FISICO QUIMICA

INSTRUTOR: MARCOS ANTONIO AMARAL

Corumb, FEVEREIRO de 2010.1

UNIDADE I

TERMOQUIMICA A termoqumica uma parte da fsico-qumica que estuda as trocas de calor (entre os sistemas e o meio ambiente) que acompanha os fenmenos. Calor uma energia em trnsito. Existem dois tipos de fenmenos - Exotrmicos (liberam calor) - Endotrmicos (absorvem calor) Os sistemas podem armazenar energia e est pode ser transferida.

Durante uma transformao a energia pode migrar do sistema para o universo (meio ambiente) e vice-versa.

Da uma reao ser exotrmica ou endotrmica. Por exemplo, uma fogueira o calor migra do sistema para o universo, o fenmeno exotrmico.

Sistema Mas porque isso ocorre? Estamos falando de transformao qumica e nessa transformao existe o estado inicial (reagentes) e o estado final (produtos). Reagentes Produtos (inicial) (final) A diferena de energia entre o estado inicial e o final que levam uma reao a liberar ou absorver energia, quando a energia dos reagentes (inicial) maior que a energia dos produtos (final) ocorre a liberao de energia.

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Uma roupa no varal necessita de calor para que a gua evapore e a roupa fique seca, um fenmeno endotrmico.

Nesse caso a energia inicial menor que a final, da a energia ser necessria para que ocorra a transformao, um fenmeno endotrmico.

O objetivo montar um sistema com as equaes dadas de modo que ao somar as equaes obtenhamos a equao procurada. Para isso iremos multiplicar a equao I por 2 para termos 2 mols de grafita e depois inverter a equao II para termos o CO do lado dos produtos.

Somando tudo chegamos na equao procurada da s somar os calores e obter o calor da equao procurada.3

CALOR DE COMBUSTO OU ENTALPIA DE COMBUSTO a variao de entalpia (H) ou calor liberado na queima de um mol de combustvel a 25 C e 1 atm (condies padro). C3H8(g) + 5 O2(g) 3CO2(g) +4 H2O(g) H = - 2046 KJ/mol

CALOR DE DISSOLUO OU ENTALPIA DE DISSOLUO

Representa a quantidade de calor envolvida na dissoluo de um mol de substncia, at que a soluo se torne aquosa (dissoluo infinita). H2SO4(l) + nH2O(l) H2SO4(aq) H = - 95,72 kJ/mol

CALOR DE NEUTRALIZAO OU ENTALPIA DE NEUTRALIZAO

Indica o calor liberado por equivalente-grama de cido e de base neutralizada na reao, nas condies padro. Para cidos e bases fortes em meio aquoso, o calor liberado (H) constante e vale 57,13 KJ/eq. HCl(aq) + NaOH(aq) NaCl(aq) + H2O(l) H = - 57,15 kJ

CALOR DE LIGAO, ENTALPIA DE LIGAO OU ENERGIA DE LIGAO

E a quantidade de energia necessria para desfazer um mol de ligaes, de dois tomos no estado gasoso, nas condies padro. Ex: Para se transformar hidrognio molecular em hidrognio atmico, precisamos fornecer 436 kJ/mol de ligao (reao endotrmica). Assim: H2(g) + 436 kJ H2(g) ou esquematicamente: H-H H+H 2H(g) 2H(g) H = + 436 kJ

energia para quebrar a ligao. No sentido inverso, a reao exotrmica. 2H(g) 2H(g) ou esquematicamente: H+H H + energia H2(g) + 436 kJ H2(g) H = - 436 kJ

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Nas reaes qumicas, ocorre a ruptura das ligaes entre alguns tomos nos reagentes, para que estes possam se ligar a outros tomos ou grupos, formando os produtos que so novas substncias. Logo, durante a quebra das ligaes dos reagentes, temos um processo endotrmico, pois necessrio que se fornea energia para que se d a ruptura. j, medida que as ligaes dos produtos vo se formando, ocorre liberao de energia, e o processo exotrmico Se a quantidade de energia absorvida (reagentes) for maior que a liberada (produtos) a reao ser endotrmica, e exotrmica se ocorrer o contrrio. Exemplo: Na reao H3C - CH3(g) + Cl2(g) H3C - CCl2H(g) + H2(g)

o calor da reao pode ser calculado da seguinte maneira: tentamos visualizar as ligaes que sero rompidas e as que sero formadas.

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Absorvida 2 ligaes C - H = 2 X 413,4= 826,8 1 ligao Cl - Cl = 1 x 242,6 =242,6 1069,4 kJ

Liberada 2 ligaes C - Cl 2 x 327,2=654,4 1 ligao H - H 1 x 436,0 = 436,0 1090,4 kJ

A energia liberada foi superior absorvida, e o saldo foi de 21 kJ, logo a reao exotrmica e seu H = - 21 kJ indicando uma reao exotrmica. CALOR DE FORMAO OU ENTALPIA DE FORMAO Nas condies padro (25 C e 1 atm), corresponde energia liberada ou absorvida na sntese de um mol de uma substncia a partir de substncias simples que participam de sua frmula final. As substncias simples, por conveno, possuem entalpia igual a zero, e quando houver mais de uma variedade alotrpica dessas substncias, ser considerada como de entalpia zero a mais comum. Assim temos: Elemento H O C P N F Br I substncia simples com H = 0 H2 O2 Cgrafite Srmbico Pvermelho N2 F2 Br2 I2 substncia simples com H > 0 (menos comum) O3 Cdiamante Smonoclnico Pbranco -

-

A seguir, temos as equaes que representam a formao da gua em seus trs estados fsicos a partir das substncias simples e a representao dos trs processos.

Equaes

Calores de formao

I. H2(g)

+

1 2

O2(g)

H2O(v)

H1 = -241,6 kJ/mol

II. H 2(g) +

1 O2(g) 2

H2O(l)

H2 = -286,0 kJ/mol

III. H

+

1 O2(g) 2

H2O(s)

H3 = -291,8 kJ/mol

Graficamente, pode-se representar os processos da seguinte maneira:

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A tabela a seguir relaciona os calores de formao a partir de suas substncias simples, nas condies padro.

Calores de formao a 25 C e 1 atm

CALCULO DO CALOR DE REAO - LEI DE HESS O clculo do calor de reao regido pela aplicao da Lei de Hess (lei da soma dos calores de reao), cujo enunciado o seguinte: "O calor liberado ou recebido numa reao qumica o mesmo, quer a reao se processe diretamente, quer atravs de etapas intermedirias". Vejamos a aplicao dessa lei na reao de combusto do carbono graftico fornecendo gs carbnico. A obteno de CO2(g) (g) se realizar no importando o nmero de etapas em que a reao se processe. Verifica-se que a obteno de CO2(g) (g) pode ser escrita atravs de dois processos.

Hermann Henrique Hess (1804 - 1850) - Qumico suo considerado o 'Pai da Termoqumica". Viveu lecionando toda sua vida na Rssia e estabeleceu a lei fundamental da Termoqumica, que tem seu nome. Podemos equacionar a representao grfica anterior da seguinte forma:

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1 processo Cgrafite + O2(g) 2 processo (duas etapas) 1 etapa: 2 etapa

CO2(g) Cgrafite +1/202(g) CO(g) + 1/202(g) Cgrafite + O2(g)

- 94 kcal

CO(g) CO2(g) CO2(g)

- 26 kcal - 68 kcal - 94 kcal

Observe estas ltimas equaes. Somando-se membro a membro, obtm-se a equao inicial. Perceba tambm que a soma dos calores de reao das duas ltimas reaes d exatamente o calor de reao da primeira. Logo, o calor posto em jogo na queima do C para CO2 determinado algebricamente por meio das duas ltimas equaes intermedirias conhecidas experimentalmente. Resumindo, diramos que a aplicao da Lei de Hess nos permite calcular algebricamente o calor de uma reao. Graficamente, o clculo tambm poderia ser feito, utilizando-se o seguinte mtodo.

