de 1 .245 vezes maior que os dois primeiros. É por isso que nunca devemos aquecer sólidos ou líquidos em recipientes fechados; a passagem brusca da substância para o estado gasoso pode significar uma explosão violenta. EQUAÇÃO DE CLAPEYRON Foi visto na página 286 que, para uma massa constante de um mesmo gás, vale sempre a relação: = constante T Isso significa que, por mais que variem o volume (\/), a pressão (P) e a temperatura absoluta (7), a fração permanece constante. Matematicamente, essa idéia pode também ser traduzida assim: py_ = = Mi. = Mi T 7) T 2 7; P 0 V 0 , , - JL - !L = constante To Vamos então calcular o valor dessa constante, supondo que tivéssemos 1 mol de gás nas condições normais de pressão (P 0 = 1 atm) e temperatura (7 0 = 273 K). Já sabemos que 1 mol de qualquer gás, nessas condições, ocupa o volume molar (V 0 = 22,4 litros/mol). Conseqüentemente, teremos: PqVq = 1 • 22,4 = Q Q82 atm • L T 0 273 ' mol • K Esse valor (0,082) é constante para 1 mol de quaisquer gás, em quaisquer pressão e tempera- tura (relembre que, se P e T variarem, V irá também variar, mas permanecerá constante). Por esse motivo, o valor 0,082 recebeu o nome de constante universal dos gases perfeitos, sendo representa- do habitualmente pela letra R. Generalizando, diremos que: se para 1 mol de gás, temos y- R, então: • para 2 mols de gás, teremos -y = 2R PV • para 3 mols de gas, teremos -y = 3 R PV • para n mols de gas, teremos -y = nR Desta última expressão concluímos que: PV = nRT Benoit Pierre Émile Clapeyron Cientista francês, nasceu em Paris, em 1 799, e faleceu na mesma cidade, em 1 864. Projetou e dirigiu a construção de várias ferro- vias. Contribuiu muito para o desenvolvimento da Termodinâmi- ca, tendo complementado os trabalhos de Carnot sobre os fato- res envolvidos na produção da energia mecânica pelo calor. Capítulo 12 • Estudo dos gases 295 Capitulo 12B-QF1-PNLEM 295 29/5/05, 20:45 A Esta equação é conhecida como equação de Clapeyron ou equação geral dos gases ou, ainda, equação de estado dos gases e, evidentemente, só se aplica aos gases perfeitos. Tendo em vista que: n = — M M podemos também escrevê-la assim: PV = Nestas expressões, temos: P = pressão do gás; 1/ = volume do gás; n = quantidade do gás, em mols; m = massa do gás, em gramas; M = massa molar do gás; R = constante universal dos gases perfeitos; T = temperatura do gás, medida na escala absoluta ou Kelvin. É muito importante, no entanto, observarmos o seguinte: quando calculamos R, encontramos o valor 0,082 usando a pressão em atmosferas e o volume em litros. Se adotarmos outras unidades para P e V, é evidente que R assumirá valores diferentes; de fato, vamos repetir o cálculo da página anterior, sempre considerando 1 mol de gás: PqVq = 1 atm • 22,4 L R = Q 0g2 atm • L T 0 273 K ' mol • K P 0 V 0 _ 760 mmHg • 22,4 L R - 62 3 mm ^9 ‘ *- ~T 0 273 K ^ ~~ ' mol • K P 0 V 0 760 mmHg • 22.400 mL _ mmHg • mL = => R = 62.300 - T 0 273 K mol • K No Sistema Internacional de Unidades (SI), isto é, com a pressão em pascais (Pa) e o volume em metros cúbicos (m 3 ), teremos: P 0 Vq _ 101.325 Pa -0,0224 m 3 R = g 31 Pa • m 3 T 0 273 K ^ ' mol • K Note que R é constante mesmo quando se troca o gás; mas seu valor numérico muda, sem dúvida, de acordo com cada unidade. É evidente que iremos usar este ou aquele valor numérico de R, dependendo das unidades utiliza- das no problema que iremos resolver; se a pressão for dada em atmosferas e o volume em litros, usamos R = 0,082; se a pressão for dada em milímetros de mercúrio e o volume em litros, usamos R = 62,3; e assim por diante. Sem dúvida, a equação de Clapeyron é a equação mais completa que existe para os gases perfeitos. Ela, sozinha, substitui todas as fórmulas vistas até agora; além disso, essa equação representa, sem dúvida, o melhor caminho para se transformar massa em volume gasoso, ou vice-versa. Por exemplo: qual é o volume ocupado por 48 g de metano (CH 4 ) a 27 °C e 1,64 atm? (Massas atômicas: H = 1; C = 12) Resolução: PV= —RT => 1,64 ■ 17= — -0,082 • 300 => M 16 Note que utilizamos R = 0,082, uma vez que a pressão foi dada em atmosferas; em conseqüência, o volume final resultou em litros. Enfim, o principal cuidado na utilização da equação de Clapeyron é ter todas as grandezas em unidades concordantes com as unidades de R. 296 V= 45 L Capitulo 12B-QF1-PNLEM 296 29/5/05, 20:46 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. áWJ Responda em seu caderno a) O que é volume molar de um gás? b) O que é constante universal dos gases perfeitos? EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno Observação: Utilize as massas atômicas que forem necessárias, bem como os valores do volume molar e da constante R. Exercício resolvido 44 Qual é o volume ocupado por 1 9 g de flúor (F 2 ) a 27 °C e 1,64 atm? I a resolução A massa atômica do elemento flúor é 1 9 u. Portanto, a massa molar do F 2 é: 2 • 1 9 g = 38 g. Aplicando a equação de Clapeyron, temos: PV= — RT => 1,64 • V = — • 0,082 • (273 + 27) M 38 V = 7,5 litros Assim sendo, calculamos: 2 3 resolução Cálculo do volume do flúor nas CNPT: 1 mol de F 2 = 38 g 19 g 22,4 L (CNPT) V„ V 0 = 11,2 Lde F 2 (CNPT) Transformaçao do volume para as condiçoes pedidas no problema: P 0 V 0 PV 1 • 11,2 1,64 • V 273 (273 + 27) V = 7,5 litros Conclusão: em quase todos os problemas deste tipo, há dois caminhos de resolução — aplica-se diretamente a equaçao PV PV de Clapeyron ou usa-se o volume molar e a relaçao — 1 -f- = 2 2 . O segundo caminho tem vantagem quando o volume 7 ) *2 do gás é dado (ou pedido) nas mesmas condições de pressão e temperatura em que se encontra o volume molar. 45 (FEI-SP) Nas condições normais de pressão e temperatura (CNPT), o volume ocupado por 10 g de monóxido de carbono (CO) é de: (Dados: C = 12u, O = 16 u e volume molar = 22,4 L.) a) 6,0 L b) 8,0 L c) 9,0 L d) 10 L e) 12 L 46 (Mackenzie-SP) Nas CNPT, um mol de dióxido de nitrogênio (N0 2 ) ocupa 22,4 litros (massas molares, em g/mol: N = 14; O = 16). O volume ocupado por 322 g de N0 2 , nas mesmas condições, é igual a: a) 156,8 litros. b) 268,8 litros. c) 14,37 litros. d) 0,069 litros. e) 163,9 litros. 47 (UCSal-BA) Que volume ocupam 1 00 mols de oxigênio nas condições ambiente de temperatura e pressão? (Volume molar de gás nas condições ambiente de temperatura e pressão = 25 L/mol) a) 0,25 L b) 2,5 L c) 2,5 • 1 0 2 L d) 2,5 • 1 0 3 L e) 2,5 • 1 0 4 L Exercício resolvido 48 Qual é a temperatura de um gás, sabendo-se que 2,5 mols desse gás ocupam o volume de 50 L à pressão de 1 .246 mmHg na referida temperatura? Resolução Usando R = 62,3, já que a pressão está em mmHg e o volume em litros, temos: PV = nRT => T = T= 0 + 273 PV 1.246 • 50 nR 2,5-62,3 9(°C) = 400 - 273 T = 400 K 0 = 127 °C 49 (FMIt-MG) 8,2 litros de um gás estão submetidos a uma pressão de 5 atm, e do mesmo utilizou-se 0,8 mol. Considerando R = 0,082 , calcular sua temperatura: mol • K a) 256 °C b) 625 °C c) 352 °C d) 425 °C e) 532 °C Capítulo 12 • Estudo dos gases 297 Capitulo 12B-QF1-PNLEM 297 29/5/05, 20:46 50 (UCSal-BA) À temperatura de 25 °C, um cilindro de aço com volume disponível de 24,5 L contém 5,0 mols de dióxido de carbono. Que pressão interna esse cilindro está suportando? (Dados: volume molar de gás a 1 ,0 atm e 25 °C igual a 24,5 L/mol.) a) 1,0 atm b) 5,0 atm c) 10 atm d) 15 atm e) 20 atm 51 (UFCE-CE) As pesquisas sobre materiais utilizados em equipamentos esportivos são direcionadas em função dos mais diver- sos fatores. No ciclismo, por exemplo, é sempre desejável minimizar o peso das bicicletas, para que se alcance o melhor desempenho do ciclista. Dentre muitas, uma das alternativas a ser utilizada seria inflar os pneus das bicicletas com o gás hélio (He), por ser bastante leve e inerte à combustão. Constante universal dos gases: R = 0,082 atm • L mol • K . A massa de hélio, necessária para inflar um pneu de 0,4 L de volume, com a pressão correspondente a 6,1 1 atm, a 25 °C, seria: a) 0,4 g b) 0,1 g c) 2,4 g d) 3,2 g e) 4,0 g 52 (UFPE) No comércio se encontra o oxigênio, comprimido à pressão de 130 atm, em cilindros de aço de 40 L. Quantos quilogramas de oxigênio existem no cilindro? (Peso atômico do oxigênio = 16; temperatura ambiente = 25 °C) a) 5,2 b) 2,1 c) 19,7 d) 6,8 e) 3,4 Exercício resolvido 53 (UFRN) Uma amostra de uma substância pesando 0,08 g desloca 30 cm 3 de ar, medidos a 27 °C e pressão de 720 mmHg. Determine a massa molecular da substância. í Dado: R = 0,082 — — . I, mol • K Resolução Em certos aparelhos de laboratório, mede-se o volume de um gás pelo "deslocamento" de ar que ele produz. Nesta questão, os "30 cm 3 de ar" deslocados correspondem ao próprio volume do gás em estudo. Pela equação de Clapeyron, temos: PV= —RT => M 0,08 M ■ 0,082 • (273 + 27) Assim, M = 69,24 g; portanto, a massa molecular é igual a 69,24 u . Veja que dividimos 720 por 760 para converter a pressão para atm e dividimos 30 por 1 .000 para converter o volume para litros, em respeito às unidades de R. 54 (Cesgranrio-RJ) Um estudante coletou 0,16 g de um determinado gás, a 300 K, em um recipiente de 150 mL, e verificou que a pressão do gás era de 0,1 64 atm. (Nota: considere o gás ideal.) A partir desses dados, pode-se afirmar que a massa molecular desse gás é: a) 2 b) 8 c) 1 6 d) 32 e) 1 60 Exercício resolvido 55 Qual é o número de moléculas existentes em 5,6 L de um gás qualquer, medido nas condições normais de pressão e temperatura? Resolução Podemos estabelecer a seguinte regra de três 1 mol ocupa 22,4 L (CNPT) 5,6 L (CNPT) 6,02 • 10 23 moléculas x x = 1 ,5 ■ 1 0 23 moléculas 56 Calcule o volume (em mL) ocupado por 3,01 • 1 0 21 moléculas de gás amónia (NH 3 ) nas CNPT. Exercício resolvido 57 (UMC-SP) Calcule em que temperatura (em °C) 3,69 ■ 1 0 20 moléculas de metano (1 mol de 570 mmHg, quando ocupam o volume de 20,0 mL. Dados: R = 62,4 mmHg ■ L mol ■ K = 1 6,0 g) exercem a pressão eN A = 6,02 -IO 23 . Resolução Cálculo do volume ocupado, nas CNPT, pelo número de moléculas dado no problema: 6,02 ■ 1 0 23 moléculas 1 mol ocupa 22.400 mL (CNPT) 3,69 • IO 20 moléculas Cálculo da temperatura pedida: E, portanto: 0 = 298 - 273 V„ 760-13,73 _ 570 • 20 V 0 = 13,73 mL (CNPT) 273 T = 298 K 0 = 25 °C 298 29/5/05, 20:47 Capitulo 12B-QF1-PNLEM 298 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 58 (UFRCS-RS) Há legislações que determinam que seja esta- belecido um "nível de emergência" quando a concentra- ção de monóxido de carbono atinja o valor de 4,6 ■ 1 0 4 pg de CO por metro cúbico de ar. Ao se estabelecer o "nível de emergência", o número de moléculas presente em cada metro cúbico de ar é, aproximadamente: a) 10 4 b) 10 12 c) 10 17 d) 10 21 e) 10 23 suporta a pressão máxima de 2,0 atm. Nessas condições, a quantidade mais adequada para encher o balão é: a) 10 g de hidrogênio (H 2 ). b) 24 g de metano (CH 4 ). c) 45 g de etano (C 2 H 6 ). d) 64 g de dióxido de enxofre (S0 2 ). e) 78 g de acetileno (C 2 H 2 ). Exercício resolvido 59 Dois recipientes contêm, respectivamente, 0,5 mol de metano e 1 ,5 mol de monóxido de carbono. Sabe- se que esses gases estão submetidos à mesma tem- peratura e pressão. Se o volume do metano é 9 L, qual é o volume do monóxido de carbono? Resolução São muito comuns os problemas que comparam dois recipientes ou dois gases ou dois estados, enfim, duas situações diferentes. Esses problemas do "tipo comparativo" podem, em geral, ser resolvidos es- crevendo-se a equação de Clapeyron duas vezes, uma para cada situação e, a seguir, dividindo-se uma equação pela outra, para efetuar o cancelamento dos valores iguais. No caso presente, temos: • para o metano: PV, = n,RT • para o monóxido de carbono: PV 2 = n 2 RT (não colocamos índi- ces em P, R e T, pois são iguais para os dois gases) Dividindo membro a membro, temos: A. = ou Vl = Jh f>V 2 n 2 Hr V 2 n 2 64 (Fuvest-SP) Têm-se três cilindros de volumes iguais e à mesma temperatura, com diferentes gases. Um deles con- tém 1 ,3 kg de acetileno (C 2 H 2 ), o outro 1 ,6 kg de óxido de dinitrogênio (N 2 0) e o terceiro, 1,6 kg de oxigênio (0 2 ). Comparando-se as pressões dos gases nesses três cilin- dros, verifica-se que: a) são iguais apenas nos cilindros que contêm C 2 H 2 e 0 2 . b) são iguais apenas nos cilindros que contêm N 2 0 e 0 2 . c) são iguais nos três cilindros. d) é maior no cilindro que contém N 2 0. e) é menor no cilindro que contém C 2 H 2 . Dados: Massas molares (g/mol): C 2 H 2 — 26; N 2 0 — 44; 0 2 — 32 65 (UFU-MC) Em condições idênticas de pressão e tempe- ratura, isolam-se as seguintes amostras gasosas: I. 1 0 L de xenônio; II. 20 L de cloro; III. 30 L de butano (C 4 H, 0 ); IV. 40 L de dióxido de carbono; V. 50 L de neônio. A amostra com maior massa, expressa em gramas, é a: a) I b) II c) III d) IV e) V Substituindo: — *■> 0,5 1,5 V 2 = 27 L 60 (FEI-SP) A uma dada temperatura e pressão, um balão contém 42 g de nitrogênio. Depois de completamente esvaziado, introduz-se no mesmo balão, à mesma tem- peratura, uma certa quantidade de etileno (C 2 H 4 ), de ma- neira a obter a mesma pressão anterior. (Dados: N = 14; C = 1 2; H = 1 .) Qual a quantidade de etileno introduzida? a) 22,4 g c) 42 g e) 84 g b) 28 g d) 56 g 61 (FCV-SP) Dois gases ideais ocupam os balões A e 8. Co- nhecendo-se as relações: V A = 2V b Pa = 2 p B 5 T a =T b e que o número de mols de 6 é igual a 20, concluímos que o número de mols de A é: a) 400 c) 0,0025 e) 0,025 b) 40 d) 1 62 (Faap-SP) Com o objetivo de determinar a massa molecular de um gás A, um pesquisador introduziu em um recipiente de volume V, que se encontrava inicialmente vazio, 1 5,0 g do referido gás e observou o surgimento de uma pressão P, sob a temperatura T. A seguir, utilizando outro recipiente de volume igual ao do primeiro, verificou que era necessário introduzir a massa de 1 ,0 g de H 2 para que, na mesma temperatura, fosse gerada a mesma pressão observada no primeiro recipiente. Calcule a massa molecular do gás em estudo. (Dado: H = 1 .) 63 (PUC-SP) Para a realização de um experimento, será ne- cessário encher de gás um balão de 1 6,4 L que a 1 27 °C Exercício resolvido 66 Dois recipientes de mesmo volume estão abertos e possuem, respectivamente, 2,5 mols de 0 2 e 4 mols de C0 2 . Se a temperatura do 0 2 é de 47 °C, qual é a temperatura do CQ 2 ? Resolução Quando se fala em recipiente aberto, significa que a pressão exercida sobre o gás é a pressão externa. Conclui-se, portanto, que a pressão é a mesma nos dois recipientes. Temos, então: (não colocamos índi- • para o 0 2 : PV = n^RT^ • para o CQ 2 : PV = n 2 RT 2 ces em P, V e R, por serem iguais para os dois gases) Dividindo membro a membro, temos: W = r?/T| iAT n 2 f(T 2 Substituindo: 2,5 • 320 = 4T 2 0 2 = 200 - 273 ou 0,7, = n 2 T 2 0, = -73 °C 67 A pressão barométrica num local é de 0,8 atm. São reco- lhidos, em um tubo fechado, 4 g de um gás. Verifica-se que a pressão interna é de 3,2 atm. Se abrirmos o tubo na mesma temperatura, qual a massa de gás que se perderá? 68 (Unb-DF) A temperatura a que devemos aquecer uma caldeira aberta, com capacidade de 50 litros, para que saia metade da massa de ar nela contida a 27 °C é: a) 54 °C c) 327 °C e) 627 °C b) 227 °C d) 600 °C Capítulo 12 • Estudo dos gases 299 Capitulo 12B-QF1-PNLEM 299 29/5/05, 20:47 EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno 69 (UFRGS-RS) Um extintor de incêndio contém 4,4 kg de C0 2 . O volume máximo de gás que é liberado na atmos- fera, a 27 °C e 1 atm, é, em litros: a) 0,229 c) 24,6 e) 2.460 b) 2,46 d) 229,4 70 (Unifor-CE) A 25 °C e 1 atm, verifica-se que 0,2 mol de gás carbônico ocupa 4,90 L Nessas condições, qual o volume molar do gás? a) 4,90 L c) 1 1 ,2 L e) 24,5 L b) 9,80 L d) 22,4 L 71 (PUC-RJ) Nitrogênio (N 2 ) tem sido oferecido em alguns postos de gasolina como uma alternativa para encher pneus, no lugar de ar (o oxigênio do ar, a altas pressões, diminui a vida útil dos pneus). Nitrogênio sendo utilizado para encher pneus, num posto de gasolina. Encheu-se um pneu, na temperatura ambiente (25 °C), com nitrogênio, de modo que todo seu volume (20 li- tros) foi preenchido até uma pressão de 5 atmosferas. Dado: R = 0,082 a) Qual a massa de N 2 introduzida no pneu? b) Se, ao começar a rodar, a temperatura do pneu au- mentar para 60 °C, sem que haja mudança no seu volume, qual a nova pressão no seu interior? atm ■ L ) mol • K J 72 (UFV-MG) Qual é a opção que pode representar a varia- ção da pressão (P) como função do número de mol (n) de um gás ideal mantendo o volume e a temperatura constantes? n 300 73 (UFMT) Um gás pode ser definido como uma substância que se expande espontaneamente para preencher uni- forme e completamente o recipiente onde se encontra. Diversas variáveis podem ser usadas para descrever esse estado da matéria, porém a pressão, o volume e a tem- peratura são especialmente utilizados. Em relação a essas variáveis, julgue os itens. (0) No sistema internacional (SI), as unidades para as variáveis de estado pressão, volume e temperatura são respectivamente Pa (pascal = N ■ rrT 2 ), m 3 (metro cúbico) e K (Kelvin). (1) O gráfico ao lado representa o y comportamento de um gás ideal à temperatura constante, onde PV = constante. P (2) Se os dois recipientes abaixo estiverem à mesma P (pressão) e T (temperatura), a quantidade de matéria em A será a metade da quantidade de matéria em 8. (A) (3) 4 mols de um gás ideal a 3,1 0 kPa de pressão e a uma temperatura de 298 K ocuparão um volume de 4.197,0 dm 3 . Dado: R = 8,314512 74 (Cesgranrio-RJ) 0,8 g de uma substância no estado gaso- so ocupa um volume de 656 mL a 1 ,2 atm e 63 °C. A que substância correspondem esses dados? a) 0 2 b) N 2 c) H 2 d) C0 2 e) Cl 2 75 (Mackenzie-SP) 355 g de um certo gás X„ ocupam 1 1 2,0 L medidos nas CNPT. Se o peso atômico de X é 35,5 u, então o gás tem fórmula molecular: a) X 10 b) X 8 c) X 4 d) X 3 e) X 2 76 (PUC-PR) O número de átomos de oxigênio existentes em 1 mol de ozônio (0 3 ) à temperatura de 298 K e 1 ,2 atm de pressão, é: a) 3,2 -IO 25 c) 1,8 -IO 24 e) 1,2 -10 23 b) 2,24 -IO 19 d) 3,2 -IO 26 77 (EEM-SP) Um balão contém 1,6 g de metano (CH 4 ) em determinadas pressão e temperatura. Qual será a massa de hidrazina (N 2 H 4 ) a ser posta no mesmo balão, para, na mesma temperatura, se ter a mesma pressão? (Da- dos: H = 1; C = 12; N = 14.) 78 (Ceeteps-SP) 22 g de um certo gás ocupam, nas mesmas condições de temperatura e pressão, volume igual ao ocupado por 14 g de N 2 . Considere as seguintes substâncias gasosas e suas res- pectivas massas molares ( M ): Substância CO n 2 NO co 2 c 2 h 6 C 3 H 8 M (g/mol) 28 28 30 44 30 44 O gás em questão pode ser: a) C0 2 ou C 3 H 8 c) CO ou C0 2 e) apenas CO b) C 2 H 6 ou C 3 H 8 d) NO ou C 2 H 6 kPa • dm 3 \ mol • K J NH 3 (g) V Á = V ( B ) CC(g) V b = 2V Capitulo 12B-QF1-PNLEM 300 29/5/05, 20:47 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 79 (Cesgranrio-RJ) Os dois balões abaixo representados con- têm a mesma substância pura na fase gasosa e estão sob a mesma pressão. 0, = 27 °C 0„ = ? Qual a temperatura em kelvin no balao II, se ele contém o triplo da massa de gás contida no balão I? a) 36 b) 127 c) 300 d) 309 e) 400 80 (UFRCS-RS) Dois recipientes idênticos, mantidos na mes- ma temperatura, contêm o mesmo número de molécu- las gasosas. Um dos recipientes contém hidrogênio, en- quanto o outro contém hélio. Qual das afirmações abai- xo está correta? a) A massa de gás em ambos os recipientes é idêntica. b) A pressão é a mesma nos dois recipientes. c) Ambos os recipientes contêm o mesmo número de átomos. d) A massa gasosa no recipiente que contém hidrogê- nio é o dobro da massa gasosa no recipiente que contém hélio. e) A pressão no recipiente que contém hélio é o dobro da pressão no recipiente que contém hidrogênio. 81 (PUC-SP) Um cilindro de 8,2 L de capacidade contém 320 g de gás oxigênio a 27 °C. Um estudante abre a válvula do cilindro deixando escapar o gás até que a pres- são seja reduzida para 7,5 atm. Supondo-se que a tem- peratura permaneça constante, a pressão inicial no cilin- dro e a massa de gás liberada serão, respectivamente: a) 30 atm e 240 g b) 30 atm e 1 60 g c) 63 atm e 280 g d) 2,7 atm e 20 g e) 63 atm e 140 g 82 (UFPA) A temperatura a que deve ser aquecido um gás contido em um recipiente aberto, inicialmente a 25 °C, de tal modo que nele permaneça — das moléculas nele inicialmente contidas é: a) 1.217 °C b) 944 °C c) 454 °C d) 727 °C e) 1 25 °C 14 MISTURAS GASOSAS 14.1. Conceitos gerais Misturas gasosas são muito freqüentes em nosso dia-a-dia. O ar atmosférico, formado principal- mente por N 2 e 0 2 , é sem dúvida a mistura gasosa mais comum. O "gás de cozinha" é uma mistura formada principalmente pelos gases butano (C 4 H 10 ) e propano (C 3 H 8 ). Nos cilindros dos mergulhado- res, muitas vezes, o oxigênio é misturado com o gás hélio. E assim por diante. Podemos imaginar a formação de uma mistura gasosa da seguinte maneira: Temos inicialmente vários gases, em recipientes separados (1 , 2, 3, ..., /). Evidentemente cada gás terá seu próprio volume (\ó, V 2 , V 3 , ..., V), sua própria pressão (P,, P 2 , P 3 , ..., P,) e sua própria temperatura (T u T 2 , T 3 , ..., T). A seguir, todos os gases são misturados em um único recipiente, de volume V, mantido à temperatura T. O que acontece? Pelo que será explicado a seguir, podemos antecipar que, se os gases são perfeitos e não reagem entre si, a mistura se comportará como se fosse um gás único, obede- cendo às mesmas leis e fórmulas já vistas para os gases isolados. Capítulo 12 • Estudo dos gases 301 Capitulo 12B-QF1-PNLEM 301 29/5/05, 20:47 a) Relação entre os gases iniciais e a mistura final Não havendo perda de gases durante a mistura, podemos dizer que: Na mistura final, a quantidade total de mols é a soma das quantidades de mols de todos os gases iniciais. Matematicamente: £n = n, + n 2 + ... + n, p v Para o primeiro gás, temos: P^ = n^RT^ ou n, = — i- 1 -. Para os demais gases, temos relações idên- ticas. Na soma dessas expressões teremos, para a mistura final: PV = (Ln)RT e EL = EL. + EL. + + EL T T, T 2 ■" T, b) Situação dentro da mistura final Vamos supor que apenas o primeiro gás ocupasse todo o recipiente final, de volume V e tempera- tura T; evidentemente, o gás 1 assumiria uma pressão p„ que é a chamada pressão parcial do gás 1. Disso resulta a seguinte definição: Em uma mistura gasosa, pressão parcial de um gás é a pressão que esse gás exerceria se estivesse sozinho, ocupando o volume total da mistura e na mesma temperatura em que a mistura se encontra. Não confunda a pressão parcial do gás © dentro da mistura (que vamos chamar por p, minúsculo) com a pressão que esse gás possuía antes de entrar para a mistura © maiúsculo). Evidentemente tudo o que acabamos de dizer para o gás © vale para os demais gases da mistura. A lei de Dalton para misturas gasosas diz que: A pressão total de uma mistura gasosa é a soma das pressões parciais de todos os gases componentes da mistura. Matematicamente: P = p, + p 2 + p 3 + ... + Pi ou P = Zp AS PRESSÕES PARCIAIS EM NOSSO ORGANISMO Um exemplo da importância das pressões parciais ocorre em nossa respiração. O sangue arterial leva 0 2 dos pulmões para as células de nosso organismo. Em sentido inverso, o sangue venoso retorna com o C0 2 liberado pelo metabolismo das células. Esse trânsito de gases é facilitado pelas diferenças das pressões par- ciais do 0 2 e do C0 2 no sangue e nos tecidos. Essa oxigenação do sangue pode se tornar crítica no caso de mergulhadores ou de alpinistas, que usam então cilindros com misturas gasosas enriquecidas em oxigênio. 302 Capítulo 12B-QF1-PNLEM 302 29/5/05, 20:48 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Um conceito análogo ao da pressão parcial é o do volume parcial. Por definição: Em uma mistura gasosa, volume parcial de um gás é o volume que ele irá ocupar estando sozinho e sendo submetido à pressão total e à temperatura da mistura. Do ponto de vista prático, o conceito de volume parcial corresponde à seguinte idéia: se os gases não se misturassem (como ocorre com os líquidos imiscíveis), cada um ficaria separado dos demais, ocupando uma certa parte do volume total da mistura; essas partes seriam os volumes parciais de cada gás. A lei que trata dos volumes parciais é a lei de Amagat: O volume total de uma mistura gasosa é a soma dos volumes parciais de todos os gases componentes da mistura. Matematicamente: V = V, + v 2 + v 3 + ... + V; ou V = Iv Observe que tudo o que foi dito para volume parcial é idêntico ao já dito para pressão parcial, bastando trocar as palavras "pressão" por "volume" e vice-versa. c) Relacionando valores parciais com o valor total Relacionando a pressão parcial do gás © com a pressão total da mistura, temos: • para o gás ©: p, 1/ = n^RT • para a mistura: PV = (In)PT Raciocínio idêntico com o volume parcial do gás © nos dá: • para o gás ©: Pv, = n^RT • para a mistura: PV = (En)RT A fração — é chamada de fração em mols (antigamente fração molar) do gás © e representada In por x-f. Evidentemente o que foi dito para o gás © vale também para todos os demais gases da mistura. Daí a definição: Fração em mols ( x ) de um gás é o quociente entre sua quantidade de mols e a quan- tidade total de mols da mistura. I ©_ = _ÜL J 1/ In \ El = J2l J P In Também é fácil deduzir que a soma das frações molares de todos os gases da mistura é igual a 1 : X : + X 2 + X 3 + ... + Xj = EEl + + In In n 3 In Finalizando, vamos reunir todas as relações anteriores escrevendo: _ _nj_ _ fh_ _vj_ _ % em volume ~ I n ~ ~P ~ V 1 00% A última fração, chamada de porcentagem em volume (ou porcentagem volumétrica) do gás © na mistura, resulta da multiplicação do numerador e do denominador da fração El (chamada de fra- ção volumétrica) por 100. Capítulo 12 • Estudo dos gases 303 Capitulo 12B-QF1-PNLEM 303 6 / 7 / 05 , 14:58 MEDIDAS DA POLUIÇÃO 1 Atualmente há vários gases nocivos que poluem a atmosfera, princi- palmente nas grandes cidades. Alguns desses gases existem no ar, em quantidades extremamente pequenas. Por isso, é comum que suas con- centrações sejam dadas em ppm ou em ppb: 1 ppm = 1 parte por milhão (1 : 10 6 ) 1 ppb = 1 parte por bilhão (1 : 10 9 ) Quando se expressam concentrações desse modo, deve-se, ainda, indicar as unidades utilizadas — gramas, litros, mols etc. Assim, por exemplo, quando se diz que há 5 ppm de CO, em mols, no ar, significa que há 5 mols (ou moléculas) de CO em cada 1 milhão de mols (ou moléculas) de ar. 14 . 2 . Massa molar aparente de uma mistura gasosa Sabemos que, pesando 22,4 L de um gás, nas condições normais de pressão e de temperatu- ra, resulta a massa molar — e, conseqüentemente, a massa molecular desse gás. Analogamente, pesando 22,4 L de uma mistura gasosa, nas condições normais, resulta um valor que se convencionou chamar de massa molar aparente da mistura gasosa. Assim, por exemplo, pesando 22,4 L de ar, nas condições normais, resultam 28,9 gramas, indicando a massa molar aparente do ar como sendo 28,9 u. A massa molar aparente pode também ser obtida por vários outros caminhos, como, por exemplo: ou, ainda, podemos dizer que a massa molar aparente é a média ponderada das massas molares dos gases componentes da mistura, tomando-se como "pesos" suas porcentagens em volume (ou por- centagens das suas pressões parciais, ou das suas quantidades de mols, ou das suas frações molares). No caso do ar, por exemplo, temos, em volume, aproximadamente 78% de N 2 , 21 % de 0 2 e 1 % de Ar. Massas atômicas: N = 14; O = 1 6; Ar = 40. Logo: CPTrans. Na foto, temos um técnico fazendo o controle da fumaça emitida pelos ônibus. Operação fumaça, realizada pela Cetesb e São Paulo, SP, 1995. L, o • para um gas, n = — => M = m n < • analogamente, para a mistura, M ap = ^° tal M, ap. 78-28 + 21 • 32 + 1 -40 100 28,96 u Responda em seu caderno a) Em uma mistura gasosa, o que é pressão parcial de um gás? b) O que é pressão total de uma mistura gasosa? c) Em uma mistura gasosa, o que é volume parcial de um gás? d) O que é volume total de uma mistura gasosa? e) O que é fração em mols de um gás? 304 Capitulo 12B-QF1-PNLEM 304 29/5/05, 20:48 JORGE ARAÚJO / FOLLHA IMAGEM Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno Exercício resolvido 83 Dois recipientes A e 6 contêm, respectivamente, 0 2 e N 2 a 25 °C e são ligados por uma válvula. O recipiente A contém 1,5 L de 0 2 a 0,5 atm; o recipiente 8 contém 0,5 L de N 2 a 1,0 atm. Abrindo-se a válvula, os dois gases se misturam. Supondo que a temperatura do conjunto não tenha se alterado, pergunta-se, em relação à mistura final: a) Qual é a pressão total? b) Quais são as frações molares dos dois gases? c) Quais são suas pressões parciais? Resolução É sempre aconselhável fazer um esquema representando a situação do problema. Nesse caso, antes da abertura do registro, tínhamos a seguinte situação demonstrada na figura ao lado. Após a abertura do registro, os dois gases se misturam e passam a ocu- par o volume total de 1 ,5 L + 0,5 L = 2,0 L, na temperatura de 25 °C, que não se alterou conforme foi dito no enunciado do problema. Com o auxílio das fórmulas já vistas, temos: a) Cálculo da pressão total da mistura final Ml + Ma. = M = 0,5 -1,5 T A T B T 298 1,0 • 0,5 298 P- 2,0 298 P = 0,625 atm b) Cálculo das frações molares dos gases Calcularemos, inicialmente, a quantidade de mols de cada gás: • para o 0 2 : P A V A = n A RT A => 0,5 • 1 ,5 = n A • 0,082 • 298 => n A = 0,0307 mol • para o N 2 : P B V B = n B RT B => 1,0 • 0,5 = n B ■ 0,082 • 298 => n B = 0,0205 mol A seguir, podemos obter a quantidade total de mols na mistura: Zn = n A + n B = 0,0307 + 0,0205 => Zn = 0,0512 mol E, finalmente, calculamos as frações molares: • para o 0 2 : x A • para o N 2 : x B n A = 0,0307 Zn 0,0512 n B _ 0,0205 Zn 0,0512 = 0,5996 x B = 0,4004 Evidentemente: x A + x B = 1 Observação: .. ,, , , _ n. p A v A % em volume A No ca cu o acima, nao podemos usara re açao: x A = — — = J ^ = ' H v Z n P v 1 00% porque nao conhece- mos nem as pressões parciais ( p A e p B ) nem os volumes parciais ( v A e v B ) dos gases. É importante perceber que os dados do problema (P„ e P 8 ) e (V A e V B ) são as pressões e os volumes dos gases antes da mistura, e não suas pressões ou volumes parciais (que só existem após a mistura). c) Cálculo das pressões parciais • para o Q 2 : p A = x A - P => p A = 0,5996 • 0,625 p A — 0,375 atm • para o N 2 : p B = x B • P => p B = 0,4004 • 0,625 p A — 0,250 atm 84 (Uece) A figura mostra dois balões interligados por uma torneira. A interligação tem volume desprezível e no balao I a pressão é de 3 atm. II 5 L 7 L Abrindo a torneira e mantendo a temperatura constante, a pressão final do sistema será de: a) 1,25 atm b) 0,80 atm c) 7,20 atm d) 2,14 atm Capítulo 12 • Estudo dos gases 305 Capitulo 12C-QF1-PNLEM 305 6/7/05, 14:59 B 85 (UFRGS-RS) Se o sistema representado ao lado for mantido a uma temperatura constante e se os três balões possuírem o mesmo volume, após se abrirem as válvulas A e 8, a pressão total nos três balões será: a) 3 atm c) 6 atm e) 1 2 atm b) 4 atm d) 9 atm 86 (Faap-SP) Em um recipiente indeformável, de capacidade igual a 4 L, são colocados 2 L de H 2 medidos a CNPT, juntamente com 3 L de 0 2 medidos a 27 °C e 700 mmHg. Calcule a pressão no interior do recipiente, sabendo que, após a mistura dos gases, a temperatura dele é 1 7 °C. Exercício resolvido 87 Em um recipiente de 50 L a 1 27 °C, temos 3,3 g de anidrido carbônico (C0 2 ), 4,8 g de anidrido sulfuroso (S0 2 ) e 3,4 g de gás sulfídrico (H 2 S). (Massas atômicas: H = 1; C = 12; O = 16; S = 32) Pedem-se: a) a pressão total da mistura gasosa; b) sua composição porcentual em massa; c) sua composição porcentual em volume; d) a massa molar aparente da mistura. Resolução a) Cálculo da pressão total da mistura PV = ÇLrí) RT=* PV = (n, + n 2 + n 3 ) RT=> P ■ 50 = | ^ I • 0,082 • 400 44 64 34 1 P = 0,1 64 atm b) Cálculo da composição porcentual da mistura em massa A massa total da mistura é 3,3 + 4,8 + 3,4 = 11,5 g. Recaímos, então, num problema simples de cálculo de porcentagens: • para o C0 2 : 1 1,5 g de mistura 3,3 g de S0 2 1 00% x 28,7% de C0 2 • para o S0 2 : 11, 5 g de mistura 4,8 g de S0 2 1 00% y 41,7% de S0 2 para o H 2 S: 1 1,5 g de mistura 3,4 g de H 2 S 1 00% z 29,6% de H 2 S A soma das porcentagens é evidentemente igual a 1 00. c) Cálculo da composição porcentual da mistura em volume Vimos, na página 303, que: n, _ % em volume Sn % em volume = — — Sn 1 00% 1 00% Considerando, então, os valores de n v n 2 , n 3 e Sn, que já foram calculados no item (a) deste problema, temos: 0,075 • para o C0 2 : % em volume = 0,25 1 00 % = 30% de CO, • para o S0 2 : % em volume = ^ qqo/ 0 = K 2 0,25 30% de SO, • para o H 2 S: % em volume = 0,1 0,25 ■ 1 00 % = Observação: E muito importante você comparar esses resultados com os resultados do item (b) e notar que, na mesma mistura gasosa, as porcentagens em massa são diferentes das porcentagens em volume, d) Cálculo da massa molar aparente da mistura m, r Já vimos, na página 304, que: A4 ap = Tomando, então, os valores calculados nos itens anteriores, temos: 11,5 H.D = p 0,25 M ap = 46 g/mol Evidentemente, esse resultado é uma média ponderada entre as massas moleculares do C0 2 (44), do S0 2 (64) e do H 2 S (34). 