Download pdf - Apostila Fisico Quimica

Transcript
Page 1: Apostila Fisico Quimica
Page 2: Apostila Fisico Quimica

1

SUMÁRIO

CAPÍTULO 1- Dispersões e soluções ..................................................................................................... 06

1.1 Dispersões ....................................................................................................................................... 06

1.1.1 Classificação das dispersões ......................................................................................................... 06

1.2 Soluções verdadeiras ou Soluções .................................................................................................. 06

1.2.1 Classificação das soluções ............................................................................................................ 06

1.2.2 Regras de solubilidade ................................................................................................................. 07

1.2.3 Saturação da solução ................................................................................................................... 07

1.2.4 Curvas de solubilidade ................................................................................................................. 07

1.3 Concentrações das soluções ........................................................................................................... 08

1.3.1 Concentração comum (Concentração) ........................................................................................ 08

1.3.2 Título em massa ........................................................................................................................... 08

1.3.3 Molaridade ................................................................................................................................... 09

1.3.4 Fração molar ................................................................................................................................ 09

1.3.5 Partes por milhão ......................................................................................................................... 09

1.3.6 Concentração da água oxigenada ................................................................................................ 09

1.3.7 Densidade ..................................................................................................................................... 09

1.3.8 Relação entre concentração e título ............................................................................................ 09

1.3.9 Relação entre concentração e molaridade .................................................................................. 09

1.4 Contando íons em solução ............................................................................................................. 09

1.5 Diluições de soluções ..................................................................................................................... 10

1.6 Diluições de soluções ..................................................................................................................... 10

1.6.1 Mistura de duas soluções de um mesmo soluto ......................................................................... 10

1.6.2 Soluções de solventes iguais e solutos diferentes sem que haja reação química ....................... 10

1.6.3 Mistura de soluções com solventes iguais e solutos diferentes que reagem entre si ................. 10

Sessão Leitura ....................................................................................................................................... 11

Exercícios de fixação ............................................................................................................................. 11

Pintou no ENEM .................................................................................................................................... 15

Exercício comentado ............................................................................................................................. 19

CAPÍTULO 2- Propriedades Coligativas ............................................................................................... 19

2.1 Relação das mudanças de estado físico .......................................................................................... 19

2.1.1 Evaporação dos líquidos puros .................................................................................................... 19

2.1.2 Ebulição dos líquidos puros .......................................................................................................... 20

Page 3: Apostila Fisico Quimica

2

2.1.3 Congelamento de líquidos puros ................................................................................................. 20

2.1.4 Diagrama de fases ........................................................................................................................ 21

2.2 Os efeitos coligativos ...................................................................................................................... 21

2.2.1 Efeito tonométrico ....................................................................................................................... 21

2.2.2 Efeito ebuliométrico..................................................................................................................... 21

2.2.3 Efeito criométrico ......................................................................................................................... 22

2.3 Osmometria .................................................................................................................................... 22

2.3.1 Conceitos gerais ........................................................................................................................... 22

2.3.2 Leis gerais da osmometria............................................................................................................ 22

2.3.3 Classificação das soluções ............................................................................................................ 23

2.4 Propriedades coligativas das soluções iônicas ................................................................................ 23

Sessão Leitura ....................................................................................................................................... 23

Exercícios de fixação ............................................................................................................................. 24

Pintou no ENEM .................................................................................................................................... 26

Exercício comentado ............................................................................................................................. 28

CAPÍTULO 3- Termoquímica ................................................................................................................ 30

3.1 Calor ................................................................................................................................................ 30

3.2 Processos que liberam e absorvem calor ........................................................................................ 30

3.3 Entalpia e variação de entalpia ....................................................................................................... 30

3.4 Fatores que influenciam nas entalpias das reações ....................................................................... 31

3.5 Equação termoquímica ................................................................................................................... 32

3.6 Casos particulares das entalpias de reação .................................................................................... 32