H = H1 + H2 H = (-26) + (-68) H = - 94 kcal ou - 392,95 J EXERCICIOS RESOLVIDOS: I- Calcule o valor de H para o processo: H2O(v) H2O(l)

sendo dadas as reaes intermedirias: a) H2(g) + 1/2 O2(g) b) H2(g) + 1/2 O2(g) H2O(l) H2O(v) H = - 68,3 kcal H = - 57,8 kcal

Resolve-se: I- conservando a escrita da equao intermediria a; II- invertendo-se a equao intermediria b para que a substncia H2O(v) permanea no local dos reagentes, como consta na reao de H desconhecido. Nessa inverso, o valor numrico do H de negativo passa a positivo. Em seguida, basta som-los: a) H2(g) + 1/2 O2(g) b) H2O(v) H2O(v) H2O(l) H2(g) + 1/2 O2(g) H2O(l)8

H = - 68,3 kcal H = + 57,8 kcal H = - 10,5 kcal

Resoluo grfica:

H = (- 68,3) + (+ 57,8) H = - 10,5 kcal ou - 43,9 kJ Calcule o valor de H para o processo: 3C2H2(g) C6 H6(l)

sendo dadas as reaes intermedirias: a) C2H2(g) +5/2 O2(g) b) C6H6(l) + 15/2 O2(g) Resolve-se: I- multiplicando-se a equao a por 3 II- invertendo-se a equao b. Observe: 3C2H2(g) multiplicar por 3 a) C2H2(g) + 5/2 O2(g) b) C6H6(l) + 15/2 O2(g) Logo: a)3C2H2(g) +5/2 O2(g) b) 6CO2(g) + 3H2O(l) 3C2H2(g) Resoluo grfica: 6CO2(g) + 3H2O(l) C6H6(l) + 15/2 O2(g) C6H6(l) H = - 930 kcal H = +799,3 kcal H = - 130,7 kcal C6H6(l) 2CO2(g) + H2O(l) 6CO2(g) + 3H2O(l) H = 3.(- 310) kcal H = - 799,3 kcal 2CO2(g) + H2O(l) H = - 310 kcal 6CO2(g) + 3H2O(l) AH = - 799,3 kcal

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H = (-930) + (+799,3) H = - 130,7 kcal ou 543,4 kJ III- Calcule o valor de H para o processo: C(s) + 2H2(g) - CH4(g) sendo dadas as reaes intermedirias: a) C(S) + O2(g) b) H2(g) +1/2 (g) c) CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) H2O(l) CO2(g) + 2H2O(l) H = -94,1 kcal H = -68,4 kcal H = -212,8 kcal

Trabalhe de incio localizando as substncias da equao cujo AH desconhecido nas equaes intermedirias a, b e c:

Aps isso, teremos: a) C(s) + O2(g) b) 2H2(g) + O2(g) c) CO2(g) + 2H2O(g) C(s) + 2 H2(g) CH4(g) CO2(g) 2H2O(l) CH4(g) +2O2(g) H = - 94,1 Kcal H = 2 (- 68,4 Kcal) = - 136,8 Kcal H = + 212,8 Kcal(inverteu a equao muda o sinal) H = - 18,1 Kcal

H = (-94,1) + (-136,8) + 212,8 H= -94,1 -136,8 +212,8 H= - 18,1 Kcal ATIVIDADES CXLVI- Determine o calor de formao do carbono diamante a partir das reaes intermedirias a e b: C(grafite) C (diamante) H = ? a) C (grafite) + O2(g) b) C (diamante) + O2(g) CO2(g) CO2(g) H = - 392,9 KJ H = - 413,8 KJ

CXLVII- Calcule o calor de formao de um mol de etanol a partir das reaes intermedirias: 2 C(s) + 3H2(g) +1/20 O2(g) C2H5OH(l) H = ? sendo dadas as reaes: a) 2 CO2(g) + 3H2O(l) b) 2C(s) + 2O2(g) c) 3H2O(l) Calcule o valor de H para a reao:10

3O2(g) + C2H5OH(l) 2CO2(g) 3H2(g) + 3/202(g)

H = + 1366,9 KJ H = - 785,8 KJ H = + 852,7 KJ

C(s) + H2 O(g) a partir das reaes: a) C(s) + 1/2 O2(g) b) H2(g) +1/2 O2(g) CXLIX- Calcule o calor de reao de: C(s) + 2S(s) sendo dadas as reaes: a) CO2(g) + 2SO2(g) b) C(s) + O2(g) c) 2SO2(g) CL- Calcule o H da reao abaixo: C3H8(g) + 5O2(g)

H2(g) + CO(g)+

H = ?

CO(g) H2O(g) CS2(l)

H = -110,4 KJ H = -241,6 KJ H = ?

3O2(g) + CS2(l) CO2(g) 2S(s)+2O2(g) 3CO2(g) + 4H2O(g)

H = + 265 Kcal H = - 94 Kcal H = + 140 Kcal H = ?

a partir das reaes intermedirias: a) 3C(s) + 4H2(g) b) C(s) + O2(g) c) H2(g) +1/2 O2(g) CLI- Determine o calor da reao: 2 K(s) + 1/2 O2(g) a) K(s) + H2O(l) b) K2O(s) + H2O(l) c) H2(g)+ 1/2 O2(g) Converta o resultado para joule. CLII- Cada grama de lcool etlico (C2HO) fornece 7 kcal ao organismo humano, dando-lhe energia e reduzindo a fome. No entanto, essa uma energia vazia, pois no contm as substncias alimentcias necessrias manuteno do corpo saudvel, tais como vitaminas e aminocidos, o que leva os alcolatras a um estado de deficincia nutricional mltipla. A massa de lcool necessria para produzir 3010 kcal, energia suficiente para manter um indivduo por um dia, ser: a) 21.000 g; b) 19.780 g; c) 322 g; d) 430 g; e) 138.460 g. CLIII- (F. C. Chagas - BA) A dissociao de 1 mol de fosfina (PH 3) representada por: 2 9,6. 10 kJ + PH3 P(g) + 3H(g) Sendo assim, a energia da ligao P - H : 2 2 2 a) 1,2. 10 kJ/ mol; c) 3,2. 10 kJ / mol; e) 8,6. 10 kJ / mol. 2 2 b) 2,4. 10 kJ/ mol; d) 4,8. 10 kJ/ mol; CLIV- (UFSCAR) Dadas as energias de dissociao (estado gasoso) abaixo: H - H: H = + 104 Kcal/mol H - Cl: H + 103 Kcal / mol Cl - Cl: H + 58 Kcal/mol Conclui-se que o calor de reao (AH) H2(g) + Cl2(g) a) - 206 Kcal; b) - 103 Kcal; 2HCl(g) Ser igual a: c) - 59 Kcal; d) -44 Kcal. C3H8(g) CO2(g) H2O(s) K2O(s) a partir de: KOH(s)+1/2 H2(g) 2 KOH(s) H2O(l) H = -75 kcal H = - 80 kcal H = - 68 kcal H = - 103,7 KJ H = - 392,9 KJ H = - 241,6 KJ

e) - 22 Kcal.

CLV- (UFMG) So conhecidos os seguintes valores de energia de ligao a 25 C:11

Ligao Cl-Cl H-Cl C-H C-Cl

energia de ligao Kcal/mol 57,8 103,0 99,5 78,5

Determine H para a reao: CH4(g) + Cl2(g) H3CCl(g) + HCl(g)

2-MISTURA DE GASES uma mistura de gases onde cada um deles tem uma participao proporcional sua composio molar em relao ao total de mols da mistura, quanto presso e ao volume dessa mistura.

FRAO MOLAR DE UM GAS (X) a relao entre o nmero de mols do gs em estudo em relao ao nmero total de moles da mistura.

12

Xi =

ni nEm que: ni = nmero de mols do gs em estudo. n = nmero de mols total da mistura A soma das fraes molares dos gases que formam uma mistura igual a 1.