306 A Capitulo 12C-QF1-PNLEM 306 29/5/05, 20:54 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 88 (Vunesp) Qual é a pressão, em atmosferas, exercida por uma mistura de 1 ,0 g de H 2 e 8,0 g de He contida em um balão de aço de 5,0 L a 27 °C? ^Massas atômicas: H = 1 ; He = 4. Constante dos gases: R = 0,0821 AÍA! — — ] mol • K J 89 (EEM-SP) Um recipiente de capacidade igual a 5,8 L e mantido a 27 °C contém 1 2,8 g de oxigênio, 8 g de hélio e 1 4 g de nitrogênio. (Massas atômicas: H = 1 ; N = 1 4; 0 = 16), R = 0,082 atm ' L . Calcule: mol • K a) a pressão total (P,) do sistema; b) a pressão parcial (p,) do gás que tem a maior fração molar na mistura. 90 (UFRN) Uma mistura gasosa, num recipiente de 10 L, contém 28 g de nitrogênio, 1 0 g de dióxido de carbono, 30 g de oxigênio e 30 g de monóxido de carbono, a uma temperatura de 295 K. A alternativa que apresenta o va- lor da pressão parcial do nitrogênio é: a) 2,27 atm b) 2,42 atm c) 2,59 atm d) 2,89 atm e) 4,82 atm Exercício resolvido 91 O ar é formado, aproximadamente, por 78% de ni- trogênio (N 2 ), 21 % de oxigênio (0 2 ) e 1 % de argônio (Ar) em volume. Pede-se calcular: a) as frações molares dos componentes do ar; b) suas pressões parciais, ao nível do mar, onde a pressão atmosférica (pressão total) é 760 mmHg. Resolução a) Cálculo das frações em mols . . v, % em volume Lembrando que x, = — = H V 1 00% temos: • Para o nitrogênio: 78 100 => *1 0,78 • Para o oxigênio: 21 x, = => x 100 • Para o argônio: 1 X, = => X 3 100 0,21 0,01 Note que: Xx = 0,78 + 0,21 + 0,01 = 1 b) Cálculo das pressões parciais Lembrando que A = ^ = % em volume P V 100% temos: • Para o nitrogênio: Pi _ 78 760 1 00 p, = 592,8 mmHg • Para o oxigênio: Pi _ 21 760 1 00 • Para o argônio: Pb = _J_ - 760 1 00 Note que: P = Xp = 592,8 + 159,6 + 7,6 = 760 mmHg p 3 = 7,6 mmHg p 2 = 1 59,6 mmHg 92 (UMC-SP) A composição em volume do ar atmosférico é de 78% de nitrogênio, 21 % de oxigênio e 1 % de argônio. A massa em grama de argônio (Ar = 40) em 224 litros de ar (CNPT) será: a) 0,082 b) 40 c) 2,24 d) 1 e) 4 93 (Enem-MEC) A adaptação dos integrantes da seleção bra- sileira de futebol à altitude de La Paz foi muito comenta- da em 1 995, por ocasião de um torneio, como pode ser lido no texto abaixo. "A seleção brasileira embarca hoje para La Paz, capital da Bolívia, situada a 3.700 metros de altitude, onde dispu- tará o torneio interamérica. A adaptação deverá ocorrer em um prazo de 10 dias, aproximadamente. O organis- mo humano, em altitudes elevadas, necessita desse tem- po para se adaptar, evitando-se, assim, risco de um co- lapso circulatório." (Adaptado da revista Placar, edição fev. 1995.) Jogador Adriano recebendo oxigênio durante uma partida da sua equipe, o Atlético Paranaense, contra o Bolívar, pela Taça Libertadores da América, em La Paz, 12/03/2002. A adaptação da equipe foi necessária principalmente porque a atmosfera de La Paz, quando comparada à das cidades brasileiras, apresenta: a) menor pressão e menor concentração de oxigênio. b) maior pressão e maior quantidade de oxigênio. c) maior pressão e maior concentração de gás carbônico. d) menor pressão e maior temperatura. e) maior pressão e menor temperatura. 94 (Faap-SP) Num recipiente fechado, de volume igual a 1 5 L, está contida uma mistura constituída por 20% molar de CH 4 e 80% molar de C 2 H 6 , à temperatura de 27 °C e pressão de 1,64 atm. Calcule as massas dos componen- tes da mistura, bem como suas respectivas pressões par- ciais (massas atômicas: H = 1; C = 12). Capítulo 12 • Estudo dos gases 307 Capitulo 12C-QF1-PNLEM 307 29/5/05, 20:54 Exercício resolvido 95 (Faap-SP) Uma mistura gasosa formada por C0 2 , N 2 e CO ocupa um volume de 10 L e apresenta seus componentes com as respectivas pressões parciais: 0,20 atm, 0,40 atm e 0,30 atm. Calcule os volumes parciais para os componen- tes da mistura, bem como a composição da mesma em porcentagem molar. Resolução A pressão total da mistura é igual a: P = p, + p 2 + p 3 — 0,2 + 0,4 4- 0,3 n, o, v. Da relaçao x, = — — = — = — L tiramos o volume parcial do C0 2 : P = 0,9 atm Sn V v = £l -v= • i o 1 P 0,9 v, = 2,22 L de C0 2 Por analogia, teremos: v 2 =^- ■v = -M- ■ io => p 0,9 0 3 • V= 4^2- . 10 => 3 p 0,9 v 2 = 4,44 L de N 2 v 3 = 3,33 L de CO Quanto ao cálculo da composição da mistura em porcentagem molar (atualmente é preferível dizer "porcentagem em mols"), voltemos à fórmula x, = = — = — . Vemos nessa fórmula que as relações — e — são iquais ' 1 Sn P V M v Sn P V a entre si. Conseqüentemente, chega-se ao mesmo resultado calculando-se as porcentagens em mols, seja por n, p, v, — — , ou J - L , ou Sn P V Vamos então calcular as porcentagens em mols por meio das pressões parciais, que já são conhecidas: • para o C0 2 : • para o N 2 : • para o CO: 0,9 atm 1 00 % 0,2 atm X 0,9 atm 1 00 % 0,4 atm Y 0,9 atm 1 00 % 0,3 atm z x = 22,2% de C0 2 y = 44,4% de N 2 z = 33,3% de CO 96 (FEI-SP) Relativamente a 100 g de uma mistura gasosa que contém 64% de 0 2 e 36% de H 2 em massa, a 27 °C e 1 atm, a alternativa correta [ Massas atômicas: O = 16 u; H = 1 u ; R = 0,082 — — I é: l mol • K a) A mistura ocupa um volume de 72,35 L. b) A mistura apresenta composição molar 10% 0 2 e 90% H 2 . c) A massa molar média da mistura é 34. d) A pressão parcial do 0 2 na mistura é 0,64 atm. e) O número de mols da mistura é 2,94. 97 (Vunesp) Sabendo-se que o volume molar de um gás nas condiçoes normais de pressão e temperatura (CNPT) é igual a 22,4 L e que R - 0,082 — — , o maior número de moléculas está contido em 1,0 L de: mol • K a) H 2 , nas CNPT b) N 2 , nas CNPT c) H 2 , a -73 °C e 2 atm d) H 2 , a 27 °C e 1 atm e) uma mistura equimolar de H 2 e N 2 , a 127 °C e 1,5 atm 308 Capitulo 12C-QF1-PNLEM 308 29/5/05, 20:54 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 98 (PUC-Campinas-SP) A dispersão dos gases S0 2 , N0 2 , 0 3/ CO e outros poluentes do ar fica prejudicada quando ocorre a inversão térmica. CL c/5 z; cE < 2 Vista do Rio de Janeiro, vendo-se a avenida Presidente Vargas e uma faixa de poluição ao fundo (1997). Considere que, numa dessas ocasiões, a concentração do CO seja de 1 0 volumes em 1 - IO 6 volumes de ar (1 0 ppm = 1 0 partes por milhão). Quantos m 3 de CO há em 1 - IO 3 m 3 do ar? a) 100 b) 10,0 c) 1,00 d) 0,10 e) 0,010 O "D O <5 <D > O) 0) "O 05 d> "O o CD 05 Exercício resolvido 99 (UFRJ) As figuras abaixo mostram dois balões iguais e as condições de temperatura e pressão a que eles estão submetidos. O balão A contém 41 L de oxigênio puro, e o 8 contém uma mistura de oxigênio e vapor d'água (oxigênio úmido). P = 3 atm t = 27 °C a) Quantas moléculas de oxigênio existem no balao A? b) Qual dos dois balões é o mais pesado? justifique sua resposta. Resolução a) Cálculo da quantidade de mols de 0 2 existente no balão A: PV = nRT =s 3 • 41 = n- 0,082 ■ 300 Cálculo do número de moléculas de 0 2 em A: n = 5 mol de O, 1 mol de O, 5 mol de O, 6-10 moléculas x x = 3 ■ 10 24 moléculas de O, b) O balão A é mais pesado. De fato, os dois balões têm V, P e T iguais. Pela lei de Avogadro, eles encerram o mesmo número de moléculas. No balão A, todas as moléculas são de 0 2 (com massa molar = 32 g). No balão 8, há moléculas de 0 2 e algumas moléculas de H 2 0 (massa molar = 18 g), que pesam menos que 0 2 e portanto darão massa final menor que a do balão A. 100 (ITA-SP) Dois balões de vidro, A e 8, de mesmo volume contêm ar úmido. Em ambos os balões a pressão e a tempera- tura são as mesmas, a única diferença sendo que no balão A a umidade relativa do ar é de 70% enquanto no balão 8 ela é de apenas 1 0%. Em relação ao conteúdo destes dois balões é errado afirmar que: a) Os dois balões contêm o mesmo número de moléculas. b) Os dois balões contêm a mesma quantidade de gás, expressa em mol. c) No balão 8 há maior massa de nitrogênio. d) No balão A há maior massa total de gás. e) A quantidade (mol) e a massa (grama) de vapor de água são maiores no balão A. Capítulo 12 • Estudo dos gases 309 Capitulo 12C-QF1-PNLEM 309 29/5/05, 20:55 EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno 101 (UFPI) Sabemos que o gás etileno-C 2 H 4 emitido pelas próprias frutas é responsável por seu amadurecimento. A resposta que explica por que uma penca de bananas amadurece mais rápido quando "abafada" (fechada em um saco plástico), do que em uma fruteira é: a) menor grau de umidade. b) maior pressão parcial do gás etileno. c) menor temperatura ambiente. d) ausência de luz. e) menor concentração do gás etileno. 102 Misturando-se 4 g de hidrogênio (H 2 ) e 1 6 g de oxigê- nio (0 2 ) num recipiente de 82 L mantido a 27 °C, per- gunta-se: a) Quais as frações molares dos dois gases? b) Quais suas pressões parciais? c) Qual a pressão total da mistura? 103 (Mackenzie-SP) No interior de um cilindro de êmbolo móvel e de massa desprezível, encontram-se aprisiona- dos 2,0 g de hélio e 0,25 mol de hidrogênio gasosos. Se a temperatura é de 1 27 °C e a capacidade do cilindro de 10 L, a pressão que deverá ser aplicada ao êmbolo para que este permaneça em equilíbrio estático será: a) 2,46 atm b) 1,64 atm c) igual à pressão atmosférica normal d) 1 .520,00 mmHg e) 1 .246,40 mmHg (FEI-SP) As duas questões a seguir estão relacionadas com o seguinte enunciado: Um recipiente fechado con- tém 1,2 • 1 0 23 moléculas de dióxido de carbono (C0 2 ), 0,6 mol de oxigênio (0 2 ) e 33,6 g de nitrogênio, à pres- são de 750 mmHg. 104 A massa molecular aparente da mistura gasosa é: a) 34,67 c) 61,6 e) 30,8 b) 52 d) 58,6 105 A pressão parcial de 0 2 na mistura gasosa, em milíme- tros de mercúrio, é: a) 525 c) 75 e) 450 b) 225 d) 250 106 (UCB-DF) Uma amostra de ar foi coletada no interior do túnel Rebouças, Rio de janeiro, para verificação do nível de poluição do seu interior. O volume do cilindro do ar coletado era igual a 0,1 m 3 e a temperatura mé- dia observada no interior do túnel foi de 27 °C. A análi- se da amostra de ar indicou que na amostra coletada havia 1 mol de N0 2 ; 2 mols de S0 2 e 2 mols de CO. (Dados: N = 14;0 = 16;C=12eS = 32.) Analise as afirmativas seguintes, julgando-as como ver- dadeiras ou falsas. 0. O número total de moléculas na mistura gasosa co- letada é igual a 5. 1 . Supondo que os gases são ideais R = 0/082 atm • L 1 p 0C | e _ se afirmar que a pressão mol • K J total dentro do cilindro nas condições especificadas era igual a 1 2,3 atm. 2. A percentagem em massa do gás N0 2 na mistura é igual a 20%. Massas atômicas: H = 1; O = 16 3. O volume de ar amostrado, 0,1 m 3 a 27 °C, corresponde a 0,1 5 L na temperatura de 450 K. 4. Gás ideal é aquele que não apresenta desvios da equação de estado, ou seja, segue a equação PV = nRT. 107 (UFC-CE) O monóxido de carbono é um dos poluentes do ar presente especialmente em zona urbana. A pres- são do monóxido de carbono de 0,004 atm, no ar, re- sulta em morte, em pouco tempo. Um carro ligado, porém parado, pode produzir, entre outros gases, 0,60 mol de monóxido de carbono por minuto. Se uma garagem a 27 °C tem volume de 4,1 •IO' 1 L, em quanto tempo, na garagem fechada, atinge-se a concentração letal de CO? Observação: Considere que a pressão, na garagem, per- manece constante e que não há monóxido de carbono presente, inicialmente ( . . , 0,082 atm constante dos qases = — V mol • K 108 (FMTM-MC) O limite superior recomendado de amó- nia em um ambiente de trabalho é de 50 ppm em volu- me. Considere que um determinado indivíduo inspira cerca de 39 kg de ar por dia e que o mesmo trabalha numa fábrica que respeita o limite superior recomen- dado de amónia. A quantidade máxima de gás amónia que aquele indivíduo poderá inalar, após um dia de oito horas de trabalho, será, em mL: Dados: ppm = partes por milhão densidade do ar = 1,3 g/L a) 5.000 c) 50 e) 0,5 b) 500 d) 5 109 (UFPE) Em um recipiente fechado de volume constan- te, contendo 0,5 mol de C0 2 e 0,2 mol de N0 2 , adicio- na-se N 2 até completar 0,3 mol. Identifique, dentre os gráficos abaixo, o que melhor representa o que aconte- ce com as pressões total e parciais no interior do reci- piente durante a adição do nitrogênio. Tempo de adição Tempo de adição Tempo de adição 310 Capitulo 12C-QF1-PNLEM 310 29/5/05, 20:55 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 15 DENSIDADES DOS GASES A diferença de densidade entre os gases tem várias aplicações em nosso cotidiano. Os balões das festas juninas e os balões de competição sobem porque a densidade do ar quente no interior do balão é menor que a do ar externo. Os balões que sobem espontaneamente no ar são, em geral, inflados com hélio (He), que é um gás menos denso que o ar. g a Os dirigíveis antigos eram inflados com hidrogênio. Como esse gás é muito inflamável, usa-se atualmente o gás hélio (He). No estudo das densidades dos gases há duas definições importantes a considerar: densidade absoluta e densidade relativa. Vamos estudá-las. 15 . 1 . Densidade absoluta Densidade absoluta ou massa específica de um gás, em determinada pressão e tem- peratura, é o quociente entre a massa e o volume do gás, nas condições consideradas de pressão e temperatura. Matematicamente: d = m V Com respeito à densidade absoluta devemos notar que: • em geral, ela é expressa em gramas/litro (g/L); • ela depende da pressão e da temperatura em que o gás se encontra; isso porque a massa ( m ) não depende de pressão e temperatura, mas o volume (V) depende; • no lugar da massa (m) podemos usar a massa molar ( M ) do gás, desde que no lugar do volume ( V ) seja usado o volume molar (V M ); disso resulta a equação: d = V M • particularmente, ainda poderíamos considerar o gás nas condições normais, e teríamos a fórmula: M 22,4 que nos dá a densidade absoluta do gás, em gramas/litro e somente nas condições normais de pressão e temperatura; Capítulo 12 • Estudo dos gases 311 Capitulo 12C-QF1-PNLEM 311 29/5/05, 20:55 • no entanto, podemos calcular a densidade absoluta, em qualquer pressão e temperatura, com o auxílio da equação de Clapeyron. De fato: PV= — RT => — = — => d = — — M V RT RT Note, nessa última fórmula, que a densidade absoluta de um gás diminui com o aumento de temperatura. Dentre as aplicações mais antigas desse fato, destacamos os balões das festas juninas e os balões de ar quente usados em competições esportivas. 15.2. Densidade relativa Densidade relativa do gás 1 em relação ao gás 2 é o quociente entre as densidades absolutas dei e de 2, ambas sendo medidas nas mesmas condições de pressão e temperatura. Matematicamente: Com respeito à densidade relativa devemos notar que: • ela é apenas um número puro (não tem unidade) e indica quantas vezes um gás é mais (ou menos) denso que outro; • sendo apenas um número, a densidade relativa não depende das variações de pressão e tempe- ratura (evidentemente, desde que os dois gases permaneçam sempre nas mesmas condições de pressão e temperatura, como exige a própria definição); • podemos particularizar a definição acima, da seguinte maneira: 5 1,2 — A d 2 Hh V , m 2 V 2 m quando V, = V 2 , teremos: § 12 = — L m 2 • e podemos particularizar ainda mais, se considerarmos a massa molar e o volume molar dos gases: 5 1,2 A d 2 tv 1 ± K K K K 1 ± M 2 ou dj_ _ _M± d 2 M 2 Essas fórmulas são importantes porque mostram que as densidades dos gases são proporci- onais às suas massas molares. Desse modo, quando verificamos que um gás é, por exemplo, cinco vezes mais denso que outro, já podemos concluir que cada molécula do primeiro gás pesa cinco vezes mais do que cada molécula do segundo. Isso facilita a determinação das massas molares no laboratório. Duas aplicações muito importantes dessa última fórmula são obtidas considerando-se a densidade de um gás em relação ao hidrogênio e em relação ao ar, como fazemos a seguir: • considerando o gás de referência 2 como sendo o hidrogênio (H 2 ), temos M 2 = 2 g; portanto: S 1(2 = ou, abreviadamente: 8 H2 = -y- ou M = 2 8 H2 (essa última expressão nos diz que a massa molar de um gás é o dobro de sua densidade em relação ao hidrogênio); 312 Capitulo 12C-QF1-PNLEM 312 29/5/05, 20:56 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. • considerando agora o gás de referência 2 como sendo o ar, temos M 2 — 28,9 (o ar é uma mistura contendo principalmente nitrogênio, de M N2 = 28, e oxigênio, de M 0z = 32; por esse motivo o ar tem uma "massa molar" que é a média ponderada entre 28 e 32); teremos então: §1,2 = 2^V OU/ abreviadamente: 8ar = 2 ÍV OU M = 28 ' 98 ar (essa última expressão nos diz que a massa molar de um gás é 28,9 vezes sua densidade em relação ao ar). ATIVIDADES PRÁTICAS ATENÇAO: Para evitar acidentes, o material marcado com asterisco (*) deve ser preparado em solução adequa- damente diluída e MANUSEADO UNICAMENTE PELO PROFESSOR. RECOMENDAMOS QUE O EXPERIMENTO SEJA REA- LIZADO EXCLUSI VAM ENTE PELO PROFESSOR DE MODO DEMONSTRATIVO. Mesmo diluídos e em pequena quantidade, esses materiais são corrosivos, causam queimaduras e ir- ritam a pele e os olhos. Alguns deles desprendem vapores irritantes e tóxicos. Nenhum dos reagentes deve entrar em contato com a pele, a boca e os olhos, nem deve ser aproximado do nariz. Óculos de segurança, luvas e aventais protetores são altamente recomendados. Materiais • 1 erlenmeyer • 1 rolha com furo • 2 tubos de vidro em "U" • 1 pedaço de mangueira de borracha • 1 béquer grande ou 1 cuba de vidro • tiras finas de folha de zinco • pregos comuns pequenos • solução aquosa de ácido clorídrico (*) • detergente • água Procedimento • Na cuba de vidro, ou no béquer grande, prepare uma solução concentrada de detergente. • Monte o sistema de rolha, tubos de vidro e mangueira de borracha como o da figura a seguir. • Coloque cuidadosamente os metais dentro do erlenmeyer e adicione em seguida a solução de HCI. • Tampe o erlenmeyer com a rolha. «Tome cuidado para que o tubo de saída continue mergulhado na so- lução concentrada de detergente. • Anote as observa- ções no caderno. Perguntas 1) O que ocorreu dentro do erlenmeyer? 2) O que é liberado na solução concentrada de deter- gente? O que pode ser afirmado sobre a densidade dessa substância quando comparada com a do ar? Responda em seu caderno a) O que é densidade absoluta ou massa específica de um gás? b) O que é densidade relativa entre dois gases? Capítulo 12 • Estudo dos gases 313 Capitulo 12C-QF1-PNLEM 313 29/5/05, 20:56 f EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno Exercício resolvido 110 Qual a densidade absoluta do oxigênio (0 2 ) a 600 mmHg e 127 °C? (Massa atômica: 0 = 16) Resolução . PM , 600 • 32 d = => d = => RT 62,3-400 d = 0,774 g/L 111 (Uece) O gás S0 3/ poluente atmosférico, é um dos res- ponsáveis pela formação da chuva ácida. A sua densi- dade , em g/L a 0,90 atm e 20 °C é, aproximadamente: a) 2,0 b) 3,0 c) 4,0 d) 5,0 112 (UFRN) A densidade de um gás é 1 ,96 g/L, medida nas CNPT. A massa molecular desse gás é: a) 43,88 c) 49,92 e) 53,22 b) 47,89 d) 51,32 113 (Fuvest-SP) Nas condições normais de temperatura e pressão, a massa de 22,4 L do gás X 2 (X = símbolo do elemento químico) é igual a 28,0 g. a) Calcule a densidade desse gás, nessas condições. b) Qual a massa atômica do elemento X? Explique como encontrou o valor dessa massa. 114 (FEI-SP) A densidade absoluta do gás sulfídrico (H 2 S) aumentará quando: a) a pressão diminuir. b) a temperatura diminuir. c) a temperatura aumentar. d) a variação de pressão não afetar a densidade absoluta. e) a concentração do H 2 S aumentar. 115 (UFMG) Um balão de borracha, como os usados em festas de aniversário, foi conectado a um tubo de en- saio, que foi submetido a aquecimento. Observou-se, então, que o balão aumentou de volume. Considerando-se essas informações, é correto afirmar que o aquecimento: a) diminui a densidade do gás presente no tubo. b) transfere todo o gás do tubo para o balão. c) aumenta o tamanho das moléculas de gás. d) aumenta a massa das moléculas de gás. Exercício resolvido 116 Qual a densidade do anidrido sulfuroso (S0 2 ) em relação ao ar e em relação ao hidrogênio? (Massas atômicas: O = 16; S = 32) Resolução Inicialmente calculamos a massa molecular do S0 2 e temos M = 64. A seguir, aplicamos as fórmulas das páginas 31 2-31 3. 5 ar 5 h 2 M 28,9 M_ 2 5 ar 5 h 2 64 28,9 64 => 2 §ar=2,2 Observação: É fácil notar pelo primeiro cálculo que todos os gases com massa molecular maior que 28,9 são mais den- sos que o ar e, em conseqüência, eles tendem a des- cer quando são soltos ao ar livre; o contrário aconte- ce para os gases de massa molecular menor que 28,9. 117 (UnB-DF) Para que um balão suba, é preciso que a den- sidade do gás dentro do balão seja menor que a densi- dade do ar. Consultando os dados da tabela abaixo, pode-se afirmar que, à mesma temperatura e pressão, o melhor gás para esse fim é: Gás Massa molar (g/mol) Temperatura (K) He 4 373 Ne 20 373 h 2 2 373 o 2 32 373 a) H 2 b) He c) Ne d) 0 2 118 (FEI-SP) As águas poluídas do rio Tietê liberam, entre outros poluentes, o gás sulfídrico (H 2 S). Um dos maio- res problemas causados por esse gás é o ataque corro- sivo aos fios de cobre das instalações elétricas existen- tes junto a esse rio. O gás sulfídrico é mais denso do que o ar e, assim, con- centra-se mais próximo ao solo. Considerando a massa molar média do ar igual a 28,9, a densidade do H 2 S em relação ao ar, nas mesmas condi- ções de temperatura e pressão, será aproximadamente: a) 0,9 d) 4,8 b) 1,2 e) 5,0 c) 2,4 Exercício resolvido 119 Nas mesmas condições de pressão e temperatura pesa mais 1 L de oxigênio seco ou 1 L de oxigênio úmido? Justifique. (Massas atômicas: H = 1; O = 16) Resolução Um litro de oxigênio seco pesa mais, ou seja, é mais denso. Isso pode ser justificado pela lei de Avogadro. De fato, em 1 L de qualquer gás, medido nas mesmas condições de pressão e temperatura, existe sempre o mesmo número total (x) de moléculas. No caso do oxigênio seco, todas as moléculas serão 0 2 , de massa molecular 32; no caso do oxigênio úmido, algumas moléculas serão de água, que pesa menos (18), diminuindo, então, o peso do conjunto. Observação: Generalizando o problema anterior, você poderá perceber o seguinte: sendo 1 8 a massa molecular da água e chamando de M a massa molecular de um gás qualquer, teremos: • quando M < 1 8, o gás úmido é mais denso que o seco; • quando M = 1 8, a densidade do gás não se altera com a umidade; • quando M > 1 8, o gás úmido é menos denso que o seco. 120 Considerando os gases hidrogênio, nitrogênio, hélio, xenônio, cloro, metano e argônio, quais os que têm sua densidade aumentada com a presença de umidade, em condições invariáveis de pressão e temperatura? 314 Capitulo 12C-QF1-PNLEM 314 6/7/05, 14:59 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno 121 (UCSal-BA) Sob pressão de 750 mmHg e temperatu- ra de 25 °C, o volume de 1 mol de gás é 24,8 L. Nessas condições, qual dos gases abaixo tem maior densidade? a) N 2 b) o 2 c) F 2 d) Cl 2 e) Ne 122 (UFC-CE) Ao desejar identificar o conteúdo de um cilin- dro contendo um gás monoatômico puro, um estudan- te de Química coletou uma amostra desse gás e determi- nou sua densidade, d = 5,38 g/L, nas seguintes condições de temperatura e pressão: 1 5 °C e 0,97 atm. Com base nessas informações e assumindo o modelo do gás ideal: í Dado: R = 0,082 atm ' L .) V mol • K ) a) calcular a massa molar do gás; b) identificar o gás. 123 (Unicamp-SP) Um balão meteorológico de cor escura, no instante de seu lançamento, contém 100 mols de gás hélio (He). Após ascender a uma altitude de 1 5 km, a pressão do gás se reduziu a 100 mmHg e a tempera- tura, devido à irradiação solar, aumentou para 77 °C (constante dos qases ideais: R = 62 ; massa a mol • K molar do He = 4 g ■ mor 1 ). Calcule, nessas condições: a) o volume do balão meteorológico; b) a densidade do He em seu interior. 1 24 (UFU-MC) A massa molecular do CO é 28. A densidade de um gás puro, em relação ao CO, é 1,25. Logo, 9,03 • 1 0 23 moléculas do gás desconhecido pesam: a) 31,5 g b) 35,0 g c) 52,5 g d) 23,3 g e) 42,0 g 125 (Fuvest-SP) Ao nível do mar e a 25 °C: — volume molar de gás = 25 L/mol — densidade do ar atmosférico = 1,2 g/L A As bexigas Ae B podem conter, respectivamente: a) argônio e dióxido de carbono b) dióxido de carbono e amónia c) amónia e metano d) metano e amónia e) metano e argônio 1 26 (Fuvest-SP) Deseja-se preparar e recolher os gases metano, amónia e cloro. As figuras I, II e III mostram dispositivos de recolhimento de gases em tubos de ensaio. Considerando os dados da tabela abaixo, Massa molar (g/mol) Solubilidade em água Metano 16 Desprezível Amónia 17 Alta Cloro 71 Alta Ar 29 (valor médio) Baixa escolha, dentre os dispositivos apresentados, os mais adequados para recolher, nas condições ambiente, metano, amónia e cloro. Esses dispositivos são, respec- tivamente, a) II, II e III. b) III, I e II. c) II, III e I. d) II, I e III. e) III, III e I. Capítulo 12 • Estudo dos gases 315 Capitulo 12C-QF1-PNLEM 315 29/5/05, 20:57 16 DIFUSÃO E EFUSÃO DOS GASES Vimos no estudo da teoria cinética dos gases (página 286) que as partículas gasosas estão em movimento contínuo e muito rápido. Esse movi- mento faz com que dois ou mais gases se mistu- rem rapidamente, dando sempre origem a uma mistura homogênea. Esse fato pode ser constatado dispondo-se de dois balões de vidro, ligados entre si por uma comu- nicação provida de uma válvula; colocamos num dos balões um gás ou vapor colorido (N0 2 , vapor de bromo etc.) e deixamos no outro balão simplesmen- te o ar (mistura incolor de N 2 e 0 2 ). Abrindo-se a válvula, podemos ver o gás colorido "caminhando" através do ar e se misturando com ele; esse movi- mento espontâneo de um gás através de outro é cha- mado de difusão gasosa. Sentimos o cheiro de um perfume porque algumas de suas moléculas escapam do frasco e se espalham (difundem-se) pelo ar. Em 1 829, o cientista Thomas Graham, estudan- do o "vazamento" dos gases através de pequenos orifícios (ou de paredes porosas) — fenômeno deno- minado efusão de gases, que é um caso particular da difusão gasosa — , enunciou: Em condições idênticas, as veloci- dades de efusão de dois gases são in- versamente proporcionais às raízes qua- dradas de suas densidades absolutas. Thomas Graham Químico escocês, nasceu em Glas- gow, em 1 805, e faleceu em Lon- dres, em 1869. Estudou a difusão de gases e líquidos. Descobriu o princípio da diálise, que até hoje é importante no tratamento de pacientes com deficiências renais. Matematicamente: Ora, lembrando que d = PM RT (página 31 2) e substituindo d-, e d 2 na fórmula anterior, chegaremos a: _Kl _ [mT v 2 ]j Mj Nessas fórmulas, a velocidade de efusão dos gases é medida em unidades de "volume que escapa por unidade de tempo"; em geral, ela é expressa em litros por minuto. 316 Capitulo 12C-QF1-PNLEM 316 29/5/05, 20:57 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Esta última fórmula matemática mostra que os gases que se difundem mais rapidamente são os de menor massa molar (ou seja, os de menor densidade). Um exemplo inte- ressante desse fato é o que ocorre com os balões vendidos em parques: eles são inflados com gás hélio, e como esse gás "escapa" facilmente pelos poros da borracha, os balões acabam murchando, após algumas horas. Uma aplicação importante do fenômeno da efusão é no enriquecimento do urânio, em que se separam os dois isótopos ( 235 U e 238 U) usando seus compostos gasosos ( 235 UF 6 e 238 UF 6 ). Responda em seu caderno a) O que é difusão gasosa? b) Em condições idênticas, qual a relação entre as velocidades de efusão de dois gases? c) Quais são as unidades utilizadas para expressar a velocidade de efusão dos gases? EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno Exercício resolvido 127 (Mackenzie-SP) A velocidade de difusão do gás hi- drogênio é igual a 27 km/min, em determinadas condições de pressão e temperatura (massas atômi- cas: H = 1 ; O = 1 6). Nas mesmas condições, a velo- cidade de difusão do gás oxigênio em km/h é de: a) 4 km/h d) 240 km/h b) 108 km/h e) 960 km/h c) 405 km/h Resolução => v 02 = 6,75 km/min Como foi pedida a velocidade em km/h temos: Vq 2 = 6,75 • 60 v 02 = 405 km/h Alternativa c 128 (UFSE) Dentre os gases abaixo, nas mesmas condições, o que se difunde mais rapidamente é: a) o monóxido de carbono. b) a amónia. c) ozônio. d) o nitrogênio. e) o hidrogênio. 129 (UFBA) Numa sala fechada, foram abertos ao mesmo tempo três frascos que continham, respectivamente, gás amoníaco (NH 3 ), dióxido de enxofre (S0 2 ) e sulfeto de hidrogênio (H 2 S). Uma pessoa que estava na sala, a igual distância dos três frascos, sentiu o efeito desses gases na seguinte ordem: a) H 2 S, NH 3 e S0 2 d) NH 3 , S0 2 e H 2 S b) H 2 S, S0 2 e NH 3 e) S0 2 , NH 3 e H 2 S c) NH 3 , H 2 S e S0 2 Exercício resolvido 1 30 Um gás está a 27 °C. A que temperatura a velocida- de média de suas moléculas irá duplicar? Resolução Vj_ = IjT =» JZL = (3Õ0~ ^ 1 v 2 \ T 2 2yÇ \ T 2 4 => r 2 = 1 .200 K e 2 = 927 °c 300 T 2 Exercício resolvido 131 A velocidade de efusão do hélio (He) através de um orifício é 8 L por minuto. Qual a velocidade de efusão do metano (CH 4 ) através do mesmo orifício e nas mesmas condições de pressão e temperatura? Resolução ^hélio Vmetano ^metano í^hélio 8 ^metano 'Vtano = 4 L/min 1 32 (Uece) Nas mesmas condições de pressão e temperatura, um gás X atravessa um pequeno orifício a uma velocidade três vezes menor que o hélio. A massa molecular de X é: a) 30 b) 32 c) 36 d) 40 Capítulo 12 • Estudo dos gases 317 Capitulo 12C-QF1-PNLEM 317 29/5/05, 20:58 IVÂNIA SANTANNA/ KINO Resolução 133 (Mackenzie-SP) Um recipiente com orifício circular con- tém os gases yez.O peso molecular do gás y é 4,0 e o peso molecular do gás z é 36,0. A velocidade de escoa- mento do gás y será maior em relação à do gás z: a) 3 vezes c) 9 vezes e) 1 2 vezes b) 8 vezes d) 1 0 vezes Exercício resolvido 1 34 Certo volume de hidrogênio demora 30 min para atra- vessar uma parede porosa. Qual o tempo empregado pelo mesmo volume de oxigênio na travessia da mes- ma parede e nas mesmas condições de pressão e tem- peratura? (Massas atômicas: H = 1 ; O = 16) Ora, se o hidrogênio é quatro vezes mais rápido que o oxigênio e demora 30 min, o oxigênio irá demorar 4 ■ 30 = 120 min, ou seja, 2 h. 135 À mesma temperatura, um gás é quatro vezes mais denso que outro. Qual é a relação entre suas veloci- dades de efusão? LEITURA A CAMADA DE OZÔNIO Freqüentemente encontramos, em jornais e revistas, notícias falando dos perigos trazidos pelo buraco na camada de ozônio para a vida animal e vegetal na Terra. O que está acontecendo na Terra? É o que vamos explicar, resumidamente, nesta leitura. O Sol emite, para a Terra, partículas como prótons, elétrons etc. e também muita energia na forma de luz visível e nas demais radiações eletromagnéticas. Do total de energia que nos chega do Sol, cerca de 46% correspondem a luz visível; 45%, a radiação infravermelha; e 9%, a radiação ultravioleta. Esta úl- tima contém mais energia e, por isso, é mais perigo- sa para a vida dos animais e vegetais sobre a superfí- cie da Terra. Em particular, a ultravioleta é a radiação que consegue "quebrar" várias moléculas que for- mam nossa pele, sendo por isso o principal responsá- vel pelas queimaduras de praia. Felizmente existe na atmosfera terrestre, aproxi- madamente entre 12 e 32 km de altitude, uma ca- mada de ozônio (0 3 ). Essa camada é muito tênue (porque nela existe cerca de uma molécula de 0 3 para cada 1 milhão de moléculas de ar), mas muito im- portante, pois funciona como um escudo, evitando que cerca de 95% da radiação ultravioleta atinja a superfície terrestre. Na década de 1 960, os cientistas verificaram que a camada de ozônio estava sendo destruída mais ra- pidamente que o normal. Vários estudos mostraram que a "culpa" era dos óxidos de nitrogênio, presen- tes na atmosfera em quantidades cada vez maiores. A destruição da camada de ozônio aumentou ainda mais com o uso dos compostos denominados "clorofluorcarbonetos" ou "clorofluorcarbonados", conhecidos pela sigla CFC, tirada dos nomes anterio- res. Os primeiros e mais importantes são o CCl 2 F 2 , chamado de freon-12 (os números 1 e 2 indicam os números de átomos de carbono e de flúor, respectivamente) e o CCl 3 F, chamado de freon-1 1 (isto é, um carbono e um flúor). À primeira vista, esses compostos são maravilhosos, pois não são inflamáveis, nem tóxicos, nem corrosivos, nem explosivos e se prestam muito bem como gases de refrigeração no funcio- namento das geladeiras, freezers, aparelhos de ar condicionado etc., em substituição ao NH 3 , que é muito tóxico. Com o passar do tempo, descobriu-se que os freons eram também muito úteis como propelentes de aerossóis, em sprays de perfumes, desodorantes, tintas etc. (década de 1960); na fabricação de espu- mas de plástico (década de 1960); na limpeza dos microcircuitos de computador (década de 1970) etc. Com isso, o consumo de freons foi aumentando. Termosfera 318 Capitulo 12C-QF1-PNLEM 318 29/5/05, 20:58 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A situação tornou-se alarmante quando, em outubro de 1 984, um grupo de cientistas ingleses, traba- lhando no Pólo Sul, descobriu a perda de aproximadamente 40% da camada de ozônio sobre a Antártida. De lá para cá, esse fato vem se agravando; hoje se calcula que esse "furo" já cobre cerca de 28 milhões de metros quadrados sobre a Antártida, o que equivale a dizer que já atinge as partes mais meridionais da América do Sul e da Austrália. E por que a preocupação com o "furo" na camada de ozônio aumentou tanto nos últimos anos? Porque é certo que uma redução de 1% na camada de ozônio corresponde a um aumento de 2% da radiação ultravioleta que chega à superfície da Terra, o que trará grandes problemas, como: aumento do número de casos de câncer de pele, especialmente nas pessoas de pele clara (e ainda mais se expostas ao sol de verão); aumento do número de casos de catarata e cegueira, inclusive em animais; queima de vegetais (eucaliptos secam, cactos murcham etc.); alterações no plâncton existente na água do mar, com enormes reflexos em toda a cadeia alimentar marítima. Atualmente, a tendência mundial é de proibir (ou reduzir) o uso de compostos clorofluocarbonados e controlar as emissões dos escapamentos de veículos. Imagem de satélite colorizada artificialmente, mostrando Atualmente, os aerossóis não contêm compostos o buraco na camada de ozônio sobre a Antártida (região clorofluorcabonados. em azul escuro). Dados obtidos pelo TOMS — Total Ozone Mapping Spectrometer — em 1 1/09/2003. "Vv- você NÃO ACh . QUE SOMOS RESPONSÁVEIS PELO FURO NA CAMADA DE OZÔNIO. ACHA? OS BICHOS HNmlUNMá E, agora, o reverso da medalha O ozônio que, como acabamos de ver, é nosso aliado na estratosfera, torna-se um inimigo perigoso no ar que respiramos, próximo à superfície da Terra. No ar ambiente, o ozônio é um poluente que já apresenta riscos em quantidades tão baixas quanto 0,1 2 ppm (ppm = partes por milhão, o que significa existir 0,1 2 litro de 0 3 em 1 milhão de litros de ar). O ozônio provoca: irritação nos olhos; problemas pulmonares, como edema e hemorragias, chegando a ser fatal em doses altas; corrosão da borracha; queima das folhas e dos frutos dos vegetais, sendo o tomate e o tabaco os mais sensíveis. Capítulo 12 • Estudo dos gases 319 Capitulo 12C-QF1-PNLEM 319 22/6/05, 15:29 EDUARDO SANTALIESTRA ■ Questões sobre a leitura Responda em seu caderno 136 Que parte da radiação solar é bloqueada pela camada de ozônio? 