3.6.1 Entalpia padrão de formação de uma substância ........................................................................ 32

3.6.2 Entalpia de combustão de uma substância ................................................................................. 33

3.6.3 Energia de ligação ........................................................................................................................ 33

3.7 A Lei de Hess ................................................................................................................................... 33

3.7.1 Consequências da lei de Hess ...................................................................................................... 34

3.8 Aspectos estequiométricos ............................................................................................................. 34

Sessão Leitura ....................................................................................................................................... 34

Exercícios de fixação ............................................................................................................................. 34

Pintou no ENEM .................................................................................................................................... 38

Exercício comentado ............................................................................................................................. 40

Page 4: Apostila Fisico Quimica

3

CAPÍTULO 4- Cinética química ............................................................................................................. 40

4.1 Velocidade das reações químicas ................................................................................................... 41

4.2 Como as reações ocorrem............................................................................................................... 41

4.2.1 Condições indispensáveis ............................................................................................................. 41

4.2.2 A teoria das colisões ..................................................................................................................... 41

4.2.3 Energia de ativação ...................................................................................................................... 41

4.3 Fatores que afetam a rapidez das reações .................................................................................... 42

4.3.1 Superfície de contato ................................................................................................................... 42

4.3.2 Temperatura ................................................................................................................................ 42

4.3.3 Concentração ............................................................................................................................... 42

4.3.4 Catalisadores ................................................................................................................................ 42

4.3.5 Pressão ......................................................................................................................................... 42

4.3.6 Luz ................................................................................................................................................ 42

4.4 Lei cinética ....................................................................................................................................... 43

Sessão leitura ........................................................................................................................................ 43

Exercícios de fixação ............................................................................................................................. 44

Pintou no ENEM .................................................................................................................................... 47

Exercício comentado ............................................................................................................................. 50

CAPÍTULO 5- Equilíbrios químicos ....................................................................................................... 51

5.1 Reversibilidade das reações ............................................................................................................ 51

5.2 Grau de equilíbrio ........................................................................................................................... 51

5.3 Constante de equilíbrio ................................................................................................................... 51

5.4 Princípio de Le Chatelier ................................................................................................................. 52

5.4.1 Deslocamento de equilíbrio ......................................................................................................... 52

5.4.2 Pressão ......................................................................................................................................... 52

5.4.3 Temperatura ................................................................................................................................ 53

5.4.4 Catalisadores ................................................................................................................................ 53

5.5 Equilíbrio iônico ............................................................................................................................... 53

5.5.1 Equilíbrio iônico ácido-base ......................................................................................................... 53

5.5.2 O efeito do íon comum ................................................................................................................ 53

5.5.3 Equilíbrio iônico da água .............................................................................................................. 54

5.5.4 Os conceitos de pH e pOH ............................................................................................................ 54

5.5.5 Indicadores do pH ........................................................................................................................ 54

5.6 Hidrólise de sais .............................................................................................................................. 54

Page 5: Apostila Fisico Quimica

4

5.6.1 Constante de hidrólise ................................................................................................................. 55

5.7 Produto de solubilidade .................................................................................................................. 55

Sessão leitura ........................................................................................................................................ 55

Exercícios de fixação ............................................................................................................................. 56

Pintou no ENEM .................................................................................................................................... 59

Exercício comentado ............................................................................................................................. 60

CAPÍTULO 6- Eletroquímica ................................................................................................................. 64

6.1 Oxirredução ..................................................................................................................................... 64

6.1.1 Regras práticas para a determinação do Nox .............................................................................. 64

6.1.2 Definição de reação oxirredução ................................................................................................. 64

6.1.3 Agente oxidante e agente redutor ............................................................................................... 64

6.2 Pilhas ............................................................................................................................................... 64

6.2.1 Potencial do eletrodo ................................................................................................................... 65