( i =1)

xi = 1

n

Exemplo. Uma mistura formada por 32 g de gs metano (CH4), 20 g de argnio (Ar) e 50 g de nenio (Ne). Calcule as fraes molares de cada gs e verifique se a soma delas igual a 1. (C = 12, H = 1, Ar = 40, Ne = 20).

nCH4 =

mCH 4 32 nCH 4 = nch 4 = 2mols MCH 4 16

nAR =

mAR 20 nAr = nAr = 0,5mols MAr 40 mNe 50 nNe = nNe = 2,5mols MNe 20

nNe =

n = nCH4 + nAr + nNe n = 2,0 + 0,5 + 2,5 n = 5 mols

xCH4 =

nCH 4 2,0 xCH 4 = xch 4 = 0,4mols n 5,0 nAR 0,5 xAr = xAr = 0,1mols n 5,0 nNe 2,5 xNe = xNe = 0,5mols n 5,0 xi = 1n

xAR =

xNe =

Vamos verificar agora se

( i =1)

( i =1) 3

i= xCH4 + xAr + xNe x 1 = 0,4 + 0,1 + 0,5 x1 = 13

3

( i =1)

( i =1)

PRESSAO PARCIAL - LEI DE DALTONA presso parcial de um gs em uma mistura seria aquela que ele exerceria se estivesse sozinho, nas mesmas condies de volume e temperatura da mistura. A relao entre a presso parcial de um gs e a presso total da mistura igual frao molar deste gs na mistura.13

P1 = xi => pi = xi P Pem que: p1 = presso parcial do gs em estudo P = presso total da mistura. A soma das presses parciais corresponde presso total.

( i =1)

pi = P

3

Vamos nossa mistura: 32 g de CH4, 20 g de Ar e 50 g de Ne. Qual a presso total e as parciais de cada gs, quando forem colocados em um recipiente de 8,2 dm a 127C. Temos ento: P=? V = 8,2 dm n=53 3

R = 0,082 =

atm. dm 3 mol . K

T = 400 K (127C) Clculo da presso total: PV = n R T

P=

5.0,082.400 8,2

P = 20 atm Clculo das presses parciais: PCH4 = xCH4 . P ==> PCH4 = 0,4 . 20 => PCH4 = 8 atm PAr = xAr . P ==> PAr = 0,1 . 20 => PAr = 2 atm PNe = xNe . P ==> PNe = 0,5 . 20 => PNe = 10 atm Note que:

( i =1)

pi = P , ou seja:

n

P = PCH4 + PAr + PNe = 20 atm

VOLUME PARCIAL - LEI DE AMAGATO volume parcial de um gs em uma mistura seria aquele que ele ocuparia se estivesse sozinho, nas mesmas condies de presso e temperatura da mistura.14

A relao entre o volume parcial do gs e o volume total da mistura corresponde frao molar do gs na mistura.

vi = xi => vi = xi . V em que: Vvi = volume parcial do gs em estudo. V = volume total de mistura. A soma dos volumes parciais corresponde ao volume total da mistura.

( i =1)

vi = V

n

Considerando a mistura que estvamos utilizando, vamos ter o que segue: vCH4 = xCH4 . V => vCH4 = 0,4. 8,2 => vCH4 = 3,28 l vAr = xAr . V => VAr = 0, 1 . 8,2 => VAr = 0,82 l = 0,5. 8,2 => vNe = 4,1 l

VNe = xNe . V => vNen

Note que:

( i =1)

vi = V ou seja:

V = vCH4 + vAr + vNe = 8,2

MASSA MOLAR DE MISTURASO ar seco formado por uma mistura de gases, cuja composio na mistura praticamente constante.

Para o estudo do ar, podemos, na maioria das vezes, adotar a seguinte composio percentual: Gs N2 O2 Ar % em volume 78 21 1 M (g/mol) 28 32 40 frao molar (Xi) 0,78 0,21 0,01

Da tabela acima, podemos calcular a massa molar mdia do ar (Mar) atravs da seguinte frmula: Mar = (XN2 - MN2) + (XO2 . MO2) + (XAr . MAr) Mar = (0,78. 28) + (0,21 . 32) + (0,01 . 40)15

Mar = 28,96 g/mol Como vimos, a massa molar do ar foi derivada de uma mdia ponderada, cujos "pesos" so as fraes molares. Este mtodo til para o clculo da massa molar mdia das vrias misturas gasosas.

EXERCCIOSI- Certo gs ideal ocupa 12 l a 1520 mm Hg. Qual sua nova presso se sofrer uma expanso isotrmica at 48 l? Determine tambm sua nova presso em atm. II- Um gs ideal ocupa 20 l a presso desconhecida. Aps sofrer uma transformao isotrmica, passou a exercer uma presso de 6 atm em um recipiente de 5 l. Qual sua presso inicial? III- Certo gs perfeito ocupa 6 l, exercendo presso de 3 atm. Se este gs sofrer uma transformao isotrmica at que seu volume seja reduzido metade, qual sua nova presso? IV- Dada a tabela: P(atm) P (atm) V(l) 8 6 4 3 3 4 6 8 V(l) Construa o grfico e explique a qual lei das transformaes ele se refere. V- Um gs ideal ocupa 6 l a 27 C. Qual seu novo volume a 327 C se sofrer uma transformao isobrica? VI- Um gs ocupa 200 ml a 150 K. Sofre uma transformao isobrica at atingir 627 C. Qual seu novo volume em litros? VII- Certo gs ocupa 4 l a 27C. Se sofrer uma transformao isobrica at que seu volume triplique, qual sua nova temperatura absoluta? Dada a tabela: VlII 32,8 49,2 65,6 82,0 T (K) V(l) 200 300 400 500 T(K) Construa o grfico e explique a qual lei das transformaes ele se refere. IX- Qual a nova presso em atmosferas de um gs que estava a 760 mm Hg, a 73 C, e passou a 327C isometricamente? X- Certo gs estava a 10 atm, a uma temperatura desconhecida, e sofreu uma transformao isomtrica at 5 atm e 127C. Qual a temperatura inicial do gs em C ? XI- Certo gs exercia presso de 4 atm a 800 K; em seguida, sofreu uma transformao isocrica, at que sua presso se reduziu metade. Qual sua nova temperatura em C ?

16

Dada a tabela: P(atm) P (atm) 8,2 16,4 24,6 32,8 T (K) 100 200 300 40

T(K)

Construa o grfico e explique a qual lei das transformaes ele se refere. XIII- Qual o nmero de mols de um gs perfeito que ocupa 820 ml a 27C exercendo presso de 12 atm ? XIV- Quantos mols de um gs ideal temos em um recipiente de 0,82 l a 400 K e 10 atm ? XV- Qual o volume ocupado por 8 g de hidrognio (H2 ) a 747,6 mm Hg e 27C ? H = 1 XVI- Qual o volume ocupado por 14 g de gs nitrognio (N2) a 1557,5 mm Hg e 300 K ? N = 14 XVII- Tm-se 16 g de SO3 ocupando 8,2 l presso de 0,8 atm. Qual sua temperatura em C? S = 32 O = 16. XVIII- Existem 6 g de gs etano (C2H6) ocupando 0,82 l a 16,4 atm. Qual a temperatura do gs em C ? C = 12 H = 1. XIX- 8,2 l de oxignio (O2 ) a 47C exercem 2 atm. Qual sua massa ? O = 16 XX- Qual a massa de gs carbnico(CO2) contida em 0,82 l, exercendo 3 atm a 27C? C=12 O=16 XXI- Qual a presso exercida por 56 g de N2 que ocupam 8,2 l a 27 C ? N = 14 XXII- Qual a presso exercida por 60 g de H2 num recipiente de 623 l a 300 K ? H = 1

POLUIO GASOSAUm dos grandes problemas da humanidade a fragilidade do nosso meio ambiente. As florestas desaparecem a uma velocidade alarmante e, pouco a pouco, a camada de oznio est sendo destruda. Onde estaria a origem dos atuais problemas ambientais? No estilo de vida das naes industrializadas? Na prpria industrializao sem maiores preocupaes com a natureza? Quais as principais fontes poluidoras da atmosfera e o que representam para a vida? So indagaes que afligem o planeta e que estudaremos a seguir. Antes, porm, precisamos saber que atmosfera a camada de ar de aproximadamente 700 quilmetros de espessura que rodeia o globo terrestre. O ar uma soluo gasosa que contm partculas slidas e lquidas em suspenso. At uma altura de 25 quilmetros, os componentes podem ser classificados em dois grupos. O primeiro formado por uma mistura chamada de ar seco. O ar seco tem uma composio praticamente constante de nitrognio, oxignio e gases nobres.