137 Quais são os principais tipos de compostos que contribuem para a destruição da camada de ozônio? 138 Na atmosfera o ozônio é um aliado ou um inimigo? 1 39 (PUC-SP) A presença de ozônio na troposfera (baixa atmosfera) é altamente indesejável, e seu limite permitido por lei é de 1 60 microgramas por m 3 de ar. No dia 30/07/95, na cidade de São Paulo, foi registrado um índice de 760 microgramas de 0 3 por m 3 de ar. Qual é a alternativa que indica quantos mols de 0 3 , por m 3 de ar foram encontrados acima do limite permitido por lei, no dia considerado (Dado: 1 micrograma = 1CT 6 g)? a) 1,25 • 10 5 mol c) 1,87 • 1(T 5 mol e) 2,50 • 1 (T 5 mol b) 1,25-1 (T 2 mol d) 1,87-1 (T 2 mol 140 (U. São judas-SP) Nos frascos de spray usam-se, como propelentes, compostos orgânicos conhecidos como clorofluorcar- bonetos (hidrocarbonetos clorofluorados). As substâncias mais empregadas são CCt 2 F 2 e CCIF 3 . O uso dessas substâncias vem sendo restringido porque elas causam a destruição da camada de ozônio do nosso planeta. Num depósito abandona- do foi encontrado um cilindro supostamente contendo um desses gases. Qual é o gás, sabendo-se que o cilindro tinha um volume de 1 5 L, pressão de 1 ,5 atm e a massa do gás era 98,1 g a 1 5 °C? Massas atômicas: C = 12 u; Cl= 35,5 u; F = 19 u. R = 62,34 mmH 9 ' L / ou r = o, 082 atm ' L , ou R = 8,31 I mol • K mol • K mol • K a) somente CCÍ 2 F 2 c) CCÍ 2 F 2 misturado com CCIF 3 e) CCÍ 2 F 5 b) somente CCÍF 3 d) C 2 CÍ 3 F DESAFIOS Registre as respostas em seu caderno 141 (ITA-SP) Consideremos um gás formado de moléculas todas iguais e que corresponda ao que se considera um gás ideal. Esse gás é mantido num recipiente de volu- me constante. Dentre as afirmações abaixo, todas refe- rentes ao efeito do aumento de temperatura, a alterna- tiva correta, em relação ao caminho livre médio das mo- léculas e à frequência das colisões entre as mesmas, é: Caminho livre médio Freqüência de colisões a) b) c) d) e) Inalterado Diminui Aumenta Inalterado Diminui Aumenta Inalterada Aumenta Diminui Aumenta 142 (Vunesp) Durante o transporte de etano (C 2 H 6 ) gasoso em um caminhão tanque com capacidade de 1 2,3 m 3 , à temperatura de —23 °C, houve um acidente e verificou- se uma queda de pressão de 0,6 atm. Admitindo-se a temperatura constante, calcular a massa do etano perdi- da no ambiente ^massas atômicas: C = 12,0; H = 1,0; O = 1 6,0; constante dos gases: R = 0,0821 — — 1 mol ■ K ) 143 (UFRJ) No gráfico a seguir estão representadas duas isotermas (lei de Boyle-Mariotte) de 1 mol de gás ideal. Uma na temperatura de 0 °C e a outra na temperatura T (em kelvins). a) Qual o valor da pressão P indicada no gráfico, em atmosferas? Justifique sua resposta. b) Determine o valor da temperatura T (em kelvins). 144 (Vunesp) Uma mistura de 4,00 g de H 2 gasoso com uma quantidade desconhecida de He gasoso é mantida nas condições normais de pressão e tempe- ratura. Se uma massa de 1 0,0 g de H 2 gasoso for adi- cionada à mistura, mantendo-se as condições de pres- são e temperatura constantes, o volume dobra. Cal- cule a massa em gramas de He gasoso presente na mistura |massas atômicas: H = 1; He = 4; constante universal dos qases = 0,0821 ; volume ocu- a mol • K pado por 1 mol de gás nas condições normais de pres- são e temperatura = 22,4 l_j. 145 (UFBA) Um mergulhador utiliza um cilindro de 15 L, provido de válvula reguladora, que contém uma mistu- ra gasosa de composição volumétrica igual a 68% N 2 e 32% 0 2 , à pressão de 200 atm. Considerando-se que o mergulhador permanece por 36 minutos à profundi- dade de 30 m; que, durante todo o procedimento do mergulho, a temperatura é de 25 °C; e que, ao retornar à superfície, a pressão no cilindro é de 50 atm, determi- ne, em L/min, o consumo de oxigênio no período em que o mergulhador esteve a 30 m de profundidade, submetido à pressão de 4 atm. Considere desprezível o consumo de oxigênio durante a descida e a subida do mergulhador. Indique, justificando de modo completo, toda a resolu- ção da questão. 320 Capitulo 12C-QF1-PNLEM 320 29/5/05, 20:58 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 146 (Fuvest-SP) Dados referentes aos planetas Vénus e Terra: Vénus Terra Porcentagem (em volume) de N 2 na atmosfera 4,0 80 Temperatura na superfície (K) 750 300 Pressão na superfície (atm) 100 1,0 A relaçao entre o número de moléculas de N 2 em volu- mes iguais das atmosferas de Vénus e da Terra é: a) 0,10 c) 2,0 e) 40 b) 0,28 d) 5,7 147 (UMC-SP) A densidade de uma mistura gasosa de C0 2 e 0 2 numa temperatura de 60,3 °C e pressão de 2,0 atm é de 3,0 g/L. A porcentagem, em volume, de 0 2 na mistura é de: a) 15% c) 35% e) 40% b) 25% d) 75% 148 (Vunesp) Um balão leve, de volume fixo, flutua no ar quando preenchido com gás hélio à temperatura am- biente. O mesmo balão pode flutuar no ar se for preen- chido com ar aquecido e gases quentes produzidos pela queima de C 4 H 10 . Conhecendo as massas mola- res, em g/mol: ar = 29 (valor médio), He = 4, H = 1, C=12, N = 14eO = 16, a explicação para o fato de o balão, preenchido pela mistura gasosa aquecida, flu- tuar no ar, é: a) os produtos C0 2 e H 2 0, formados na combustão do C 4 H 10 , são menos densos que o ar. b) com o consumo de 0 2 do ar na combustão do C 4 H 10 , ocorre a formação de hélio gasoso. c) com o consumo de 0 2 do ar na combustão do C 4 H 10 , só resta N 2 em seu interior. d) com o aquecimento, as moléculas C 4 H 10 sofrem de- composição, formando H 2 . e) como os gases no interior do balão estão bem mais quentes que o ar que o circunda, ocorre diminuição do número total de mols dos gases nele contidos, tornando o balão menos denso que o ar. 149 (IME-RJ) Borbulha-se oxigênio através de uma coluna de água e, em seguida, coletam-se 100 cm 3 do gás úmido a 23 °C e 1,06 atm. Sabendo que a pressão de vapor da água a 23 °C pode ser considerada igual a 0,03 atm, calcule o volume coletado de oxigênio seco nas CNPT. 150 (PUC-SP) Uma mistura de N 2 e vapor de água foi introduzida a 20 °C num recipiente que continha um agente secante. Imediatamente após a introdução da mistura, a pressão era 750 mmHg. Depois de algu- mas horas, a pressão atingiu o valor estacionário de 735 mmHg. Pedem-se: a) a composição em porcentagem molar da mistura original; b) o volume do frasco, sabendo-se que o agente secante aumenta seu peso em 0,1 50 g e que o volume ocu- pado pelo agente secante pode ser desprezado. 151 (Uece) Dois gases, H 2 e S0 2 , são colocados nas extremi- dades opostas de um tubo de 94,1 cm. O tubo é fecha- do, aquecido até 1 .200 °C e os gases se difundem den- tro do tubo. A reação que se processa no momento em que os gases se encontram é: 3 H 2 (g) + S0 2 (g) H 2 S (g) + 2 H 2 0 (g) O ponto do tubo onde se inicia a reação está a: a) 1 4,1 cm do local onde foi colocado o gás H 2 . b) 20 cm do local onde foi colocado o gás S0 2 . c) 1 8,6 cm do local onde foi colocado o gás S0 2 . d) 80 cm do local onde foi colocado o gás H 2 . 152 (IME-RJ) Um cilindro contendo oxigênio puro teve sua pressão reduzida de 2,60 atm para 2,00 atm, em 47,0 min, devido a um vazamento através de um pequeno orifí- cio existente. Quando cheio com outro gás, na mesma pressão inicial, levou 55,1 min para que a pressão caís- se outra vez ao valor de 2,00 atm. Determine a massa molecular do segundo gás. Considere que ambos os processos foram isotérmicos e à mesma temperatura, e que os gases, nessas condições de pressão e tempera- tura, apresentam comportamento ideal. (Enem-MEC) O texto abaixo refere-se às duas questões seguintes. As áreas numeradas no gráfico mostram a composição em volume, aproximada, dos gases na atmosfera ter- restre, desde a sua formação até os dias atuais. 100 90 80 5? 70 o 60 IfO O* ¥ 50 o | 40 ô 30 20 10 0 5 4 3 2 Tempo (bilhões de anos) 0 t Data atual (Adaptado de The Random House Encyclopedies, 3. ed. 1990.) 153 Considerando apenas a composição atmosférica, iso- lando outros fatores, pode-se afirmar que: I. não podem ser detectados fósseis de seres aeróbicos anteriores a 2,9 bilhões de anos. II. as grandes florestas poderiam ter existido há aproxi- madamente 3,5 bilhões de anos. III. o ser humano poderia existir há aproximadamente 2,5 bilhões de anos. E correto o que se afirma em: a) I, apenas. d) II e III, apenas. b) II, apenas. e) I, II e III. c) I e II, apenas. 154 No que se refere à composição em volume da atmosfe- ra terrestre, há 2,5 bilhões de anos, pode-se afirmar que o volume de oxigênio, em valores percentuais, era de, aproximadamente: a) 95% c) 45% e) 5% b) 77% d) 21% Capítulo 12 • Estudo dos gases 321 Capitulo 12C-QF1-PNLEM 321 29/5/05, 20:58 o 3 Tópicos do capítulo 1 As fórmulas na Química 2 Cálculo da fórmula centesimal 3 Cálculo da fórmula mínima 4 Cálculo da fórmula molecular Leitura: 0 efeito estufa S CALCULO DE FORMULAS Os cálculos do cientista Albert Einstein permitiram ampliar as bases da Física e mudaram o mundo. Apresentação do capítulo Nos dois capítulos anteriores, vimos cálculos importantes, como os que envolvem a massa atômica, o mol, a massa molar e uma série de outros envolvendo os gases. Agora, vamos estudar o cálculo das fórmulas das substâncias. Sem dúvida, as fórmulas são muito importantes, pois ajudam na identificação de cada substância. Faiaremos das fórmulas centesimal, mínima e molecular. Capitulo 13-QF1-PNLEM 322 29/5/05, 21 :01 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A D AS FÓRMULAS NA QUÍMICA São conhecidas, atualmente, milhões de substâncias químicas. Para identificá-las, são usados no- mes e fórmulas. Em capítulos anteriores, já aprendemos os nomes e as fórmulas de muitas substâncias, como, por exemplo: • ácido sulfúrico (H 2 S0 4 ); • ácido fosfórico (H 3 P0 4 ); • óxido ferroso (FeO); • óxido de cromo III (Cr 2 0 3 ). Estas são chamadas fórmulas moleculares (ou simplesmente fórmulas), pois representam de fato a molécula da substância considerada — do ponto de vista tanto qualitativo como quantitativo. As- sim, por exemplo, quando dizemos que a fórmula molecular do ácido sulfúrico é H 2 S0 4 , isso indica que o ácido sulfúrico é formado por hidrogênio, enxofre e oxigênio e que em cada molécula desse ácido existem 2, 1 e 4 átomos dos elementos que o constituem, respectivamente. Como apareceram essas fórmulas na Química? Elas surgiram na segunda metade do século XIX, como conseqüência das leis das reações e da teoria atômico-molecular. Sem dúvida, a fórmula de uma substância é importante, pois dá a idéia clara de sua composição química. E atualmente como as fórmulas são determinadas? E evidente que, quando os químicos descobrem uma nova substância, eles não conhecem a sua fórmula. O caminho clássico, nessas ocasiões, é subme- ter a substância a uma análise química. A análise começa pela purificação da substância, que é a chamada análise imediata. Em seguida, a substância já purificada é submetida a uma análise elemen- tar (qualitativa e quantitativa). Na qualitativa, determinam-se quais são os elementos presentes na substância e, na quantitativa, quanto há de cada elemento. Com esses dados, pode-se, então, calcular a fórmula centesimal, que passamos a explicar adiante. CÁLCULO DA FÓRMULA CENTESIMAL Em nosso dia-a-dia, encontramos porcentagens com grande freqüência. Ouvimos diariamente fra- ses do tipo: "A inflação do mês foi de 1 ,2%"; "No último ano, a população aumentou 1 ,3%"; "O preço da gasolina subiu 2,3%" etc. O MAGO DE ID Parker and Hart Na Química, acontece fato semelhante. Dizemos, por exemplo, que a composição centesimal do metano (CH 4 ) é 75% de carbono e 25% de hidrogênio. Isso significa que, em cada 1 00 g de metano, encontramos 75 g de carbono e 25 g de hidrogênio. Capítulo 13 • Cálculo de Fórmulas 323 Capitulo 13-QF1-PNLEM 323 29/5/05, 21 :02 TRIBUNE MEDIA /INTERCONTINENTAL PRESS Daí a definição: Fórmula centesimal (ou composição centesimal ou composição percentual) refere- se às porcentagens em massa dos elementos formadores da substância considerada. A fórmula centesimal representa a proporção em massa existente na substância, que é sempre constante, segundo a lei de Proust (página 51). Vamos, então, exemplificar o cálculo de uma fórmula centesimal a partir dos dados obtidos da análise da substância — verifique que, na verdade, esse cálculo se resume a um simples cálculo de porcentagens. I a exemplo A análise de 0,40 g de um certo óxido de ferro revelou que ele encerra 0,28 g de ferro e 0,1 2 g de oxigênio. Qual é a sua fórmula centesimal? Resolução: • Para o Fe • Para o O 0,40 g de óxido 1 00 g de óxido 0,40 g de óxido 1 00 g de óxido 0,28 g de Fe x % de Fe 0,1 2 g de O y % de O x = 70% de Fe y = 30% de O Conferindo: 70% + 30% = 100% Outro caminho possível é o cálculo da fórmula centesimal a partir da fórmula molecular da subs- tância. 2 ~ exemplo Calcular a composição centesimal do ácido sulfúrico (massas atômicas: H = 1 ; O = 1 6; S = 32). Resolução: Inicialmente, calculamos a massa molecular do ácido sulfúrico: O. H, 1 - 2 + 32 +16-4 2 + 32 + 64 = 98 Em seguida, fazemos o cálculo das porcentagens: • Para o H: • Para o S: • Para o O: 98 g de H 2 S0 4 2 g de H 00 g de H 2 S0 4 x % de H 98 g de H 2 S0 4 32 g de S 00 g de H 2 S0 4 y % de S 98 g de H 2 S0 4 64 g de O 00 g de H 2 S0 4 z % de O a soma desses resultados deve ser iq x - 2,04% de H y - 32,65% de S z — 65,31 % de O aproximação dos cálculos, como aconteceria no 2° exemplo se usássemos 2,0 + 32,6 + 65,3 = 99,9). É sempre conveniente fazer essa soma para conferir os cálculos. 324 Capitulo 13-QF1-PNLEM A 29/5/05, 21 :02 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Mü • Quando a fórmula da substância apresenta parênteses ou colchetes, é conveniente eliminá-los, como é feito em Matemática, para facilitar os cálculos. Por exemplo, Ca 3 (P0 4 ) 2 equivale a Ca 3 P 2 0 8 ; Fe 4 [Fe(CN) 6 ] 3 equivale a Fe 4 [Fe 3 C 18 N 18 ] ou, melhor, a Fe 7 C 18 N 18 ; e assim por diante. • Quando uma substância contém água de cristalização, deve-se calcular a porcentagem da água como se H 2 0 fosse um único elemento, "pesando" 18. Assim, por exemplo, na composição centesimal do Na 2 C0 3 • 1 0 H 2 0 são dadas as porcentagens do sódio, do carbono, do oxigênio e da água. • Há casos especiais em que podem interessar as porcentagens de partes da substância considerada. Por exemplo, o Ca 3 (P0 4 ) 2 equivale a (Ca0) 3 (P 2 0 5 ), uma vez que podemos obtê-lo pela reação: 3 CaO + P 2 0 5 ► Ca 3 (P0 4 ) 2 Neste caso, a composição centesimal do Ca 3 (P0 4 ) 2 pode ser dada dizendo-se que ele encerra 54,19% de CaO e 45,81% de P 2 0 5 . Responda em seu caderno a) O que se pretende determinar na análise qualitativa? b) O que se pretende determinar na análise quantitativa? c) A que se refere a composição centesimal de uma substância? FYFDrírmC Registre as respostas CACKV.IV.IUj em seu caderno Atenção: Utilize as massas atômicas que forem necessárias. 1 A análise de 1 ,2 g de um composto revelou que este pos- suía 0,24 g de magnésio, 0,32 g de enxofre e 0,64 g de oxigênio. Determine a sua composição centesimal. 2 (PUC-Rj) A água oxigenada é uma solução de peróxido de hidrogênio (H 2 0 2 ), fortemente anti-séptica, por libe- rar 0 2 . Os percentuais, em massa, de hidrogênio e oxigê- nio, nesse composto, são, respectivamente: a) 2% e 2% d) 5,9% e 94,1 % b) 2% e 32% e) 50% e 50% c) 4,0% e 4,0% 3 Calcule a composição centesimal do sulfato cúprico penta- hidratado (CuS0 4 ■ 5 H 2 0). Observação : Nesse caso, considere H 2 0 como se fosse um único elemento, pesando 1 8. 4 (Vunesp) A porcentagem em massa de nitrogênio pre- sente no nitrato de amónio (massas molares, em g/mol: N = 14; H = 1; O =16) é igual a: a) 14% c) 28% e) 70% b) 1 7,5% d) 35% 5 (Fuvest-SP) Lavoisier, no Traité Elémentaire de Chimie, cujo segundo centenário de publicação foi celebrado em 1 989, afirma que a proporção entre as massas de oxigênio e hidrogênio que entram na composição de cem partes de água é 85 : 15 (massa atômicas: H = 1,0; O = 16,0.) Hoje sabemos que essa proporção é aproximadamente: a) 67:33 c) 87 : 13 e) 91 : 9 b) 80:20 d) 89 : 1 1 Capítulo 13 • Cálculo de Fórmulas 6 (Unifor-CE) As porcentagens aproximadas, em massa, de Mo 0 3 e K 2 0 existentes no dimolibdato de potássio, K 2 Mo 2 0 7 , são respectivamente iguais a: a) 75,39% e 24,61% b) 37,7% e 62,3% c) 68,32% e 31,68% d) 78,4% e 21,6% 7 (UFRGS-RS) A combinação entre o nitrogênio e o oxigê- nio pode originar diferentes óxidos. Entre os óxidos nitrogenados abaixo, aquele que apresenta, em sua com- posição, o maior teor ponderai de nitrogênio é o: a) NO b) N0 2 c) N 2 0 d) N 2 0 3 e) N 2 O s 8 (UFPI) A uréia, produto de grande aplicação na agricul- tura, tem a seguinte fórmula estrutural: A massa de nitrogênio em um saco de 60 kg desse mate- rial é de: a) 1 4 kg b) 21 kg c) 28 kg d) 40 kg e) 56 kg (Massas atômicas: C = 12; O = 16; N = 14; H = 1.) 325 29/5/05, 21 :02 Capitulo 13-QF1-PNLEM 325 EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno 9 (Uece) Quando aquecemos 1 ,63 g de Zn, este se combi- na com 0,4 g de oxigênio para formar um óxido de zin- co. A composição porcentual do composto é: a) 83,0% de Zn e 1 7,0% de oxigênio. b) 80,3% de Zn e 1 9,7% de oxigênio. c) 20,0% de Zn e 80,0% de oxigênio. d) 40,0% de Zn e 60,0% de oxigênio. 10 (UFRCS-RS) A porcentagem ponderai de enxofre existente no S0 2 é igual a: a) 2,0 c) 32,0 e) 50,0 b) 1 6,0 d) 33,3 1 1 (UCC-CO) A penicilina G, um antibiótico largamente uti- lizado, tem fórmula c 16 h 18 n 2 o 4 s. Qual a porcentagem de carbono na penicilina G? 12 (UFPI) Nas alternativas abaixo, encontramos cinco fertili- zantes comumente usados. Qual é o que constitui, po- tencialmente, fonte mais rica de nitrogênio? a) NH 3 c) (NH 4 ) 2 S0 4 e) (NH 2 ) 2 CO b) NH 4 N0 3 d) (NH 4 ) 2 HP0 4 13 (UniFEI-SP) O carbonato de cálcio é formado por 40% de cálcio, 12% de carbono e x% de oxigênio (% em massa). Em 50 g do referido sal, a quantidade de oxigê- nio é igual a: a) 8 g c) 24 g e) 48 g b) 1 6 g d) 32 g 14 (Vunesp) As hemácias apresentam grande quantidade de hemoglobina, pigmento vermelho que transporta oxigê- nio dos pulmões para os tecidos. A hemoglobina é cons- tituída por uma parte não protéica, conhecida como gru- po heme. Num laboratório de análises, foi feita a separa- ção de 22,0 mg de grupo heme de uma certa amostra de sangue, onde se constatou a presença de 2,0 mg de ferro. Se a molécula do grupo heme contiver apenas um áto- mo de ferro (Fe = 56 g/mol), qual a sua massa molar em gramas por mol? a) 154 c) 308 e) 1.232 b) 205 d) 616 CÁLCULO DA FÓRMULA MÍNIMA Por definição: Fórmula mínima (ou empírica, ou estequiométrica) é a que indica os elementos formadores da substância, bem como a proporção em número de átomos desses ele- mentos expressa em números inteiros e os menores possíveis. Vejamos alguns exemplos de fórmula mínima, aproveitando a ocasião para compará-los com as fórmulas moleculares correspondentes: Substância Fórmula molecular Fórmula mínima Agua oxigenada h 2 o 2 HO Glicose QH 12 o 6 ch 2 o Acido sulfúrico h 2 so 4 h 2 so 4 Sacarose C 12 H220n C 12 H 22 0^ Às vezes a fórmula mínima equivale a uma "simplificação matemática" da fórmula molecular. As- sim, no primeiro exemplo acima, temos H 2 0 2 :2 = HO; no segundo, C 6 H 12 0 6 :6 = CH 2 0. Outras vezes, a simplificação não é possível (foi o que aconteceu no terceiro e no quarto exemplos dados) e, então, a fórmula mínima coincide com a fórmula molecular. Resumindo, podemos dizer que: (fórmula molecular) = (fórmula mínima) ■ n Nessa expressão, n = 1, 2, 3, ... número inteiro. Voltamos a repetir que, nos cálculos químicos, a fórmula molecular é a mais importante. Como será visto mais adiante, a fórmula mínima serve apenas como uma etapa intermediária no cálculo da fórmula molecular. 326 Capitulo 13-QF1-PNLEM 326 29/5/05, 21 :02 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Vejamos, agora, um exemplo de cálculo da fórmula mínima. Calcular a fórmula mínima de um composto que apresenta 43,4% de sódio, 1 1,3% de carbono e 45,3% de oxigênio (massas atômicas: Na = 23; C = 12, O = 16). Vamos adotar o seguinte esquema: Dados Divisão das porcentagens pelas respectivas massas atômicas Divisão pelo menor dos valores encontrados (0,94) Fórmula mínima 43,4% Na 43 4 ' - 1.88 23 1,88 _ 0,94 1 1,3% C 1 1 3 ' - 0,94 12 0,94 _ 1 0,94 Na 2 C0 3 45,3% O I 45 3 ' - 2,82 16 I 2,82 _ 3 0,94 I 1 1 ’ Proporção Proporção Proporção Proporção em massa em átomos em átomos em átomos Justificação dos cálculos A composição centesimal dada no problema (primeira coluna da tabela) é uma proporção em massa (são as massas contidas em 100 g do composto). No entanto, a fórmula mínima deve indicar a proporção em número de átomos — daí a necessidade dos cálculos feitos na segunda coluna; esses cálculos correspondem, em última análise, a cálculos das quantidades em mols (página 269), os quais ✓ m podem ser feitos ou pela fórmula n = — , ou por meio de regras de três. Por exemplo, no caso do sódio, temos: 23 g de Na 43,4 g de Na 1 mol | = 43,4 x \ X 23 1,88 mol de Na Os resultados obtidos na segunda coluna já traduzem a proporção em número de átomos. Pode- mos, mesmo, escrever a "fórmula": N a i,88 C 0 94 0 2 8 2 Considerando, porém, que números de átomos são números inteiros, partimos para a terceira colu- na, cujos cálculos constituem apenas um artifício matemático, pois multiplicar ou dividir todos os valores pelo mesmo número não altera a proporção. Desse modo, a mesma proporção obtida na segunda coluna passa a ser representada pelos números inteiros 2:1 : 3, que indicam a fórmula mínima procurada: Na 2 CO B OBSERVAÇÕES • No exemplo anterior, foram dadas as porcentagens dos elementos formadores da substância, que representam as massas dos elementos existentes em 100 g da substância. Os cálculos seriam idên- ticos se fossem dadas as massas dos elementos existentes em um total diferente de 1 00 g do composto (a lei de Proust garante que, mesmo mudando a massa total do composto, a proporção entre seus elementos permanece constante). • Em certos problemas, acontece freqüentemente o seguinte: dividindo-se todos os valores pelo menor deles (terceira coluna), nem sempre chegamos a um resultado com todos os números inteiros. Por exemplo, num outro problema poderíamos ter a proporção 2 : 1 ,5 : 3; no entanto, multiplicando esses valores por 2, teremos 4:3:6. Generalizando, diremos que, às vezes, no final do problema, somos obrigados a efetuar uma tentativa multiplicando todos os valores por 2, ou por 3 etc. (sempre um número inteiro e pequeno), a fim de que os resultados finais se tornem inteiros e os menores possíveis. Capítulo 13 • Cálculo de Fórmulas 327 Capitulo 13-QF1-PNLEM 327 6 / 7 / 05 , 15:00 Responda em seu caderno a) O que indica a fórmula mínima? b) O que se pode dizer sobre a fórmula molecular em relação à fórmula mínima? / : \ CYCDnriOÇ Registre as respostas EAEKt.lt.IUJ em seu caderno 1 / Atenção: Utilize as massas atômicas que forem necessárias. 15 (Vunesp) Ferritas são compostos com propriedades mag- néticas e utilizados em componentes eletrônicos. A análise química de uma ferrita forneceu os resultados: Mg = 1 2%; Fe = 56%; O = 32% (massas atômicas: Mg = 24; Fe = 56; 0 = 16). Determinar a fórmula mínima da ferrita. 16 Sabendo que uma substância encerra 21,9% de cálcio, 38,8% de cloro e 39,3% de água de cristalização, calcule sua fórmula mínima. 1 7 (UFV-MG) Sabe-se que, quando uma pessoa fuma um ci- garro, pode inalar de 0,1 até 0,2 mg de nicotina. Desco- briu-se em laboratório que cada miligrama de nicotina con- tém 74,00% de carbono, 8,65% de hidrogênio e 1 7,30% de nitrogênio. Calcule a fórmula mínima da nicotina. 18 1,95 g de um composto encerra 1,1 5 g de sódio e 0,80 g de oxigênio. Qual é a sua fórmula mínima? Observação: Neste exercício não é necessário calcular as porcentagens do sódio e do oxigênio. Pode-se partir das próprias massas dadas e seguir o esquema proposto na página anterior. 1 9 (Mackenzie-SP) Ao se analisar um óxido de elemento não- metálico Y, encontrou-se a proporção de 1,5 mol de áto- mos de oxigênio para 1 mol de átomos de Y. A fórmula desse óxido pode ser: a) OF 2 c) C0 2 e) N 2 0 3 b) S0 3 d) Fe 2 0 3 20 (Fuvest-SP) Um composto submetido à decomposição produziu hidrogênio (H 2 ) e silício (Si) na proporção, respectivamente, de 3,0 g para 28,0 g (massas molares: H 2 = 2,0 g/mol; Si = 28,0 g/mol). No composto origi- nal, quantos átomos de hidrogênio estão combinados com um átomo de silício? a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) 6 EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES 21 (Faap-SP) Calcule a fórmula mínima de um composto formado pelos elementos carbono, hidrogênio e nitro- gênio, nas seguintes proporções em massa: 38,7% de C, 16,1% de H e 45,2% de N. 22 Um óxido de enxofre possui 40% de enxofre. Sua fórmu- la mínima será: a) SO c) S0 3 e) S 3 0 2 b) S0 2 d) S 2 0 3 23 (UniFMU-SP) Uma certa amostra de composto contendo potássio, cromo e oxigênio foi analisada, e se obtiveram os seguintes valores: 1,95 g de potássio, 2,60 g de cro- mo e 2,80 g de oxigênio (Dados: K = 39 u; O = 1 6 u; Cr = 52 u). A fórmula esperada para o composto é: a) KCrO, c) K 2 Cr0 4 e) K 2 Cr 3 O 10 b) KCrO, d) K 2 Cr 2 0 7 24 (FEQ-CE) A análise química de uma amostra revela a seguinte relação entre os elementos químicos forma- dores da substância: 0,25 mol de H, 0,25 mol de S e 1,0 mol de O. Pode-se concluir que a fórmula mínima da substância é: a) H 2 S 2 0 4 c) HSO s e) HS0 2 b) H 2 S0 4 d) HS0 4 CÁLCULO DA FÓRMULA MOLECULAR Por definição: Fórmula molecular é a que indica os elementos formadores da substância e o nú- mero exato de átomos de cada elemento na molécula dessa substância. Já vimos, na página 326, alguns exemplos de fórmula mínima e de fórmula molecular. E aprendemos que a fórmula molecular ou coincide ou é um múltiplo exato da fórmula mínima. Portanto, um dos caminhos para determinar a fórmula molecular é calcular inicialmente a fórmula mínima e depois multiplicá- la por n. O valor de n, por sua vez, é calculado a partir da massa molar da substância, ou seja: (fórmula molecular) = (fórmula mínima) ■ n (sendo n = 1, 2, 3, ... número inteiro) 328 Capitulo 13-QF1-PNLEM 328 29/5/05, 21 :03 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A Temos então: (massa molar) = (massa da fórmula mínima) • n (massa molar) Logo: n = (massa da formula mínima) Nos exercícios, é em geral dada a massa molar. Quando uma nova substância é descoberta ou sintetizada nos laboratórios, sua massa molar pode ser calculada por vários processos: • se a substância é um gás ou vapor, a massa molar ( M ) pode ser obtida com o uso da equação de Clapeyron: PV = • se a substância é um líquido que pode ser vaporizado sem se decompor, também podemos empregar a equação de Clapeyron; • para substâncias sólidas, existem outros processos, que serão vistos no segundo volume desta obra. Por sua vez, a massa da fórmula mínima é obtida pela soma das massas atômicas dos átomos constituintes da fórmula mínima. 4.1. Cálculo da fórmula molecular a partir da fórmula mínima Exemplo Uma substância de massa molar 1 80 encerra 40,00% de carbono, 6,72% de hidrogênio e 53,28% de oxigênio. Pede-se sua fórmula molecular. (Massas atômicas: H = 1 ; C = 1 2; O = 1 6) Resolução: Vamos inicialmente calcular a fórmula mínima, como aprendemos no item anterior: Divisão das porcentagens Divisão pelo menor Fórmula Dados pelas respectivas dos valores mínima massas atômicas encontrados (3,33) 40,00% de C 4 °' 00 = 3,33 12 3,33 _ 1 3,33 6,72% de H 6 ' 72 =6,72 1 6,72 _ 2 3,33 ch 2 o 53,28% de O 53,28 16 3,33 _ 1 3,33 Agora, podemos calcular a massa da fórmula mínima (CH 2 0), somando as massas atômicas dos átomos aí contidos: 1 2 + 1 • 2 + 1 6 = 30 Podemos, também, dizer que: (fórmula molecular) = (CH 2 0)„ em que: n = (massa molar) (massa da fórmula mínima) Considerando que a massa molar foi dada no enunciado do problema ( M = 180), concluímos que: 180 n = 30 n = 6 Logo: (fórmula molecular) = (CH 2 0) 6 (fórmula molecular) = C 6 H 12 0 6 Capítulo 13 • Cálculo de Fórmulas 329 Capitulo 13-QF1-PNLEM 329 29/5/05, 21 :03 4.2. Cálculo direto da fórmula molecular Podemos calcular a fórmula molecular de uma substância sem utilizar a fórmula mínima. Vamos resolver novamente o problema anterior. Pelo enunciado do exemplo anterior, já sabemos que a subs- tância é formada por carbono, hidrogênio e oxigênio, o que nos permite iniciar a resolução do proble- ma escrevendo que a fórmula molecular e a massa molar serão: Q Hy O z 1 | j Ux + 1 y + 1 6z = 1 80 Basta, agora, montar uma regra de três para cada um dos elementos químicos que aí aparecem: • Para o C • Para o H • Para o O 1 00% da substância 1 80 g da substância 1 00% da substância 1 80 g da substância 1 00% da substância 1 80 g da substância 40,00% de C 1 2x g de C 6,72% de H 1 y g de H 53,28% de O 1 6z g de O x = 6 y= 12 Com isso, temos diretamente: c 6 h 12 o 6 Responda em seu caderno a) O que indica a fórmula molecular? b) O que é necessário conhecer para determinar a fórmula molecular de uma substân- cia, tomando como base a fórmula mínima? EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno Atenção: Use as massas atômicas que forem necessárias. 