6.2.2 Diferença de potencial da pilha e sua espontaneidade ............................................................... 66

6.2.3 Pilhas e baterias comerciais ......................................................................................................... 66

6.3 Eletrólise .......................................................................................................................................... 67

6.3.1 Eletrólise em solução aquosa ....................................................................................................... 68

6.3.2 Aspectos quantitativos ................................................................................................................. 69

Sessão leitura ........................................................................................................................................ 69

Exercícios de fixação ............................................................................................................................. 69

Pintou no ENEM .................................................................................................................................... 75

Exercício comentado ............................................................................................................................. 77

CAPÍTULO 7- Reações nucleares .......................................................................................................... 78

7.1 A descoberta da radioatividade ...................................................................................................... 78

7.2 Natureza das emissões .................................................................................................................... 78

7.2.1 Radiação alfa (α)........................................................................................................................... 78

7.2.2 Radiação beta ............................................................................................................................... 79

7.2.3 Radiação gama ............................................................................................................................. 79

7.2.4 Emissão de pósitrons ................................................................................................................... 79

7.3 Transmutação artificial.................................................................................................................... 79

7.4 Meia-vida ou período de semidesintegração ................................................................................. 79

7.5 Datação com carbono-14 ................................................................................................................ 80

7.6 Fissão nuclear .................................................................................................................................. 80

Page 6: Apostila Fisico Quimica

5

7.7 Fusão nuclear .................................................................................................................................. 80

Sessão leitura ........................................................................................................................................ 80

Exercícios de fixação ............................................................................................................................. 81

Pintou no ENEM .................................................................................................................................... 83

Exercício comentado ............................................................................................................................. 86

Page 7: Apostila Fisico Quimica

6

Capítulo 1- Dispersões e soluções

1.1 Dispersões

Temos diferentes classificações para

misturas. Podemos ter um sistema (mistura)

homogêneo, quando temos a solubilidade de uma

substância em outra, ou um sistema (mistura)

heterogêneo, quando uma substância não se

solubiliza na outra. Como um caso intermediário a

esses dois, podemos ter algumas substâncias que

se disseminam em maior quantidade ou em menor

quantidade.

Dispersão é um sistema com uma

substância se disseminando, como pequenas

partículas, em outra substância.

O que se distribui uniformemente como

pequenas partículas é chamado de disperso, e a

substância em que o disperso é disseminado é

chamada dispersante ou dispergente.

1.1.1 Classificação das

dispersões

A classificação das dispersões é feita de

acordo com o diâmetro médio das partículas

dispersas:

Tabela 1: Classificação das dispersões

Classificação Diâmetro médio

das partículas

dispersas

Exemplo

Soluções

verdadeiras

Inferior a 10-7

cm Água +

glicose

Soluções

coloidais

Entre 10-7

e 10-4

cm

Água +

gelatina

Suspensões Superior a 10-4

cm

Água +

enxofre

Tabela 2: Principais características dos sistemas

dispersos

Soluções

verdadeira

s

Soluções

coloidais

Suspensões

Natureza

das

partículas

Átomos,

íons ou

moléculas.

Aglomera

dos de

átomos,

Grandes

aglomerados

de átomos,

dispersas íons ou

moléculas,

além de

moléculas

gigantes e

íons

gigantes.

íons ou

moléculas.

Homogen

eidade do

sistema

As

partículas

não são

visíveis

com

nenhum

aparelho

(sistema

homogêneo

).

As

partículas

são

visíveis ao

ultrami-

croscópio

(sistema

heterogê-

neo).

As partículas

são visíveis

ao

microscópio

comum.

Sediment

ação das

partículas

As

partículas

não se

sedimen-

tam.

As

partículas

sedimen-

tam-se por

meio de

ultracentrí-

fugas.

sedimenta-

ção

espontânea

ou por meio

de

centrífugas

comuns.

Separaçã

o por

filtração

A

separação

não é

possível.