Gs Nitrognio Oxignio Argnio Dixido de carbono Nenio N2 O2 Ar CO2 Ne

Composio volumtrica em % 78,05 20,25 0,94 0,03 0,001617

Hlio Criptnio Hidrognio Xennio Oznio

He Kr H2 Xe O

0,0005 0,00011 0,00005 0,000009 0,000001

O segundo grupo de componentes do ar formado por propores variveis de gases: vapor de gua, dixido de carbono e outros de procedncia industrial. Variam tambm as quantidades de lquidos, como as gotas de gua e de slidos - como cristais de gelo - que, em conjunto, constituem as nuvens. Pode haver tambm partculas slidas procedentes das combustes produtoras de fumaas, areia trazida dos desertos pelo vento e pequenos cristais desprendidos do mar.

ATIVIDADESGasesCXXVI- (F. Carlos Chagas - BA) O gs carbnico produzido numa reao de um comprimido efervescente com gua foi secado e recolhido presso de 1 atm e temperatura de 300 k, ocupando um volume de 4 litros. Se a essa mesma temperatura o gs fosse recolhido a presso de 2 atm, que volume ocuparia? a) 2 l b) 3 l c) 6 l d) 8 l e) 9 l CXXVII- (UFCE) Numa certa temperatura, foram encerrados em um recipiente de 2,0 litros de capacidade 4 gramas de um gs de peso molecular 10. Podemos afirmar que esto certas as afirmativas: a) a presso exercida pelo gs ser duplicada com a introduo de mais 4 gramas dessa substncia; b) se a temperatura absoluta do sistema for duplicada, a presso do sistema ficar reduzida metade; c) a introduo, nesse sistema, de um gs cujo peso molecular 20, duplicar a presso interna do recipiente; d) a energia cintica mdia das molculas gasosas altera-se quando h variaes na temperatura do sistema; 23 23 e) inicialmente, foram encerradas no sistema 2,408.10 molculas (nmero de Avogadro= 6,02.10 ). CXXVIII- (FUVEST) Uma amostra de gs foi aquecida sob presso constante. Nessa transformao ocorreu: a) diminuio do volume do gs e da energia cintica mdia das molculas; b) aumento do volume do gs e da energia cintica mdia das molculas; c) aumento do volume do gs e diminuio da energia cintica mdia das molculas; d) diminuio de volume do gas e aumento da energia cintica mdia das molculas; e) aumento de volume do gs, porm a energia cintica mdia das molculas manteve-se constante. CXXIX- (ITA) Em um recipiente est contida uma mistura de 5,6 de N 2 (gs) com 6,4 de o 2 (gs). A presso total da mistura de 2,5 atm. Nessas condies a presso parcial do N2 na mistura ; a)

0,2 . 2,5 atm; 0,4 0,4 b) . 2,5 atm; 0,2c) 0,2 . 2,5 atm;

d) 0,4 . 2,5 atm; e) (0,2 + 0,4) . 2,5 atm.

CXXX- (UECE) Num recipiente de 4,1 l de capacidade, 3 mols de nitrognio so adicionados a 3 mols de hidrognio. Essa mistura mantida a 27C. A presso total da mistura : a) 36 atm; b) 20 atm; c) 18 atm; d) 16 atm.

A GUAA gua formada por um tomo de oxignio e dois de hidrognio. Sua composio percentual de 11,19% de hidrognio e 88,81% de oxignio. Os hidrognios esto unidos ao oxignio por meio de uma ligao covalente.18

A gua, em seu estado natural mais comum, um lquido transparente, sem sabor e sem cheiro, mas que assume a cor azul-esverdeada em lugares profundos. Possui uma densidade mxima de 1 g / 3 cm a 4C e seu calor especfico de uma caloria por grama e por grau Celsius. Ela executa um ciclo natural que emprega, grosso modo, 400 trilhes de toneladas ao ano, 300 das quais evaporam de todos os mares e oceanos e o restante, dos continentes, dos lagos e dos rios. Toda essa gua condensa-se e volta a cair sobre a superfcie terrestre em forma lquida chuva - ou slida - neve, granizo. Nas terras emersas caem cerca de 100 trilhes de toneladas. Uma parte corre para o mar, sob forma de rios e torrentes; parte, aps embeber o terreno, absorvida pelos vegetais, por meio dos quais reevapora e, finalmente, vai formar rios ou lagos subterrneos, para depois voltar a emergir e constituir rios ou lagos superficiais ou, ento, voltar diretamente, sem reemergir, para o mar. Por efeito do calor solar, a maior parte da gua que chega superfcie terrestre evapora novamente, recomeando o ciclo. Em comparao com a gua doce, a gua dos mares e dos oceanos contm grandes quantidades de sais. A salinidade no igual em todos eles. A maior a do mar Vermelho, com 39 gramas por litro. O cloreto de sdio (NaCl) corresponde a 77% dos sais contidos na gua do mar, dando~lhe o sabor salgado. j os 11% de cloreto de magnsio (MgCl2) so responsveis pelo seu sabor amargo. A densidade da gua do mar superior da gua pura. So chamadas de gua doce as guas terrestres que tm uma salinidade muito baixa. Sua principal fonte a chuva, que e a gua quase pura, pois contm apenas uma pequena quantidade de oxignio e de dixido de carbono (CAO2) em soluo. As quantidades de sal que as guas terrestres podem conter variam muito, conforme os terrenos que tenham atravessado. Os sais mais comuns so: sulfatos, nitratos, cloretos e bicarbonatos de sdio, potssio, clcio, ferro e magnsio. As guas que possuem quantidades apreciveis de sais de clcio e de magnsio recebem o nome de guas duras. E que esses sais produzem uma reao, chamada precipitao, nos sabes e detergentes, que ficam "duros" (como se tivessem sapleo). A formao dos precipitados provoca uma reduo do tempo de vida dos eletrodomsticos, como lavadoras de roupas ou de pratos, e causam exploses em caldeiras (tais equipamentos devem utilizar as guas moles ou desmineralizadas), se no so tomadas as precaues adequadas (tratamento da gua). Quando as quantidades de sais tambm e responsvel por uma parte de clcio e de magnsio so muito pequenas, as guas so chamadas de guas moles.

A POLUIO DA GUAO homem usa a gua para satisfazer necessidades domsticas, agrcolas e industriais, como meio de transporte e destino de resduos. Em quantidades pequenas, estes so decompostos pela ao de microorganismos. Por outro lado, a quantidade excessiva de resduos provoca uma degradao das bacias fluviais e das costas, impossibilitando a vida nessas guas. A contaminao da gua pode vir do campo em sua dupla vertente: a pecuria e a agricultura. A grande concentrao humana nas cidades tambm e responsvel por uma parte importante da contaminao. Ali surgem verdadeiros rios de esgoto que arrastam resduos slidos. A principal e mais perigosa fonte de contaminao so as indstrias, com os resduos industriais que despejam nas guas. No campo, os principais poluentes so: sais, adubos, pesticidas, esterco, urina, e nas cidades, excrementos, lixo, produtos de limpeza, sabes, detergentes, papis, arsnico, cianetos, cromo, chumbo, mercrio, resduos, orgnicos, etc. A gua destinada ao consumo humano deve passar por um processo potabilizao - conjunto de tratamentos fsicos, qumicos e biolgicos aos quais se submete a gua para torn-la potvel, isto , apta para o consumo humano. Para tal, submetida a uma complexa e dispendiosa srie de manipulaes para19

garantir a ausncia de partculas slidas (filtrao), inclusive em suspenso (adio de substncias floculantes - que possui a propriedade de agrupar em grnulos as partculas slidas de uma suspenso - e decantao separao por gravidade, de impurezas slidas contidas em um lquido), evitar os maus cheiros e sabores (filtros de carvo) e eliminar os microorganismos (clorao - adio de cloro) antes de chegar aos nossos lares.