25 (U. São Judas-SP) Um dos constituintes do calcário, da casca de ovo, da pérola, da concha do mar, usado como matéria-prima na produção do cimento, tem a seguinte composição percentual: 40,1% de cálcio, 12,0% de car- bono e 48,0% de oxigênio (massas atômicas: C = 1 2 u, O = 1 6 u. Ca = 40 u). Sabendo-se que a sua massa mo- lar é 100,1 g/mol, podemos afirmar que a sua fórmula molecular é: a) CaC 3 0 2 c) CaC0 2 e) CaC 2 0 6 b) CaC 2 0 4 d) CaC0 3 26 (PUC-Campinas-SP) A combustão realizada em altas tem- peraturas é um dos fatores da poluição do ar pelos óxi- dos de nitrogênio, causadores de afecções respiratórias. A análise de 0,5 mol de um desses óxidos apresentou 7,0 g de nitrogênio e 1 6 g de oxigênio. Qual a sua fór- mula molecular? a) N 2 0 5 c) N 2 0 e) NO b) N 2 0 3 d) NO, 27 (EEM-SP) Um composto cuja massa molar é 80 g encerra 35% de nitrogênio, 60% de oxigênio e 5% de hidrogê- nio (massas atômicas: H = 1; N = 14; O = 1 6). Se o composto em questão for um sal de amónio, qual será sua fórmula iônica? Exercício resolvido 28 (EEM-SP) O sulfato de ferro II hidratado, quando aquecido a cerca de 120 °C, perde 45,3% de sua massa (dados: H = 1; O = 16; S = 32; Fe = 56). Quantas são as moléculas de água de cristalização no sal hidratado? Resolução Seja FeS0 4 • x H 2 0 a fórmula do sulfato de ferro II hidratado. A perda de 45,3% em massa, no aqueci- mento, corresponde às x H 2 0 que "evaporaram". Temos, pois, uma primeira resolução: FeSQ 4 • x H 2 0 *• FeS0 4 + x F1 2 0 152 + 18x 1 00% 1 8x 1 45, 3% J Ou uma segunda resolução, mais simples, que se obtém considerando que, se 45,3% são de x H 2 0, então (100% - 45,3%) = 54,7% são de FeS0 4 . FeSO„ • x H 2 0 *- FeSO, + x H 2 0 152 18x 1 54,7% 45,3% J A fórmula procurada é, pois: FeS0 4 ■ 7 H 2 0 330 29/5/05, 21 :03 Capitulo 13-QF1-PNLEM 330 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 29 (UFF-RJ) Foram aquecidos 1,83 g de uma amostra de Al 2 (S0 4 ) 3 hidratado, até que toda a água fosse elimina- da. A amostra anidra pesou 0,94 g. Determine a fórmula molecular do sal hidratado. 30 (UFSCar-SP) Um grama de um gás cuja estrutura contém somente átomos de boro e hidrogênio ocupa a 3 °C e 1 atm o volume de 820 ml_ (dados: R = 0,082 • atm ■ mol 1 • K ; massas atômicas: H = 1; B = 10,8). O composto é: a) B 5 H, 4 b) BH 3 c) B 4 H 10 d) B 3 H 12 e) B 2 H 6 EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno 31 (Fuvest-SP) Determine a fórmula molecular de um óxido de fósforo que apresenta 43,6% de fósforo, 56,4% de oxigênio (% em massa) e massa molecular 284 (massas atômicas: P = 31; O = 16.) 32 (Unicamp-SP) Sabe-se que 1 ,0 mol de um composto con- tém 72 g de carbono (C), 12 mols de átomos de hidro- gênio (H) e 1 2 • 1 0 23 átomos de oxigênio (O). Admitin- do o valor da constante de Avogadro como sendo 6,0 • 1 0 23 mol 1 e com base na Classificação Periódica dos Elementos, escreva: a) a fórmula molecular do composto; b) a fórmula mínima do composto. 33 (PUC-Campinas-SP) Em 0,5 mol de quinina, substância utilizada no tratamento da malária, há 120 g de carbo- no, 12 g de hidrogênio, 1,0 mol de átomos de nitrogê- nio e 1,0 mol de átomos de oxigênio. Cascas da árvore Cinchona, de onde se extrai a quinina. Pode-se concluir que a fórmula molecular da quinina é: a) C 20 H 12 N 2 O 2 d) C 10 H 6 N 2 O 2 b) C 20 H 24 N 2 O 2 e) C 5 H 6 NO c) C 10 H 12 NO 34 (UMC-SP) Um sal higroscópico, muito usado nas indús- trias farmacêuticas, tem uma massa molecular 280 e contém 25,8% de água de cristalização (dados: H = 1; O = 1 6). O número de moléculas de água de cristaliza- ção, que existe, em cada molécula do sal higroscópico mencionado, é: a) 3 moléculas d) 10 moléculas b) 4 moléculas e) 12 moléculas c) 5 moléculas 35 (Fuvest-SP) Certo gás X é formado apenas por nitrogênio e oxigênio. Para determinar sua fórmula molecular, com- parou-se esse gás com o metano (CH 4 ). Verificou-se que volumes iguais dos gases X e metano, nas mesmas con- dições de pressão e temperatura, pesaram, respectiva- mente, 0,88 g e 0,32 g (massas molares, em g/mol: H = 1; C = 1 2; N = 1 4; O = 1 6). Qual a fórmula molecular do gás X? a) NO c) N0 2 e) N 2 O s b) N 2 0 d) N 2 0 3 — LEITURA O EFEITO ESTUFA Você conhece as estufas usadas, em lugares frios, para o cultivo de flores e plantas delicadas. O teto e as laterais de vidro permitem a en- trada da luz solar, mas impedem a saída dos raios infravermelhos (ca- lor), mantendo-se assim o interior da estufa aquecido. De modo análogo, a presença de nuvens e de gás carbônico, na atmosfera terrestre, cria um efeito estufa natural, pois retém uma parte do aquecimento, que é pro- vocado pela luz solar na superfície da Terra. Esse fenômeno mantém a temperatura terrestre em níveis nor- mais, possibilitando a vida de to- dos os vegetais e animais. k. tà m íd! * « ■m H st* IV [i : " v Cultivo de flores em estufa. Capítulo 13 • Cálculo de Fórmulas 331 Capitulo 13-QF1-PNLEM 331 29/5/05, 21 :04 VICENTE GONZALEZ/CID Acontece que, nas últimas décadas, a quantidade de C0 2 na atmosfera aumentou muito rapidamente em função da explosão demográfica, do desenvolvimento industrial acelerado, dos desmatamentos e queimas de florestas (como acontece na Amazônia) etc. Lembre-se de que a civilização moderna consome muita energia, que é produzida, em grande parte, pela queima do carvão e dos derivados do petróleo: C + 0 2 ► C0 2 + Energia (carvão) C 8 H 16 + 12 0 2 * 8 C0 2 + 8 H 2 0 + Energia (gasolina) 0 desmatamento, entre outros problemas que causa, reduz a absorção do gás carbônico da atmosfera pelas folhas dos vegetais. Na foto temos uma área desmatada à beira do Rio Cassiporé, Amapá, 2000. Pelas chaminés, são lançadas no ar grandes quantidades de gás carbônico. 332 Capitulo 13-QF1-PNLEM 332 13/7/05, 19:34 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Como conseqüência, o efeito estufa vem se intensificando, pois maiores quantidades de C0 2 , na at- mosfera, retêm cada vez mais radiações infravermelhas refletidas pela Terra, impedindo essas radiações de "escapar" para o espaço exterior. Além disso, os cientistas constataram que não só o C0 2 e o vapor de água retêm o calor refletido pela Terra, mas também partículas em suspensão no ar e outros gases poluentes, como o CO, NO x , 0 3 , CFC, CH 4 (metano) etc. Esses gases passaram a ser chamados de gases do efeito estufa, e calcula-se que eles podem ser os responsáveis por até 50% desse efeito. E quais são as ameaças do aumento do efeito estufa e do conseqüente aumento da temperatura da Terra? São inúmeras e — o que é pior — de difícil previsão. Vejamos alguns exemplos. Um dos perigos desse problema é o derretimento de parte das calotas polares, com o conseqüente aumento do nível médio dos oceanos e a inundação de regiões baixas à beira-mar (por exemplo: cidades como o Rio de Janeiro, Nova York, Veneza etc.; e países como a Holanda, Bangladesh etc.). Q o Praça de São Marcos inundada. Veneza, Itália, 17/11/2002. Também representam perigo as modificações climáticas, mais ou menos profundas, como: • alteração no regime das chuvas (regiões com muita chuva, havendo deslizamento de morros, e regiões com secas severas, ocorrendo desertificação); • tempestades e furacões mais freqüentes e mais violentos; • temperaturas mais altas. Ocorreriam alterações na agricultura, não só devido às variações de temperatura e chuvas, mas também pela proliferação de pragas e insetos. Haveria ainda maior quantidade de C0 2 dissolvido nos oceanos, rios e lagos, provocando alterações no desenvolvimento dos corais e das carapaças de animais aquáticos, com reflexos em toda a vida vegetal e animal das águas. As grandes cidades e as grandes aglomerações industriais sofrem ainda mais os efeitos da poluição atmosférica, por ocasião de um fenômeno meteorológico conhecido como inversão térmica: Icebergs. Territórios do Nordeste, Canadá. Sem inversão Sem a inversão térmica, a temperatura do ar vai diminuindo gradativamente com a altitude, e os gases emitidos por fábricas e veículos sobem e se dispersam, pois são mais quentes que o próprio ar. Com inversão Com a inversão térmica, a temperatura do ar aumenta abruptamente na chamada camada de inversão; essa camada "abafa" a fumaça e "sufoca" a cidade. Temperatura Capítulo 13 • Cálculo de Fórmulas 333 Capitulo 13-QF1-PNLEM 333 29/5/05, 21 :04 CHRISTOPHE LEPETIT/GAMMA As soluções para todos esses problemas são muito complicadas. De fato, essas soluções exigiriam a modificação do próprio modo de vida de todos os países industrializados do mundo, incluindo produção e uso mais eficiente e racional de matéria e energia; eliminação de todo e qualquer desperdício. A ONU (Organização das Nações Unidas) tem organizado, nas últimas décadas, convenções internacio- nais sobre as mudanças climáticas, tais como as reuniões da ECO-92, no Rio de Janeiro, em 1992, o Protocolo de Kyoto (Japão), em 1 997, a Reunião de Haia (Holanda), em 2000, a Reunião de Johannesburgo (África do Sul), em 2002 (e por isso chamada de Rio + 1 0). Em cada reunião é proposta uma longa lista de "boas intenções", que deveriam ser seguidas por todos os países do mundo. Infelizmente essas "boas intenções" não foram aplicadas até hoje, em razão de interesses econômicos, políticos, militares etc. Desse modo, a situação na Terra vem piorando, como atestam as manchetes da imprensa, nos últimos tempos. Por exemplo: • O mundo consome 20% mais do que pode repor; • O topo do monte Everest está derretendo; • No Alasca, até o gelo permanente está derretendo; • O C0 2 irá aumentar a acidez dos oceanos; • A intensificação do efeito estufa poderá devastar áreas agrícolas; • O aquecimento global seria a causa de 1 60.000 mortes por ano, no mundo; • O governo francês admitiu 1 0.000 mortos, devido aos efeitos do calor, no verão de 2003. OS BICHOS (D "O O cõ o> 03 d) 0 - o 03 TD •O O o Questões sobre a leitura Responda em seu caderno 36 O que é e qual a causa da intensificação do efeito estufa? 37 Cite três gases causadores do efeito estufa. 38 Cite três conseqüências possíveis do aumento do efeito estufa. 39 O que é inversão térmica? 40 (Mackenzie-SP) A combustão de carvão e de derivados de petróleo aumenta a concentração de um gás na at- mosfera, provocando o aumento do efeito estufa. O gás em questão é: a) Cl 2 b) o 3 c) H 2 d) co 2 e) 0 2 41 (Mackenzie-SP) "2002 África do Sul — Rio + 10 Ouvidos atentos... Esperança. Muito barulho. E o resultado? De positivo, quase nada. Os compromissos assumidos no Rio para a redução da emissão de poluentes ficaram no papel. Pressionados, principalmente pelas indústrias automobilística e petrolí- CO tf < cõ -g lg o o. o >03 O 33 ~o o Q_ ✓ CD fera, os países mais ricos e que mais poluem anunciaram aL novas metas de redução para 2012, bem aquém do ne- cessário e do já assumido. Para os ambientalistas e para os cientistas essa redução é irrisória e inócua. E de 1 0 em 1 0 anos vão-se representando farsas." O texto acima: I. reflete a satisfação dos ambientalistas pela redução da emissão de poluentes. II. mostra a vontade da indústria petrolífera em resolver já os problemas dos poluentes. III. afirma que daqui a 10 anos os problemas causados pela poluição estarão equacionados. IV. mostra que a emissão de poluentes deve ser tão-so- mente objeto de discussão. V. afirma que os países ricos já eliminaram a emissão de poluentes. Das afirmações feitas: a) apenas I e III são corretas. b) apenas II e III são corretas. c) nenhuma é correta. d) apenas IV e V são corretas. e) apenas II e V são corretas. 334 Capitulo 13-QF1-PNLEM 334 29/5/05, 21 :04 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 42 (Enem-MEC) O Protocolo de Kyoto — uma convenção das Nações Unidas que é marco sobre mudanças climáticas — estabelece que os países mais industrializados devem reduzir até 2012 a emissão dos gases causadores do efeito estufa em pelo menos 5% em rela- ção aos níveis de 1 990. Essa meta estabelece valores superiores ao exigido para países em desenvolvimento. Até 2001, mais de 120 países, incluindo nações industrializadas da Europa e da Ásia, já haviam ratificado o protocolo. No entanto, nos EUA, o presidente George W. Bush anunciou que o país não ratificaria "Kyoto", com os argumentos de que os custos prejudicariam a economia ameri- cana e que o acordo era pouco rigoroso com os países em desen- volvimento. (Adaptado do Jornal do Brasil, 11 abril 2001.) Na tabela encontram-se os dados sobre a emissão de C0 2 . Considerando os dados da tabela, qual é a alternativa que repre- senta um argumento que se contrapõe à justificativa dos EUA de que o acordo de Kyoto foi pouco rigoroso com países em desen- volvimento? a) A emissão acumulada da União Européia está próxima à dos EUA. b) Nos países em desenvolvimento as emissões são equivalentes às dos EUA. World Resources 2000/2001 . c) A emissão per capita da Rússia assemelha-se à da União Euro- péia. d) As emissões de C0 2 nos países em desenvolvimento citados são muito baixas. e) A África do Sul apresenta uma emissão anual per capita relativamente alta. Países Emissões de C0 2 desde 1950 (bilhões de toneladas) Emissões anuais de C0 2 per capita Estados Unidos 186,1 16 a 36 União Européia 127,8 7 a 16 Rússia 68,4 7 a 16 China 57,6 2,5 a 7 Japão 31,2 7 a 16 India 15,5 0,8 a 2,5 Polônia 14,4 7 a 16 África do Sul 8,5 7 a 16 México 7,8 2,5 a 7 Brasil 6,6 0,8 a 2,5 DESAFIOS Registre as respostas em seu caderno 43 (Fuvest-SP) A dose diária recomendada do elemento cálcio para um adulto é de 800 mg. Suponha certo suplemento nutricional à base de casca de ostras que seja 1 00% CaC0 3 (massas molares, em g/mol: Ca = 40; O = 1 6; C = 1 2). Se um adulto tomar diariamente dois tabletes desse suple- mento de 500 mg cada, qual porcentagem de cálcio da quantidade recomendada essa pessoa está ingerindo? a) 25% b) 40% c) 50% d) 80% e) 1 25% 44 (Aman-Rj) Uma argila apresenta 45% de sílica e 1 0% de umidade. Se secarmos completamente essa argila, o teor de sílica será: a) 90% b) 50% c) 45% d) 55% e) 1 00% 45 (IME-RJ) Uma fonte de vanádio é o mineral vanadinita, cuja fórmula é Pb 5 (V0 4 ) 3 Cl. Determine: a) a porcentagem em massa de vanádio nesse mineral; b) a massa em gramas de vanádio numa amostra que contém 2,4 ■ 10 24 átomos de cloro. 46 (Cesgranrio-RJ) Uma substância que contém somente Kr e F fornece, por aquecimento, 45 mL de Kr(g) e 90 mL de F 2 (g), nas mesmas condições de temperatura e pres- são. Qual a fórmula mínima da substância? a) KrF b) KrF 2 c) KrF 4 d) Kr 2 F e) Kr 3 F 47 (Cesgranrio-Rj) Qual a massa atômica de X, se 46,5 g do composto X 3 (P0 4 ) 2 contêm 1 8,0 g de X? a) 9,0 b) 11,0 c) 24,5 d) 27,0 e) 40,0 48 (UFF-RJ) No combate à dor e à febre um medicamento muito utilizado é a aspirina, cuja composição centesimal é: C = 60,00%, H = 4,45% e O = 35,56%. Sabendo-se que em uma amostra de aspirina com 0,1 8 g de massa existem 6,02 ■ 1 0 20 moléculas, conclui-se que a fórmula molecular desse composto é: a) C 9 H 6 0 3 c) C 10 H 12 O 3 e) C 8 H 8 0 4 b) c 8 h 4 o 5 d) c 9 h 8 o 4 Capítulo 13 • Cálculo de Fórmulas 49 (Vunesp) As substâncias indicadas abaixo são de grande importância como fertilizantes porque fornecem nitro- gênio. Indique qual delas é potencialmente a mais rica fonte desse elemento (massas atômicas: H = 1; C = 12; N = 14; O = 16; S = 32; K = 39). a) Uréia, CO(NH 2 ) 2 b) Nitrato de amónio, NH 4 N0 3 c) Sulfato de amónio, (NH 4 ) 2 S0 4 d) Guanidina, HNC(NH 2 ) 2 e) Nitrato de potássio, KN0 3 50 (UFRJ) Nitrogênio é um dos elementos mais importantes para o desenvolvimento das plantas. Apesar dos proces- sos naturais de fornecimento do mesmo, grande parte necessária para a agricultura é suprida através da adição de fertilizantes. Tais fertilizantes são comercializados sob forma de uréia, sulfato de amónio e nitrato de amónio. A tabela a seguir apresenta os preços desses fertilizantes por tonelada. Produto Fórmulas Preço do produto (expresso em reais por tonelada) Uréia NH 2 CONH 2 230,00 Sulfato de amónio (NH 4 ) 2 so 4 210,00 Nitrato de amónio nh 4 no 3 335,00 a) Com base na proporção (em massa) de nitrogênio em cada um dos fertilizantes, indique qual deles é o mais barato. Justifique. b) O sulfato de amónio pode ser obtido industrialmente pela reação do carbonato de amónio com o sulfato de cálcio. Escreva a equação que descreve essa reação química. 335 6/7/05, 15:02 Capitulo 13-QF1-PNLEM 335 Tópicos do capítulo 1 Introdução 2 Casos gerais de cálculo estequiométrico 3 Casos particulares de cálculo estequiométrico Leitura: Produção do ferro e do aço CÁLCULO ESTEQUIOMÉTRICO Indústria química em Runcorn, Cheschire, Inglaterra. Apresentação do capítulo 0 padeiro estima a quantidade de farinha para fazer certo número de pães. A montadora de automóveis caicuia o número de peças que irá precisar no mês. As equipes de Fórmula 7 calculam a quantidade de combustível para os carros completarem um certo número de voltas no circuito. Num exame de sangue , o laboratório caicuia os índices pedidos peio médico. 0 banco caicuia os juros a serem cobrados por um empréstimo. E assim por diante. Lembre-se também que muitas profissões são baseadas em cá/cu/os: economistas , administradores , contadores , engenheiros , agrimensores, projetistas etc. Na Química, não podia ser diferente. Um dos interesses principais é o cáicuio das quantidades de reagentes e/ou produtos de uma reação, isto é, o cáicuio estequiométrico. Capitulo 14a-QF1-PNLEM 336 29/5/05,21:08 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. INTRODUÇÃO Tanto no laboratório como na indústria química, é muito importante calcular as quantidades das substâncias que são utilizadas ou produzidas nas reações químicas. Aliás, esse cálculo é importante também em nosso cotidiano. Ao preparar um bolo, por exemplo, devemos misturar os ingredientes (farinha, ovos, açúcar etc.) numa proporção adequada. Caso contrário, ao levar o bolo ao forno, a reação química que aí se processa não atingirá o resultado desejado. O consumo de combustível depende do tamanho, da potência e da velocidade do veículo. Quando um bolo é preparado, os ingredientes são misturados em quantidades muito bem definidas. De modo geral, esses cálculos são simples. Por exemplo, se fizermos a seguinte pergunta: "Se, para preparar um bolo, precisamos de 3 ovos, então quantos ovos serão necessários para preparar dois bolos? Qualquer pessoa responderá "de cabeça": 6 ovos. Esse é um cálculo típico entre duas grandezas (bolos e ovos) diretamente proporcionais. Essa é também a idéia fundamental do cálculo estequiométrico. Do ponto de vista matemático, o cálculo estequiométrico exige apenas as quatro operações funda- mentais: soma, subtração, multiplicação e divisão. Daí a definição Cálculo estequiométrico ou estequiometria (do grego: stoikheion, elemento; metron, medição) é o cálculo das quantidades de reagentes e/ou produtos das reações químicas feito com base nas leis das reações e executado, em geral, com o auxílio das equações químicas correspondentes. Capítulo 14 • Cálculo Estequiométrico 337 Capitulo 14a-QF1 -PNLEM 337 29/5/05, 21 :08 MAURÍCIO DE SOUSA PRODUÇÕES EDUARDO SANTALIESTRA / CID A O cálculo estequiométrico é uma decorrência das leis das reações químicas e da teoria atômico- molecular. Nesse cálculo, são utilizadas, normalmente, as informações quantitativas existentes na pró- pria equação que representa a reação química. Por exemplo: • a equação n 2 (g) + 3 H 2 (g) * 2 NH 3 (g) • nos indica que 1 molécula de N 2 + 3 moléculas de H 2 2 moléculas de NH 3 • e também que 1 mol de N 2 + 3 mols de H 2 * 2 mols de NH 3 • ou que 28 g de N 2 + 3 • 2 g de H 2 * 2 • 1 7 g de NH 3 • ou ainda que 1 litro de N 2 + 3 litros de H 2 * 2 litros de NH 3 (Esta última linha só vale para gases a P e T constantes.) De acordo com as leis das reações, as proporções acima são constantes, permitindo a montagem de uma regra de três para calcular as quantidades envolvidas na reação. Por exemplo: • a equação 1 N 2 + 3 H 2 * 2 NH 3 • indica que 1 mol N 2 reage com 3 mol H 2 produzindo 2 mol NH 3 Sendo assim, o cálculo das quantidades que reagem e são produzidas é facílimo, quando feito em mols. Por exemplo, se fosse perguntado quantos mols de NH 3 são produzidos a partir de 1 0 mols de N 2 , bastaria "olhar" para as relações acima e responder "de cabeça" que são produzidos 20 mols de NH 3 . Esse cálculo é traduzido matematicamente pela seguinte regra de três: 1 N 2 + 3 H 2 * 2 NH 3 2 mol de NH 3 [ 1 -x = 2 • 10 => Veja que, no cálculo acima, usamos uma regra matemática: "Entre grandezas diretamente propor- cionais, a multiplicação 'em cruz' dará produtos iguais". Generalizando, o cálculo estequiométrico (ou seja, a regra de três) poderá ser feito em outras unidades — gramas, quilogramas, toneladas, número de moléculas etc. Bastará "traduzir" a quantidade de mols que aparece na equação química para a unidade que for mais conveniente à resolução do problema. Por exemplo, se fosse perguntado qual é a massa de NH 3 , em gramas, produzida a partir de 1 0 g de N 2 , teríamos, após calcular as massas molares, N 2 = 2-14 = 28 g e NH 3 = 14 + 3-1 =17 g: N 2 + 3 H 2 28 g de N 2 1 0 g de N 2 Para resolver problemas envolvendo cálculo estequiométrico mais rapidamente, vamos mencionar algumas regras: 2 NH, 2 • 1 7 g de NH 3 28 -x = 10-2-17 x = 12,14 g de NH 3 x = 20 mol de NH 3 1 mol de N 2 1 0 mol de N 2 Regras fundamentais 1- ) Escrever a equação química mencionada no problema. 2- ) Balancear ou acertar os coeficientes dessa equação (lembre-se de que os coeficientes indicam a proporção em mols existente entre os participantes da reação). 3 â ) Estabelecer uma regra de três entre o dado e a pergunta do problema, obedecendo aos coeficientes da equação, que poderá ser escrita em massa, ou em volume, ou em mols, conforme as conveniências do problema. 338 Capitulo 14a-QF1 -PNLEM 338 29/5/05, 21 :09 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 2 CASOS GERAIS DE CÁLCULO ESTEQUIOMÉTRICO 2 . 1 . Quando o dado e a pergunta são expressos em massa Exemplo Calcular a massa de óxido cúprico obtida a partir de 2,54 g de cobre metálico (massas atômicas: O = 1 6; Cu = 63,5). Resolução: • equação balanceada: 2 Cu + 0 2 *• 2 CuO • informação da equação: 2 mols de Cu P roc| uzem ^ 2 mols de CuO Dado em massa 2 • 63,5 g 2,54 g 2 • 79,5 g x Pergunta em massa 2,54-2-79,5 x = — — 2 • 63,5 x = 3,1 8 g de CuO Neste exemplo, a regra de três obtida da equação foi montada em massa (gramas), pois tanto o dado como a pergunta do problema estão expressos em massa. ' — EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno Atenção: Use as massas atômicas que forem necessárias. Exercício resolvido 1 (UFSM-RS) O ácido fosfórico, usado em refrigerantes do tipo "cola" e possível causador da osteoporose, pode ser formado a partir da equação não-balanceada: Ca 3 (P0 4 ) 2 + H 2 S0 4 H3PO4 + CaS0 4 Partindo-se de 62 g de Ca 3 (P0 4 ) 2 e usando-se quantidade suficiente de H 2 S0 4/ qual, em gramas, a massa aproximada de H 3 P0 4 obtida? a) 19 c) 39 e) 51 b) 25 d) 45 Resolução Inicialmente devemos acertar os coeficientes da equação: Alternativa c Ca 3 (P0 4 ) 2 + 3 H 2 S0 4 310 g 62 g 2 H 3 P0 4 2 • 98 g 4- 3 CaS0 4 x = 39,2 g de H 3 P0 4 2 (UFV-MG) O alumínio (Al) reage com o oxigênio (0 2 ) de acordo com a equaçao química balanceada a seguir: 4 Al (s) + 3 0 2 (g) ► 2 Al 2 0 3 (s) A massa, em gramas, de óxido de alumínio (Aí 2 0 3 ) produzida pela reação de 9,0 g de alumínio com excesso de oxigênio é: a) 17 c) 8,5 e) 27 b) 34 d) 9,0 Capítulo 14 • Cálculo Estequiométrico 339 Capitulo 14a-QF1-PNLEM 339 29/5/05, 21 :09 3 (Ufac) Utilizando 148 g de hidróxido de cálcio Ca(OH) 2 , a massa obtida de CaCÍ 2 , segundo a equação balanceada, é: 2 HCÍ (aq) + Ca(OH) 2 CaCl 2 (aq) + 2 H 2 0 Dados: Ca — 40 g/mol; Cl — 35,5 g/mol; O — 16 g/mol; H — 1 g/mol. a) 1 1 1 g c) 222 g e) 22,4 g b) 75,5 g d) 74 g 4 (UFF-RJ) Acompanhando a evolução dos transportes aé- reos, as modernas caixas-pretas registram centenas de parâmetros a cada segundo, constituindo recurso funda- mental na determinação das causas de acidentes aero- náuticos. Esses equipamentos devem suportar ações destrutivas e o titânio, metal duro e resistente, pode ser usado para revesti-los externamente. O titânio é um elemento possível de ser obtido a partir do tetracloreto de titânio por meio da reação não-balanceada: TiCÍ 4 (g) + Mg(s) ► MgCÍ 2 (l) + Ti (s) Considere que essa reação foi iniciada com 9,5 g de TiCl 4 (g). Supondo-se que tal reação seja total, a massa de titânio obtida será, aproximadamente: a) 1,2 g c) 3,6 g e) 7,2 g b) 2,4 g d) 4,8 g 5 (Vunesp) O carbonato de cálcio (CaC0 3 ), principal cons- tituinte do calcário, é um sal usado na agricultura para corrigir a acidez do solo. Esse sal, ao ser aquecido vigorosamente, sofre decomposição térmica, produzin- do óxido de cálcio (CaO) e gás carbônico (C0 2 ). Con- siderando a massa molar do CaC0 3 = 100 g/mol, do CaO = 56 g/mol e do C0 2 = 44 g/mol, e que 1 0 kg de carbonato de cálcio puro sofreram decomposição térmi- ca, a quantidade de óxido de cálcio produzido será de: a) 2.200 g d) 5.600 g b) 2.800 g e) 1 1 .200 g c) 4.400 g 6 (Ceeteps-SP) Um dos mecanismos de destruição da cama- da de ozônio na atmosfera é representado pela equação: NO (g) + 0 3 (g) » NO, (g) + 0 2 (g) (massas molares: N = 14 g • mol -1 ; O = 16 g • moC 1 .) Considerando que um avião supersônico de transporte de passageiros emita 3 toneladas de NO (g) por hora de vôo, a quantidade de ozônio, em toneladas, consumida em um vôo de 7 horas de duração é: a) 336,0 d) 21,0 b) 70,0 e) 13,1 c) 33,6 EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno 7 (UFF-RJ) O fósforo elementar é industrialmente obtido pelo aquecimento de rochas fosfáticas com coque, na presença de sílica. Considere a reação 2 Ca 3 (P0 4 ) 2 + 6 Si0 2 + 10 C * * P 4 + 6 CaSi0 3 + 10 CO e determine quantos gramas de fósforo elementar são produzidos a partir de 31,0 g de fosfato de cálcio. a) 3,10 g c) 12,40 g e) 62,00 g b) 6,20 g d) 32,00 g 8 (UnB-DF) A respiração aeróbia, processo complexo que ocorre nas células das plantas e dos animais, pode, simplificadamente, ser representada pela seguinte equa- ção não-balanceada: C 6 H 12 0 6 + 0 2 C0 2 + H 2 0 Considerando as massas atômicas /W a (C) = 12 u, M a ( H) = 1 u e M a ( O) = 1 6 u, calcule, em gramas, a quantidade de gás carbônico produzida na reação completa de 36 g de glicose. Despreze a parte fracionária de seu resultado, caso exista. 9 (PUC-MC) Fosfogênio, COCÍ 2 , é um gás venenoso. Quan- do inalado, reage com a água nos pulmões para produzir ácido clorídrico (HCÍ), que causa graves danos pulmo- nares, levando, finalmente, à morte: por causa disso, já foi até usado como gás de guerra. A equação química dessa reação é: COCl 2 + H 2 0 > C0 2 + 2 HCÍ Se uma pessoa inalar 198 mg de fosfogênio, a massa de ácido clorídrico, em gramas, que se forma nos pulmões, é igual a: a) 1,09 • 10 -1 d) 3,65 • 1 CT 2 b) 1,46 • 10 -1 e) 7,30 • 1 CT 2 c) 2,92 • 10 _1 340 10 (Vunesp) Um químico quer extrair todo o ouro contido em 68,50 g de cloreto de ouro (III) di-hidratado, AuCÍ 3 • 2 H 2 0, através da eletrólise de solução aquosa do sal. Indique a massa de ouro, em gramas, obtida, após redução de todo o metal (Dados: Au = 200 g/mol; AuCÍ 3 • 2 H 2 0 = 342,5 g/mol.) a) 34,25 b) 40,00 c) 44,70 d) 68,50 e) 100,0 Observação: Basta considerar que cada molécula AuCC 3 • 2 H 2 0 encerra um átomo Au. 1 1 (UFSCar-SP) O alumínio metálico é obtido pela redução eletrolítica da bauxita, na presença da criolita que age como fundente, abaixando o ponto de fusão da bauxita de 2.600 °C para cerca de 1 .000 °C. Considerando que a bauxita é composta por óxido de alumínio, Aí 2 0 3 , a massa em toneladas de alumínio me- tálico a partir de 51,0 toneladas de bauxita é de: a) 23,5 b) 25,5 c) 27,0 d) 32,0 e) 39,3 12 (UCB-DF) Através do aquecimento em corrente de oxi- gênio, um metal Me é transformado no seu óxido corres- pondente de acordo com a equação: Me + — 0 2 * Me O 2 Sabendo que, quando 4 g desse metal reagem com oxi- gênio, obtêm-se 5,6 g do óxido, determine a massa atô- mica desse metal. (Dado: 0 = 16.) Capitulo 14a-QF1-PNLEM 340 29/5/05, 21 :09 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 2.2. Quando o dado é expresso em massa e a pergunta em volume (ou vice-versa) Exemplo Calcular o volume de gás carbônico obtido, nas condições normais de pressão e temperatura, por calcinação de 200 g de carbonato de cálcio (massas atômicas: C = 1 2; O = 1 6; Ca = 40). Resolução: • equação balanceada: CaC0 3 A > CaO + C0 2 • informação da equação: 1 mol de CaC0 3 - — 1 mol de C0 2 Dado em massa 100 g 200 g 22,4 L(CNPT) Vo Pergunta em volume V 0 = 200 • 22,4 100 1/ 0 = 44,8 L de C0 2 (CNPT) Agora a regra de três é, "de um lado", em massa (porque o dado foi fornecido em massa) e, "do outro lado", em volume (porque a pergunta foi feita em volume). Uma variação interessante desse problema seria o caso de o enunciado pedir o volume final do C0 2 não nas condições normais de pressão e temperatura, mas sim em outras condições. Digamos, a 700 mmHg e 27 °C. Um dos caminhos possíveis seria efetuar a resolução, chegar aos 44,8 L de C0 2 (CNPT) e, em seguida, aplicar a equação geral dos gases: PV P n V n 700 • 1/ 760-44,8 V= 53,4 Lde C0 2 T T 0 300 273 Outro caminho possível seria efetuar a regra de três anterior da seguinte maneira: CaC0 3 *- CaO + C0 2 100g 1 mol 200 g n E, em seguida, aplicar a equação de Clapeyron: PV = nRT => 700 ■ V = 2 ■ 62,3 • 300 n = 2 mol de CO, V = 53,4 L de C0 2 Evidentemente, é bom recordar que o uso do volume molar (22,4 L) e das relações YY- e PV = nRT somente pode ser feito para substâncias gasosas. EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno Atenção: Use as massas atômicas que forem necessárias. Exercício resolvido 1 3 (Cesgranrio-RJ) O CO, produzido pela decomposição térmica de 320 g de carbonato de cálcio teve seu volume medido atm • L a 27 °C e 0,8 atm. Dados: Ca = 40; C = 1 2; O = 1 6; R = 0,082 a) 22,4 J- resolução b) 44,8 CaCQ 3 100 g 320 g fX To CaO mol • K d) 71,6 |. O valor, em litros, encontrado foi: e) 98,4 22,4 L (CN) V„ 1 • 71,68 _ 0,8 • V V 0 = 71,68 Lde C0 2 (CNPT) 273 300 V= 98,4 Lde C0 2 Capítulo 14 • Cálculo Estequiométrico 341 Capitulo 14a-QF1-PNLEM 341 29/5/05, 21:10 2- resolução CaC0 3 CaO + CO 100 g 320 g 1 mol n n = 3,2 mol de C0 2 PV = nRT => 0,8 • V = 3,2 • 0,082 300 => 1/ = 98,4 L de C0 2 A pequena diferença entre as duas respostas deve-se ao valor aproximado da constante R. Alternativa e 14 (Mackenzie-SP) CH 4 (g) + 2 0 2 (g) C0 2 (g) + 2 H 2 0 (g) O volume de C0 2 , medido a 27 °C e 1 atm, produzido na combustão de 960,0 g de metano, é: a) 60,0 L c) 1 .344,0 L e) 960,0 L b) 1.620,0 L d) 1.476,0 L Dados: • massa molar do CH 4 = 1 6 g/mol • constante universal dos gases: R = 0,082 — — . mol • K 15 (Ceeteps-SP) Antiácido estomacal, preparado à base de bicarbonato de sódio (NaHCOj), reduza acidez estomacal provocada pelo excesso de ácido clorídrico segundo a reação: HCl(aq) 4- NaHC0 3 (aq) NaCÍ (aq) + H 2 0 (L) + C0 2 (g) (massa molar NaHC0 3 = 84 g/mol; volume molar = 22,4 L/mol a 0 °C e 1 atm). Para cada 1,87 g de bicarbonato de sódio, o volume de gás carbônico liberado a 0 °C e 1 atm é de aproximadamente: a) 900 ml_ c) 645 mL e) 224 mL b) 778 mL d) 493 mL 16 (Unifor-CE) A decomposição total de 100 g de carbonato de cálcio (CaC0 3 ) em óxido de cálcio e dióxido de carbono, que volume produzirá deste último quando medido a 1 atm e 25 °C? (Dados: volume molar de gás a 1 atm e 25 °C = 25 L/mol; massas molares, em g/mol: CaC0 3 = 100; C0 2 = 44.) a) 1 0 L c) 25 L e) 1 00 L b) 15 L d) 50 L 17 (Cesgranrio-RJ) Numa estação espacial, emprega-se óxido de lítio para remover o C0 2 no processo de renovação do ar de respiração, segundo a equação: Li 2 0 + co 2 *■ lí 2 co 3 (Dados: C = 12; O = 16; Li = 7.) Sabendo-se que são utilizadas unidades de absorção contendo 1,8 kg de U 2 0, o volume máximo de C0 2 , medido nas CNPT, que cada uma delas pode absorver, é: a) 1.800 L c) 1.120 L e) 672 L b) 1.344 L d) 980 L 18 (UFPI) Pilotos levam tabletes de LiH para, no caso de acidente no mar, encher barcos ou coletes salva-vidas com gás hidrogênio obtido da reação desse composto com água: LiH + H 2 0 ► LiOH + H 2 Considerando R- 0,082 atrr | ^ , indique quantos gramas de LiH são necessárias para inflar um barco salva-vidas, de volume igual a 8,20 L, pressão de 3,00 atm e temperatura de 27,0 °C. a) 7,94 g c) 37,8 g e)87,7g b) 11,1 g d) 44,4 g 19 (UFSM-RS) O airbag é inflado quando o nitrogênio (N 2 ) é produzido através do azoteto de sódio, em condições especiais. Uma das reações envolvidas nesse processo é 2 NaN 3 (s) ► 2 Na (s) + 3 N 2 (g) Considerando CNPT e o volume molar 22,7 L, a massa de azoteto de sódio necessária para inflar um airbag de 10 L com nitrogênio, conforme a equação dada, é, aproximadamente: a) 0,19 g c ) 1 9 g e) 68 g b) 1,9 g d) 1 30 g 342 Capitulo 14a-QF1-PNLEM 342 29/5/05, 21:10 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno 20 (UFSM-RS) Os CFCs, gases clorofluorcarbonetos, propelentes de sprays, ao atingirem 40 km de altitude, são decompostos pela radiação ultravioleta. Em conseqüência, átomos de cloro são liberados, destruindo a camada de ozônio, conforme a reação: Cl + 0 3 (g) ► CIO (g) + 0 2 (g). Atendendo a essa equação balanceada e considerando volume molar 22,7 L e CNPT, pode-se afirmar que 0,71 g de Cl, nesse processo, fornecerá: a) 0,454 L de 0 2 b) 4,54 L de 0 2 c) 45,4 L de 0 2 d) 22,7 L de 0 2 e) 1 1 ,4 L de 0 2 21 (UFF-RJ) O hidróxido de lítio, LiOH, por seu baixo peso molecular, tem sido utilizado para a renovação do ar no interior das espaçonaves, onde absorve o C0 2 exalado pelos astronautas, segundo a reação incompleta: LiOH (s) + C0 2 (g) * X (s) 4- H 2 0 (l) Determine o volume máximo de C0 2 à pressão de 781 mmHg que pode ser absorvido por 348 mg de LiOH à temperatura de 21 °C. 22 (Fatec-SP) A destruição em massa por armas químicas constitui-se num dos maiores temores da sociedade civilizada atual. Entre os mais temidos agentes químicos destacam-se o VX, de propriedades semelhantes às do Sarin, porém mais tóxico, e o gás mostarda, também letal. A denominação do "gás mostarda" foi dada devido à cor semelhante do condimento e a seu efeito picante sobre a pele. A atuação desse gás se deve, entre outras coisas, à sua reação com a água, produzindo HCl, o responsável pela irritação da pele, dos olhos e do sistema respiratório. Assim, com base na equação: Cl — CH 2 CH 2 — S — CH 2 CH 2 — CL + 2 HOH ► HO— CH 2 CH 2 — S— CH 2 CH 2 — OH + 2 HCl Gás mostarda Gás clorídrico e supondo um rendimento de 1 00% no processo, o volume de gás clorídrico, nas condições ambiente, obtido a partir de 1 tonelada de gás mostarda é aproximadamente: (Dados: volume molar, nas condições ambiente = 24,5 L/mol; massa molar do gás mostarda = 1 59 g/mol.) a) 1,5 • 10 5 L b) 3,1 • 1 0 5 L c)6,5-10 s L d)3,2-10 ? L e)2,8-10 4 L 23 (UF)F-MG) Sabendo-se que, nas CNPT, 1 mol de qualquer gás ocupa um volume igual a 22,4 L, determine a massa, em gramas, de gás carbônico que se obtém, quando se provoca a combustão completa de 5,6 L do gás metano nas CNPT. a) 22,4 b) 5,6 c) 28 d) 44 e) 1 1 24 (UFR-RJ) Um motor a álcool emite, na queima do combustível, gás carbônico e água. Levando-se em conta que o oxigênio queima estequiometricamente o álcool e que foram consumidos 30 litros de combustível, calcule o que se solicita abaixo, considerando: 1) densidade do etanol = 0,8 kg/litro 2) C 2 H 6 0 + 3 0 2 ► 2 C0 2 + 3 H 2 0 a) a quantidade de água produzida na descarga; b) o volume de gás carbônico emitido nas condições normais; c) o volume de oxigênio utilizado a 30 °C em pressão atmosférica. 