As

partículas

são

separadas

por meio

de

ultrafiltros.

As partículas

são

separadas

por meio de

filtros

comuns.

1.2 Soluções verdadeiras ou Soluções

O grupo mais importante dentro de

dispersões é o grupo das soluções verdadeiras ou

soluções. Podemos fazer uma associação de

dispersão com soluções: o que chamamos de

disperso em dispersões, chamamos de soluto em

soluções, e, o que chamamos de dispersante, em

soluções chamamos de solvente.

1.2.1 Classificação das soluções

Podemos classificar as soluções de acordo

com 4 critérios: condução de corrente elétrica,

estado de agregação da solução, proporção

soluto/solvente, e natureza do soluto.

Condução de corrente elétrica

Soluções eletrolíticas ou iônicas: Uma solução

eletrolítica conduz corrente elétrica, pois contêm

Page 8: Apostila Fisico Quimica

7

íons livres que são gerados pela ionização ou

dissociação do soluto. Exemplo: Água e cloreto de

sódio.

Soluções não-eletrolíticas ou moleculares: Uma

solução não-eletrolítica não conduz corrente

elétrica, pois não apresenta íons livres e sim,

moléculas. Exemplo: Água e etanol.

Estado de agregação da solução

Soluções sólidas

Soluções líquidas

Soluções gasosas

Proporção entre soluto e solvente

Soluções diluídas: são as que contêm uma

quantidade pequena de soluto em relação à

quantidade de solvente.

Soluções concentradas: são as que contêm uma

quantidade grande de soluto em relação à

quantidade de solvente.

Natureza do soluto

Soluções moleculares: quando moléculas

constituem as partículas dispersas.

Soluções iônicas: quando íons constituem as

partículas dispersas.

1.2.2 Regras de solubilidade

Substância polar tende a dissolver

substância polar e substância apolar tende a

dissolver substância apolar.

Obs.: Em geral, temos que as substâncias

inorgânicas são polares e as substâncias orgânicas

são apolares.

Obs2.: Substâncias inorgânicas em água: ácidos

são solúveis em geral, bases são insolúveis em

geral, sais têm solubilidade variada, óxidos

metálicos são insolúveis em geral e óxidos não-

metálicos dissolvem-se reagindo com a água em

geral.

1.2.3 Saturação da solução

Quando adicionamos soluto continuamente,

em um momento, ele não irá mais se dissolver. A

partir daí, todo o sólido ficará depositado no fundo

do recipiente e dizemos que a solução está

saturada ou que a solução atingiu o ponto de

saturação. A saturação de uma solução depende

do soluto e do solvente que a compõem, bem como

das condições físicas. Temperatura e pressão

influem no ponto de saturação. Cada solução

apresenta um coeficiente ou grau de solubilidade,

que é a quantidade necessária de uma substância

para saturar uma quantidade de solvente, em

determinadas condições físicas de temperatura e

de pressão.

Quanto menor o coeficiente de solubilidade,

menos solúvel a substância é naquele solvente. No

caso de dois líquidos, dizemos que as substâncias

são imiscíveis. Caso da água com óleo.

Podemos classificar as soluções em função

do seu ponto de saturação:

Não-saturadas: menos soluto que o determinado

pelo coeficiente de solubilidade;

Saturadas: quando atingem o coeficiente de

solubilidade;

Supersaturadas: mais soluto que o determinado

pelo coeficiente de solubilidade.

Figura 1: Classificação e estabilidade das soluções

Disponível em:

http://vagnerbertoloto.blogspot.com.br/2012/01/solucoes.html. Acesso 23

mai. 2014.

1.2.4 Curvas de solubilidade

As curvas de solubilidade representam a

variação dos coeficientes de solubilidade das

substâncias em função da temperatura.