Resumindo podemos classificar os agentes poluidores da gua, que venham a consider-la imprpria vida, vegetal e animal e tambm para o consumo pblico, agrcola e industrial em: os esgotos industriais que vo para os rios e lagos, poluindo-os; a soluo o tratamento dos esgotos, processo muito caro e ainda pouco usado em nosso pas; os microorganismos causadores de doenas, tais como a disenteria, a clera, a febre tifide, etc. os fertilizantes agrcolas que so carregados pelas guas da chuvas; os compostos orgnicos sintticos, como plsticos, detergentes, solventes, tintas, inseticidas, etc.; o petrleo que vaza de poos hidrognio de certos compostos, submarinos e de navios, matando enorme quantidade de plantas, peixes e aves marinhas; os compostos inorgnicos, como cidos, bases e sais, que so lanados nos lagos, rios e mares pelas indstrias. Bastante perigosos so os compostos de metais pesados (Cu, Zn Pb, Cd Hg etc.), assim como, por exemplo, a poluio de mercrio, provocada por garimpeiros que buscam ouro.

OS EFEITOS DOS SOLUTOS NAS PROPRIEDADES DA GUAA gua dissolve muitos corpos slidos, lquidos e gasosos, especialmente cidos e slidos inicos. Alguns compostos de carbono tambm se dissolvem na gua, como o lcool, o acar e at a uria, mas a maioria dos outros compostos so insolveis em gua como o caso do benzeno, das graxas, do petrleo ou da borracha. Por ser polar, a gua aproxima-se dos ons que formam um composto inico (slido)20

pelo plo de sinal contrrio carga do on, conseguindo assim anular sua carga e desprend-lo do resto do slido - o on rodeado pela gua - evitando que ele regresse ao slido. Um exemplo claro a ao da gua sobre o cloreto de sdio (NaCl), o conhecido sal de cozinha. Alguns compostos, os chamados agentes desidratantes, tm uma afinidade to forte com a gua, que so capazes de remov-la de outras substncias. O cido sulfrico concentrado um agente desidratante bastante poderoso que pode remover oxignio e hidrognio de certos compostos, formando gua onde ela no existia antes. importante ressaltar que a gua fica, frequentemente, presa dentro dos cristais de outras substncias. Quando isso acontece, ela denominada gua de cristalizao. Um composto pode perder sua gua de cristalizao durante um aquecimento intenso, quando passa a ser conhecido como anidro. A adio de gua a cristais de anidros devolve a gua de cristalizao. Alguns compostos, ditos eflorescentes, apresentam cristais que perdem as guas de cristalizao em contato com o ar. J os higroscpicos tm cristais que absorvem a gua do ar. Os dessecadores muitas vezes usam tais compostos para secar outras substncias, por exemplo, a slica gel um p, que vm dentro de um saquinho, geralmente quando compramos aparelhos eletrnicos.

DEFINIO DE CINTICA QUIMICACintica qumica a parte da fsico-qumica que estuda a velocidade (rapidez) de uma reao qumica, bem como quais fatores que a influenciam. No nosso dia-a-dia em vrios momentos manipulamos a velocidade das reaes, quando voc guarda os alimentos na geladeira o objetivo retardar sua decomposio, quando ao cozinhar batatas voc aumenta o fogo o objetivo acelerar seu cozimento. Nesse captulo o objetivo que voc entenda os porqus desses fenmenos. Durante uma reao genrica A + B C + D os reagentes A e B iro ser consumidos enquanto que os produtos C e D sero produzidos (formados), para calcular a velocidade mdia s fazer a relao entre a quantidade que ser consumida ou produzida em um determinado intervalo de tempo.

Velocidade Mdia em funo das substncias

Vamos considerar, por exemplo, a reao da decomposio de 20 g de gua oxigenada: 2H2O2 2H2O + O2 representada na seguinte tabela: Tempo de decomposio da H2O2 em minutos 0 (incio da reao) 1 2 3 4 6 (fim da reao) Massa em gramas de H2O2 decomposta 20 g (massa inicial) 14 g 10 g 8g 6g 0

Vamos calcular a velocidade mdia de decomposio nos seguintes intervalos de tempo: a) 1 a 2 minutos. b) 1 a 3 minutos. c) 2 a 4 minutos. d) 0 a 4 minutos.

21

a) 1 a 2 minutos:

Vm =

m 14 10 4 = = = 4g / min t 21 1

b) 1 a 3 minutos:

Vm =

m 14 8 6 = = = 3g / min t 3 1 2

c) 2 a 4 minutos:

Vm =

m 10 6 4 = = = 2g / min t 42 2

d) 0 a 4 minutos:

Vm =

m 20 6 14 = = = 3,5g / min t 40 4

obs.: a variao da quantidade dever ser sempre um valor positivo, ento ela dever ser em mdulo. No existe uma obrigatoriedade com relao as unidades, usamos as que nos so fornecidas, e s efetuaremos alguma mudana quando pedido. Os valores de quantidade e do tempo podem ser fornecidos em tabelas ou em grficos. Quando voc estiver observando o grfico importante identificar as curvas dos reagentes e as dos produtos.

Condies necessrias para ocorrer uma reao Para continuarmos nossos estudos sobre cintica, dever entender como ocorre uma reao, para que possamos manipul-la. Existem duas condies fundamentais para que ocorra uma reao: - os reagentes devem estar em contato - os reagentes devem ter afinidade qumica. Estando afim e em contato como ocorre a reao? Por exemplo, sabemos que H2 reage com I2 formando HI, agora como ocorre essa transformao; existe uma teoria que a TEORIA DAS COLISES. No qualquer choque que far a reao ocorrer, precisamos de um choque efetivo, que um choque bem orientado e com energia suficiente para romper as ligaes antigas.

22

Choque efetivo

S a orientao adequada no o suficiente para que a coliso gere os produtos, s vezes a energia no suficiente; por exemplo, ao colocarmos carvo na churrasqueira ele no comea sua combusto de maneira espontnea, o carvo est em contato com o oxignio do ar, mas as colises no tem a energia necessria, por isso colocamos o lcool que ao queimar libera energia que ser absorvida pelo carvo, s ento iniciar a queima do carvo. Essa energia mnima necessria para que a coliso entre as partculas dos reagentes (feita numa orientao adequada) seja efetiva gerando os produtos, chamada ENERGIA DE ATIVAO. Recapitulando, partculas com afinidade, estando em contato comeam a colidir, colises bem orientadas e com energia suficiente para formar o que chamamos de complexo ativado. Complexo ativado de uma reao uma estrutura intermediria e instvel, ir ser formado no momento do choque efetivo.

Estudo grfico da energia de ativaoIndependentemente de a reao ser exotrmica ou endotrmica, os reagentes sempre iro necessitar de uma energia de ativao para atingir o complexo ativado.

Energia de ativao x Velocidade da reaoA energia de ativao o obstculo a ser transposto pelos reagentes para se transformarem em produtos, uanto menor a energia de ativao a ser adquirida, mais facilmente os reagentes iro transpor esse obstculo, e mais rapidamente a reao ir ocorrer.

23

Fatores que influem na velocidade - Natureza dos reagentes Quanto maior o nmero de ligaes a serem rompidas nos reagentes e quanto mais fortes essas ligaes, mais lenta ser a reao. - Superfcie de contato Quanto maior a superfcie de contato entre os reagentes, maior a probabilidade de um choque efetivo, maior a velocidade da reao. - Temperatura Quanto maior a temperatura maior a energia cintica das partculas, maior a probabilidade de choque, maior a velocidade da reao. - Presso O efeito da presso considervel quando trabalhamos com gases. Quanto maior a presso, menor o volume, maior a probabilidade de choque, maior a velocidade da reao. Concentrao dos reagentes Quanto maior a concentrao dos reagentes, maior o nmero de partculas por unidade de volume, maior a probabilidade de choque maior a velocidade da reao. - Luz Para as reaes fotoqumicas a luz importante, fornecendo energia necessria para a reao ocorrer. Como na fotossntese e em chapas fotogrficas. - Catalisador e Inibidor Os catalisadores so substncias que aumentam a velocidade das reaes pois diminuem a energia de ativao, criando um novo caminho para a reao, o catalisador no consumido durante a reao, sendo recuperado ao final.