2.3. Quando o dado e a pergunta são expressos em volume Exemplo Um volume de 15 L de hidrogênio, medido a 15 °C e 720 mmHg, reage completamente com cloro. Qual é o volume de gás clorídrico produzido na mesma temperatura e pressão? Resolução: 2 HCÍ(g) 2 volumes de HCÍ equação balanceada: H 2 (g) + • informação da equação: 1 volume rio I— I Cí 2 (g)- produz Dado em |— 1 L 2 L < — Pergunta volume ► 15 L 1/ -< em volume V = 15-2 1 1/ = 30 L de HCÍ (a 1 5 °C e 720 mmHg) Capítulo 14 • Cálculo Estequiométrico 343 Capitulo 14a-QF1 -PNLEM 343 29/5/05, 21:10 O cálculo estequiométrico entre volumes de gases é um cálculo direto e imediato, desde que os gases estejam nas mesmas condições de pressão e temperatura. De fato, as leis volumétricas de Gay- Lussac (página 291 ) e a lei de Avogadro (página 291 ) permitem afirmar que a proporção dos volumes gasosos que reagem e são produzidos numa reação coincide com a própria proporção dos coeficien- tes da equação química dessa reação. No entanto, se o dado e a pergunta do problema são volumes gasosos em condições diferentes de pressão e temperatura entre si, devemos usar a relação no início ou no fim dos cálculos, pois a regra de três somente admite volumes nas mesmas pressão e temperatura (quaisquer que sejam P e T ). EXERCÍCIOS ■7 1 Registre as respostas em seu caderno Atenção: Use as massas atômicas que forem necessárias. 25 Considerando a reação N 2 (g) + 3 H 2 (g) ► 2 NH 3 (g), calcule quantos litros de NH 3 (g) sao obtidos a partir de 3 litros de N 2 (g). Considere todos os gases nas CNPT. 26 (UCF-RJ) Uma das transformações que acontecem no in- terior dos "catalisadores" dos automóveis modernos é a conversão do CO em C0 2 , segundo a reação CO + — o 2 2 C0 2 . Admitindo-se que um motor tenha liberado 1 .120 Lde CO (medido nas CNPT), o volume de 0 2 (medido nas CNPT) necessário para con- verter todo o CO em C0 2 é, em litros, igual a: a) 2.240 c) 560 e) 336 b) 1.120 d) 448 27 Quantos litros de oxigênio são necessários para reagir completamente com 40 L de monóxido de carbono? Quantos litros de gás carbônico serão formados nessa reação? (Os três gases foram medidos a 22 °C e 720 mm de mercúrio.) 2.4. Quando o dado é expresso em massa e a pergunta em mols (ou vice-versa) Exemplo Quantos mols de ácido clorídrico são necessários para produzir 23,4 gramas de cloreto de sódio? (Massas atômicas: Na = 23; Cí = 35,5) Resolução: • equação balanceada: • informação da equação: HCÍ + 1 mol de HCÍ NaOH — NaCÍ + H 2 0 — produz — ► 1 mol de NaCÍ Pergunta em mols 1 mol n 58,5 g 23,4 g Dado em massa n = 23.4 58.5 n = 0,4 mol de HCÍ EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno Atenção: Use as massas atômicas que forem necessárias. 28 (UCB-MS) Dada a equação química não-balanceada: Na 2 C0 3 + HCÍ * NaCÍ + C0 2 + H 2 0 A massa de carbonato de sódio que reage completamen- te com 0,25 mol de ácido clorídrico é: a) 6,62 g c) 1 3,25 g e) 20,75 g b) 26,50 g d)10,37g 29 (UEMG) O ferro metálico, em contato com o gás oxigê- nio, durante alguns meses, sofre oxidação chegando a um tipo de ferrugem denominado óxido férrico. Quantos mols de ferro metálico são oxidados por 1 34,4 litros de gás oxigênio, medido nas CNPT? (Fe = 56; 0 = 16). a) 2,0 mols c) 6,0 mols e) 8,0 mols b) 4,0 mols d) 10,0 mols 30 (PUC-RJ) Na poluição atmosférica, um dos principais irri- tantes para os olhos é o formaldeído, CH 2 0, o qual é formado pela reação do ozônio com o etileno: 0 3 (g) + C 2 H 4 (g) ► 2 CH 2 0 (g) + O (g) Num ambiente com excesso de 0 3 (g), quantos mols de etileno são necessários para formar 1 0 mols de for- maldeído? a) 10 mols d) 2 mols b) 5 mols e) 1 mol c) 3 mols 344 Capitulo 14a-QF1-PNLEM 344 29/5/05, 21:10 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 31 (UFMC) Um ser humano adulto sedentário libera, ao respirar, em média, 0,880 mol de C0 2 por hora. A massa de C0 2 pode ser calculada, medindo-se a quantidade de BaC0 3 (s), produzida pela reação: Ba(OH) 2 (aq) + C0 2 (g) ► BaC0 3 (s) + H 2 0 (l) Suponha que a liberação de C0 2 (g) seja uniforme nos períodos de sono e de vigília. A alternativa que indica a massa de carbonato de bário que seria formada pela reação do hidróxido de bário com o C0 2 (g), produzido durante 30 minutos, é aproximadamente: a) 197 g b) 1 73 g c)112g d) 86,7 g e) 0,440 g 32 (UFR-RJ) Considere a reação Zn (s) 4- HCl (aq) *- ZnCl 2 (aq) + H 2 (g). a) Faça o balanceamento da referida reação. b) Sabendo-se que 73 g do ácido clorídrico reagem completamente, calcule o número de mols do cloreto de zinco formado. EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno 33 (UFPE) O azoteto de sódio, NaN 3 , quando inflamado so- fre decomposição rápida fornecendo nitrogênio gasoso que é utilizado para inflar os sacos de ar ( airbags ) de au- tomóveis, de acordo com a reação: 2 NaN 3 (s) »- 2 Na (s) + 3 N 2 (g). Quantos mols de azida de sódio são necessários para gerar nitrogênio suficiente para encher um saco de plástico de 44,8 L a 0 °C e à pressão atmosférica? Dados: R = 0,082 atm ' 1 2 mol ■ K Massa atômica (g/mol): N = 14; Na = 23 Considere que o nitrogênio gasoso tem comportamento ideal nas condições acima. a) y b) 2 c) 3 d) | e) ± 34 (Unifor-CE) A dissolução de N0 2 (g) em água produz áci- do nítrico, de acordo com a equação não-balanceada: NO, + H 2 0 ► H + + N0 3 “ + NO Nessa reação, quantos mols de ácido nítrico são obtidos pelo consumo de 3 mols de N0 2 ? a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) 5 35 (Fatec-SP) O enxofre é uma impureza presente na gasoli- na e um dos responsáveis pela chuva ácida nos grandes centros urbanos. O teor de enxofre na gasolina pode ser determinado queimando-se uma amostra do combustí- vel, oxidando-se os produtos gasosos com solução de peróxido de hidrogênio e titulando-se o ácido sulfúrico (H 2 S0 4 ) assim formado. A partir de uma amostra de 10,0 g de gasolina obtive- ram-se 2,00 • 1CT 3 mol de H 2 S0 4 pelo método descrito. A porcentagem de enxofre, em massa, na gasolina anali- sada, é de (Dado: massa molar do S = 32 g/mol.): a) 0,196% c) 1,96% e) 20,0% b) 0,640% d) 6,40% 36 (ITA-SP) Uma mistura de azoteto de sódio, NaN 3 , e de óxido de ferro (III), Fe 2 0 3 , submetida a uma centelha elétrica reage muito rapidamente produzindo, entre outras substâncias, nitrogênio gasoso e ferro metálico. Na reação entre o azoteto de sódio e o óxido de ferro (III) misturados em proporções estequiométricas, a relação (em mol/mol) N 2 (g)/Fe 2 0 3 é igual a: a) — c) — e) 9 2 2 b) 1 d) 3 2.5. Quando o dado é expresso em massa e a pergunta em número de partículas (ou vice-versa) Exemplo Quantas moléculas de gás carbônico podem ser obtidas pela queima completa de 4,8 g de carbo- no puro? (Massa atômica: C = 12) Resolução: • equação balanceada: C + 0 2 * C0 2 • informação da equação: 1 mol de C ► 1 mol de C0 2 Dado em massa 1 2 g 4,8 g 6,02 • IO 23 moléculas -* — Pergunta em número X < de partículas x = 4,8 • 6,02 - IO 23 12 x = 2,4 • 1 0 23 moléculas de C0 2 Capítulo 14 • Cálculo Estequiométrico 345 Capitulo 14a-QF1 -PNLEM 345 29/5/05, 21:11 f EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno Atenção: Use as massas atômicas que forem necessárias. 37 (UFR-RJ) O gás cianídrico é uma substância utilizada em câmara de gás. Esse composto é preparado por uma rea- ção do ácido sulfúrico (H 2 S0 4 ) com o cianeto de potássio (KCN). Com relação a esse composto, pede-se: a) a equação química balanceada para sua obtenção; b) o número de moléculas formado a partir de 32,5 g de cianeto de potássio. 38 (PUC-MC) Dada a reaçao: Ácido Ferro + . - , . clorídrico Cloreto férrico Hidrogênio o número de moléculas de gás hidrogênio, produzidas pela reação de 1 1 2 g de ferro, é igual a: a) 1,5 c) 9,0 -IO 23 e) 3,0 -IO 24 b) 3,0 d) 1,8 -IO 24 39 (UFPE) Nas usinas siderúrgicas, a obtenção de ferro me- tálico a partir da hematita envolve a seguinte reação (não- balanceada): Fe 2 0 3 (s) + CO (g) * Fe (s) + C0 2 (g) Percebe-se dessa reação que o C0 2 é liberado para a at- mosfera, podendo ter um impacto ambiental grave rela- cionado com o efeito estufa. Qual o número de molécu- las de C0 2 liberadas na atmosfera, quando um mol de óxido de ferro (III) é consumido na reação? Considere: número de Avogadro igual a 6 • 1 0 23 mor'. a) 6 • 1 0 23 c) 1 2 ■ 1 0 23 e) 1 8 • 1 0 23 b) 24 • 1 0 23 d) 36 • 1 0 23 40 (UFRGS-RS) Os clorofluorcarbonos (CFCs) sofrem decom- posição nas altas camadas da atmosfera, originando áto- mos de cloro, os quais atacam moléculas de ozônio (0 3 ), produzindo oxigênio. Supondo que 1 mol de ozônio seja totalmente transformado em moléculas de oxigênio, o número de moléculas produzidas é: a) 3,01 -IO 23 c) 9,03 -10 23 e) 18, 06 -10 23 b) 6,02 • 1 0 23 d) 1 2,04 • 1 0 23 41 (UFF-Rj) Em relação à produção de fosfato de sódio por meio da reação do ácido fosfórico com um excesso de hidróxido de sódio, pede-se: a) a equação balanceada para a reação; b) a quantidade, em gramas, de fosfato de sódio produ- zido ao se utilizar 2,5 • 1 0 23 moléculas de ácido fosfórico. 42 (Vunesp) Para transformar uma molécula de P 4 O, 0 em ácido ortofosfórico, o número mínimo de moléculas de água necessário é: a) 1 c) 4 e) 6 • 1 0 23 b) 2 d) 6 43 (UEM-PR) O principal componente do cimento do tipo portland é a cal virgem, nome popular do óxido de cál- cio. Esse composto, quando hidratado, forma o hidróxido de cálcio, também conhecido como cal apagada. O vo- lume de água necessário para reagir estequiome- tricamente com 1 8 • 1 0 23 moléculas de cal virgem é, em mL, igual a ... Considere a densidade água igual a 1 g/mL. (Dados: Ca = 40; O = 1 6 e H = 1 .) 2.6. Havendo duas ou mais perguntas Neste caso, teremos uma resolução para cada uma das perguntas feitas. Exemplo Quais são as massas de ácido sulfúrico e hidróxido de sódio necessárias para preparar 28,4 g de sulfato de sódio? (Massas atômicas: H = 1; O = 1 6; Na = 23; S = 32) Efetuando dois cálculos estequiométricos separadamente: • para obter a massa de ácido sulfúrico: H 2 S0 4 + 2 NaOH 98 g x Na 2 S0 4 142 g 28,4 g + 2 H 2 0 x = 1 9,6 g de H 2 S0 4 • para obter a massa de hidróxido de sódio: H 2 S0 4 + 2 NaOH 1 v 1 2 • 40 g y — Na 2 S0 4 142 g 28,4 g + 2 H 2 0 y = 1 6,0 g de NaOH Uma outra maneira de resolver o problema é transformar a quantidade dada para mols, usando-a para obter as respostas pedidas. No caso, foram dadas 28,4 g de sulfato de sódio, que correspondem a: m _ 28,4 M ~ 142 n = 0,2 mol de Na 2 S0 4 346 Capitulo 14a-QF1 -PNLEM 346 29/5/05, 21:11 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Temos então: h 2 so 4 + 2 NaOH Na 2 S0 4 + 2 H 2 0 • informação da equação: 1 mol + 2 mols *• 1 mol + 2 mols • obedecendo à equação: 0,2 mol + 0,4 mol * 0,2 mol + 0,4 mol V resposta: 2- resposta: m = nM m = nM m = 0,2 ■ 98 m = 0,4 • 40 m = 1 9,6 g de H 2 S0 4 m = 1 6,0 g de NaOH EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno Atenção: Use as massas atômicas que forem necessárias. 44 (Vunesp) Mergulha-se uma barra de 3,27 g de zinco metá- lico em ácido nítrico diluído até dissolução total do metal. a) Escreva a equação química da reação que ocorre, in- dicando os nomes dos produtos formados. b) Sabendo-se que as massas molares (em g/mol) são H = 1,0; N = 14; O = 16 e Zn = 65,4; calcule as massas (em gramas) dos produtos formados. 45 (UFV-MC) O gás hidrogênio é facilmente produzido em laboratórios, fazendo-se reagir ferro com uma solução de ácido sulfúrico, de acordo com a equação abaixo: Fe(s) + H 2 S0 4 (aq) * FeS0 4 (aq) + H 2 (g) Ao se reagirem 1 1 ,2 gramas de esponja de aço com exces- so de ácido sulfúrico, em condições normais de pressão e temperatura (1 atm e 0 °C), considerando que a esponja de aço seja constituída de puro ferro, qual a massa de sulfato ferroso produzida e o volume de gás hidrogênio liberado? a) 30,4 gramas e 4,5 litros d) 15,2 gramas e 2,3 litros b) 1 54 gramas de 24 litros e) 1 5,2 gramas e 22,4 litros c) 152 gramas de 23 litros 46 (Fuc-MT) Na síntese de 1 1 0 g de gás carbônico, as quan- tidades mínimas necessárias de reagentes são: a) 30 g de carbono e 40 g de oxigênio b) 60 g de carbono e 80 g de oxigênio c) 55 g de carbono e 55 g de oxigênio d) 60 g de carbono e 50 g de oxigênio e) 30 g de carbono e 80 g de oxigênio 47 (UFMG) Um bom método para a preparação controlada de oxigênio muito puro é a decomposição térmica de permanganato de potássio sob vácuo. Essa reação pode ser representada pela equação: 2 KMn0 4 (s) ► K 2 MnO„ (s) + MnO, (s) + 0 2 (g) Com relação à decomposição completa de 2 mols de permanganato de potássio, é incorreto afirmar que: a) a massa de KMnCt, (s) decomposta é 31 6,0 g. b) a massa total dos produtos sólidos é 300,0 g. c) a quantidade de 0 2 (g) produzida é 1 mol. d) as quantidades, em mols, de cada um dos produtos são iguais. Massas atômicas: C = 12; 0 = 16 CASOS PARTICULARES DE CÁLCULO ESTEQUIOMÉTRICO Vamos agora considerar alguns casos particulares de cálculo estequiométrico. Continuam valendo as regras fundamentais já mencionadas na página 338. Iremos apenas acrescentar alguns cuidados ou alguns detalhes. 3.1. Quando aparecem reações consecutivas Consideremos, como exemplo, a fabricação industrial do ácido sulfúrico a partir do enxofre. Ela se processa por meio das três reações consecutivas dadas a seguir: S + 0 2 - > - — so 2 sorr io 2 — *- so 3 so 3 *"+ h 2 o ► h 2 so 4 Quando um problema fornece, por exemplo, a massa do enxofre inicial e pede a massa do H 2 S0 4 produzido, um dos caminhos do cálculo seria manter as três equações separadas e calcular primeiro a massa de S0 2 , depois a massa de S0 3 e, finalmente, a massa de H 2 S0 4 . No entanto, é muito mais prático "somar algebricamente" as equações químicas e efetuar o cálculo estequiométrico direta- mente na equação final. Capítulo 14 • Cálculo Estequiométrico 347 Capitulo 14b-QF1 -PNLEM 347 29/5/05, 21:13 Exemplo Qual é a massa de H 2 S0 4 produzida a partir de 8 toneladas de enxofre? Resolução: S + 0 2 ' -S02 -80^ + — O 2 _ . . — " -803 4h .sef'+ h 2 o * h 2 so 4 s + 32 t — 8 t — 0 2 + H 2 0 2 2 2 x = 24,5 t de H 2 S0 4 Nesse tipo de problema é indispensável que: • todas as equações estejam balanceadas individualmente; • as substâncias "intermediárias" (no caso S0 2 e S0 3 ) sejam canceladas; em certos problemas, isso obriga a "multiplicar" ou "dividir" uma ou outra equação por números convenientes, que levem ao cancelamento desejado. Daí para diante recaímos num cálculo estequiométrico comum, em que a regra de três é estabelecida em função da equação química que resulta da soma das equações intermediárias. f EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno Exercício resolvido 48 (Fuvest-SP) Duas das reações que ocorrem na produção do ferro são representadas por: 2 C (s) + 0 2 (g) * 2CO(g) Fe 2 0 3 (s) + 3 CO (g) ► 2 Fe (s) + 3 C0 2 (g) O monóxido de carbono formado na primeira reação é consumido na segunda. Considerando apenas essas duas etapas do processo, calcule a massa aproximada, em quilogramas, de carvão consumido na produção de 1 tonelada de ferro (massas atômicas: Fe = 56; C = 1 2; O = 1 6). Resolução Multiplicando a 1- equação por três e a 2- equação por dois, temos: Equaçao-soma: 6 c + 3 o 2 *• -é-eer 2 Fe 2 Q 3 + _6 -eer * 4 Fe + 6 C0 2 6 C + 3 0 2 + 2 Fe 2 0 3 6 • 1 2 kg x • 4 Fe + 4 • 56 kg 1 .000 kg 6 C0 2 x = 321 kg de C Note que foi necessário multiplicar a I a equaçao por 3 e a 2 a por 2 para podermos cancelar o CO que está presente tanto na I a como na 2 a equação. 49 (UFF-RJ) Garimpeiros inexperientes, quando encontram pirita, pensam estar diante de ouro, por isso, a pirita é chamada "ouro dos tolos". Entretanto, a pirita não é um mineral sem aplicação. O H 2 S0 4 , ácido muito utilizado nos laboratórios de química, pode ser obtido a partir da pirita por meio do processo: 4 FeS 2 2 S0 2 + 11 o 2 o 2 < p 2 Fe 2 0 2 S0 3 so 3 + h 2 o h 2 so 4 Qual é a opção que indica a massa de H 2 S0 4 obtida a partir de 60,0 kg de pirita, com 100% de pureza, por meio do processo equacionado acima? a) 9,8 kg b) 1 2,4 kg c) 49,0 kg d) 60,0 kg e) 98,0 kg Amostra de pirita (FeS 2 ). 348 Capitulo 14b-QF1-PNLEM 348 29/5/05, 21:13 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 50 (PUC-RS) Um dos efeitos da chamada "chuva ácida" causada pelo S0 2 (g) lançado na atmosfera é a transformaçao do mármore, CaC0 3 (s), em gesso, CaS0 4 (s), que pode ser representado pelas seguintes equações: 2 S0 2 (g) + 0 2 (g) * 2 S0 3 (g) S0 3 (g) + H 2 0(l) ► H 2 S0 4 (aq) H 2 S0 4 (aq) + CaC0 3 (s) - CaS0 4 (s) + H 2 0 (l) + C0 2 (g) A quantidade de gesso que pode ser formada, no máximo, pela reação de 44,8 litros de S0 2 (g) lançado na atmosfera, nas CNPT, é: a) 34 g b) 68 g c) 1 36 g d) 272 g e) 340 g 51 (PUC-RS) Em 2,8 kg de óxido de cálcio, também conhecido como "cal virgem", foi adicionada água, formando hidróxido de cálcio, usado para pintar uma parede. Após a sua aplicação, transformou-se numa camada dura, pela reação química com gás carbônico existente no ar, formando carbonato de cálcio. A massa de sal obtida é, aproximadamente, igual a: a) 5,0 kg b) 2,8 kg c) 1,6 kg d) 1,0 kg e) 0,6 kg 52 (Fuvest-SP) Uma instalação petrolífera produz 12,8 kg de S0 2 por hora. A liberação desse gás poluente pode ser evitada usando-se calcário, o qual por decomposição fornece cal, que reage com o S0 2 formando CaS0 3 , de acordo com as equações: CaC0 3 (s) *- CaO (s) + C0 2 (g) CaO (s) + S0 2 (g) ► CaS0 3 (s) Qual a massa mínima de calcário (em kg), por dia, necessária para eliminar todo o S0 2 formado? Suponha 100% de rendimento para as reações. a) 128 b) 240 c) 480 d) 720 53 (Unb-DF) Na seqüência de reações: Na 2 0 + H 2 0 ► 2 NaOH H 3 P0 4 + 3 NaOH ► Na 3 P0 4 4- 3 H 2 0 Se partirmos de 1 0 mols de Na 2 0, obteremos: a) 10molsdeH 2 O c) mols de Na 3 P0 4 e) 20 mols de Na 3 P0 4 b) 20 mols de H 2 0 d) 1 5 mols de Na 3 P0 4 Massas molares (g/mol): CaCO . 1 00 SO, 64 e) 1.200 EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno 54 (Uerj) Uma das principais causas da poluição atmosférica é a queima de óleos e carvão, que libera para o ambiente gases sulfurados. A seqüência reacional abaixo demons- tra um procedimento moderno de eliminação de anidrido sulfuroso, que consiste em sua conversão a gesso. S0 2 + H 2 0 ► H + + HS0 3 H + + HS0 3 + J o 2 * 2 H + + so; 2 2 H + + SO; 2 + Ca(OH) 2 * CaS0 4 • 2 H 2 0 Gesso Calcule a massa de gesso, em gramas, que pode ser ob- tida a partir de 192 g de anidrido sulfuroso, consideran- do um rendimento de 100% no processo de conversão. 55 (UFPA) Uma das formas de poluição de nossos dias é a chuva ácida. Ela provoca a destruição de monumentos his- tóricos, como a Basílica de Nazaré, em Belém, cuja facha- da é revestida de mármore, através da corrosão provocada pelo ácido. A origem dessa forma de poluição encontra-se na queima de derivados de petróleo que contêm impure- zas como o enxofre, e se processa segundo as reações: S + o 2 — — * so 2 Massas atômicas: 2 S0 2 + o 2 — — * 2 S0 3 S = 32; O = 16; so 3 + h 2 o — — h 2 so 4 H = 1 Considerando-se que em 100 L de gasolina encontram- se 3,2 mg de enxofre, a quantidade (em gramas) de áci- do sulfúrico formada pela queima desse volume de com- bustível será de: a) 98 c) 98-1 (T 2 e) 98-1 0“ 4 b) 98 • 1 0 _1 d) 98 -1(T 3 Capítulo 14 • Cálculo Estequiométrico 56 (UnB-DF) Um aluno decidiu realizar um projeto de Quí- mica para sua escola, investigando o teor de iodato de potássio em uma marca de sal. Uma amostra de massa igual a 1 ,0 g do sal de cozinha foi dissolvida em água e o iodo foi precipitado na forma de iodeto de prata (Agl), conforme representado pelas seguintes equações: KIO, (aq) + 3 H 2 S0 3 (aq) Kl (aq) + 3 H 2 SO„ (aq) Kl (aq) + AgN0 3 (aq) Agl (s) + KN0 3 (aq) Sabendo que a massa de iodeto de prata obtida foi de 4,70 • 10 -5 g e considerando que M(KI0 3 ) = 214 g/mol e M( Agl) = 235 g/mol, calcule, em gramas, a massa de iodato de potássio presente em uma tonelada de sal. Des- preze a parte fracionária de seu resultado, caso exista. 57 (Fuvest-SP) O equipamento de proteção conhecido como airbag, usado em automóveis, contém substâncias que se transformam, em determinadas condições, liberando N 2 que infla um recipiente de plástico. As equações das reações envolvidas no processo são: 2 NaN 3 * 2 Na + 3 N 2 Azoteto de sódio 10 Na + 2 KN0 3 > K 2 0 + 5 Na 2 0 + N 2 a) Considerando que N 2 é gerado nas duas reações, calcule a massa de azoteto de sódio necessária para que sejam gerados 80 L de nitrogênio, nas condi- ções ambientes. b) Os óxidos formados, em contato com a pele, podem provocar queimaduras. Escreva a equação da reação de um desses óxidos com a água contida na pele. (Dados: volume molar de gás nas condições ambien- tes: 25 L/mol; massa molar do NaN 3 : 65 g/mol.) 349 Capitulo 14b-QF1-PNLEM 349 29/5/05, 21:13 A *=315:5=»* = 63 carros 3.2. Quando são dadas as quantidades de dois (ou mais) reagentes Analise a seguinte situação: se, para montar um carro, são necessários 5 pneus (4 mais 1 de reserva) e 1 volante, quantos carros poderemos montar com 315 pneus e 95 volantes? 5 pneus 1 carro 315 pneus * Considerando que cada carro precisa de apenas 1 volante, serão necessários apenas 63 volantes para montar o número de carros que calculamos acima — sobrando, portanto, 32 volantes (95 - 63 = 32). Concluímos assim que, na questão proposta, existem volantes "em excesso" (ou pneus "em falta"). Podemos ainda dizer que o número de pneus constitui o fator limitante em nossa linha de montagem. Com as reações químicas acontece algo semelhante. Vamos considerar o seguinte exemplo: mistu- ram-se 147 g de ácido sulfúrico e 100 g de hidróxido de sódio para que reajam segundo a equação H 2 S0 4 + 2 NaOH * Na 2 S0 4 + 2 H 2 0 (massas atômicas: H = 1 ; O = 1 6; Na = 23; S = 32). Pede- se calcular: a) a massa de sulfato de sódio formada; b) a massa do reagente que sobra (em excesso) após a reação. Vamos calcular inicialmente a massa de NaOH que reagiria com os 147 g de H 2 S0 4 mencionados no enunciado do problema: H,S0 4 + 2 NaOH Na,S0 4 2 H,0 * = 120 g de NaOH Isso é impossível, pois o enunciado do problema informa que temos apenas 100 g de NaOH. Dizemos então que, neste problema, o H 2 S0 4 é o reagente em excesso, pois seus 147 g "precisariam" de 1 20 g de NaOH para reagir completamente — mas nós só temos 1 00 g de NaOH. Vamos, agora, "inverter" o cálculo, isto é, determinar a massa de H 2 S0 4 que reage com os 100 g de NaOH dados no enunciado do problema: h 2 so 4 98 g Y 2 NaOH 2 -40 g 100 g Na,S0 4 2 H 2 0 y= 122,5 g de H 2 S0 4 Agora isso é possível, e significa que os 100 g de NaOH dados no problema reagem com 122,5 g de H 2 S0 4 . Como temos 1 47 g de H 2 S0 4 , sobrarão ainda 24,5 g de H 2 S0 4 (147 - 1 22,5 = 24,5), o que responde à pergunta (b) do problema. Ao contrário do H 2 S0 4 que, neste problema, é o reagente em excesso, dizemos que o NaOH é o reagente em falta, ou melhor, o reagente limitante da reação, pois o NaOH será o primeiro reagente a acabar ou se esgotar, pondo assim um ponto final na reação e determinando as quantidades de produtos que poderão ser formados. De fato, podemos calcular: Reagente em excesso Reagente limitante H 2 S0 4 + 2 NaOH 2 -40 g 1 00 g Na 2 S0 4 + 2 H,0 142 g z = 1 77,5 de Na 2 S0 4 Isso responde à pergunta (a) do problema. Veja que o cálculo foi feito a partir dos 1 00 g de NaOH (reagente limitante), mas nunca poderia ter sido feito a partir dos 147 g de H 2 S0 4 (reagente em excesso), pois chegaríamos a um resultado falso — note que os 147 g de H 2 S0 4 não podem reagir integralmente, por falta de NaOH. 350 Capitulo 14b-QF1 -PNLEM 350 29/5/05, 21:14 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. • E importante notar que as substâncias não reagem na proporção em que nós as misturamos, mas sim na proporção em que a equação (ou seja, a lei de Proust) determina. Daí o cuidado ao resolver problemas que dão as quantidades de dois reagentes. Devemos sempre lembrar que é o reagente em falta (ou reagente limitante ou fator limitante) que "comanda" toda a reação, pois, no instante em que ele acaba, a reação será interrompida. • Problemas desse tipo são resolvidos mais facilmente quando trabalhamos com as quantidades dos reagentes em mols. De fato, no problema anterior temos: Dados • 147 g de H 2 S0 4 100 g de NaOH n = m 147 n = M 98 m 100 M 40 n = 1,5 mol de H 2 S0 4 n = 2,5 mol de NaOH Ora, pela própria equação vemos que só será possível: Reagente limitante Segundo a equação, somente podem reagir Como tínhamos j 1,50 mol Sobrarão | 0,25 mol X 98 v zero ' "A i h 2 so 4 + 2 NaOH - *■ 1 Na 2 SO ''v 'A 1,25 mol + 2,5 mol * 1, 25 mol t t 1,50 mol 2,5 mol X 142 2 H,0 24,5 g de H 2 S0 4 em excesso 1 77,5 g de Na 2 S0 4 produzido CYEDfíriOÇ Registre as respostas em seu caderno 58 (Vunesp) Na indústria, a amónia é obtida pelo processo denominado Haber-Bosh, pela reação entre o nitrogênio e o hidrogênio na presença de um catalisador apropria- do, conforme mostra a reação não-balanceada: Catalisador N 2 (g) + H 2 (g) ► NH 3 (g) Com base nessas informações, considerando um ren- dimento de 100% e sabendo que as massas molares desses compostos são: N 2 = 28 g/mol, H 2 = 2 g/mol, NHj = 17 g/mol, calcule: a) a massa de amónia produzida reagindo-se 7 g de ni- trogênio com 3 g de hidrogênio; b) nas condições descritas no item a, existe reagente em excesso? Se existir, qual a massa em excesso desse reagente? 59 (UFF-RJ) O cloreto de alumínio é um reagente muito uti- lizado em processos industriais que pode ser obtido por meio da reação entre alumínio metálico e cloro gasoso. Se 2,70 g de alumínio são misturados a 4,0 g de cloro, a massa produzida, em gramas, de cloreto de alumínio é: a) 5,01 c) 9,80 e) 15,04 b) 5,52 d) 13,35 60 (UVA-CE) O brometo de cálcio encerra 20% de cálcio em massa, juntando 4 g de cálcio e 4 g de bromo, teremos, no máximo: a) 8 g de brometo de cálcio b) 7 g de brometo de cálcio c) 6 g de brometo de cálcio d) 5 g de brometo de cálcio 61 Em 200 g de hidróxido de bário, mantidos em suspensão aquosa, são borbulhados 1 6 L de anidrido sulfúrico, me- didos a 27 °C e 950 mmHg. Pergunta-se: a) Qual é a substância em excesso e qual é sua massa? b) Qual é a massa do sulfato de bário formado na reação? Sugestão: Faça o cálculo em mols. 62 (Cesgranrio-Rj) O H 2 S reage com o S0 2 segundo a reação: 2 H 2 S + S0 2 » 3 S + 2 H 2 0 Dentre as opções abaixo, qual indica o número máximo de mols de S que pode ser formado quando se faz reagi- rem 5 mols de H 2 S com 2 mols de S0 2 ? a) 3 c) 6 e) 15 b) 4 d) 7,5 Capítulo 14 • Cálculo Estequiométrico 351 29/5/05, 21:14 Capitulo 14b-QF1-PNLEM 351 Exercício resolvido 63 (Fuvest-SP) A combustão do gás metano, CH 4/ dá como produtos C0 2 e H 2 0, ambos na fase gasosa. Se 1 L de metano for queimado na presença de 1 0 L de 0 2/ qual o volume final da mistura resultante? Suponha todos os volumes medidos nas mesmas condições de temperatura e pressão e comportamento ideal para todos os gases. Resolução Esta questão é de resolução fácil porque a proporção dos volumes gasosos (a P e T constantes) em uma reação química coincide com a própria proporção dos coeficientes da equação correspondente. Temos, pois: CH 4 (g) +2 0; (g) ► C0 2 (g) + 2 H 2 0 (g) + excesso (?) Portanto, o volume final da mistura (\? fina i) resultante será: Vi™, = 1 L + 2 L + 8 L Afinal = 1 1 L 64 (Vunesp) Considere a reaçao em fase gasosa: N 2 + 3 H 2 ► 2 NH 3 Fazendo-se reagir 4 L de N 2 com 9 L de H 2 em condições de pressão e temperatura constantes, pode-se afirmar que: a) os reagentes estão em quantidades estequiométricas. b) o N 2 está em excesso. c) após o término da reação, os reagentes serão totalmente convertidos em amónia. d) a reação se processa com aumento do volume total. e) após o término da reação, serão formados 8 L de NH 3 . 65 Um recipiente contém 5 L de 0 2 , a 20 °C e 700 mmHg; outro recipiente contém 1 0 L de H 2 , a 20 °C e 700 mmHg. Os dois gases são transferidos para um terceiro recipiente e, sob ação de um catalisador e aquecimento, reagem formando água: H 2 + yO ; * H 2 0 A massa de água obtida será: a) 6,9 g b) 6,4 g c) 5,3 g d) 6,1 g e)1,7g Sugestão: Faça o cálculo em mols. / EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno 66 (PUC-SP) Misturam-se 1 ,000 kg de CS 2 e 2,000 kg de Ct 2 num reator, onde se processa a transformação: CS 2 + 3 Cí 2 1 CCÍ ; + S Ct 2 As massas do CCÍ 4 formado e do reagente em excesso que resta quando a reação se completa são: a) 1,446 kg de CCt 4 e 0,286 kg de CS 2 b) 2,026 kg de CCt 4 e 0,286 kg de CS 2 c) 1,446 kg de CCl 4 e 0,286 kg de Cl 2 d) 2,026 kg de CCl 4 e 0,286 kg de Cl 2 e) 1,286 kg de CCl 4 e 0,732 kg de Cl 2 67 (PUC-RJ) A nave estelar Enterprise, de / ornada nas estre- las, usou B 5 H 9 e 0 2 como mistura combustível. As duas substâncias reagem de acordo com a seguinte equação balanceada: 2 B 5 H 9 (Q + 1 2 0 2 (g) > 5 B 2 0 3 (s) + 9 H 2 0 (g) a) Se um tanque contém 1 26 kg de B 5 H 9 e o outro 240 kg de 0 2 líquido, qual tanque esvaziará primeiro? Mostre com cálculos. b) Quanta água terá sido formada (em kg) quando um dos reagentes tiver sido completamente consumido? 68 (Ceeteps-SP) Amónia é matéria-prima fundamental na fa- bricação de produtos importantes, como fertilizantes, ex- plosivos, antibióticos e muitos outros. Na indústria, em condições apropriadas, a síntese da amónia se realiza a partir de nitrogênio e hidrogênio gasosos, como mostra a equação: N 2 (g) + 3 H 2 (g) ► 2 NH 3 (g) Considerando que nitrogênio e hidrogênio foram coloca- dos para reagir em quantidades tais como ilustrado na figu- ra, onde CD representa H 2 e QO representa N 2 c?£ o C ò D CO ^0 Qd CP O e supondo rendimento de 100%, pode-se afirmar que: a) nitrogênio e hidrogênio estão em proporções estequiométricas. b) hidrogênio foi colocado em excesso. c) nitrogênio é o reagente limitante. d) hidrogênio é o reagente limitante. e) ambos os reagentes estão em excesso. Sugestão: Para ter os dados do problema, basta contar as moléculas CO e existentes na figura. 352 Capitulo 14b-QF1-PNLEM 352 29/5/05, 21:15 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 69 (Vunesp) São colocadas para reagir entre si as massas de 1 ,00 g de sódio metálico e 1 ,00 g de cloro gasoso. Con- sidere que o rendimento da reação é 1 00%. São dadas as massas molares, em g/mol: Na = 23,0 e Cl = 35,5. A afirmação correta é: a) há excesso de 0,1 53 g de sódio metálico. b) há excesso de 0,352 g de sódio metálico. c) há excesso de 0,282 g de cloro gasoso. d) há excesso de 0,1 53 g de cloro gasoso. e) nenhum dos dois elementos está em excesso. 