Page 9: Apostila Fisico Quimica

8

Figura 2: Curva de solubilidade KNO3 em água

Disponível em:

http://vagnerbertoloto.blogspot.com.br/2012/01/solucoes.html. Acesso em

23 mai. 2014.

Existem três tipos de curva:

Ascendentes: representam as substâncias cujo

coeficiente de solubilidade aumenta com a

temperatura.

Descendentes: representam substâncias cujo

coeficiente de solubilidade diminui com a

temperatura. Percebemos esse comportamento na

dissolução de gases em líquidos, onde a

solubilidade do gás aumenta com a elevação da

pressão e, consequentemente, diminui com a

elevação da temperatura.

Curvas com inflexões: representam as substâncias

que sofrem modificações em sua estrutura com a

variação da temperatura.

Geralmente a presença de pontos de

inflexão ao longo da curva, indica que está

ocorrendo a desidratação do soluto mediante

aumento de temperatura.

1.3 Concentração das soluções

Concentração de uma solução nada mais é

que expressar a quantidade de soluto dissolvido em

um certo volume de solução. Essas grandezas

podem ser expressas em massa, volume ou mol.

1.3.1 Concentração comum

(Concentração)

Concentração comum, ou concentração

(C), é a massa do soluto (mg, g, kg, t etc.) dividido

pelo volume da solução (cm3, mL, dm

3, L, m

3 etc.).

𝐶 =𝑚𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜

𝑉𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜

Exemplo: Qual a concentração em g/L de uma

solução de nitrato de potássio que contem 60g do

sal em 300cm3 de água.

1.3.2 Título em massa

Título em massa () é a massa do soluto

dividido pela massa da solução (massa do soluto +

massa do solvente). Assim, título em massa é uma

grandeza adimensional (sem unidade).

𝜏 =𝑚𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜

𝑚𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜

Podemos expressar o título em massa em

porcentagem (porcentagem em massa).

𝜏 % =𝑚𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜

𝑚𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜𝑥 100

Exemplo: Uma solução de cloreto de potássio (KCl)

10% possui 10 g de soluto em 100 g de solução ou

90 g de água.

Obs.: O título ainda pode ser escrito em termos de

volume. As definições são idênticas às anteriores,

trocando apenas massa por volume.

Page 10: Apostila Fisico Quimica

9

1.3.3 Molaridade

Molaridade (ɱ) é a quantidade de soluto

em mols, dividido pelo volume da solução.

𝔪 =𝑛

𝑉𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜

Mas,

𝑛 =𝑚

𝑀𝑀

Logo,

𝔪 =𝑚

𝑀𝑀𝑥𝑉(𝐿)

Exemplo: Qual a concentração em mol/L de uma

solução de iodeto de sódio que contem 45g do sal

em 400mL de solução?

Massas atômicas: Na = 23; I = 127.

1.3.4 Fração molar

Fração molar (X) é o número de mols do

soluto dividido pelo número de mols da solução

(soluto + solvente).

Denotamos o índice 1 para soluto e 2 para

solvente

𝑋 =𝑛𝑖

𝑛𝑇

1.3.5 Partes por milhão

Partes por milhão (ppm) expressa a

concentração de soluções extremamente diluídas.

O soluto se apresenta em quantidade muito

pequena, dissolvido em uma quantidade muito

grande de solvente.

1.3.6 Concentração da água

oxigenada

A água oxigenada é uma solução de

peróxido de hidrogênio em água. Normalmente sua

concentração é expressa em volumes. Isso

significa a quantidade de litros de oxigênio que se

obtém a partir da decomposição completa do

peróxido de hidrogênio contido em 1,0 litro de

solução, nas condições normais de temperatura e

pressão.

1.3.7 Densidade

É a razão entre a massa e o volume de

uma solução.