Obs.: o inibidor o oposto do catalisador, diminuem a velocidade da reao porque aumenta a energia de ativao. ATIVIDADES CLVI- Tiras do metal magnsio foram colocadas em presena de uma soluo de HCl havendo dissoluo completa do metal. Os dados dessa experincia foram tabelados da seguinte maneira: Mols de Mg dissolvidos 4 3 2 1 0 Tempo para dissolver Mg em minutos 0 10 20 30 4024

Calcule a velocidade mdia dessa reao nos seguintes intervalos de tempo: a) 0 a 10 minutos b) 0 a 20 minutos c) 10 a 30 minutos AB:

CLVII- Dada a tabela abaixo em relao a reao qumica A + B Tempo em segundos 0 3 6 9 12 Massa em gramas de AB formados 0 30 85 130 210

Calcule a velocidade mdia (g / seg) da formao de AB nos intervalos de tempo: a) 0 a 3 seg b) 3 a 9 seg c) 3 a 12 seg CLVIII- Assinale a alternativa do fator que mais influencia o cozimento do feijo numa panela: a) superfcie de contato b) temperatura d) presso c) luz e) concentrao CLIX- Indique a reao que ocorre com mais velocidade: a) decomposio de um tronco de rvore. b) 100 gramas de carvo queimando. c) 100 gramas de serragem queimando. d) queima de uma folha de caderno. e) queima da plvora. CLX- Qual seria o fator mais importante para a dissoluo do acar em gua: a) superfcie de contato b) luz c) temperatura d) presso e) concentrao do reagente

EQUILBRIO QUMICO

Vamos considerar como exemplo de equilbrio qumico dois aqurios A e B interligados. No aqurio A coloquemos 12 peixes.

medida em que o tempo for passando, a tendncia de alguns peixes passar do aqurio A para o aqurio B. Se admitimos que 12 peixes se distribuam nos dois aqurios numa determinada25

concentrao de peixes, indo de A para B e de 13 para A, teremos a condio de equilbrio em que as velocidade dos peixes que vo e voltam se igualam.

REAAO REVERSVEL

a reao que ocorre no sentido direto, quando os reagentes formam os produtos, e no sentido inverso, quando os produtos reagem entre si para formar os reagentes. Reao direta: Reao inversa: A+B C+D C+D A+B

Dizemos que essa reao reversvel e representamos essa reao com duas flechas em sentido contrrio:

v1 A+Bv2 Em que V, expressa a velocidade da reao direta e V2 a velocidade da reao inversa. Essas velocidades apos um certo tempo se igualam, e quando isso acontecer, teremos um equilbrio dinmico. C+D

Constante de equiliffirio expressa em concentrao: Kc Se no grfico acima V1 e V2 se igualam num determinado tempo (t) podemos escrever: [A] [Bl = [C] [D] [Kc] = [C] [D] a b [A] [B] onde:a b c d a b c d

[A] [Bl = concentrao em mol/ l e dos reagentes A e B / a, b - coeficientes [C] [D]c d=

concentrao em mol / l e dos produtos C e D / e, d - coeficientes26

Kc = constante de equilbrio em termos de concentraes. Essa representao est de acordo com a Lei da Ao das Massas ou Lei de GuIdberg e Waage: A velocidade de uma reao qumica diretamente proporcional ao produto das concentraes molares dos reagentes elevadas a expoentes iguais aos coeficientes da equao. Kc uma constante que varia com a reao, considerada e com a temperatura. Por exemplo para a equao: 2HI(g) H2(g) + I2(g) Kc = 0,018 a 423C

Se variarmos a temperatura dessa reao o seu valor numrico (Kc) ser outro. A constante de equilbrio pode ser representada em unidades de presso parciais. Sendo assim, podemos representar a equao 2HI(g) seguintes formas: Kc = [H2] [I2] Kp = [pH2] [pI2] 2 [H] [pHI]2 Outro exemplo: N2(g) + 3H2(g) Kc = [NH3] 5 [N2] [H2] Observao Substncias em soluo aquosa e gases aparecem na expresso da constante de equilbrio (Kc). Substncias gasosas aparecem na expresso da constante de equilbrio em termos de presso parcial (Kp). Substncias slidas e lquidos no so representados em termos de constante de equilbrio. Exemplos: I- 2SO2(g) + O2(g)2 2

H2(g) + I2(g) das

onde (px) representa as presses parciais

2NH3(g) ou Kp = (pNH3) 3 (pN2) (pH2)2

2SO3(g)2

Kc = [SO3] 2 [SO2] [O2] II- 2NO2(g) Kc = [N2O4] 2 [NO2] III- C(s) + H2O(g) Kc = [CO] [H2] [H2O]

ou

Kp =

(pSO3) 2 (pSO2) (pO2)

N2O4(g) Kp = (pN2O4) 2 (pNO2) CO(g) + H2(g) Kp = (pCO) (pH2) (pH2O)

(substncia slida, como o C(s), no representada em Kc ou Kp). IV- NaF(aq) + H2O(l) HF(aq) + H(aq)27

Kc = [HF] [NaOHI [NaF] Kp no representado, pois a equao no apresenta substncia gasosa. Clculo da constante Kc Determina-se a constante de equilbrio qumico experimentalmente a partir das concentraes dos reagentes e produtos de uma reao qumica a uma dada temperatura. Vamos caracterizar esse fenmeno atravs de exemplos: Exemplo 1 2 moles de HI so aquecidos a 180C num recipiente. Este composto decompe-se nas substncias: H2 e I2 num determinado espao de tempo ate atingir um equilbrio, segundo os dados abaixo:

Incio da reao:

Equilbrio estabelecido:

Observe que, no instante inicial da reao, a velocidade, v1 e mxima. medida que a reao se processa, v, vai diminuindo e v2 vai aumentando. Com o decorrer do tempo os produtos vo se formando e suas concentraes vo aumentando at estabelecer-se um equilbrio qumico onde as concentraes dos reagentes e produtos no mais se alteram com o tempo. Aplicando para essa reao a Lei da Ao das Massas, teremos: Kc Kc = Exemplo 2 Na reao qumica: 1N2 + 3H2 2NH3 determinaram-se, respectivamente, as seguintes concentraes no equilbrio: 3 moles / litro, 2 moles / litro e 3 moles / litro. Qual o valor da constante de equilbrio? 1N2 + 3H2 Kc = Kc = [NH3] 3 [N2] [H2] 3 1 3 3 .2 = 27 24 = 1,1252

=

[HI]2 [H2] [I2]2

(1,60) (0,20). (0,20)

Kc = 64

2NH3

28

FATORES QUE DESLOCAM UM EQUILIBRIO Concentrao das substncias Vamos considerar dois aqurios A e B interligados contendo 5 peixes em cada aqurio, admitindo que os peixes se locomovem de um lado para o outro e se distribuem nos dois aqurios.

Se adicionarmos 7 peixes no aqurio A o que acontecer?

Alguns peixes adicionados e existentes no aqurio A passaro para o aqurio B. Se retirarmos peixes do aqurio A, o que acontecer? Os peixes do aqurio B podero se movimentar para o aqurio A.

Concluindo essa experincia, poderemos observar o seguinte: Adicionando peixes no aqurio A Adicionando peixes no aqurio B Retirando peixes do aqurio A Retirando peixes do aqurio B peixes se deslocam para a direita. peixes se deslocam para a esquerda. peixes se deslocam para a esquerda. peixes se deslocam para a direita.

Pois bem, nas reaes qumicas em equilbrio, a concentrao das substncias um fator que ir deslocar o equilbrio da seguinte maneira: A adio de reagentes ou a retirada de produtos deslocar o equilbrio para a direita. A adio de produto ou a retirada de reagentes deslocar o equilbrio para a esquerda.

29

Por exemplo, na reao: H= + I2 para a direita, aumentando a concentrao de HI.

2HI se adicionarmos I2, a reao deslocar

No entanto, se adicionarmos HI, a reao deslocar para a esquerda.