70 (Unb-DF) Em um recipiente, colocam-se 5 mols de áto- mos de ferro e 4 mols de vapor d' água para reagir se- gundo a equação não-balanceada: Fe (s) + H 2 0 (v) Fe 3 0 4 (s) + H 2 (g) Espera-se: a) a formação de um mol de Fe 3 0 4 . b) a formação de dois mols de H 2 . c) um excesso de 3 mols de Fe. d) um excesso de 1 mol de vapor d'água. e) que nada ocorra, pois o ferro não reage com vapor d'água. 71 (Fuvest-SP) H 2 (g) e Cí 2 (g) estão contidos em balões in- terligados por meio de um tubo com torneira, nas condi- ções indicadas no desenho. Ao se abrir a torneira, os ga- ses se misturam e a reação entre eles é iniciada por expo- sição à luz difusa. Forma-se então HCÍ (g), em uma rea- ção completa, até desaparecer totalmente pelo menos um dos reagentes. 0 = 25°C 6 = 25°C P = 1 atm P = 5 atm Quanto vale a razão entre as quantidades, em mols, de Cí 2 (g) e de HCÍ (g), após o término da reação? a) 1 d) 4 b) 2 e) 6 c) 3 3.3. Quando os reagentes são substâncias impuras Imagine a seguinte situação: vamos convidar para um churrasco 25 parentes e amigos. Supondo que, em média, cada pessoa coma 300 g de carne "limpa", precisaremos comprar 25 • 300 g = 7.500 g (ou 7,5 kg) de carne "limpa". Se formos comprar carne com osso, deveremos comprar mais de 7,5 kg para que, retirados os ossos, sobrem 300 g de carne "limpa" para cada convidado. Na Química acontece algo semelhante. É comum o uso de reagentes impuros, principalmente em reações industriais, ou porque são mais baratos ou porque já são encontrados na natureza acompa- nhados de impurezas (o que ocorre, por exemplo, com os minérios). Consideremos o caso do calcário, que é um mineral formado principalmente por CaC0 3 (substância principal), porém acompanhado de várias outras substâncias (impurezas), supondo o seguinte exemplo numérico: r 100 g de calcário — é a amostra de material impuro (substância impura) v. 90 g de CaC0 3 — é a "parte pura", que nos interessa (substância pura ou principal) 10 g de impurezas — é o "restante", que não interessa (não irá participar das reações) Sendo assim, define-se: Grau de pureza (p) é o quociente entre a massa da substância pura e a massa total da amostra. 90 No exemplo, temos: p = = 0,9 K F 100 Porcentagem de pureza (P) é a porcentagem da massa da substância pura em rela- ção à massa total da amostra. No exemplo, temos: 1 00% de calcário 90 g de CaC0 3 puro 1 00% P P = 90% Como notamos: P = 1 00p Capítulo 14 • Cálculo Estequiométrico 353 Capitulo 14b-QF1 -PNLEM 353 29/5/05, 21:15 1 e exemplo A (UFRN) Uma amostra de calcita, contendo 80% de carbonato de cálcio, sofre decomposição quan- do submetida a aquecimento, segundo a equação abaixo: A CaC0 3 *• CaO + C0 2 Qual a massa de óxido de cálcio obtida a partir da queima de 800 g de calcita? Resolução: O enunciado nos diz que a calcita contém apenas 80% de CaC0 3 . Temos então o seguinte cálculo de porcentagem: 1 00 g de calcita 80 g de CaCO B 1 ?• x = 640 g de CaC0 3 puro 800 g de calcita x J Note que é apenas essa massa (640 g de CaC0 3 puro) que irá participar da reação. Assim , teremos o seguinte cálculo estequiométrico: + co 2 CaC0 3 ► CaO 1 00 g 56 g 640 g y y = 358,4 g de CaO 2 a exemplo Deseja-se obter 180 L de dióxido de carbono, medidos nas condições normais, pela calcinação de um calcário de 90% de pureza (massas atômicas: C = 1 2; O = 1 6; Ca = 40). Qual é a massa de calcário necessária? Resolução: Esta questão é do "tipo inverso" da anterior. De fato, na anterior era dada a quantidade do reagente impuro e pedida a quantidade do produto obtido. Agora é dada a quantidade do produto que se deseja obter e pedida a quantidade do reagente impuro que será necessária. Pelo cálculo estequiométrico normal, teremos sempre quantidades de substâncias puras: CaC0 3 CaO + C0 2 1 00 g 22,4 L (CNPT) 1 l x = 803,57 g de CaC0 3 puro x 1 80 L (CNPT) J A seguir, um cálculo de porcentagem nos dará a massa de calcário impuro que foi pedida no problema: 100 g de calcário impuro x 90 g de CaC0 3 puro 803,57 g CaCO B puro x = 892,85 g de calcário impuro Note que a massa obtida (892,85 g) é forçosamente maior que a massa de CaC0 3 puro (803,57 g) obtida no cálculo estequiométrico (relembre a estória contada na página anterior, quando mencionamos a compra de "carne com osso" para um churrasco). 3 a exemplo (UFRGS-RS) O gás hilariante (N 2 0) pode ser obtido pela decomposição térmica do nitrato de amónio (NH 4 N0 3 ). Se de 4,0 g do sal obtivermos 2,0 g do gás hilariante, podemos prever que a pureza do sal é da ordem de: a) 1 00% b) 90% c) 75% d) 50% e) 20% 354 Capitulo 14b-QF1 -PNLEM 354 29/5/05, 21:15 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Resolução: Esta questão é diferente das anteriores, pois agora a pergunta é o valor da pureza do reagente. Pelo cálculo estequiométrico, temos: NH 4 NO b — N 2 0 + 2 H 2 0 80 g 44 g 1 l x = 3,636 g de NH 4 N0 3 puro x 2,0 g J Veja que a resposta (3,636 g) se refere ao NH 4 NO B puro, pois o cálculo baseado diretamente na equação se refere sempre às quantidades que efetivamente reagem. Podemos agora efetuar o seguinte cálculo de porcentagem: 4,0 g do "sal" 3,636 g de NH 4 N0 3 puro 100% do "sal" y% de NH 4 NO s puro Alternativa b y = 90,9% FYFDrírmC Registre as respostas cAEKUUUj em seu caderno 72 (Mackenzie-SP) O HF é obtido a partir da fluorita (CaF 2 ), segundo a rea- ção equacionada a seguir: CaF 2 + H 2 SO„ CaS0 4 + 2 HF A massa de HF obtida na reaçao de 500,0 g de fluorita de 78% de pureza é: a) 390,0 g c)100,0g e) 250,0 g b) 304,2 g d) 200,0 g 73 (Mackenzie-SP) Uma amostra de 340,0 g de salitre-do- chile, cujo teor em nitrato de sódio é de 75%, reage com ácido sulfúrico concentrado, produzindo bissulfato de sódio (NaHS0 4 ) e ácido nítrico (dadas as massas molares, em g/mol: H = 1 ; N = 1 4; O = 1 6; Na = 23; S = 32). A massa mínima de ácido, necessária para reagir com todo o nitrato de sódio é igual a: a) 392,0 g c) 522,7 g e) 294,0 g b) 147,0 g d) 73,5 g 74 (Mackenzie-SP) Na queima de 10 kg de carvão de 80% de pureza, a quantidade de moléculas de gás carbônico produzida é: Dados: massa molar (g/mol) C = 12; O = 16; equação química: C + 0 2 ► C0 2 . a) 17,6 -IO 28 c) 57,6 -IO 19 e) 4,0 -IO 26 b) 6,25 -10 27 d) 4,8 -IO 26 75 (Cesgranrio-R|) Os combustíveis fósseis, como carvão e pe- tróleo, apresentam impurezas, dentre elas o enxofre. Na queima desses combustíveis, são lançados na atmosfera óxidos de enxofre que, em determinadas condições, são oxidados e, em contato com a umidade do ar, se transfor- mam em ácido sulfúrico. Este último precipita sob forma de "chuva ácida", causando sérios danos ao meio ambien- te. Esses fenômenos estão representados pelas equações: Capítulo 14 • Cálculo Estequiométrico s + o 2 * so 2 so 2 + J o 2 so 3 so 3 + h 2 o ► h 2 so 4 A massa de ácido sulfúrico formada com a queima total de 1 2,8 kg de carvão contendo 2,5% em massa de enxo- fre é igual a: a) 0,32 kg c) 0,98 kg e) 1,32 kg b) 0,64 kg d) 1,28 kg 76 Para obtermos 8,8 g de anidrido carbônico pela queima total de um carvão de 75% de pureza, iremos precisar de: a) 3,2 g de carvão d) 0,9 g de carvão b) 2,4 g de carvão e) 2,0 g de carvão c) 1,8 g de carvão 77 (Uece) Partindo-se de 200 g da soda cáustica, por neutralização completa com ácido clorídrico obtêm-se 234 g de cloreto de sódio. A porcentagem de pureza da soda cáustica é de: a) 58,5% b) 23,4% c) 60% d) 80% 78 (PUC-SP) O clorato de potássio (KC10 3 ) pode ser decom- posto por aquecimento, segundo a equação: 2 KC10 3 (s) ► 2 KCl (s) + 3 0 2 (g) A decomposição de 2,45 g de uma amostra contendo KCÍ0 3 produziu 0,72 g de 0 2 . Considerando que a reação foi completa e que somente o KCÍ0 3 reagiu sob o aquecimento, essa amostra contém: a) 1 00% de KC10 3 d) 60% de KC10 3 b) 90% de KClOj e) 30% de KC10 3 c) 75% de KCÍ0 3 79 (Vunesp) Uma amostra de 12,5 g de carbonato de magnésio foi tratada com excesso de solução de ácido sulfúrico, ocorrendo a reação: MgC0 3 + H 2 S0 4 ► MgS0 4 + C0 2 + H 2 0 Nessa reação obtiveram-se 600 cm 3 de gás carbônico me- didos à temperatura de 27 °C e 5 atmosferas de pressão (massas atômicas: H = 1 ; C = 1 2; O = 1 6; S = 32; Mg = 24; volume de 1 mol de gás a 0 °C e 1 atm = 22,4 dm 3 ). A porcentagem de pureza da amostra inicial é: a) 82 c) 22 e) 75 b) 1 8 d) 43 355 Capitulo 14b-QF1-PNLEM 355 6/7/05, 15:03 EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno 80 (PUC-MG) A equaçao da ustulaçao da pirita (FeS 2 ) é: 4 FeS 2 (s) + 1 1 0 2 (g) 8 S0 2 (g) + 2 Fe 2 0 3 (s) A massa de óxido férrico obtida, em kg, a partir de 300 kg de pirita, que apresenta 20% de impurezas, é igual a: a) 160 b) 218 c) 250 d) 320 e) 480 81 (Unicamp-SP) Em 1 990 foram consumidos, em nosso país, cerca de 1 64 bilhões (164-1 0 9 ) de cigarros. A massa de um cigarro que é queimada corresponde a aproximada- mente 0,85 g. Considerando que 40% da massa do ci- garro seja do elemento carbono, quantas toneladas de dióxido de carbono (C0 2 ) os fumantes lançaram na at- mosfera em 1990, no Brasil? (Massas atômicas relativas: C = 1 2; O = 1 6 e 1 tonelada = 1 0 6 g.) 82 (UFPA) O fósforo branco (P 4 ), usado na produção dos ácidos fosfórico e fosforoso, é muito tóxico e emite luz, quando em contato com o ar ou atmosfera de oxigênio. É obtido em forno especial com eletrodos de grafite, se- gundo a equação não-balanceada: Ca 3 (P0 4 ) 2 4- Si0 2 + C *■ CaSi0 3 4- CO -l- P 4 Dê a nomenclatura do sal formado, faça o balanceamento dos coeficientes da equação química e calcule a quanti- dade em gramas de fosfato de cálcio (80% puro) neces- sárias para se obterem 620 g de fósforo branco. 83 (UFPR) Na reação de 5 g de sódio com água, houve des- prendimento de 2,41 5 L de hidrogênio nas CNPT. Qual é o qrau de pureza do sódio? (Massas atômicas: Na = 23; O = 16; H = 1.) 84 (Efoa-MG) Uma amostra de 1,225 g de KCÍ0 3 é decom- posta por aquecimento em cloreto de potássio sólido e oxigênio molecular gasoso. O oxigênio molecularforma- do na reação ocupou um volume de 0,1 68 L nas condi- ções normais de pressão e temperatura (CNPT). a) Escreva a equação química balanceada que represen- ta a decomposição térmica do KQ0 3 . b) Calcule o grau de pureza da amostra. (Dados: 1 mol de gás ideal ocupa um volume de 22,4 L nas CNPT; massas molares, em q/mol: O = 1 6; Cl = 35,5; K = 39.) 3.4. Quando o rendimento da reação não é total Suponha que sejam necessárias 8 dúzias de laranjas para se fazerem 5 litros de suco. Se comprar- mos 8 dúzias de laranjas e, por infortúnio, 1 dúzia apodrecer e for jogada fora, é evidente que só conseguiremos fazer menos de 5 litros de suco. Na Química ocorre, muitas vezes, algo parecido. De fato, é comum uma reação química produzir uma quantidade de produto menor do que a esperada pela equação química correspondente. Quando isso acontece, dizemos que o rendimento da reação não foi total. Esse fato pode ocorrer porque a reação é "incompleta" (reação reversível) ou porque ocorrem "perdas" durante a reação (por má qualidade da aparelhagem ou deficiência do operador). Por exemplo, vamos considerar a reação C + 0 2 ► C0 2 , supondo que deveriam ser produzidos 100 litros de C0 2 (CNPT); vamos admitir também que, devido a perdas, foram produzidos apenas 90 litros de C0 2 (CNPT). Em casos assim, dizemos que: Rendimento (r) é o quociente entre a quantidade de produto realmente obtida em uma reação e a quantidade que teoricamente seria obtida, de acordo com a equação quí- mica correspondente. No exemplo acima, teríamos: r = 90 100 0,9. Rendimento porcentual ( R ) é o rendimento de uma reação expresso em termos porcentuais (o que é muito comum em exercícios). No exemplo dado, temos: R = 90%. 356 Capitulo 14b-QF1 -PNLEM 356 29/5/05, 21:16 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. I a exemplo (Cesgranrio-RJ) Num processo de obtenção de ferro a partir da hematita (Fe 2 0 3 ), considere a equa- ção não-balanceada: Fe 2 0 3 + C * Fe + CO (Massas atômicas: C = 1 2; O = 1 6; Fe = 56) Utilizando-se 4,8 toneladas (t) de minério e admitindo-se um rendimento de 80% na reação, a quantidade de ferro produzida será de: a) 2.688 kg b) 3.360 kg c) 1.344 t d) 2.688 t e) 3.360 t Resolução: Após o balanceamento da equação, efetuamos o cálculo estequiométrico da forma usual: Fe 2 0 3 + 3 C ► 2 Fe + 3 CO 1 60 t 2 • 56 t 1 t x = 3,36 t de Fe 4,8 t x A massa de ferro (3,36 toneladas) seria obtida se a reação tivesse aproveitamento ou rendimento total (100%). No entanto, no enunciado se diz que o rendimento é de apenas 80%. Devemos então efetuar o cálculo envolvendo o rendimento percentual dado: Rendimento de 100% Rendimento de 80% 3,36 t de Fe Y y = 2,688 t de Fe Alternativa a 2 a exemplo (PUC-SP) Sabe-se que o cobre metálico reage com ácido nítrico diluído e produz óxido de nitrogê- nio II, água e um composto iônico no qual o cobre tem número de oxidação +2. a) Formule e ajuste a equação da reação entre cobre e ácido nítrico diluído. b) Calcule a massa de metal que deve reagir com o ácido nítrico e produzir 4,48 L de gás (CNPT), em um processo no qual o rendimento é de 50%. Resolução: Este problema é do "tipo inverso" do anterior. De fato, no anterior dava-se a quantidade do reagente e pedia-se a quantidade do produto formado; agora, é dada a quantidade do produto e pedida a quantidade de reagente necessária à reação. Pelo cálculo estequiométrico usual, temos: 3 Cu + 8 HNO b ► 2 NO" + 4 H 2 Q + 3 Cu(NQ 3 ) 2 3 • 63,5 g x 2 -22,4 L (CNPT) 4,48 L (CNPT) x = 1 9,05 g de Cu No enunciado se diz, porém, que o rendimento da reação é de 50%, o que indica que apenas 50% do cobre inicial será aproveitado na reação. Para compensar essa perda, devemos partir de uma quan- tidade maior de cobre. Assim, temos: 50% 1 00% 1 9,05 g de Cu y y = 38,1 g de Cu 3 a exemplo Uma massa de 32,70 g de zinco metálico reage com uma solução concentrada de hidróxido de sódio, produzindo 64,53 g de zincato de sódio (Na 2 Zn0 2 ). Qual é o rendimento dessa reação? Diferente dos anteriores, o problema pede agora o rendimento da reação. Capítulo 14 • Cálculo Estequiométrico 357 Capitulo 14C-QF1-PNLEM 357 29/5/05, 21:21 Façamos inicialmente um cálculo estequiométrico normal, sem pensar no rendimento: Zn + 2 NaOH ► Na 2 Zn0 2 + H 2 65,4 g 143,5 g > x = 71,75 g de Na 2 Zn0 2 32,7 g x J Passemos, agora, para o cálculo do rendimento porcentual: 71,75 g 64,53 g de Na 2 Zn0 2 de Na 2 Zn0 2 1 00% y y « 90% EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno 85 (Ufes) A equação 2 NaCt + Mn0 2 + 2 H 2 S0 4 *■ Na 2 S0 4 + MnS0 4 + C l 2 + 2 H 2 0 representa a reação que se passa para obtermos o cloro. Considerando que ela teve um rendimento de 85%, que foi realizada na temperatura de 27 °C e a uma pressão de 1,5 atm, e que utilizamos 500 g de sal, o volume de cloro obtido, em litros, é: a) 59,6 b) 82,5 c) 119,2 d) 280,5 e) 1 .650,0 86 Deseja-se obter 25,4 kg de cloreto de cal pela reação: Ca(OH) 2 + Cl 2 *• CaCl(CÍO) + H 2 0 Cloreto de cal Sendo de 80% o rendimento dessa reação, pede-se calcular a massa de hidróxido de cálcio necessária. 87 (Cesgranrio-RJ) Soluções de amónia sao utilizadas com frequência em produtos de limpeza doméstica. A amónia pode ser preparada por inúmeras formas. Dentre elas: CaO (s) + 2 NH 4 Cl (s) ► 2 NH 3 (g) + H 2 0 (g) + CaCl 2 (s) (H = 1; N = 14; O = 16; O. = 35,5; Ca = 40) Partindo-se de 224 g de CaO, obtiveram-se 1 02 g de NH 3 . O rendimento percentual da reação foi de: a)100 b) 90 c) 80 d) 75 e) 70 88 (Unirio-RJ) "A contaminação da água com arsênio está preocupando a Primeira-Ministra de Bangladesh (...) que já pediu ajuda internacional." (Jornal do Brasil, 05 out. 1999.) O arsênio não reage rapidamente com a água. O risco da permanência do As em água é o seu depósito nos sedimentos. É a seguinte a reação do arsênio com NaOH: 2 As + 6 NaOH ► 2 Na 3 As0 3 + 3 H 2 75 g de arsênio reagiram com NaOH suficiente, produzindo 25,2 L de H 2 , nas CNPT. (V M = 22,4 L; massa atômicas: H = 1 u; O = 16 u, Na = 23 u; As = 75 u) O rendimento percentual da reação foi de: a) 75% b) 80% c) 85% d) 90% e) 95% EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES Registre as respostas em seu caderno 89 (PUC-MG) Em um tubo, 1 6,8 g de bicarbonato de sódio são decompostos, pela ação do calor, em carbonato de sódio sólido, gás carbônico e água vapor. O volume de gás carbônico, em litros, obtido nas CNPT, supondo o rendimento da reação igual a 90%, é igual a: a) 2,02 b) 2,48 c) 4,48 d) 4,03 e) 8,96 90 (Vunesp) A reação entre amónia e metano é catalisada por platina. Formam-se cianeto de hidrogênio e hidrogê- nio gasosos (massas molares, em g/mol: H = 1 ; C = 1 2; N = 14). a) Escreva a equação química balanceada da reação. b) Calcule as massas dos reagentes para a obtenção de 2,70 kg de cianeto de hidrogênio, supondo-se 80% de rendimento da reação. 91 (Unip-SP) Uma amostra contendo 2,10 g de carbona- to de magnésio foi tratada por ácido clorídrico, obten- do-se 476 mL de gás carbônico, medidos nas condi- ções normais de temperatura e pressão (massas atômi- cas: C = 12; O = 16; Mg = 24; volume molar nas CNPT = 22,4 L/mol). O rendimento da reação foi: a) 75% b) 80% c) 85% d) 90% e) 95% 358 29/5/05, 21 :21 Capitulo 14C-QF1-PNLEM 358 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A 3.5. Quando há participação do ar nas reações químicas O ar seco e puro é uma mistura gasosa que contém 78,02% de nitrogênio, 20,99% de oxigênio e 0,94% de argônio em volume (além de porcentagens mínimas de outros gases nobres); o ar atmosféri- co contém ainda umidade (vapor de água) e várias impurezas (monóxido de carbono, derivados de enxofre etc.). Para efeito de cálculo, costuma-se considerar que o ar tem aproximadamente 21 % de 0 2 e 79% de N 2 (juntamente com os outros gases) em volume. Note que a proporção 21% de 0 2 : 79% de N 2 : 100% de ar pode ser simplificada para 1 : 4 : 5, o que facilita extraordinariamente muitos problemas de cálculo estequiométrico, como podemos perce- ber pelas considerações feitas a seguir. Dos componentes do ar, somente o oxigênio costuma participar das reações, provocando com- bustões (queimas), ustulações (oxidações de sulfetos metálicos) e outras oxidações em geral. O nitro- gênio (e muito menos os gases nobres) não reage, a não ser em casos muitos especiais; daí o motivo de o nitrogênio ser chamado gás inerte. Embora não reagindo, o nitrogênio faz parte tanto do ar que reage como dos gases finais que são produzidos na reação. É esse aspecto importante que vamos abordar neste item. Exemplo Um volume de 56 L de metano são completamente queimados no ar, produzindo gás carbônico e água. Supondo todas as substâncias no estado gasoso e nas mesmas condições de pressão e temperatura. (Composição volumétrica do ar: 20% de 0 2 ; e 80% de N 2 ) a) Qual o volume de ar necessário à combustão? b) Qual o volume total dos gases no final da reação? Resolução: Tratando-se de um cálculo estequiométrico entre volumes gasosos, nas mesmas condições de pres- são e temperatura, a resolução é imediata — basta seguir os coeficientes da equação balanceada: 1 ch 4 + 2 0 2 - 1 co 2 + 2 H 2 0 (vapor) I 1 1 1 1 • 56 L + 2 • 56 L - 1 • 56 L + 2 • 56 L + Sobra de N 2 a) Cálculo do volume do ar necessário à combustão Se o volume de oxigênio é 2 • 56 = 1 1 2 L, o volume de ar será: 20% de 0 2 1 00% de ar 112 L de 0 2 x L de ar x = 560 L de ar Veja que, em última análise, esse cálculo corresponde a multiplicar o volume do 0 2 por 5, de acordo com a proporção já mencionada: 1 0 2 : 4 N 2 : 5 ar. b) Cálculo do volume total dos gases no final da reação Pela equação acima notamos que, no final, teremos: 56 L de C0 2 ; 2 • 56 = 1 1 2 L de vapor de água; além da sobra de N 2 que existe no ar inicial e que não reage. Ora, sabendo a composição volumétrica do ar, temos: ou então: 1 00% de ar 560 L de ar 20% de 0 2 112 Lde 0 2 80% de N 2 x L de N 2 80% de N 2 y L de N 2 x = 448 L de N, y = 448 L de N 2 Na verdade, esses cálculos são desnecessários, pois, relembrando a proporção 1 0 2 : 4 N 2 : 5 ar, vemos que basta multiplicar o volume de 0 2 por 4, e teremos o volume do N 2 . Concluindo, diremos que o volume da mistura gasosa final será: 56 L de C0 2 + 11 2 L de vapor de água + 448 L de N 2 , ou seja: 616 L Capítulo 14 • Cálculo Estequiométrico 359 Capitulo 14C-QF1-PNLEM 359 29/5/05, 21:21 f EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno 92 Qual é o volume de ar, medido a 27 °C e 700 mmHg, necessário para oxidar 28 L de S0 2 (medidos nas condi- ções normais), transformando-o em S0 3 ? (Dado: o ar contém aproximadamente 20% de 0 2 em volume.) 93 Uma massa de 1 2 g de pirita (FeS 2 ) sofre ustulação com a quantidade estequiométrica de 0 2 fornecida pelo ar, se- gundo a equação: 4 FeS 2 + 1 1 0 2 » 2 Fe 2 0 3 + 8 S0 2 Qual o volume gasoso final, medido nas condições nor- mais de pressão e temperatura? (Dado: composição volumétrica do ar: 20% de 0 2 e 80% de N 2 .) Observação: Lembre-se de que o Fe 2 0 3 é sólido, nada tendo a ver com o volume gasoso final pedido. 94 (Fuvest-SP) A combustão completa de 16 mols de magnésio metálico foi realizada utilizando-se 50 mols de uma mistura gasosa contendo 20% de 0 2 , 78% de N 2 e 2% de argônio (% em mols). a) Escreva a equação química que representa essa com- bustão. b) Calcule a porcentagem em mols de 0 2 na mistura gasosa, após a combustão. 95 (Mackenzie-SP) Numa cápsula de porcelana, de massa igual a 15,0 g, foram queimados totalmente 4,8 g de magnésio em presença de gás oxigênio suficiente, ob- tendo-se óxido de magnésio. Após a queima, a cápsula foi novamente pesada e o valor encontrado foi de 23,0 g. Nesse experimento: Dados: Equação química: 2 Mg + 0 2 ► 2 MgO Massa molar (g/mol): Mg = 24; 0 = 16 Considerar a composição do ar (em volume) = 20% de oxigênio e 80% de nitrogênio a) a lei de Lavoisier não foi obedecida. b) a massa de oxigênio que reagiu com o magnésio foi de 18,2 g. c) o volume de ar necessário à combustão foi de 1 1 ,2 L, medido nas CNPT. d) foram produzidos 23,0 g de óxido de magnésio. e) foram obtidos 19,8 g de óxido de magnésio. 3.6. Quando os reagentes são misturas Em nosso dia-a-dia, é muito comum lidarmos com misturas. Quando comemos um pedaço de bolo, por exemplo, devemos lembrar que esse bolo é o resultado de uma "mistura" de farinha, ovos, manteiga etc. Na Química é também muito comum aparecerem misturas participando como "reagentes" das reações químicas. Podemos citar alguns exemplos: • as ligas metálicas são misturas de metais; • a gasolina, que queima nos motores dos automóveis, é uma mistura de hidrocarbonetos (pre- ponderantemente C 7 H 16 e C 8 H 18 ); • certas misturas gasosas são usadas como combustíveis, como, por exemplo: o chamado "gás de água" (mistura de CO e H 2 ); o "gás de botijão para fogões" (mistura de C 3 H 8 e C 4 H 10 ). Nesses problemas, a dificuldade fundamental reside no seguinte: as misturas não são obriga- das a obedecer a uma proporção constante; no entanto, toda equação química deve obedecer a uma proporção constante, de acordo com a lei de Proust. Vamos então considerar dois exem- plos ilustrativos: I 2 exemplo — Quando a composição da mistura reagente é dada Uma mistura formada por 5 mols de flúor e 1 0 mols de cloro reage completamente com o hidro- gênio. Qual é a massa total dos produtos formados? (Massas atômicas: H = 1; F = 19; Cí = 35,5) Resolução: Vamos considerar separadamente as reações do flúor e do cloro e efetuar dois cálculos estequiométricos separados. • para o flúor: H 2 + F 2 * 2 HF 1 mol 2 • 20 g 1 [ x = 200 g de HF 5 mol x 360 Capitulo 14C-QF1-PNLEM 360 29/5/05, 21:21 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 2 HCÍ rrr r para o cloro: H 2 + Cí 2 1 mol 1 0 mol / = 7 30 g de HCÍ A massa total dos produtos (m tota |) formados será, portanto: m tota i = 200 g de HF + 730 g de HCÍ = m. total = 930 g (massa total) Note que não podemos somar as duas equações vistas acima, pois a soma: 2 H 2 + 1 F 2 + 1 Cí, 2 HF + 2 HCÍ apresenta a proporção de 1 mol de F 2 para 1 mol de Cí 2 , enquanto o enunciado do problema fala em 5 mols de F 2 e 1 0 mols de Cí 2 . Sendo assim, em problemas com misturas de reagentes, o ideal é resolver as equações químicas separadas, efetuando o cálculo estequiométrico também separadamente. 2 a exemplo — Quando a composição da mistura reagente não é conhecida — pelo contrário, constitui a pergunta do problema Uma massa de 24 g de uma mistura de H 2 e CO queima completamente, produzindo 112 g de produtos finais. Pede-se calcular as massas de H 2 e de CO existentes na mistura inicial (massas atômicas: H = 1; C = 12; O = 16). As reações mencionadas no problema são: 2 H 2 + O, 2 CO + O, 2 H 2 0 2 CO, Neste caso também não podemos somar as equações porque não conhecemos a proporção em que o H 2 e o CO estão misturados (aliás, esta é exatamente a pergunta do problema). Assim sendo, o caminho é trabalhar com cada equação química separadamente, como foi feito no I a exemplo. Inicial- mente vamos adotar o seguinte raciocínio: • uma vez que a massa total da mistura de H 2 e CO foi dada (24 g), se chamarmos de x a massa de H 2 , a massa de CO será igual a (24 - x) gramas; • analogamente, a massa total da mistura final de H 2 0 e C0 2 também foi dada (112 g), e se chamarmos de y a massa de H 2 0, a massa do C0 2 será igual a (1 1 2 — y) gramas. Vamos agora retomar as equações químicas separadamente e efetuar os cálculos estequiométricos correspondentes: • para o H 2 , temos: 2 H 2 2 ' 2 g x O, 2 H,0 y = 9x para o CO, temos: 2 CO + 0 2 2 CO, 2 -44 g (112 y) g 44x - 28/ = -2.080 Temos, portanto, um sistema algébrico de duas equações e duas incógnitas que, resolvido, fornecerá: x=10gdeH 2 e /=14gdeCO Capítulo 14 • Cálculo Estequiométrico 361 Capitulo 14C-QF1-PNLEM 361 29/5/05, 21 :22 f EXERCÍCIOS Registre as respostas em seu caderno 96 (Fesp-SP) Uma amostra de 1 kg de calcário contém 90% de CaC0 3 , 5% de MgC0 2 e 5% de Si0 2 . O calcário é aquecido a 850 °C, ocorrendo as reações: CaC0 3 *• CaO + C0 2 MgC0 3 *• MgO + C0 2 Si0 2 ► inalterado A massa de mistura CaO + MgO + Si0 2 obtida será: a) 504,5 g b) 527,8 g c) 577,9 g d) 900 g e) 628,9 g 97 Uma massa de 39,2 g de uma mistura de carbono e enxofre (na proporção de 3 : 5, em mols respectivamente) queima completamente. Qual a massa total dos produtos formados? 98 Uma massa de 500 g de pólvora, cujos ingredientes foram misturados nas proporções da equação abaixo mencionada, deu, após a detonação, os produtos igualmente mencionados. Quantos litros de gases serão produzidos, considerando-se a pressão de 700 mmHg e a temperatura de 20 °C? 2 KN0 3 + S + 2 C * K 2 S0 4 + N 2 + 2 CO Pólvora Gases formados Sugestão: Use diretamente a equação dada, considerando o "mol" da pólvora como sendo a soma: 2 mol de KN0 3 + 1 mol de S + 2 mol de C 99 Uma massa de 300 mg de uma mistura de cloreto de sódio e cloreto de potássio produz, pela adição de excesso de solução de nitrato de prata, 720 mg de cloreto de prata. Qual é a composição em massa da mistura inicial? 100 (IME-RJ) 1 0 g de uma liga de cobre e prata são tratados com ácido sulfúrico a quente, liberando 2,1 L de um gás, medidos nas CNPT. Calcule a composição percentual da liqa, usando as seguintes massas atômicas aproximadas: O = 16; S = 32; Cu = 64; Ag = 108. Observação: As reações do problema são: Cu + 2 H 2 S0 4 ► CuS0 4 + 2 H 2 0 + SO { 2 Ag + 2 H 2 S0 4 <- Ag 2 S0 4 + 2 H 2 0 + SO,'' 101 (ITA-SP) 1,31 g de uma mistura de limalhas de cobre e zinco reagiu com excesso de solução de ácido clorídrico, numa aparelhagem adequada, produzindo gás hidrogênio. Esse gás, depois de seco, ocupou um volume de 269 ml_ sob pressão de 0,90 atm e a 300 K (que corresponde a 1,10-273 K). A fração de massa do zinco nessa mistura é: a) 0,13 b) 0,25 c) 0,50 d) 0,75 e) 1,00 LEITURA PRODUÇÃO DO FERRO E DO AÇO Os principais minérios de ferro são: hematita (Fe 2 0 3 ), limonita (Fe 2 O s • 2 H 2 0), magnetita (Fe 3 0 4 ) etc. Os sulfetos de ferro, como, por exemplo, a pirita (FeS 2 ), são abundantes na natureza, mas não servem para extração e produção do ferro, pois o enxofre é um dos elementos mais prejudiciais às propriedades do ferro e do aço. A extração ou metalurgia do ferro e de suas ligas recebe o nome especial de siderurgia. Os princi- pais produtos siderúrgicos são: • ferro-gusa (ou simplesmente gusa): liga de ferro que contém de 2 a 5% de carbono, além de impurezas como Mn, Si, P etc.; • ferro fundido: liga de ferro com 2 a 5% de carbono, mas com quantidades de impurezas menores que o gusa; • aço, aço comum ou aço carbono: liga de ferro com 0,2 a 1 % de carbono e baixa porcentagem de impurezas (Mn, Si, P, S etc.); • aço doce ou ferro doce: aço que contém menos de 0,2% de carbono; • aços ligas ou aços especiais: aços que contêm outros elementos químicos e que apresentam quali- dades especiais: — aço inoxidável: Fe + C + Cr + Ni — aço para trilhos: Fe + C + Mn — aço para ferramentas de corte: Fe + C + W + Mo — aço para ímãs: Fe + C + Aí + Ni + Co (Aí Ni Co) 362 Capitulo 14C-QF1-PNLEM 362 29/5/05, 21 :22 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. A produção do ferro e de suas ligas começou na pré-história (Idade do Ferro) e cresceu muito a partir de 1 750, quando começou a era da industrialização. Atualmente o processo siderúrgico começa, via de regra, pela produção do gusa, nos chamados altos-fornos, de acordo com o esquema a seguir. Alto-forno Reações fundamentais (nas alturas aproximadas em que ocorrem no interior do alto-forno) Cases t Estrutura de aço Tijolos refratários Fe 2 0 3 + CO -»■ C0 2 + 2 FeO Tubulação (ar quente) Saída da escória Saída do ferro fundido : co 2 + c -► 2 CO '-►FeO + CO -► A co 2 co, + c -*• 2 CO A - c + o, -*■ CO, A " Ar 200 °C 500 °C 1 .000 °C Carga Coque Minério de ferro Calcário A o V I Para melhor compreensão desse esquema, é importante lembrar que um alto-forno funciona ininterruptamente, durante anos, e também assinalar os seguintes pontos: a) a carga é levada por caçambas e introduzida na parte superior do alto-forno, e é formada fundamen- talmente por: • minério de ferro (em geral, Fe 2 0 3 ); • carvão coque: queima (C + 0 2 ► C0 2 + Calor), produzindo o calor necessário ao funcio- namento do forno; e produz também o CO (C0 2 + C ► 2 CO), que é o principal redutor do minério de ferro (acompanhe as reações no esquema anterior); • fundente: considerando que as impurezas do minério de ferro são, em geral, sílica (Si0 2 ) e silicatos de difícil fusão, usa-se como fundente o calcário (CaC0 3 ), que provoca a reação: Si0 2 + CaC0 3 * CaSi0 3 + C0 2 (o CaSi0 3 irá formar a escória, que será retirada pela parte inferior do forno); Um dos altos-fornos da Companhia Siderúrgica Nacional (CSN). b) os gases sobem pelo alto-forno e, na saída, ainda contêm uma porcentagem elevada de CO, que os torna combustíveis, sendo então empregados no preaquecimento do ar que entrará no alto-forno; c) pela parte inferior, são escoados, a cada 4 ou 5 h, em primeiro lugar a escória (que, depois de resfriada e solidificada, serve como pedra para pavimentação ou para fabricação do cimento) e, em segundo lugar, o ferro gusa (que normalmente é purificado para se obter o aço). Capítulo 14 • Cálculo Estequiométrico 363 Capitulo 14C-QF1-PNLEM 363 29/5/05, 21 :22 O aço (liga ferro-carbono, como já vimos na página 362) é o produto siderúrgico mais importante e de maior utilidade no mundo moderno. É obtido pela purificação do gusa, que pode ser feita por vários processos; atualmente o mais comum é o conversor a oxigênio, no qual um jato de oxigênio queima as impurezas do gusa, até chegar aos limites adequados ao aço (adiciona-se também um pouco de fundente, que reagirá com parte das impurezas, formando a escória correspondente). Vemos abaixo um esquema do conversor a oxigênio. Conversor a oxigênio Entrada de çj oxigênio puro Gases que irão passar por um purificador Chaminé Saída do aço purificado (inclina-se o conversor) Aço fundido Lança de oxigênio Conversor Interior de fundição, vendo-se o caldeirão despejando metal derretido num forno. As características do aço comum dependem fundamentalmente de dois fatores: • a porcentagem de carbono: aços com teores baixos de carbono são mais maleáveis e dúcteis; aços com mais carbono são duros e tenazes; • o tratamento térmico: chamamos de "tratamento térmico" ao aquecimento seguido de resfriamento do aço, com intensidades e velocidades variáveis; isso altera as propriedades do aço, pois modifica sua estrutura cristalina. Dois exemplos de tratamento térmico importantes são: • a têmpera: é o aquecimento seguido de um resfriamento rápido do aço; com esse tratamento, o aço fica mais "duro", porém mais "quebradiço"; • o recozimento: é o aquecimento seguido de um resfriamento mais lento do aço; com isso, ele fica mais elástico, porém menos "duro". O aço comum é utilizado na forma de: • chapas (para automóveis, fogões, geladeiras; na construção civil); • fios (arames, cabos, vergalhões para concreto); • perfis (trilhos, vigas para construções, em várias formas); • eixos (para máquinas e veículos). O aço é também muito utilizado na produção de aços especiais ou aços-liga, que foram menciona- dos na página 362. ACADfMIA DE GINASTICA EU NÃO TO ESPERANDO TER MÚSCULOS DE AÇO OE CHUMBO JÁ TÁ BOM. 5 S i FRANK & ERNEST ® by Bob Thaves 364 Capitulo 14C-QF1-PNLEM 364 29/5/05, 21 :22 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Questões sobre a leitura Responda em seu caderno 102 Qual é o nome da metalurgia do ferro e do aço? 103 Qual é a composição do aço comum? 