𝑑 =𝑚𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜

𝑉𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜

Unidade: gramas por mL (g/mL)

1.3.8 Relação entre concentração

e título

𝐶 = 𝜏 𝑑

Com a densidade expressa em g/L

Para densidade em mg/L, temos:

𝐶 = 𝜏 𝑑 1000

1.3.9 Relação entre concentração

e molaridade

𝐶 = 𝔪 𝑀𝑀

Exemplo: Qual a concentração em mol/L de uma

solução de HCl que apresenta concentração igual a

146g/L?

Massas atômicas: H = 1; Cl = 35,5

1.4 Contando íons em solução

Para determinar a quantidade de moléculas

ou íons numa solução precisamos considerar a

natureza do soluto e o seu comportamento na

presença do solvente, no caso a água.

Page 11: Apostila Fisico Quimica

10

Consideremos uma solução 2mol/L de

ácido nítrico. O ácido nítrico é um eletrólito forte

e,em água, se ioniza de acordo com a equação:

HNO3(l) → H+(aq) + NO-

3(aq)

Portanto, nessa solução não existem mais

moléculas de soluto, mas íons. Como cada

molécula origina um mol de íons H+ e um mol de

íons NO-3, em 1L de solução 2mol/L desse ácido,

há 2mol de íons H+ e 2mol de íons NO

-3.

Essa condição só é verdadeira para solutos

que sofrem ionização (principalmente ácidos) ou

dissociação (sais e alguns hidróxidos) em água.

1.5 Diluição e mistura de soluções

1.5.1- Diluição de soluções

A diluição consiste em adicionar mais

solvente à solução, e, portanto, diminuir sua

concentração.

A quantidade de soluto é a mesma antes e

depois da diluição:

m1 = m2

Sabemos que m = C . V, portanto:

C1 . V1 = C2 . V2

onde V2 é igual ao volume inicial da solução mais o

volume de solvente adicionado.

Exemplo: Um volume de 500mL de uma solução

aquosa de CaCl2 0,3mol/L é diluída até o volume

final de 1500mL. Qual a concentração final da

solução?

1.6 Mistura de soluções

1.6.1- Mistura de duas

soluções de um mesmo

soluto

Se misturarmos duas soluções de mesmo

soluto:

Figura 3: Mistura de soluções de mesmo solvente.

Disponível em:

http://aprendaquimicarenatojr.blogspot.com.br/2012/05/exercicios-

diluicao-e-misturas-de.html. Acesso em 23 mai. 2014.

A massa total do soluto será a soma das

massas do soluto das soluções iniciais. O mesmo

acontece com o solvente, o volume final é a soma

dos iniciais. Assim a concentração final é a razão

entre a quantidade final de soluto e o volume final:

𝐶 =𝑚

𝑉=

320𝑔

0,300𝐿= 1067𝑔/𝐿

1.6.2- Mistura de soluções

de solventes iguais e

solutos diferentes sem

que haja reação química

Ao se misturar soluções de solutos

diferentes sem ocorrer reação química entre eles, a

quantidade de cada soluto permanece inalterada,

antes e após a mistura.

1.6.3- Mistura de soluções

com solventes iguais e

solutos diferentes que

reagem entre si

Normalmente ocorre com a mistura de uma

solução de um ácido com uma solução de uma

base; ou solução de um oxidante com uma solução

de um redutor; ou com soluções de dois sais que

reagem um com o outro. Quando soluções com

solutos diferentes reagem entre si ao se misturar,

se trata de um problema relacionado com cálculo

estequiométrico.

Page 12: Apostila Fisico Quimica

11

2 Sessão leitura

O risco do monóxido de carbono

O monóxido de carbono se combina com a

hemoglobina nos glóbulos vermelhos no sangue e

a inutiliza para sua função essencial, que é de

transportar oxigênio pelo corpo. Sem oxigênio,

morremos rapidamente. E nosso cérebro é o

primeiro a morrer. O monóxido de carbono é um

gás incolor, inodoro e altamente tóxico.