Presso um fator que est relacionado com os equilbrios desde que seus participantes, de preferncia, sejam substncias gasosas cujos volumes sofram expanso ou contrao. Exemplo:

Aumentando a presso desses dois gases, o equilbrio deslocar para o lado de menor volume gasoso, ou seja, para o lado esquerdo, onde o coeficiente 1. Aumento da presso menor coeficiente Diminuindo a presso, o equilbrio ser deslocado para o lado de maior volume gasoso, ou seja, para o lado direito, onde o coeficiente 2. Diminuio da presso maior coeficiente Outro exemplo:

Neste caso somamos os volumes no local dos reagentes e produtos e conclumos o seguinte: Aumentando a presso desse sistema, o equilbrio se deslocara para o lado direito, onde o volume menor (2) Diminuindo a presso o equilbrio se deslocar para o lado esquerdo, onde a soma dos volumes maior (1 + 3 = 4)

Observao Na reao:

30

Os volumes so idnticos, um aumento ou diminuio da presso no alterar o sistema em equilbrio. Temperatura Para observarmos o efeito da temperatura nos equilbrios, devemos verificar se a reao exotrmica ou endotrmica. Por exemplo a reao, de sntese do NH3 exotrmica: N2 + 3H2 2NH3 H = - 22 Kcal

No entanto, a sua reao inversa, ou seja a decomposio do NH 31 endotrmica: 2NH3 N2 + 3H2 H = + 22 Kcal

Podemos representar essas duas reaes da seguinte maneira:EXOT.

N2 + 3H2

ENDOT.

2NH3

Um aumento da temperatura no sistema do equilbrio dessa reao desloca esse equilbrio no sentido da reao endotrmica (para a esquerda), decompondo NH3. Por outro lado, resfriando o sistema, o deslocamento ocorrer no sentido da reao exotrmica (para a direita), formando NH3. Podemos generalizar isso da seguinte forma: O aumento de temperatura desloca um equilbrio no sentido da reao endotrmica, enquanto a diminuio da temperatura desloca o equilbrio no sentido exotrmico. ATIVIDADES: CLXI - Escreva corretamente as expresses de Kc e KP, lembrando que:

CLXII- Na reao qumica: A + 2B as seguintes concentraes: [A] = 1 mol/l [B] = 3 moles / l

C, quando o equilbrio atingido, verifica-se experimentalmente

[C] = 2 moles / l. Calcular Kc

CLXIII- Dada a reao N2 + 3H2 2NH3, sabendo-se que K, vale 0,5 e as concentraes de H2 e NH3 valem respectivamente 2 moles/ l e 4 moles/ l determinar a concentrao de N2.31

CLXIV- No equilbrio: N2+ O2

2NO, o que acontecer se aumentarmos a concentrao molar de N= ?

a) o equilbrio se deslocar para a direita; b) o equilbrio se deslocar para a esquerda; c) a constante de equilbrio (Kc) aumentar; d) a constante de equilbrio (K) diminuir; e) no haver mudanas no equilbrio e na constante. CLXVI- Dada a reao N2O4 2NO2 assinale a alternativa correta:

a) a adio de N2O4 desloca o equilbrio para a esquerda; b) a adio de N2O4 desloca o equilbrio para a direita; c) a adio de NO2 desloca o equilbrio para a direita; d) a retirada de N2O4 desloca o equilbrio para a direita; e) a retirada de NO2 desloca o equilbrio para a esquerda. CLXVI- No equilbrio: 1N2 + 3H2 a) se desloque para a direita; b) se desloque para a esquerda; c) permanea inalterado; d) aumente sua concentrao de H2; e) aumente sua concentrao de NH3EXOT

2NH3, o aumento da presso far com que esse equilbrio:

Dada a reao: 2NOENDOT.

N2 + O 2

H = -43,5 Kcal, aumentando a sua temperatura:

a) haver aumento de O2; b) haver diminuio de O2; c) o equilbrio deslocar para a direita; d) o equilbrio deslocar para a esquerda; e) o equilbrio deslocar para os dois lados.

CLXVIII- (UC-MG) Seja a reao qumica em equilbrio: PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g)

possvel deslocar-se o equilbrio para a direita: a) adicionando Cl2; b) aumentando a concentrao do PCl3; c) aumentando a presso do sistema; d) diminuindo a concentrao do PCl5 e) diminuindo a concentrao do Cl2 CLXIX- (FMU-SP) Considere o sistema em equilbrio: NH4HS(g) NH3(g) + H2S(g)

Adicionando-se uma certa quantidade de NH4HS a esse equilbrio, haver: a) deslocamento de equilbrio para a esquerda; b) aumento da concentrao de NH3 no equilbrio; c) diminuio da concentrao de H2S no equilbrio; d) aumento no valor da constante de equilbrio (Kc); e) diminuio no valor da constante de equilbrio (K). CLXX- (FATEC) A equao abaixo representa um sistema em equilbrio: H2(g) + Cl2(g) 2HCl(g)32

H = - 22 Kcal

A concentrao de equilbrio do HCl poder ser aumentada, se houver: a) aumento da temperatura; b) aumento da presso; c) diminuio da presso; d) adio de HCl e) aumento de concentrao de H2

EletroqumicaA eletroqumica estuda as reaes nas quais ocorrem transferncia de eltrons (reaes de xido-reduo) e o seu aproveitamento prtico para converter energia qumica em energia eltrica e vice-versa.

Transferncia de eltrons: oxidao a doao de eltrons acompanhado de um aumento do Nox, enquanto que reduo o recebimento de eltrons acompanhado de uma diminuio do Nox. Por exemplo a reao entre o on cobre e zinco metlico:

NMERO DE OXIDAO (NOX) Nmero de oxidao aquele real ou aparente que nos d o nmero de carga (valncia) do tomo. Para entendermos os nmeros de oxidao, devemos saber muito bem as regras abaixo: Em substncias simples, o nmero de oxidao do elemento zero. Exemplos

Fe Al

Nox = 0 H2 Nox = 0 Br2

Nox = 0 Nox = 033

Cl2 O2

Nox = 0 Nox = 0

Em ons monoatmicos, o Nox sua carga. Exemplos: Fe +3 Al+2

Nox = +2 Nox= +3

H Br

+

Nox = +1 Nox = -1

S -2 O

-2

Nox = -2 Nox = - 2

Existem elementos que possuem Nox fixos e que nos ajudaro. Veja a tabela abaixo.

Em molculas, a soma total dos Nox nula (zero). (Para calcularmos o Nox dos elementos em molculas, devemos nos basear na tabela de Nox fixos.) Exemplos

Veja nos exemplos abaixo como o cloro tem seu Nox variando em funo do oxignio:

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Como voc pode reparar, os halognios, com exceo do flor, em presena de oxignio tm seu Nox alterado.

Em ons compostos, a soma total dos Nox dos elementos corresponde sua carga.

Exemplos

EXERCCIOS: Baseando-se nas cinco regras prticas, resolva agora estes exerccios: a) H2 b) Cl2 c) Al d) Mg e) K2CO3 f) K2C2O4 g) H 2SO3 h) H4P2O7 i) Mg3P2 i) NaMnO4 j) H3PO435

m) Mg2P2O7 n) HIO4 o) BrO3 p) IO q) IO3 -2 r) PbO3 -3 s) AsO3 -3 t) SbO4 u) AlO2

PROCESSOS (REAES) DE OXIDAO E REDUO

Existem reaes em que o nmero de oxidao dos elementos se altera. So as chamadas reaes de oxidoreduo: Diremos que um elemento sofre oxidao quando ocorre um aumento em seu Nox, devido perda de eltrons. Diremos que um elemento sofre reduo quando ocorre uma diminuio em seu Nox devido a um recebimento de eltrons.

O que sofre oxidao perde eltrons e chamado agente redutor. O que sofre reduo-recebe eltrons e chamado agente oxidante.

Resumindo

EXERCCIOS RESOLVIDOS I- Dada a equao: CO + O2 redutor. CO2, verifique aquele que sofre oxidao e indique os agentes oxidante e

Para resolvermos o problema, vamos escrever novamente a equao colocando nos elementos os seus Nox.