104 Quais são os componentes da "carga" de um alto-forno? 105 Quais são os produtos de um alto-forno? 106 Em que consiste um tratamento térmico do aço? A que ele visa? 107 (UFV-MG) A reação da hematita (fórmula química Fe 2 0 3 ) com monóxido de carbono (CO) em alto-forno representa o processo industrial para a obtenção do ferro metálico (Fe), que, após resfriamento, solidifica-se. Fe 2 0 3 (s) + CO (g) ► Fe (s) + C0 2 (g) Qual é a alternativa correta? a) O monóxido de carbono atua como agente catalisador. b) Os coeficientes da equação química balanceada são 1, 2, 2, 2. c) A hematita atua como agente redutor. d) O átomo de ferro, na hematita, recebeu três elétrons. e) Esse método de obtenção do ferro é chamado de processo eletrolítico. Amostra de hematita. r DESAFIOS Registre as respostas em seu caderno 108 (Uece) O cloro nao é encontrado livre na natureza. Na indústria, ele é obtido pela eletrólise de solução aquosa de cloreto de sódio. 2 NaCÍ + 2 H 2 0 * 2 NaOH + H 2 + Cl 2 Forma compostos importantes, tais como o NaCÍO, usado na purificação e tratamento da água, em piscinas; alvejante doméstico; fungicida e também com aplicação na medicina. Para obtenção de 2,84 toneladas de cloro, devem-se utilizar: a) 1,44 • 10 5 g de água c) 2,88 toneladas de água b) 4,68 toneladas de cloreto de sódio d) 2,34 • 1 0 6 g de cloreto de sódio 109 (UFMG) Em um creme dental, encontra-se um teor de flúor de 1,9 mg desse elemento por grama de dentifrício. O flúor adicionado está contido no composto "monofluorfosfato de sódio", Na 2 P0 3 F (massa molar: 1 44 g/mol). A quantidade de Na 2 P0 3 F utilizada na preparação de 100 g de creme dental é: a) 0,144 g b) 0,190 g c)1,44g d) 1,90 g 110 (Unicamp-SP) Duas amostras de carbono, C, de massas iguais, foram totalmente queimadas separadamente, empregando- se oxigênio, 0 2/ num dos casos, e ozônio, 0 3/ no outro. Houve sempre combustão completa, produzindo somente C0 2 . a) A massa de dióxido de carbono, C0 2 , que se forma, é a mesma nos dois casos? Justifique sua resposta. b) São iguais as quantidades, em mols, de 0 2 e de 0 3 consumidas nas duas reações? Justifique sua resposta. 111 (Vunesp) Os automóveis modernos estão equipados com airbags (bolsas de ar) para proteger os ocupantes em caso de colisão. Muitos deles são inflados com nitrogênio, N 2 , gás liberado na reação muito rápida entre azida de sódio, NaN 3 , e o óxido de ferro III, iniciada por centelha elétrica. A equação para a reação é: 6 NaN 3 (s) + Fe 2 0 3 (s) ► 3 Na 2 0 (s) + 2 Fe (s) + 9 N 2 (g) a) Quantos mols de azida de sódio serão necessários para produzir 73,8 litros de nitrogênio (volume do airbag cheio) a 27 °C e 1 atm de pressão? í Dados: R = 0,082 atm ' L mol • K ) b) Nessa mesma temperatura, qual será a pressão interna do airbag após a reação se, durante uma colisão, o mesmo for comprimido a um terço do seu volume? 112 (Unicamp-SP) Em um recipiente aberto à atmosfera com capacidade volumétrica igual a 2,24 litros, nas condições nor- mais de temperatura e pressão, colocou-se uma massa de 0,36 g de grafite. Fechou-se o recipiente e, com o auxílio de uma lente, focalizando a luz solar sobre a grafite, iniciou-se sua reação com o oxigênio presente produzindo apenas gás carbônico. Assuma que todo o oxigênio presente tenha sido consumido na reação. a) Escreva a equação química da reação. b) Qual é a quantidade de gás carbônico formado, em mol? c) Qual será a pressão dentro do recipiente quando o sistema for resfriado até a temperatura inicial? Justifique. 113 (Vunesp) Uma molécula de hemoglobina, que é uma proteína do sangue, combina-se com quatro moléculas de oxigênio. A massa de 1,00 g de hemoglobina reage exatamente com 1,53 mL de oxigênio à temperatura do corpo (37 °C) e sob pressão de 760 mmHg (constante universal dos gases= 0,082 atrr | ^ j. a) Calcular o número de mols de oxigênio que se combina com a hemoglobina. b) Calcular a massa molecular da hemoglobina. Capítulo 14 • Cálculo Estequiométrico 365 Capitulo 14C-QF1-PNLEM 365 29/5/05, 21 :23 RUIZ RUIZ DE VELASCO / CID 114 (Fatec-SP) Uma mistura de metano (CH 4 ) e cloro (Cí 2 ), ambos gasosos, em proporções estequiométricas, foi submetida à ação da luz, como ilustrado ao lado. A equação CH 4 (g) + Cí 2 (g) * CH3CI (g) + HCÍ(g) representa a reaçao que ocorreu. Considerando rendimento de 100%, afirma-se que a diferença observada entre os volu- mes gasosos nos estados inicial e final deve-se: Áj I. à quantidade de mols de gás produzido, que aumentou a pressão interna; II. à dissolução do HCÍ gasoso na água, que causou redução da pressão interna; III. à água que, ao ser "empurrada" para dentro do tubo, com- primiu a mistura gasosa. Dessas afirmações, apenas: a) a I está correta. c) a III está correta. b) a II está correta. d) a I e a II estão corretas. Mistura gasosa Estado inicial Estado final Água e) a II e a III estão corretas. 115 (Unicamp-SP) Temos as reações de magnésio metálico e de alumínio metálico com ácido clorídrico. As quantidades em mols dos sólidos são iguais. O alumínio está do lado A e o magnésio do lado 8. Agitam-se as garrafas para virar os recipien- tes contendo ácido de modo a iniciar as reações. a) Escreva a equação que representa a reação entre o alumí- nio e o ácido. b) Após a reação ter-se completado, os níveis das colunas I e II do líquido no tubo em forma de U irão se alterar? Explique. At em tiras Conexões flexíveis Solução de ácido Mg em tiras Solução de ácido 116 (Vunesp) No preparo de um material semicondutor, uma matriz de silício ultrapuro é impurificada com quantidades mínimas de gálio, através de um processo conhecido como dopagem. Numa preparação típica, foi utilizada uma massa de 2,81 g de silício ultrapuro, contendo 6,0 • 10 22 átomos de Si. Nessa matriz, foi introduzido gálio suficiente para que o número de seus átomos fosse igual a 0,01 % do número de átomos de silício. Sabendo que a massa molar do gálio vale 70 g/mol e a constante de Avogadro vale 6,0 • 1 0 23 , a massa de gálio empregada na preparação é igual a: a) 70 g b) 0,70 g c) 0,0281 g d) 7,0 • 1 0 4 g e) 6,0 • 1 0 23 g 117 (Vunesp) O valor considerado normal para a quantidade de ozônio na atmosfera terrestre é de aproximadamente 336 U.D. (Unidades Dobson), o que equivale a 3,36 L de ozônio por metro quadrado de superfície ao nível do mar e à temperatura de 0 °C. a) Calcule a quantidade de 0 3 , em número de mols por m 2 , nessas condições (336 U.D. ao nível do mar e a 0 °C). b) Sabendo que um átomo de cloro (Cí) pode reagir com 1 00.000 moléculas de ozônio (um dos processos responsáveis pela destruição da camada de ozônio), qual a massa de cloro, em gramas por metro quadrado, suficiente para reagir com dois terços do ozônio nessas condições? Dados: Massa molar do cloro (Cí): 35,5 g/mol. Número de Avogadro: 6,0 ■ 1 0 23 . 118 (Unicamp-SP) Certos solos, por razões várias, costumam apresentar uma acidez relativamente elevada. A diminuição dessa acidez pode ser feita pela adição, ao solo, de carbonato de cálcio, CaC0 3 , ou de hidróxido de cálcio, Ca(OH) 2 , ocorrendo uma das reações a seguir representadas: CaC0 3 + 2 H + ► Ca 2+ + C0 2 + H 2 0 Ca(OH) 2 + 2 H + > Ca 2+ + 2 H 2 0 Um fazendeiro recebeu uma oferta de fornecimento de carbonato de cálcio ou de hidróxido de cálcio, ambos a um mesmo preço por quilograma. Qual dos dois seria mais vantajoso, em termos de menor custo, para se adicionar à mesma extensão de terra? justifique. 119 (Unicamp-SP) júlio Verne, famoso escritor de ficção científica do século passado, num de seus romances, narrou uma viagem realizada com um balão cheio de gás aquecido. Para manter o gás aquecido era utilizada uma chama obtida pela combustão de hidrogênio, H 2 . O hidrogênio era produzido pela reação de um metal com ácido. Suponha que o escritor fosse você, e que estivesse escrevendo o romance agora. Você sabe que, devido ao pequeno espaço disponível no balão e ao poder de ascensão do mesmo, deve-se transportar o menor volume e a menor massa possíveis. Considerando os três metais, magnésio, Mg, alumínio, Aí, e zinco, Zn, e que a quanti- dade de hidrogênio para a viagem deve ser a mesma em qualquer dos casos, qual desses metais você escolheria para ser usado na viagem: a) pelo critério da massa de metal a ser transportada? justifique. b) pelo critério do volume de metal a ser transportado? justifique. Metal Densidade (g/cm 3 ) Mg 1,7 Aí 2,7 Zn 7,1 366 Capitulo 14C-QF1-PNLEM 366 29/5/05, 21 :23 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 120 (Fuvest-SP) As florestas, que cobrem parte do nosso planeta, participam da remoção do dióxido de carbono do ar atmosfé- rico que respiramos. No entanto, em uma nave espacial, é preciso utilizar determinadas substâncias para retirar o dióxido de carbono do ar que os astronautas respiram. Isso pode ser feito por meio de qualquer das seguintes transformações: peróxido de sódio + dióxido de carbono ► carbonato de sódio + oxigênio hidróxido de magnésio + dióxido de carbono ► carbonato de magnésio + água hidróxido de lítio + dióxido de carbono ► carbonato de lítio + água a) Utilizando fórmulas químicas, escreva as equações balanceadas que representam essas transformações. b) Uma nave espacial deve carregar o mínimo de carga. Assim, qual dos reagentes das três transformações acima seria o mais adequado para uma viagem interplanetária? Explique. c) Um astronauta produz cerca de 400 L de C0 2 , medidos a 25 °C e 1 atm, a cada 24 horas. Calcule a massa do reagente, escolhido no item b, que será necessária para remover esse volume de C0 2 . Dados: Volume molar de gás a 25 °C e 1 atm: 25 L/mol. Massas molares (g/mol): H = 1,0; Li = 7,0; C = 1 2; O = 1 6; Na = 23; Mg = 24. 121 (Fuvest-SP) Um sólido 5 é decomposto por aquecimento e o produto sólido obtido, ao reagir com água, forma hidróxido de cálcio. Este reage com carbonato de sódio, produzindo soda cáustica (NaOH) e regenerando o sólido S que é reciclado. Qual a fórmula de S e sua respectiva massa necessária para iniciar um ciclo de produção de soda cáustica a partir de 1,06 tonelada de carbonato de sódio? Admita em todas as etapas um rendimento de 100% (massas molares, em g/mol: C = 12; O = 16; Na = 23; Ca = 40). a) CaO e 0,56 t c) Ca(OH) 2 e 1 ,06 t e) CaC0 3 e 2,00 t b) CaO e 1 ,1 2 t d) CaC0 3 e 1,00 t 122 (PUC-SP) Os gases nitrogênio (N 2 ) e oxigênio (0 2 ) podem reagir em diversas proporções, formando diferentes óxidos de nitrogênio (N x 0 2 ). Em uma determinada condição foram colocados em um reator 32,0 g de 0 2 e 20,0 g de N 2 . Terminada a reação, supondo a formação de apenas um tipo de óxido, é coerente afirmar que foram obtidos: a) 52,0 g de N 2 0 3 . b) 40,0 g de NO, restando 1 2,0 g de 0 2 sem reagir. c) 48,0 g de NO, restando 4,0 g de N 2 sem reagir. d) 46,0 g de N0 2 , restando 6,0 g de N 2 sem reagir. e) 50,0 g de N 2 0 3 , restando 2,0 g de 0 2 sem reagir. 123 (UFF-RJ) Para se determinar o percentual de Ca 2+ presente em amostra de leite materno, adiciona-se íon oxalato, C 2 0|“, na forma de Na 2 C 2 0 4 à amostra, o que provoca precipitação de CaC 2 0 4 . A adoção do procedimento descrito, em determina- da amostra de leite materno com 50,0 g de massa, originou 0,192 g de CaC 2 0 4 . Deduz-se, então, que o percentual de Ca 2+ nessa amostra equivale a: a) 0,12% b) 0,24% c) 0,50% d) 1,00% e) 2,00% 124 (Unifenas-MG) Os ácidos são substâncias químicas que, em solução aquosa, liberam o cátion hidroxônio ou hidrônio (H 3 0 + ). Um dos ácidos de larga aplicação industrial é o H 3 P0 4 , usado como acidulante e conservante em refrigerantes, como fertilizante para o solo, sob a forma de fosfatos etc. Quando se ingerem alimentos ricos em cálcio, fundamentais para a calcificação dos ossos, há a possibilidade do arraste do cálcio para as fezes, esfraquecendo a estrutura óssea do indivíduo. Uma reação, não-balanceada, representativa da ação H 3 P0 4 , sobre um sal contendo cálcio, pode ser assim equacionada: H 3 P0 4 + Ca« 2 ► Ca 3 (P0 4 ) 2 + HCt Insolúvel Se um indivíduo ingerir 490 g de um refrigerante, com 0,1 % de H 3 P0 4 , em paralelo com alimentos que contenham teor de cálcio suficiente para a reação com total de H 3 P0 4 , presente na quantidade de refigerante ingerida, o organismo expelirá a seguinte quantidade de cálcio: a) 0,30 g b) 0,20 g c)0,15g d) 0,10 g e) 0,05 g 125 (Cesgranrio-RJ) Uma indústria adquire hidróxido de sódio impuro como matéria-prima para o seu processo. Segundo as normas da empresa, devem ser recusadas as remessas com teor de NaOH inferior a 80%. Três amostras, designadas por I, II e III, contendo cada uma 5 g do produto, são analisadas com H 2 S0 4 , sendo as massas de ácido consumidas na neutralização, respectivamente: Amostra H 2 S0 4 (g) 1 4,98 II 4,63 III 4,52 (Dados: Na = 23; O = 16; H = 1; S = 32.) Do resultado da análise acima depreende-se que a(s) amostra(s) aprovada(s) foi(foram): a) apenas a 1 b) apenas a II c) apenas a III d) apenas a 1 e a II e) apenas a II e a III Capítulo 14 • Cálculo Estequiométrico 367 Capitulo 14C-QF1-PNLEM 367 29/5/05, 21 :23 126 (Faap-SP) Uma amostra de 100 g de carvão coque, contendo impurezas consideradas como cinzas, reage com oxigênio de ar formando 623 L de uma mistura gasosa a 700 mmHg e 27 °C, que contém 30% em volume de C0 2 . Calcule a porcentagem de impurezas do carvão (Dado: C = 12). 127 (Mackenzie-SP) Fe 2 0 3 + 3 CO 2 Fe + 3 C0 2 Relativamente à equação acima, que representa de forma simplificada a obtenção do ferro a partir da hematita, fazem-se as afirmações abaixo. I. O ferro é obtido por redução da hematita. II. Ocorre uma reação de adição. III. Obtêm-se 210 kg de ferro, se for usada uma tonelada de hematita com 40% de pureza e considerando que o rendi- mento da reação foi de 75%. IV. No monóxido de carbono ocorre redução. Dados: Massas molares (g/mol): Fe = 56; O = 16; C = 12. Dentre as afirmações, somente são corretas: a) I e II b) II e IV c) II e III d) III e IV e) I e III 128 (UFC-CE) Uma amostra pesando 5,0 g de uma liga especial usada na fuselagem de aviões, contendo alumínio, magnésio e cobre, foi tratada com álcali para dissolver o alumínio e reduziu seu peso para 2,0 g. Esse resíduo de 2,0 g, quando tratado com ácido clorídrico para dissolver o magnésio, reduziu-se a 0,5 g de cobre. Determine a composição centesimal dessa liga especial. 129 (Fuvest-SP) Num balão de aço, cuja capacidade é 120 mL, encontra-se confinada uma mistura eqüimolar de monóxido de carbono, hidrogênio e oxigênio. A pressão da mistura é 1,2 atm e a temperatura é 20 °C. Num certo instante, provoca-se a combustão completa da mistura. Se a temperatura após a combustão for reajustada para 20 °C, qual será aproximada- mente a pressão total no interior do balão? 130 (Fuvest-SP) Uma mistura de carbonato de amónio e carbonato de cálcio foi aquecida até a completa decomposição. Obteve-se 0,20 mol de um resíduo sólido, além de uma mistura gasosa que, resfriada a 25 °C, condensou-se parcialmente. A fase gasosa restante, a essa mesma temperatura e sob 1 atm de pressão, ocupou 1 2,2 L. a) Escreva a equação que representa a decomposição do carbonato de amónio e a que representa a decomposição do carbonato de cálcio, indicando o estado físico de cada substância a 25 °C. b) Calcule a quantidade, em mols, de carbonato de amónio e de carbonato de cálcio na mistura original. (Dados: volume molar dos gases a 25 °C e 1 atm = 24,4 L/mol; a pressão do vapor d'água, a 25 °C, é desprezível.) 131 (UFMG) Suponha que 1 mol de nitrato de chumbo (II), Pb(N0 3 ) 2 , foi submetido a aquecimento e se decompôs totalmen- te. A reação produziu óxido de chumbo (II), PbO, e uma mistura gasosa, cujo volume, medido a 25 °C e 1 atmosfera, foi de 61,25 L. Considere que 1 mol de um gás qualquer, a 25 °C e 1 atmosfera, ocupa o volume de 24,5 L. Com base nessas informações, a alternativa que apresenta, corretamente, a equação da reação de decomposição do nitrato de chumbo (II) é: a) Pb(N0 3 ) 2 (s) — ► PbO (s) + 2 NO, (g) + y0 2 (g) b) Pb(N0 3 ) 2 (s) — * PbO (s) + N 2 0 4 (g) + y0 2 (g) c) Pb(N0 3 ) 2 (s) — ► PbO (s) + NO (g) + NO, (g) + d) Pb(NQ 3 ) 2 (s) — * PbO (s) + n 2 (g) + f 0 2 (g) 368 Capitulo 14C-QF1-PNLEM 368 29/5/05, 21 :23 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. RESPOSTAS Capítulo Primeira visão da Química 1. Por exemplo, a areia, o barro e o granito. 2. Não, pois a água pode se apresentar na forma sólida (gelo) ou na forma gasosa (por exemplo, vapor d'água que consti- tui a umidade do ar). 3. Por exemplo, o ar, o gás carbônico (dos extintores de incên- dio) e o hidrogênio (nos balões de parques de diversão, que "sobem" no ar). 4. Raspando e eliminando a ferrugem e, a seguir, pintando o portão. 5. Os tubos de plástico são mais fáceis de fabricar, são mais ba- ratos e não enferrujam. 6. Para melhorar a conservação do alimento e, muitas vezes, para melhorar a sua cor, odor, consistência etc. 7. Para aquecer, iluminar a caverna, assar os alimentos, afugen- tar animais perigosos etc. 8. Por exemplo, uma pilha comum que transforma energia quí- mica em energia luminosa, por meio de uma lanterna. 9. Restos de comida, papel, latas de alumínio, sacos plásticos, vidros etc. 10. Depende do seu uso. 11. b 12. b 13. d 14. São as regiões da Terra em que há vida vegetal e/ou animal. 15. Do ar, do solo e da água. 16. É o Sol. 17. e Capítulo Conhecendo a matéria e suas transformações 1. c 5. b 2. d 6. a 3. b 4. a 7. a) 1 fase; b) 2 fases; c) 1 fase; d) 2 fases; e) 3 fases 8. c 9. a 10. b ii. d 28. 12. e 13. (Resolvido) 14. A 20 °C, o oxigênio é gasoso, c fenol é sólido e o pentano é líquido. 15. b 16. a 17. c 18. c 29. 19. (Resolvido) 20. e 21. (Resolvido) 33. 22. 8.500 g 35. 23. a) 0,020 kg ; b) 1 5.000 mg c) 2.500.000 g 36. 24. 1 0 g 25. (Resolvido) 26. 4.500 L 27. a) 1.820 mL; b) 0,250 L; c) 0,015 m 3 40. 28. b 29. (Resolvido) 30. d 41. 31. (Resolvido) 32. b 33. a 34. d 35. (Resolvido) 36. c 37. a 38. e 42. 39. d 40. b 41. b 42. c 43. e 44. d 45. b 46. c 43. 47. d 48. a 49. c 50. a 47. 51. e 52. d 53. b 54. c 49. 55. c 56. a 57. a 58. a 50. 59. d 60. d 61. e 62. b 54. RESPOSTAS • VOLUME 1 63. Destilam na sequência: nitrogênio (P.E. = -196 °C), argônio (P.E. = -186 °C) e, por último, o oxigênio (P.E. = -183 °C), respeitando a ordem crescente de suas temperaturas de ebulição. 64. Água que contém compostos benéficos à saúde. 65. Água de gosto ruim e imprópria para beber. 66. O caminho da água evaporando da superfície terrestre, condensando-se nas nuvens, voltando à superfície em forma de chuva e, inclusive, percorrendo o subsolo terrestre. 67. d 68. c 69. b 70. b 71. a 72. b 73. c 74. a 75. a 76. b 77. a 78. c 79. b 80. b 81. e Capítulo Explicando a matéria e suas transformações 1. c 2. d 3. c 4. (Resolvido) 4,9 5. Não, pois o quociente -y— , da 2 a experiência, é igual a 3,5 e não coincide com o quociente -y|- , da 1 a experiência, que é igual a 3. Isto corresponde a dizer que a 2 a experiência não pode ocorrer com os valores dados. 6. b 7. a) H; b) C; c) Ca; d) Cd; e) Cr; f) K; g) P; h) Pb; i) F; j) Fe 8. a) sódio; b) enxofre; c) silício; d) estanho; e) ouro; f) cloro; g) bromo; h) alumínio; i) prata; j) mercúrio 9. c 10. b 11. e 12. b 13. d 14. d 15. (Resolvido) 16. e 17. b 18. e 19. a 20. d 21. d 22. e 23. a 24. c 25. e 26. b 27. b 28. Envolvem reações químicas as proposições 01, 02, 04 e 32. Somando estes números temos: 01 + 02 + 04 + 32 = 39. Esta é a resposta pedida. Observamos que essa maneira de enun- ciar uma questão é usada em vários vestibulares brasileiros. 30. c 31. d 32. c 34. (Resolvido) 35. Liberam energia: a, d Consomem energia: b, c, e 37. c 38. b 39. a igem de todos os materiais é o planeta Terra. E da energia é o Sol. Os recursos renováveis são os que podem ser repostos com uma certa rapidez. Não-renováveis são o contrário. O aumento populacional, o aumento do consumo de maté- ria e energia e o desperdício de matéria e energia. 44. e 48. c ternativ 51. d 55. b 45. e 52. d 56. d 46. b 53. e 369 A 01 -Respostas-QFI -PNLEM 29/5/05, 21 :24 Capítulo A evolução dos modelos atômicos 1. b 2. a 3. e 25. (Resolvido) 26. b 27. d 28. e 4. 23 kg; carga nula 5. b 6. d 29. e 30. d 31. b 32. c 7. 1 t; 543 g 8. b 9. (Resolvido) 33. c 34. b 35. b 36. e 10. b 11. e 12. (Resolvido) 37. (Resolvido) 38. (Resolvido) 39. e 40. b 13. b 14. b 15. c 16. d 41. e 42. (Resolvido) 43. a 44. d 17. a 18. c 19. c 20. a 45. (Resolvido) 46. b 47. c 21. d 22. a 23. d 24. a 48. Na < At < Zn < Ni < Pd 49. c 50. e 25. b 26. a 27. c 28. b 51. e 52. d 53. c 54. b 29. d 30. b 31. d 32. e 55. b 56. d 57. a 58. c 33. (Resolvido) 35. c 36. d 39. (Resolvido) 40. s, p, d, f 42. 32 elétrons 45. 1 0 elétrons 48. b 34. De 3,95 a 3,66 metros 37. b 38. c 41. (Resolvido) 43. c 46. a 44. (Resolvido) 47. (Resolvido) 1 49. n = 4; l = 3; m = -3; s = - — 2 50. n = 5; l = 0; m = 0; s = — — 51 . e 2 52. 5 orbitais 53. 14 elétrons 54. c 55. n = 4; l = 0 56. e 57. c 58. e 59. c 60. (Resolvido) 61. Is 2 2S 2 2 p 6 3s 2 3 p 3 62. d 63. (Resolvido) 64. d 65. 35 66. (Resolvido) 67. c 68. a; e 69. (Resolvido) 70. c 71 . 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 72. b 73. a) K = 2; í. = 8; M = 1 8; N « 8; O = 1 b) 1 s 2 2S 2 2p 6 3S 2 3p 6 4S 2 3d 10 4p 6 5s’ 1 c) rr = 5; l = 0; m = 0; 5 = -y 74. d 77. d 80. d 75. b 78. b 81. e 76. d 79. e 82. a 83. Ao regresso dos elétrons de orbitais mais energéticos para orbitais menos energéticos. 84. Na luz comum, as ondas se propagam de forma desordenada. Na luz laser, ocorre o contrário. 85. Certos elementos, cujos elétrons vibram com frequência de diferentes cores. 86. Um gerador de ondas eletromagnéticas que agita as molécu- las dos alimentos, aquecendo-os. 87. Um aparelho que identifica elementos químicos, pelas raias emitidas pelo elemento. 88. e 89. c 90. a 91 . d 92. Estão corretos: a, c, d. 93. Somente (1) está errado. 94. Somente (0) está correto. 95. Estão corretas: a, b, c, d. 96. Estão corretas: a, b. 97. c 98. d 99. e 100. d Capítulo A classificação periódica dos elementos 1. e 2. d 3. c 4. a 47. São processos de aquecimento seguido de resfriamento, para 5. c 6. a 7. e 8. a alterar suas estruturas cristalinas. 9. b 10. c 11. c 12. a 48. c 49. b 50. e 51. d 13. (Resolvido) 14. b 15. c 52. c 53. d 54. b 55. b 16. a 17. (Resolvido) 18. a 56. d 57. e 19. (Resolvido) 20. b 21. (Resolvido) 22. a 23. (Resolvido) 24. a) enxofre: [Ne] 3 s 2 3 p 4 ; b) ferro: [Ar] 4s 2 3 d 6 ; c) césio: [Xe] ós 1 59. Estando no mesmo grupo (mesma coluna) que o sódio, o potássio também é muito reativo. 60. Porque o cálcio é muito mais abundante na natureza do que o magnésio. 61 . A reatividade do bromo é intermediária à do cloro e à do iodo. 62. c 63. e 64. d 65. e 66. d 67. e 68. b 69. c 70. c 71. d 72. c 73. d 74. a 75. d 76. c Capítulo As ligações químicas i. 5. 7. 11 . 14 15 19 21 24 26. 30. 34. 35. 38. 40. 41. 44. 45. 46. (Resolvido) 2. c 3. a 4. (Resolvido) At 3+ (2 - 8); 0 2 ~ (2 - 8); Ai 2 0 3 6. e e 8. (Resolvido) 9. c 10. a (Resolvido) 12. d 13. d a) CT; b) Ca 2+ ; c) Zn 2+ ; d) K + d 16. c 17. a 18. a Na + : 96,5 pm; Sr 2 *: 1 1 7 pm 20. e c 22. a 23. (Resolvido) H xo p ox h 25. d H — P — H I H (Resolvido) 27. d b 31. a H 0 t H — O — Ct - 1 O -O H 28. (Resolvido) 29. a 32. a 33. c XX x n x X U X o XX o 3X0 XoCl C XX o o X o x X U X XX 37. d XX ■o; XX a 36. b c 39. d O mercúrio, porque, apesar de ser líquido em condições am- biente, apresenta brilho metálico, é bom condutor de calor e eletricidade, tem densidade elevada e forma cátions em com- postos iônicos. c 42. b 43. e Uma união de elementos com predominância dos metais. Em geral, pela fusão conjunta de seus elementos constituintes. Seus elementos formadores; a estrutura cristalina; os trata- mentos térmicos. 370 01 -Respostas-QFI -PNLEM 4 - 29/5/05, 21 :24 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Capítulo A geometria molecular Capítulo Ácidos, bases e sais inorgânicos^ 1. c 2. (Resolvido) 3. São corretas: b, d. 4. c 5. (R 6. b 7. a 8. e 9. e 10. d 11. d 12. e 13. a 14. d 15. a 16. c 17. (Resolvido) 18. a 19. e 20. a 21. (Resolvido) 22. b 23. (Resolvido) 24. b 25. (Resolvido) 26. d 27. b 28. a) A (cloro): 7 elétrons de valência; grupo 1 7. B(arsênio): 5 elétrons de valência; grupo 15. C (estanho): 4 elétrons de valência; grupo 14. b) O cloro é o mais eletronegativo, formando com o arsênio o composto AsCX 3 . 29. a) As maiores eletronegatividades aparecem nos halogênios (grupo 1 7 ou coluna 7A) e as menores, nos metais alcali- nos (grupo 1 ou coluna IA), b) Será uma ligação iônica. 30. a) O semimetal é o boro, que está no 2- período, grupo 1 3, subgrupo A. b) São covalentes porque A < 1,7. 31. a 32. d 33. a) As ligações são covalentes. b) Porque na molécula de SiH 4 (tetraedro regular), os vetores momento dipolar se anulam. 34. d 35. (Resolvido) 36. d 37. e 38. e 39. b 40. a 41. (Resolvido) 42. a 43. c 44. (Resolvido) 45. d 46. e 47. b 48. a 49. a 50. b 51. d 52. a 53. b 54. b 55. c 56. d 57. (Resolvido) 58. e 59. d 60. (Resolvido) 61. d 62. (Resolvido) 63. b 64. e 65. (Resolvido) 66. c 67. a 68. (Resolvido) 69. c 70. e 71. c 72. d 73. b 74. c 75. c 76. d 77. d 78. e 79. d 80. c 81. e 82. Os metais têm uma nuvem de elétrons livres que os torna bons condutores de eletricidade. Os não-metais estão em situação oposta. Os semicondutores que são, em geral, semimetais, têm poucos elétrons livres, daí suas baixas condutividades elétricas. 83. É a adição de pequenas quantidades de impurezas ao semi- condutor, para aumentar sua condutividade elétrica. 84. Em diodos, transistores, células solares etc. 85. e 86. e 87. c 88. c 89. c 90. c 91. e 92. a 93. b 94. d 95. Estão corretas as alternativas 01 , 04, 08 e 1 6. 96. e 97. b 98. b 99. 3 100. d 1. (Resolvido) 2. a) Porque no estado líquido (fundido) os íons Na + e CfT estão livres. b) Porque é um composto molecular. c) No NaCÍ a dissolução libera os íons Na + e Cf. . No HCi a água provoca a ionização em H + e C(T. 3. a) E o cloreto de sódio (NaCÍ), pois fundido dispõe de íons Na + e C(T livres. b) E o iodo (l 2 ), pois suas moléculas são apoiares. 4. b 5. (Resolvido) 6. d 7. a) HMnO„; b) H 3 P0 3 ; c) H 2 C 2 0 4 ; d) H 2 S0 3 ; e) H 3 As0 4 ; f) h 4 sío 4 8. a) ácido bromídrico; b) ácido arsênico e ácido arsenioso; c) ácido hipoiodoso, ácido iodoso, ácido iódico e ácido periódico; d) ácido (orto) antimônico, ácido piroantimônico 9. e 10. a 11. c 12. a) HBr ► H + + Br b) HN0 2 H + + NO, c) H 2 S0 3 ► 2 H + + SOr d) H 4 P 2 0 7 ► 4 H + + P 2 Or 13. a) HBr + H 2 0 » H s O + + Br b) HNO, + H 2 0 ► H 3 0 + + NO, c) H 2 S0 3 + 2 H 2 0 ► 2 H 3 0 + + SÓ, - d) H 4 P 2 0 7 + 4 H 2 0 ► 4 H 3 0 + + P 2 Or 14. a 15. b 16. Graus de ionização: H 2 S: 10%; H 2 S0 4 : 66%; HN0 3 : 80% Força de ionização: H 2 S < H 2 S0 4 < HN0 3 O t H-O^ 17. H 1 0 1 n r^> 1 o 18. 1 o 19. b 20. a 21. b 23. a 24. d 25. a 27. a) LiOH; b) Cr(OH) 3 ; c) Fe(OH) 2 ; d) Au(OH) 3 ; e) CuOH 28. a) hidróxido de magnésio; b) hidróxido de césio; c) hidróxido mercúrico ou hidróxido de mercúrio II; d) hidróxido estanoso ou hidróxido de estanho II; e) hidróxido platínico ou hidróxido de platina IV. 29. a 30. e 31. d 32. a) Ba(OH) 2 ► Ba 2+ + 2 OH~ b) KOH ► K + + OH~ 33. NH 4 OH > Ca(OH) 2 > AgOH 34. Porque é praticamente insolúvel em água. 35. c 36. e 37. e 38. Apenas (08) está correta. 39. e 40. c 41. b 42. c 43. c 44. e 45. d 46. a 47. b 48. b 49. b 50. c 51. d 52. (Resolvido) 53. a 54. e 55. e 56. d 57. d 58. a) Mg(OH) 2 + H 2 S0 4 * MgS0 4 + 2 H 2 0 b) KOH + HNO, ► KN0 3 + H 2 0 c) Ba(OH) 2 + H 2 S0 4 » BaS0 4 + 2 H 2 0 d) Fe(OH) 2 + H 2 S0 4 » FeS0 4 + 2 H 2 0 RESPOSTAS • volume 1 371 01 -Respostas-QFI -PNLEM 371 29/5/05, 21 :25 43. c 59. e 63. e 67. a 69. a) NH NH.OH 60. b 64. d 68. c H,0 — 61. e 65. e — ► nh 4 oh NH: + OhT b) Devido à reação: NH 4 OH 62. b 66. c H,0 + NH, 70. Normalmente de lagos e rios. A chamada "água mineral" pro- vém de fontes específicas. 71. É a água apropriada para se beber. Deve ser límpida, aerada, não conter microorganismos nocivos e conter vestígios de sais naturais em solução. 72. Numa série de processos e reações químicas visando purificar a água até torná-la potável. 73. b 74. b 75. e 76. d 1. c 2. d 3. b 4. e 77. d 78. c 79. d 80. c 5. e 6. b 7. e 8. e 81. c 82. e 83. e 84. a 9. a 10. a 11. a 12. c 85. c 13. c 14. e 15. a 16. e 86. a) Mg 2+ < Ca 2+ < K + 17. b 18. a 19. c 20. c H 1 + 21. d 22. e 23. e b) I H — N — H t H c) K 2 HPO„ e CaHPCX, (ou MgHP0 4 ) d) K: metal alcalino; Mg: metal alcalino-terroso. 87. a) Abriu a torneira. b) Como o HCl (g) é muito solúvel na água, ela será "aspira- da" para o balão formando um esguicho. Além disso, o indicador tornassol mudará da cor azul para vermelha, devido à ação do HCl. 88. e Capítulo Óxidos inorgânicos^ 3. c 7. e Mn0 2 — ► Mn0 3 SnCl, + H,0 Mn 2 0 7 1. a 2. d 3. c 4. e 5. e 6. b 8. MnO — ► Mn 2 0 3 9. SnO + 2 HCl 2 NaOH + SnO ► Na 2 Sn0 2 + H 2 0 10. e 11. a 12. d 13. b 14. d 15. d 16. e 17. c 18. e 19. (Resolvido) 20. a) Ga(OH) 3 ; b) Ra(OH) 2 ; c) FrOH; d) Be(OH) 2 ; e) RbOH 21. c 22. d 23. (Resolvido) 24. a 25. a 26. c 27. d 28. c 29. b 30. a) V 2 O s ; b) Ce0 2 ; c) Mn 2 0 7 ; d) Zr0 2 ; e) Cr0 3 31. a 32. a 33. e 34. b 35. c 36. d 37. Devido ao C0 2 existente na atmosfera, que reage com a água produzindo ácido carbônico: co 2 + h 2 o ► h 2 co 3 38. O S0 2 tem origem natural (vulcões, por exemplo) ou resulta das atividades humanas (combustão do carvão e dos deri- vados do petróleo). Os óxidos de nitrogênio também podem ter origem natural (por exemplo, provocados pelos raios: N 2 + 0 2 ► 2 NO) ou resultar das atividades humanas (combustão dos derivados do petróleo). 39. Os ácidos sulfúrico e nítrico. 40. c 44. a 47. a) Na 2 0 2 b) 2 H 2 0 2 48. b 41. e 45. c 2 H 2 0 49. b 42. e 46. d * 2 NaOH 2 H,0 + O? h 7 o 2 50. a) Cálcio; b) Por exemplo, o bário (Ba); c) 2 51. b 52. b 53. a Capítulo As reações químicas 24. O CaC0 3 (calcário), porque reage com a acidez do solo (H + ), segundo a equação: 2 H + 25. NH 4 HCO, CaCO, Ca 2 H,0 + co; NH 3 (g) + CO/ (g) + H 2 0' (g) A expansão dos gases formados faz crescer a massa do bolo. 26. b 27. e 28. a 29. d 30. b 31. e 32. a 33. d 34. d 35. c 36. d 37. a 38. O NH| em solução aquosa produz, junto com NaOH: NHJ NaOH Na H,0 NH, 39. 42. 44. 45. 49. 50. O gás amónia (NH 3 ) em contato com o papel tornassol ver- melho umedecido, reage com a água: nh; + h 2 o » NH 4 OH O NH 4 OH, que é básico, muda a cor do tornassol vermelho para azul. e 40. d 41. c c 43. a a) C0 2 + 2 NaOH * Na 2 C0 3 + H 2 0 b) Não reagem, pois são ambos de caráter ácido. c) Al 2 0 3 + 3 H 2 S0 4 ► Al 2 (S0 4 ) 3 + 3 H 2 0 d) Não reagem, pois o CO é um óxido neutro (indiferente). e) MgO + 2 HCl ► MgCl 2 + H 2 0 f) Fe 3 0 4 + 8 HCl ► FeCl 2 + 2 FeCl 3 + 4 H 2 0 (o Fe 3 0 4 é um óxido duplo equivalente a FeO + Fe 2 0 3 ) g) Não reagem, pois o Na 2 0 2 é um peróxido. h) K 2 0 + H 2 S0 4 ► K 2 S0 4 + H 2 0 . d 46. e 47. c 48. d 51. 55. 59. 61. 62. Estão corretos os itens 0 e 3. a) No primeiro erlenmeyer: S + 0 2 - Adicionando-se água: S0 2 + H 2 0 tância A) No segundo erlenmeyer: 2 Mg Adicionando-se água: MgO - (substância B) b) H 2 S0 3 + Mg(OH) 2 a 52. b 53. b d 56. a 57. b a 60. c Estão corretos os itens 0, 2 e 3. a f o 2 - h 2 o MgS0 3 4 so 2 ► H 2 S0 3 (subs- 2 MgO - Mg(OH) 2 2 H 2 0 54. e 58. d 372 A 01 -Respostas-QFI -PNLEM 372 29/5/05, 21 :25 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 63. Areia (Si0 2 ), soda ou barrilha (Na 2 C0 3 ) e calcário (CaC0 3 ). 64. Adicionando aos componentes normais pequenas quantida- des de óxidos metálicos (Fe 2 0 3 , CaO etc) e aquecendo o con- junto em fornos apropriados. 65. Calcário (CaC0 3 ), argila (em que predominam silicatos de alumínio) e areia (Si0 2 ). 66. Devido à cristalização dos silicatos de cálcio e alumínio. 67. a 68. a) PbO, 2 + Na 2 S ► PbS; + 2 NaCX b) C + 0 2 1 ► co/ c) H 2 S0 4 + Na 2 S - ► Na 2 S0 4 + H 2 S 2> d) Zn + H 2 S0 4 ► ZnS0 4 + H/ 69. b 70. e 71. b 72. b 73. e 74. d 75. c 76. c 77. d 78. a 79. c 80. d 81. Os quatro itens estão corretos. 82. d 83. b Capítulo Massa atômica e massa molecular i. 4. 