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II- Idem para a equao: C + SiO2 Si + CO

Escrevendo a equao com os Nox, temos:

agente oxidante agente redutor EXERCCIOS: Resolva agora estes exerccios: a) K + AlCl3 b) Mn2O4 + Al c) H2S + Br2 + H2O d) KMnO4 +H2SO3 + e) NO3 + I2 + H

SiO2 (sofreu reduo) C (sofreu oxidao)

KCl + Al Al2O + Mn HBr+H 2 SO 4 MnSO4 + K2SO4 +H2SO4 +H2O IO3 + NO2 + H2O

AJUSTE DE COEFICIENTES EM UMA EQUAO DE OXIDOREDUO Antes de entrarmos em nosso assunto, vamos fazer algumas revises: Em uma equao como a representada abaixo, teremos sempre reagentes do lado esquerdo e produtos do lado direito. aA + bB + cC... xX + yY + zZ

Uma substncia, em uma equao, ter sempre coeficiente e ndices. 3H2SO4

Observao: No caso do enxofre, o ndice 1 e est subentendido. O exemplo 3H2SO4 nos diz que: temos 3 molculas de cido sulfrico; cada molcula tem 2 tomos de hidrognio e, como as molculas so 3, teremos um total de 6 tomos de hidrognio; cada molcula tem 1 tomo de enxofre e, como as molculas de cido so 3, teremos 3 tomos de enxofre;

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cada molcula tem 4 tomos de oxignio e, como as molculas so 3, teremos, conseqentemente, 12 tomos de oxignio. Vamos agora ao mtodo de ajuste de coeficientes de uma equao qumica por oxireduo. Temos algumas regras:

Sempre que houver oxidao haver reduo. Devemos calcular os Nox de todos os tomos, compar-los e fixar os que tiveram seus Nox alterados. Em seguida, analisaremos o elemento que sofreu oxidao. Pega-se a variao de seu Nox (A) e multiplica-se pelo seu maior ndice. Idem para o elemento que sofreu reduo. Aps os clculos acima, inverte-se o produto de A por de maior ndice do lado em que estiver o elemento que sofreu variao de maior ndice.

Em seguida, basta acertar os coeficientes restantes por tentativas. EXERCCIOS RESOLVIDOS

ramal de oxidao (flor) => x maior ndice = 2 ramal de reduo (mangans) => x maior ndice = 5 Invertendo-se os produtos, teremos 2 para o mangans e 5 para o flor do lado dos produtos, pois a que o flor tem maior ndice. Feito isto, teremos, depois, que acertar os demais coeficientes por tentativas. Veja como fica a equao: 2NaMnO4 + 16HF 2NaF + 2MnF2 +8H2O + 5F2

Como o nmero de tomos igual em ambos os lados:

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II- Veja que para as equaes inicas o processo o mesmo.

ramal de oxidao (flor) => x maior ndice = 2 ramal de reduo (cromo) => x maior ndice = 6 Invertendo-se os produtos, teremos 6 para o flor e 2 para o cromo do lado de maior ndice. Veja como fica depois de acertados todos os coeficientes: 2Cr2O7 + 12 F + 28H2 +

4Cr

+3

+

14H2O + 6 F2

Como o nmero de tomos igual em ambos os lados:

Observao: Se voc notar, os coeficientes 2, 12, 28, 4, 14 e 6 so divisveis por 2, e poderamos escrever a equao com nmeros menores: Cr2O7 + 6F- + 14 H 2Cr ambos os lados e voc ver que so idnticos.-2 + +3

+ 7H2O + 3F2 Confira o nmero de tomos de

EXERCCIOS Resolva agora os seguintes exerccios: a) K + AlCl3 b) Mn2O4 + Al c) H2S + Br2 + H2O d) KMnO4 +H2SO3 e)NO3

KCl + Al Al2O3 + Mn HBr + H2SO4 MnSO4 +K2SO4 + H2SO4 + H2O IO3 + NO2 + H2O NaCl + MnCl2 + Cl2 +H2O KBiO3 + KCl + H2O39-

+ I2 + H

+

f) NaMnO4 + HCl g) Bi2O3 + KClO + KOH

h) MnO4 + I + H j) Br2 + KOH

-

+

Mn + I2 +H2O H2SO4 + HI KBr + KBrO3 + H2O

+2

i) H2S + I2 + H2O

Conhecendo-se essa fila podemos prever o que ocorrer numa reao de deslocamento. PILHA ou CCULA GALVNICA Uma pilha uma reao de xido-reduo espontnea que ocorre em um sistema apropriado para aproveitarmos o fluxo de eltrons. A primeira pilha foi construda por Alessandro Volta em 1800, mas j em 1836 o qumico ingls John Daniell construiu uma pilha diferente da de Volta, eram dois eletrodos interligados, cada eletrodo um sistema constitudo por uma barra metlica imersa em uma soluo aquosa de um sal formada pelos ctions do mesmo metal.

O eletrodo de zinco

O eletrodo de cobre

Construindo a pilha preciso interligar os eletrodos, externamente um fio condutor conecta as barras metlicas, enquanto que a ponte salina faz a ligao entre as solues.40

O eletrodo de zinco o plo (negativo) chamado de nodo, eletrodo que sofre a oxidao. O eletrodo de cobre o plo + (positivo) chamado de ctodo, eletrodo que sofre reduo. Os eltrons sempre fluem pelo circuito externo de quem oxida para quem reduz, ou do nodo para o ctodo. Reaes que ocorrem na pilha quando ligada:

Quando a pilha comea a funcionar os eltrons comeam a migrar.

O eletrodo de zinco que sofre oxidao tem a sua massa diminuda enquanto que o eletrodo de cobre que sofre reduo tem sua massa aumentada.

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Na ponte salina os ons fluem para equilibrar os eletrodos, no eletrodo de zinco o sistema est com muitas cargas positiva ento os nions migram para l, enquanto que o eletrodo de cobre est com muitas cargas negativas, portanto, os ctions da ponte migram para l. E assim basicamente que funciona uma pilha de Daniell. Uma pilha nada mas do que uma reao de xido-reduo ocorrendo em uma aparelhagem que aproveita o fluxo de eltrons, convertendo energia qumica em energia eltrica. Para voc prever quem ir oxidar ou reduzir na pilha, quando voc for montar uma, o potencial de reduo.

Na pilha de Daniell, teremos: DE = ECu - EZn DE = +0,34 (- 0,76) DE = + 1,10 V obs.: em uma pilha por ser uma reao espontnea o DE ser sempre positivo.

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Hoje iremos falar sobre um caso particular de equilbrio inico, o equilbrio inico da gua. A gua sofre uma auto-ionizao, s que a gua um eletrlito muito fraco, portanto, ela ioniza muito pouco, mas se estabelece o equilbrio abaixo. Equilbrio Inico da gua

Todo equilbrio apresenta sua constante de equilbrio, que expresso da seguinte forma:

Aonde Kw denominado produto inico da gua (a letra w vem de water,que gua em ingls). O Kw como qualquer constante de equilbrio s varia com a temperatura.

a) gua Pura ou Soluo Neutra Uma soluo considerada neutra quando:

b) Soluo cida Uma soluo considerada cida quando:

c) Soluo Bsica Uma soluo considerada bsica quando:

Para facilitar o estudo da acidez dos sistemas, como a concentrao dos ons muito baixa, os qumicos acharam por bem expressar a concentrao dos ons pelo seu cologaritmo (inverso do seu logaritmo):

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O qumico dinamarqus Peter Lauritz Sorensen props que essa relao log x fosse designada por px (p de operador potncia), ficamos ento com - log = p (potencial), voltando teremos:

Agora resolvida essa parte matemtica, vamos voltar para as solues e ver como ficar cada uma delas.

gua Pura ou Soluo Neutra (a 25 C) Uma soluo considerada neutra quando:

Soluo cida (a 25 C) Uma soluo considerada cida quando:

Soluo Bsica Uma soluo considerada bsica quando:

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a) b) c) d) e)

7; Neutro 5; bsico 9; bsico 5; bsico 9; cido

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