7. 9. 10 . 14. 18. 21 . 24. 26. 29. 32. 35. 39. 42. 44. 47. 51. 53. 54. 55. 56. 57. 58. 59. 60. 61. 62. (Resolvido) 2. 6,92 u 3. (Resolvido) d 5. 55% de 79 M e 45% de 81 M 6. e (Resolvido) 8. 24,6 u a) 30 u; b) i 64 u; c) 100 u; d) 1 20 u; e) 82 u; f) 149 u, g) 860 u; h) 286 u d 11. b 12 . a 13. (Resolvido) a 15. e 16. d 17. (Resolvido) b 19. (Resolvido) 20. b (Resolvido) 22. e 23. (Resolvido) 5 • 1 0 23 g 25. (Resolvido) e 27. b 28. (Resolvido) b 30. b 31. (Resolvido) a 33. c 34. (Resolvido) b 36. a 37. c 38. b a 40. d 41. e e 43. 92,63% de Ag e 7,37% de Cu 3,43 • 10~ 22 g 45. 30 u 46. b c 48. d 49. d 50. b d 52. 0,038 mol No corpo humano (como o comprimento de um pé) ou no esforço humano ou dos animais etc. É um conjunto de unidades fáceis de se estabelecer e relacio- nadas entre si, de um modo racional. As básicas são sete: o metro (m); o quilograma (kg); o segundo (s); o Ampere (A); o Kelvin (K); o mol (mol) e a candeia (cd). c e d Apenas a alternativa (02) está correta. A remessa deve ser confiscada, pois contém 1,68 ■ 10~ 3 g de Hg 2 ~ por quilo de atum. a) 60% de 12, Sb e 40% de 123 Sb; b) 1,20 ■ 1 0 23 átomos de alumínio a) O mais abundante é o isótopo-24 cuja massa mais se apro- xima de 24,3 g/mol. b) 94 g/mol; 96 g/mol; 98 g/mol Capítulo Estudo dos gases 1. (Resolvido) 2. 2.500 mL (ou cm 3. (Resolvido) 4. 2,6 atm 5. a 6. c 7. (Resolvido) 8. -73 °C 9. (Resolvido) 10. e 11. d 12. b 13. b 14. a 15. (Resolvido) 16. a 17. a 18. e 19. (Resolvido) 20. a 21. e 22. d 23. d 24. c 25. 2,1 3 atm 26. a) 27 °C; b) Transformação isotérmica 27. c 28. 600 K e 2 atm 29. b 30. c 31. (Resolvido) 32. Sim, pois obedecem à proporção 1 : 2 : 1 : 2. 33. c 34. (Resolvido) 35. a) 2 : 2 : 5; b) 30 L 36. b 37. 50 moléculas de oxigênio e 100 moléculas de água. 38. c 39. b 40. Admitamos que no volume considerado existam x molécu- las. Teremos então: a) o maior número de átomos de oxigênio está no C0 2 (serão 2x átomos de oxigênio); b) de carbono no C 2 H 4 (são 2x); c) de hidrogênio no C 2 H 4 (são 4x) 41. c 42. c 43. c 44. (Resolvido) 45. b 46. a 47. d 48. (Resolvido) 49. c 50. b 51. a 52. d 53. (Resolvido) 54. e 55. (Resolvido) 56. 112 mL 57. (Resolvido) 58. d 59. (Resolvido) 60. c 61. a 62. 30 u 63. d 64. a 65. d 66. (Resolvido) 67. 3 g 68. c 69. e 70. e 71. a) 114,5 g; b) 5,59 atm 72. e 73. Estão corretas as alternativas: (0), (1) e (2). 74. b 75. e 76. c 77. 3,2 g 78. a 79. e 80. b 81. a 82. a 83. (Resolvido) 84. a 85. b 86. 91 1 mmHg 87. (Resolvido) 88. 1 2,3 atm 89. a) 1 2,3 atm; b) 8,48 atm 90. b 91. (Resolvido) 92. e 93. a 94. Massas: 3,2 g de CH 4 e 24 i 3 de C 2 H 6 Pressões parciais: 0,328 atm e 1,312 atm 95. (Resolvido) 96. b 97. c 98. e 99. (Resolvido) 100. d RESPOSTAS • volume 1 373 01 -Respostas-QFI -PNLEM 373 13/7/05, 11:47 40. d 43. c 41. c 44. b 42. d 101. b 102. a) x H2 = 0,8; x 02 = 0,2 b) p H2 = 0,6 atm; p 0; , = 0,1 5 atm; c) P = 0,75 atm 103. a 104. e 105. b 106. F, F, V, F, V 107. 1 1 minutos 108. b 109. a 110. (Resolvido) 111. b 112. a 113. a) 1,25 g/L; b) 14 u 114. b 115. a 1 16. (Resolvido) 117. a 118. b 119. (Resolvido) 120. Hidrogênio, hélio e metano 121. d 122. a) 131 g/mol; b) Xenônio 1 23. a) 2, 1 7 ■ 1 0 4 litros; b) 1,84-1 0 2 g/L 124. c 125. e 126. b 127. (Resolvido) 128. e 129. c 130. (Resolvido) 131. (Resolvido) 132. c 133. a 1 34. (Resolvido) 135. O gás mais denso difunde-se com a metade da velocidade do gás menos denso. 136. Fundamentalmente, as radiações ultravioleta. 137. São os óxidos de nitrogênio e os clorofluorcarbonados. 138. Entre 12 km e 32 km de altitude, a camada de ozônio nos protege das radiações solares, sendo, pois, um aliado. Junto à superfície da Terra, o ozônio é um inimigo, pois é prejudi- cial às pessoas, animais e plantas. 139. a 140. b 141. a 142. 10,8 kg 143. a) 1 atm; b) 546 K 144. 12 g 145. 5 litros de 0 2 por minuto (a 30 m de profundidade com 4 atm de pressão). 146. c 147. b 148. e 149. 95 cm 3 150. a) 98% de N 2 e 2% de vapor de água; b) 1 0,14 L 151. d 152. 44 u 153. a 154. e Capítulo Cálculo de fórmulas i. 3. 4. 8. 11 . 14. 17 . 21 . 25. 29. 32. 33. 36. 37. 38. 39. 20% de Mg; 26,6% de S; 53,3% de O 2. d 25,5% de Cu; 1 2,8% de S; 25,6% de O; 36,1 % de H 2 0 d 5. d 6. a 7. c c 9. b 10. e 57,48% de C 12. a 13. c d 15. MgFe 2 0 4 16. CaCl 2 • 4 H 2 0 C 5 H 7 N 18. NaO 19. e 20. c CH 5 N 22. c 23. d 24. d d 26. d 27. NH; N0 3 ~ 28. (Resolvido) AÍ 2 (S0 4 ) 3 • 1 8 H 2 0 30. e 31. P 4 O 10 3 ) C 6 H 12 0 2 ; b) c 3 h 6 o b 34. b 35. b É o aumento do aquecimento da Terra causado pela poluição atmosférica. C0 2 , CO e óxidos do nitrogênio (NO, N0 2 etc). Derretimento da calota polar, modificações no clima terrestre e aumento da acidez dos oceanos. É o abafamento da poluição do ar, próximo ao solo, causado por um aquecimento irregular da atmosfera. 374 45. a) 1 0,8% de vanádio; b) 61 2 g de vanádio 46. c 47. e 48. d 49. d 50. a) Uréia; b) (NH 4 ) 2 C0 3 + CaS0 4 — (NH 4 ) 2 S0 4 + CaC0 3 Capítulo Cálcul o este qui omét rico i. (Resolvido) 2. a 3. c 4. b 5. d 6. c 7. b 8. 52 g de CO 9. b 10. b 11. c 12. M = 40 13. (Resolvido) 14. d 15. d 16. c 17. b 18. a 19. c 20. a 21. 0,17 L 22. b 23. e 24. a) 28,17 kc 1 água; b) 2,33 • 1C I 4 L de C0 2 ; c) 3,88 • 1C I 4 L de 0 2 25. 6 L .de NH 3 26. c 27. 20 L de 0 2 e 40 L de C0 2 28. c 29. e 30. b 31. d 32. a) Zn + 2 HCt ► Zn« 2 + H 2 b) 1 mol 33. e 34. b 35. b 36. e 37. a) 2 KCN 4 h 2 so 4 — ► K 2 S0 4 + 2 HCN b) 3 • 1 0 23 moléculas de HCN 38. d 39. e 40. c 41. a) h 3 po 4 + 3 NaOH - ► Na 3 P0 4 + 3 h 2 o b) 68,3 g de Na 3 P0 4 42. d 43. 54 mL 44. a) Zn + 2 HN0 3 » Zn(N0 3 ) 2 + h 2 (nitrato de zinco e hidrogênio) b) 9,47 g de Zn(N0 3 ) 2 e 0,1 g de H 2 45. a 46. e 47. b 48. (Resolvido) 49. e 50. d 51. a 52. c 53. a 54. 516 g 55. e 56. 42,8 g 57. a) 1 30 g; b) K 2 0 + H i 2 o . • 2 KOH (idem para o Na 2 0) 58. a) 8,5 g de NH 3 ; b) 4,5 i g de H 2 em excesso 59. a 60. d 61. a) 61 g de Ba(OH) 2 em excesso; b) 189,1 g de BaS0 4 62. c 63. (Resolvido) 64. b 65. a 66. a 67. a) O tanque que esvaziará primeiro é o de o 2 . b) 1 01 kg de água Os 00 d 69. b 70. a 71. b 72. d 73. e 74. e 75. c 76. a 77. d 78. c 79. a 80. a 81. 204.500 toneladas de C0 2 82. CaSi0 3 : silicato de cálcio 2 Ca 3 (P0 4 ) 2 + 6 Si0 2 + 1 0 C >- 6 CaSiO, + 1 0 CO + P 4 3.875 g de fosfato de cálcio impuro 83. 99% 84. a) 2 KCÍO ► 2 K« (s) + 3 0 2 (g) b) 0,5 ou 50% 85. a 86. 18,5 kg 87. d 88. a 89. a 01 -Respostas-QFI -PNLEM 374 29/5/05, 21 :25 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. 93. 29,1 L 90. a) NH 3 + CH 4 ► HCN + 3 H 2 b) 2,1 25 kg de NH 3 e 2 kg de CH 4 91. c 92. 83,5 L de ar 94. a) 2 Mg + 0 2 ► 2 MgO b) 4,8% 95. c 96. c 97. 90,4 g 98. 151,6 L 99. 279 mg de NaCl e 21 mg de KCl 100. 42,68% de Cu e 57,32% de Ag 101. c 102. Siderurgia. 103. Ferro com 0,2% a 1% de carbono, além de impurezas. 1 04. Minério de ferro (em geral, Fe 2 0 3 ), fundente (em geral, calcário, CaC0 3 ) e carvão coque. 105. Ferro-gusa e escória. 1 06. Consiste num aquecimento seguido de um resfriamento mais ou menos rápido. Visa melhorar as propriedades do aço. 107. d 108. b 109. c 110. a) Sim, pois partimos de massas iguais de carbono. b) Não, pois as equações indicam a proporção 3 0 2 : 2 0 3 em mol. 1 1 1. a) 2 mol de NaN 3 ; b) 3 atm 112. a) C + 0 2 ► C0 2 b) 0,02 mol de C0 2 c) 1 atm 113. a) 6,0-10 5 mol de 0 2 b) 6,66 -1 0 4 u 114. b 1 15. a) 2 Al + 6 HCl ► 2 AlCl 3 + 3 H 2 b) Sim, pois em quantidades equimoiares, o alumínio pro- duz um volume de H 2 maior, já que a reação do Mg é: 2 Mg + 4 HCl *- 2 MgCl 2 + 2 H 2 116. d 1 1 7. a) 0,1 5 mol de 0 3 / m 2 b) 3,55 • 10 5 g de Cl 118. E mais vantajoso comprar Ca(OH) 2 , pois a quantidade de mols em 1 kg de Ca(OH) 2 é maior do que em 1 kg de CaC0 3 e ambos reagem com H + na mesma proporção molar. 1 19. a) O alumínio, de menor massa. b) Também o alumínio, de menor volume. 120. a) 2 Na 2 0 2 + 2 C0 2 » 2 Na 2 C0 3 + 0 2 Mg(OH) 2 + C0 2 ► MgCO s + H 2 0 2 LiOH + C0 2 ► Li 2 C0 3 + H 2 0 b) O LiOH, devido a menor massa. c) 2,08 g 121. d 122. d 123. a 124. a 125. a 126. 16% de impurezas 127. e 128. 60% de Al; 30% de Mg; 1 0% de Cu 129. 0,4 atm 130. a) (NH 4 ) 2 CO , (s) — 2 NH 3 (g) + C0 2 (g) + H CaCO ,(s) *■ CaO (s) + C0 2 (g) b) 0,1 mol de (NH 4 ) 2 C0 3 e 0,2 mol de CaC0 3 131. a RESPOSTAS • volume 1 375 01 -Respostas-QFI -PNLEM 375 29/5/05, 21 :26 1 vèr- □ nz LISTA DE SIGLAS Acafe-SC Associação Catarinense das Fundações Educacionais AEUDF Associação de Ensino Unificado do Distrito Federal Aman-RJ Academia Militar das Agulhas Negras Ceeteps-SP Centro Estadual de Educação Tecnológica "Paula Souza" Cefet-PR Centro Federal de Educação Tecnológica do Paraná Cesgranrio-RJ Fundação Cesgranrio EEM-SP Escola de Engenharia Mauá Efoa-MG Escola de Farmácia e Odontologia de Alfenas Enem-MEC Exame Nacional de Ensino Médio Esal-MG Escola Superior de Agronomia de Lavras Esan-SP Escola Superior de Administração de Negócios Esef-Jundiaí-SP Escola Superior de Educação Física de Jundiaí Estácio-RJ Universidade Estácio de Sá F. Ibero-Americana-SP Faculdade Ibero-Americana de Letras e Ciências Humanas F. M. Pouso Alegre-MG Faculdade de Medicina de Pouso Alegre Faap-SP Fundação Armando Alvares Penteado Faesa-ES Faculdades Integradas Espírito-Santenses Fafeod-MG Faculdade Federal de Odontologia de Diamantina Fasp-SP Faculdades Associadas de São Paulo Fatec-SP Faculdade de Tecnologia de São Paulo FCC-BA Fundação Carlos Chagas da Bahia FCMSCSP-SP Faculdade de Ciências Médicas da Santa Casa de São Paulo FEI-SP Faculdade de Engenharia Industrial FEP-PA Fundação Educacional do Estado do Pará FEQ-CE Fundação Educacional Edson Queiroz Fesp-PE Fundação do Ensino Superior de Pernambuco Fesp-SP Faculdade de Engenharia de São Paulo FGV-SP Fundação Cetúlio Vargas FMIt-MG Faculdade de Medicina de Itajubá FMTM-MG Faculdade de Medicina do Triângulo Mineiro FMU/Fiam-Faam/Fisp-SP Faculdades Metropolitanas Unidas FUERN Fundação Universidade do Estado do Rio Grande do Norte Fuvest-SP Fundação Universitária para o Vestibular IME-RJ Instituto Militar de Engenharia ITA-SP Instituto Tecnológico de Aeronáutica ITE-Bauru-SP Instituto Toledo de Ensino Mackenzie-SP Universidade Presbiteriana Mackenzie Osec-SP Organização Santamarense de Ensino e Cultura PUC-Campinas-SP Pontifícia Universidade Católica de Campinas PUC-MG Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais PUC-PR Pontifícia Universidade Católica do Paraná PUC-RJ Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro PUC-RS Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul PUC-SP Pontifícia Universidade Católica de São Paulo U. São Judas-SP Universidade São Judas Tadeu UCB-DF Universidade Católica de Brasília UCB-MS Universidade Católica Dom Bosco UCG-GO Universidade Católica de Goiás UCSal-BA Universidade Católica de Salvador UCS-RS Universidade de Caxias do Sul Uece Universidade Estadual do Ceará UEL-PR Universidade Estadual de Londrina 376 02-Siglas-QF1 -PNLEM 376 6/7/05, 15:04 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. UEMG Universidade do Estado de Minas Gerais UEM-PR Universidade Estadual de Maringá UEPG-PR Universidade Estadual de Ponta Grossa Uerj Universidade Estadual do Rio de Janeiro Uespi Universidade Estadual do Piauí Ufac Fundação Universidade Federal do Acre Ufam Universidade Federal do Amazonas UFBA Universidade Federal da Bahia UFC-CE Universidade Federal do Ceará Ufes Universidade Federal do Espírito Santo UFF-Rj Universidade Federal Fluminense UFG-GO Universidade Federal de Goiás UFJF-MG Universidade Federal de Juiz de Fora UFMA Fundação Universidade Federal do Maranhão UFMG Universidade Federal de Minas Gerais UFPA Universidade Federal do Pará UFPB Universidade Federal da Paraíba UFPE Universidade Federal de Pernambuco UFPel-RS Fundação Universidade Federal de Pelotas UFPI Fundação Universidade Federal do Piauí UFPR Universidade Federal do Paraná UFRGS-RS Universidade Federal do Rio Grande do Sul UFRJ Universidade Federal do Rio de Janeiro UFRN Universidade Federal do Rio Grande do Norte UFRRJ Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro UFSC Universidade Federal de Santa Catarina UFSCar-SP Fundação Universidade Federal de São Carlos UFSE Fundação Universidade Federal de Sergipe UFSM Universidade Federal de Santa Maria UFU-MG Fundação Universidade Federal de Uberlândia UFV-MG Fundação Universidade Federal de Viçosa UGF-RJ Universidade Gama Filho Ulbra-RS Universidade Luterana do Brasil UMC-SP Universidade de Mogi das Cruzes UnB-DF Fundação Universidade de Brasília Uneb-BA Universidade Estadual da Bahia Unicamp-SP Universidade Estadual de Campinas Unicenp-PR Centro Universitário Positivo Uniceub-DF Centro Universitário de Brasília Unicid-SP Universidade Cidade de São Paulo Uniderp-MS Universidade para o Desenvolvimento do Estado e da Região do Pantanal UniFEI-SP Centro Universitário da Faculdade de Engenharia Industrial Unifenas-MG Universidade de Alfenas UniFMU-SP Faculdades Metropolitanas Unidas Unifor-CE Universidade de Fortaleza Unigranrio-RJ Universidade do Grande Rio Unip-SP Universidade Paulista Unirio-RJ Fundação Universidade do Rio de Janeiro Unisinos-RS Universidade do Vale do Rio dos Sinos Unitau Universidade de Taubaté Uniube Universidade de Uberaba Univali-SC Universidade do Vale do Itajaí UVA-CE Universidade do Vale do Acaraú Vunesp Fundação para o Vestibular da Unesp LISTA DE SIGLAS • volume 1 377 !-Siglas-QF1 -PNLEM 377 29/5/05, 21 :26 TABELAS AUXILIARES CONFIGURAÇÕES ELETRÔNICAS DOS ELEMENTOS Período Elemento Número atômico Número de elétrons em cada subcamada Número de elementos por período Is 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5 p 5 d 5f 6s 6p 6d 7s H 1 1 1- He 2 2 2 Li 3 2 1 Be 4 2 2 B 5 2 2 1 C 6 2 2 2 2- N 7 2 2 3 8 0 8 2 2 4 F 9 2 2 5 Ne 10 2 2 6 Na 11 2 2 6 1 Mq 12 2 2 6 2 Al 13 2 2 6 2 1 3 S Si 14 2 2 6 2 2 8 P 15 2 2 6 2 3 S 16 2 2 6 2 4 a 17 2 2 6 2 5 Ar 18 2 2 6 2 6 K 19 2 2 6 2 6 1 Ca 20 2 2 6 2 6 2 Sc 21 2 2 6 2 6 1 2 Ti 22 2 2 6 2 6 2 2 V 23 2 2 6 2 6 3 2 Cr 24 2 2 6 2 6 5 1 Mn 25 2 2 6 2 6 5 2 1 â série de Fe 26 2 2 6 2 6 6 2 transição Co 27 2 2 6 2 6 7 2 4 2 Ni 28 2 2 6 2 6 8 2 18 Cu 29 2 2 6 2 6 10 1 Zn 30 2 2 6 2 6 10 2 Ca 31 2 2 6 2 6 10 2 1 Ce 32 2 2 6 2 6 10 2 2 As 33 2 2 6 2 6 10 2 3 Se 34 2 2 6 2 6 10 2 4 Br 35 2 2 6 2 6 10 2 5 Kr 36 2 2 6 2 6 10 2 6 Rb 37 2 2 6 2 6 10 2 6 1 Sr 38 2 2 6 2 6 10 2 6 2 Y 39 2 2 6 2 6 10 2 6 1 2 Zr 40 2 2 6 2 6 10 2 6 2 2 Nb 41 2 2 6 2 6 10 2 6 4 1 Mo 42 2 2 6 2 6 10 2 6 5 1 Tc 43 2 2 6 2 6 10 2 6 6 1 2 â série de Ru 44 2 2 6 2 6 10 2 6 7 1 transição Rh 45 2 2 6 2 6 10 2 6 8 1 5 2 Pd 46 2 2 6 2 6 10 2 6 10 18 Ag 47 2 2 6 2 6 10 2 6 10 1 Cd 48 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2 In 49 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2 1 Sn 50 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2 2 Sb 51 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2 3 Te 52 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2 4 1 53 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2 5 Xe 54 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2 6 378 03-Tabelas-QF1 -PNLEM 378 29/5/05, 21 :27 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. CONFIGURAÇÕES ELETRÔNICAS DOS ELEMENTOS Período O +-> c o> E o o KJ E ! n3 <0 Número de elétrons em cada subcamada Número de elementos por período _a; LU Z (ü Is 2s 2p 3s 3 p 3 d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5 d 5 f 6s 6p 6d 75 Cs 55 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2 6 1 Ba 56 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2 6 2 La 57 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2 6 1 2 Ce 58 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2 2 6 2 Pr 59 2 2 6 2 6 10 2 6 10 3 2 6 2 Nd 60 2 2 6 2 6 10 2 6 10 4 2 6 2 Pm 61 2 2 6 2 6 10 2 6 10 5 2 6 2 Sm 62 2 2 6 2 6 10 2 6 10 6 2 6 2 Ví Eu 63 2 2 6 2 6 10 2 6 10 7 2 6 2 Cd 64 2 2 6 2 6 10 2 6 10 7 2 6 1 2 1 c Tb 65 2 2 6 2 6 10 2 6 10 9 2 6 2 +-> c O Dy 66 2 2 6 2 6 10 2 6 10 10 2 6 2 —1 HZ V* Ho 67 2 2 6 2 6 10 2 6 10 11 2 6 2 C Er 68 2 2 6 2 6 10 2 6 10 12 2 6 2 i- 4— 1 Tm 69 2 2 6 2 6 10 2 6 10 13 2 6 2 • 0> ■O 6 o - Yb 70 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 2 32 Lu 71 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 1 2 'OI Ví Hf 72 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 2 2 Ta 73 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 3 2 W 74 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 4 2 Re 75 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 5 2 Os 76 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 6 2 Ir 77 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 7 2 Pt 78 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 9 1 Au 79 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 1 Hq 80 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 2 Tl 81 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 2 1 Pb 82 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 2 2 Bi 83 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 2 3 Po 84 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 2 4 At 85 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 2 5 Rn 86 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 2 6 Fr 87 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 2 6 1 Ra 88 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 2 6 2 Ac 89 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 2 6 1 2 O Th 90 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 2 6 2 2 HZ Pa 91 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 2 2 6 1 2 Ví C U 92 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 3 2 6 1 2 i_ +-> Np 93 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 4 2 6 1 2 0> ■o Pu 94 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 6 2 6 2 (Z +-> r- Am 95 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 7 2 6 2 O 1 (?) Cm 96 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 7 2 6 1 2 ‘ E E o Bk 97 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 9 2 6 2 ■M u 1 u c Cf 98 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 10 2 6 2 < 1 .Sá Es 99 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 11 2 6 2 1 '<U V) Fm 100 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 12 2 6 2 rj- Md 101 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 13 2 6 2 1 No 102 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 14 2 6 2 1 Lr 103 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 14 2 6 1 2 1 TABELAS AUXILIARES • VOLUME 1 379 03-Tabelas-QF1 -PNLEM 379 29/5/05, 21 :27 FUNÇÕES INORGÂNICAS PRINCIPAIS CÁTIONS Monovalentes (+1) Bivalentes (+2) Trivalentes (+3) Tetravalentes (+4) H + Be 2+ b 3+ TO nh; Mg 2+ aí 3+ 1 .5 Li + Ca 2+ bí 3+ Ê c «u Na + Sr 2+ Cr 3+ a> 3 to > K + Ba 2 ' t/> O 'O Ví Rb Ra 2+ CL Cs + Zn 2+ Ag + Cd 2+ Cu + Cu 2+ Hg 2 2+ Hg 2+ Au + Au 3+ V) Fe 2+ Fe 3+ TO TO Q. *0 Co 2+ Co 3+ -o § L Q. Ni 2+ Ni 3+ 3 Vi VI .5 ’ü Sn 2+ Sn 4+ CL <s TO Pb 2+ Pb 4+ Mn 2+ Mn 4+ Pt 2+ Pt 4+ As 3+ Sb 3+ Indica o N ox mais comum. PRINCIPAIS ÂNIONS Ânions bivalentes Nome Ânion Carbonato cor Cromato CrO 2 Dicromato Cr 2 0 2 - Estanato SnO 2 " Estanito SnOf Fosfito HPO 2- Manganato MnO 2 " Metassilicato SiOf Oxalato C 2 0 2 Sulfeto S 2 " Sulfato sor Sulfito sor Tiossulfato s 2 or Zincato Zn0 2 2 “ Ânions monovalentes Nome Ânion Nome Ânion Acetato CHjCOO Hipobromito BrO Aluminato aeo 2 Hipoclorito CIO Bismutato BiO 3 Hipofosfito h 2 po 2 Bromato Br 0 3 Hipoiodito IO Brometo Br lodato IO 3 Cianato OCN lodeto 1 Cianeto CN Metafosfato PO - 3 Clorato ao 3 Nitrato no 3 Cloreto Cl Nitrito no 2 Clorito ao 2 Perclorato ao 4 Fluoreto F Periodato (meta) I0 4 EHidreto H Permanganato Mn0 4 EHidroxila OH Tiocianato SCN Ânions trivalentes Nome Ânion Antimoniato Antimonito Arseniato Arsenito Borato Ferricianeto Ortofosfato Sbor Sbor Asor Asor Bor [Fe(CN) 6 ] 3 - PO 3 - Ânions tetravalentes Nome Ânion Ferrocianeto [Fe(CN) 6 ] 4 - Ortossilicato SiO 4 Piroantimoniato Sb 2 0 4 Piroarseniato As 2 0 4 Pirofosfato p 2 o 4 - Nomenclatura dos ânions Terminação Terminação do ácido do ânion ídrico eto oso ito ico ato 380 03-Tabelas-QF1-PNLEM 380 29/5/05, 21 :27 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. SUGESTÕES DE LEITURA PARA OS ALUNOS ▼ Ecologia 1 . Samuel Murgel Branco, O desafio amazônico, 2- edição, 2004, Editora Moderna. 2. José Lutzenberger, Manual de ecologia - do jardim ao poder, I a edição, 2004, Editora L&PM Editores. 3. Ronaldo Rogério de Freitas Mourão, Ecologia Cós- mica - Uma visão cósmica da ecologia, 1 a edição, 2000, Editora Itatiaia. 4. Núbia Melhem Santos e outros, Burle Marx- Jardins e ecologia, I a edição, 2002, Editora Senac/Rio. 5. Samuel Murgel Branco, Agua: origem, uso e preser- vação, 2 a edição, 2004, Editora Moderna. 6. Zysman Neiman, Era verde?, 9- edição, 1 989, Edi- tora Atual. 7. Vera Lúcia Novaes, Ozônio: aliado e inimigo, 1 a edi- ção, 1997, Editora Scipione. 8. Beatriz Marcondes e Maria Elisa Marcondes Helene, Evolução e biodiversidade - o que nós temos com isso?, I a edição, 1996, Editora Scipione. ▼ Energia 1 . Valdir Montanari, Energia nossa de cada dia, 2 a edi- ção, 2003, Editora Moderna. 2. Paulo Roberto Moraes, Fontes de energia, I a edi- ção, 2002, Editora Harbra. 3. Jean-Marie Martim, A economia mundial da energia, I a edição, 1992, Editora Unesp. T Esco lha p rofission al 1. Dulce Whitaker, A escolha da carreira e globalização, 2 a edição, 1997, Editora Moderna. 2. Eliane Arbex Rodrigues, Escolhera profissão, I a edi- ção, 2004, Editora Scipione. ▼ História da Química, Ciência e Tecnologia 1 . Attico Chassot, A ciência através dos tempos, 2 a edi- ção, 2004, Editora Moderna. 2. José Atílio Vanin, Alquimistas e químicos, I a edi- ção, 1994, Editora Moderna. 3. Bernard Vidal, História da Química, 1 - edição, 1 986, Edições 70. 4. Robson Fernandes de Farias e outros, História da Química no Brasil, 1 a edição, 2004, Editora Átomo. 5. Andréa Guerra, Galileu e o nascimento da ciência moderna, I a edição, 1998, Editora Atual. 6. Roberto de Andrade Martins, O universo: teoria sobre sua origem e evolução, I a edição, 1994, Editora Moderna. 7. Silvério Crestana, Centros e museus de ciência — vi- sões e experiências, I a edição, 1998, Editora Saraiva. 8. Cientistas do Brasil, I a edição, Depoimentos, 1998, SBPC. ▼ Poluição 1. M. Elisa Marcondes Helene, Poluentes atmosféri- cos, I a edição, 1994, Editora Scipione. 2. Paulo Jorge Moraes Figueiredo, A sociedade do lixo, 2 a edição, 1995, Editora Unimep. 3. John Barnes, Chuva ácida, I a edição, 1993, Editora Scipione. 4. Francisco Capuano Scarlato, Joel Arnaldo Pontin, Do nicho ao lixo, 5 a edição, 1 992, Editora Atual. 5. Mário Tolentino, Romeu Filho, Roberto da Silva, A atmosfera terrestre, 2- edição, 2004, Editora Moderna. 6. Joel Arnaldo Pontin e Francisco Capuano Scarlato, O ambiente urbano, 1 a edição, 1 999, Editora Atual. 7. Samuel Murgel Branco e Eduardo Murgel, Polui- ção do ar, 2 a edição, 2004, Editora Moderna. 8. S. Massaro E. J. Pontin, Poluição química, 3 a edição, 1 994, Editora Brasiliense. ▼ Química Geral 1 . André Guinier, A estrutura da matéria: do céu azul ao material plástico, I a edição, 1 996, Edusp. 2. Hans Christian von Baeyer, Arco-Íris, flocos de neve, quarks, I a edição, 1994, Editora Campus. 3. Valdir Montanari, Viagem ao interior da matéria, 5 a edição, 1993, Editora Atual. ▼ Química In orgâ nica Descritiva 1 . Aécio Pereira Chagas, Argilas: as essências da terra, I a edição, 1996, Editora Moderna. 2. Eduardo Leite do Canto, Minerais, minérios, metais. De onde vêm? Para onde vão?, 2 a edição, 2004, Editora Moderna. 3. Ivone Mussa Esperidião, Olímpio Nóbrega, Os metais e o homem, 1 a edição, 1 999, Editora Ática. SUGESTÕES DE LEITURA • VOLUME 1 381 04-Leitura-QF1 -PNLEM 381 29/5/05, 21 :28 n MUSEUS BRASILEIROS LIGADOS À CIÊNCIA • Casa da Ciência Centro Cultural de Ciência e Tecnologia da UFRJ Rua Lauro Müller, 3 - Botafogo 22290-1 60 Rio de Janeiro (RJ) teí/fax: (021) 2542-7494 e-mail: site: //www.casadaciencia.ufrj.br Natureza: Pública Data de criação: 1995 Especialidade: Ciências • Coleção de Fósseis, Minerais e Rochas Universidade Estadual Paulista. Instituto de Biociências, Letras e Ciências Exatas Rua Cristóvão Colombo, 2.265 1 5054-000 São José do Rio Preto (SP) tel: (01 7) 221 -2350 fax: (01 7) 221 -2356 Natureza: Pública Data de criação: 1963 Especialidade: Rochas. Minerais. Fósseis • Espaço Ciência Secretaria de Ciência, Tecnologia e Meio Ambiente Complexo de Salgadinho 53111-960 Olinda (PE) tel/fax: (081 ) 3301 -61 39 / 3301 -61 54 / 3301 -61 51 e-mail: site: //www.espacociencia.pe.gov.br Natureza: Pública Data de criação: 1994 Especialidade: Ciências • Estação Ciência Universidade de São Paulo. Pró-Reitoria de Cultura e Extensão Universitária Rua Guaicurus, 1.274 05033-002 São Paulo (SP) tel: (01 1 ) 3673-7022 fax: (01 1 ) 3673-2798 site: //www.eciencia.usp.br Natureza: Pública Data de criação: 1987 Especialidade: Ciências • Museu de Minerais e Rochas Carlos Isotta Departamento Nacional de Produção Mineral Av. André Araújo, 2.150 - Aleixo 69060-001 Manaus (AM) tel: (092) 61 1 -1 1 1 2 fax: (092) 61 1 -1 723 Natureza: Pública Data de criação: 1982 Especialidade: Minerais. Rochas. Mineração. Metalurgia. Gemas • Museu de Ciência e Tecnologia Universidade Estadual da Bahia Av. Jorge Amado, s/n 41710-050 Salvador (BA) tel: (071) 231-9368 Natureza: Pública Data de criação: 1977 Especialidade: Ciência. Tecnologia • Museu de Energia Companhia Paranaense de Energia - Copei Rua Desembargador Motta, 2.347 80420-190 Curitiba (PR) tel: (041) 331-4407 / 310-5050, ramal 4407 fax: (041) 233-1592 Natureza: Pública Data de criação: 1994 Especialidade: Ciências • Museu de Minerais Dr. Odorico Rodrigues de Albuquerque Secretaria Estadual de Turismo Rua Senador Pompeu, 350 - Centro 60025-000 Fortaleza (CE) tel: (085) 231-3566 fax: (085) 218-1167 Natureza: Pública Data de criação: 1975 Especialidade: Minerais. Pedras ornamentais • Museu de Geociências Universidade de Brasília. Instituto de Geociências Campus Universitário Darcy Ribeiro 70910-900 Brasília (DF) tel: (061) 273-4735 fax: (061 ) 347-4062 Natureza: Pública Data de criação: 1960 Especialidade: Geociências • Museu de História Natural e Jardim Botânico da UFMG Universidade Federal de Minas Gerais Rua Gustavo da Silveira, 1 .035 - Santa Inês 31 080-01 0 Belo Florizonte (MG) tel: (031) 3461-7666 fax: (031) 3461-7486 Natureza: Pública Data de criação: 1968 Especialidade: Ciências naturais. Ciências da terra • Museu de Mineralogia Prefeitura Municipal de Congonhas. Fundação Municipal de Cultura, Lazer e Turismo Al. Cidade Matozinhos de Portugal, 153 - Romaria 36406-000 Congonhas (MG) tel: (031) 3731-1300, ramal 302 fax: (031) 3731-3133 Natureza: Pública Data de criação: 1996 Especialidade: Mineralogia. Fósseis • Museu de Ciência e Técnica Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de Minas Praça Tiradentes, 20 35400-000 Ouro Preto (MG) tel: (035) 3559-1 526 fax: (031 ) 3559-1 528 Natureza: Pública Data de criação: 2002 Especialidade: Mineralogia 382 05-MuseuS-QF1 -PNLEM 382 29/5/05, 21 :28 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. • Museu de Minerais e Rochas Universidade Federal de Uberlândia. Centro de Ciências Humanas e Artes. Geografia. Av. Universitária, s/n - Bloco Q, Campus Santa Mônica 38400-902 Uberlândia (MC) tel: (034) 3239-4229 fax : (034) 3239-4506 Natureza: Pública Data de criação: 1987 Especialidade: Paleontologia. Mineralogia. Geologia • Museu de Geologia Universidade Estadual de Maringá. Centro de Ciências Humanas, Letras e Artes. Geografia Av. Colombo, 5.790 - Campus Universitário 87020-900 Maringá (PR) tel/fax: (044) 26 1-4290, ramal 290 Natureza: Pública Data de criação: 1993 Especialidade: Geologia. • Museu Amsterdam Sauer de Pedras Preciosas e Minerais Raros Rua Garcia D'Avila, 105 - Ipanema 22421-010 Rio de janeiro (RJ) tel: (021) 2512-1132 fax: (021 ) 2294-4728 Natureza: Privada Data de criação: 1 989 Especialidade: Pedras preciosas. Minerais raros • Museu de Geologia Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais. Superintendência Regional de Porto Alegre. Departamento de Gerência de Relações Institucionais e Desenvolvimento Rua Banco da Província, 105 - Santa Teresa 90840-030 Porto Alegre (RS) tel: (051) 3233-7311 fax: (051) 3233-7772 e-mail: Natureza: Pública Data de criação: 1995 Especialidade: Geologia. Mineralogia. Gemologia. Petrografia. MUSEUS • volume 1 • Museu de Geociências Universidade de São Paulo. Instituto de Geociências Rua do Lago, 562 - Cidade Universitária 05508-080 São Paulo (SP) tel: (01 1 ) 3091 -3952 fax: (01 1 ) 3091 -4670 site: //www.igc.usp.br Natureza: Pública Data de criação: 1934 Especialidade: Geociências • Museu de Rochas, Minerais e Minérios Universidade de São Paulo. Escola Politécnica Av. Prof. Martins Rodrigues, 2.373 - Butantã 05508-900 São Paulo (SP) tel: (011) 3091-5435 Natureza: Pública Data de criação: década de 1 940 Especialidade: Rochas. Minerais. Minérios • Museu Vivo de Ciência e Tecnologia de Campina Grande Secretaria Especial de Tecnologia e Informática Prefeitura Municipal de Campina Grande Largo do Açude Novo, s/n° - Centro 58100-000 Campina Grande (PB) tel: (083) 31 0-61 71 / 31 0-631 9 / 31 0-6323 e-mail: Natureza: Pública Data de criação: 1997 Especialidade: Ciências • Seara da Ciência Universidade Federal do Ceará Rua Paulino Nogueira, 315, bloco 1, térreo Benfica - 60020-270 Fortaleza (CE) tel: (085) 288-7375 / 288-7376 / 288-8391 fax: (085) 288-8333 e-mail: site: //www.searadaciencia.ufc.br Natureza: Pública Data de criação: 1999 Especialidade: Ciências 383 05-MuseuS-QF1 -PNLEM 383 29/5/05, 21 :28 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS A Project of the American Chemical Society; ChemCom; Chemistry in the Community. 2. ed. Dubuque, Kendall/Hunt Publishing Company, 1993. A Project of the American Chemical Society; Chemistry in Context; Appiying Chemistry to Society. 1 . ed. Dubuque, Wm. C. Brown Publishers, 1994. ATKINS, P.; JONES, L. Chemistry; Moiecules, Matter and Change. New York, W. H. Freeman Co., 1997. BROWN, T. L; LE MAY JR., H. E.; BURSTEN, B. E. Chemistry; the centrai Science. 7. ed., Upper Saddle River, Prentice-Hall, 1997. CHANG, R. Química. 5. ed., Lisboa, McGraw-Hill, 1994. COTTON, F. A. Advanced Inorganic Chemistry, 6. ed. New York, John Wiley & Sons Inc., 1 999. COX, P. A. The Elements on Earth; inorganic Chemistry in the Environment. 1. ed. Oxford, Oxford University Press, 1 995. EMSLEY, J. The consumer's Cood Chemical Guide. 1 . ed. Oxford, W. H. Freeman Co. 1994. GILLESPIE, R. J. Atoms, Moiecules and Reactions; an Introduction to Chemistry. New Jersey, Prentice- Hall, 1994. GREENWOOD, N. N.; EARNSHAW, A. Chemistry of the Elements. 2. ed. Oxford, Butterworth- Heinemann, 1 997. HILL, J. W. Chemistry for Changing Times. 2. ed. New York, Macmillan, 1992. KOTZ, J. C; JOESTEN, M. D.; WOOD, J. L; MOORE, J. W. The Chemical World: concepts and applications 1 . ed. Orlando Saunders College Publishing, 1994. KOTZ, J. C; PURCELL, K. F. Chemistry & Chemical Reactivity. 2. ed. Fort Worth, Saunders College Publishing, 1991 . LIDE, D. R. Handbook of Chemistry and Physics. 82. ed. Boca Raton, CRC Press, 2001. MAHAN, B. H.; MYERS, R. J. University Chemistry. 4. ed. Menlo Park, Benjamin Cummings, 1987. MASTERTON, W. L.; HURLEY, C. N. Chemistry Principies & Reactions. 3. ed. Orlando, Saunders College Publishing, 1997. The Merck Index. 12. ed. New Jersey, Merck & Co. Inc., 1996. MILL, J. W.; PETRUCCI, R. H. General Chemistry. 2. ed. Upper Saddle River, Prentice-Hall, 1996. MURRY J.; Fay R. C. Chemistry. 3. ed. New Jersey, Prentice-Hall, 2001 . OLMSTED III, j.; WILLIAMS, G. M. Chemistry; the Molecular Science. 1. ed. St. Louis, Mosby-Year Book Inc., 1 994. PARTINGTON, J. R. A short History of Chemistry . 3. ed. New York, Dover Publications Inc., 1989. PAULING, L. General Chemistry. New York, Dover Publications Inc., 1970. SCHWARTZ, A. T. Chemistry in Context. New York, American Chemical Society, 1997. SELINGER, B. Chemistry in the Marketpiace. 3. ed. Sydney, Harcourt Brace Jovanovich Publishers, 1 986. SHRIVER, D. F.; ATKINS, P. W.; LANGFORD, C. H. Inorganic Chemistry. 2. ed. Oxford, Oxford University Press, 1994. SNYDER, C. H. The Extraordinary Chemistry of Ordinary Things. 1 . ed. New York, John Wiley & Sons Inc., 1992. 384 06-Bibliografia-QF1 -PNLEM 384 29/5/05, 21 :29 Reprodução proibida. Art.184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.

Que elemento apresenta esta distribuição eletrônica 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10?

Qual e o subnível mais energético de um átomo?

Qual o número atômico do elemento que apresenta o subnível mais energético 5p3?

Qual e o elemento químico que tem a seguinte distribuição eletrônica 1s2 2s2 2p6 3s2?