Todos estamos expostos a ele porque está

presente em quantidades muito pequenas traço

na atmosfera. Os maiores níveis são encontrados

no ar das cidades, provenientes da combustão

nos motores dos veículos. A maior parte dos

átomos de carbono existentes em um combustível

transforma-se em CO2 com dois oxigênios na

molécula, porém um pouco do combustível

queimado em um motor ou aquecedor pode

encontrar pouco oxigênio para sua combustão

completa, e o carbono acaba se combinando com

apenas um oxigênio por molécula. O monóxido de

carbono no ar que respiramos pode se combinar

com até 5% de hemoglobina de nosso sangue e,

se fumarmos, esse valor pode subir para

valores de ordem de 10%. Se chegar a 30%

percebemos os sintomas do envenenamento por

monóxido de carbono: naúseas, dores de cabeça,

indolência e dores no peito. A principal fonte

humana de monóxido de carbono são os

escapamentos de carros, que podem produzir

nivéis tão altos como 50 ppm (0,005%) em locais

de tráfego intenso. (Fonte: John Emsley. Molecules

at na exhibition. Portraits of intriguing materials in everyday life.

Oxford University, 1998, p.108).

3 Exercícios de fixação

1-(Mackenzie) A concentração em g/L, da solução

obtida ao se dissolverem 4g de cloreto de sódio

em 50cm3 de água é:

a) 200 g/L

b) 20 g/L

c) 0,08 g/L

d) 12,5 g/L

e) 80 g/L.

2- (Cesgranrio-RJ) Considere o quadro a seguir:

Logo, podemos afirmar que:

a. A = solução verdadeira; B = suspensão; C

= solução coloidal.

b. A = suspensão; B = solução coloidal; C =

solução verdadeira.

c. A = solução coloidal; B = solução

verdadeira; C = suspensão.

d. A = solução coloidal; B = suspensão; C =

solução verdadeira.

e. A = solução verdadeira; B = solução

coloidal; C = suspensão.

3- Considere este gráfico:

Page 13: Apostila Fisico Quimica

12

As soluções indicadas pelos pontos A,

B e C podem ser classificadas quanto à saturação,

respectivamente, como:

a. Insaturada, saturada com corpo de chão,

supersaturada.

b. Saturada, insaturada, saturada com corpo

de chão.

c. Saturada com corpo de chão, saturada,

insaturada.

d. Supersaturada, insaturada, saturada.

e. Saturada com corpo de chão,

supersaturada, insaturada.

4- Certa substância X pode ser dissolvida em até

53g a cada 100 mL de água (H2O). As soluções

formadas por essa substância, descritas a seguir,

podem ser classificadas, respectivamente, como:

1. 26,5g de X em 50 mL de H2O

2. 28g de X em 100 mL de H2O

3. 57,3g de X em 150 mL de H2O

4. 55g de X em 100 mL de H2O

a) Insaturada, Insaturada, Saturada com

precipitado e Saturada.

b) Saturada, Saturada, Saturada com

precipitado e Insaturada.

c) Saturada com precipitado, Insaturada,

Saturada e Saturada.

d) Saturada com precipitado, Insaturada,

Insaturada e Saturada.

e) Saturada, Insaturada, Insaturada e Saturada

com precipitado.

5- Um técnico resolveu misturar sobras de

soluções num laboratório para serem

reaproveitadas. Ele misturou 100 mL de uma

solução de NaCl 0,02 mol/L com 200 mL de uma

solução de NaCl 0,05 mol/L. Qual é a

concentração da solução originada da mistura?

a) 0,04 mol/L

b) 0,07 mol/L

c) 0,035 mol/L

d) 0,05 mol/L

e) 0,025 mol/L.

6- A água de coco é uma solução rica em potássio

e outros sais minerais. A concentração de íons

potássio nessa solução é cerca de 320 mg em 200

mL de água de coco. Qual é a concentração

aproximada de potássio em mol/L?

a) 41,0

b) 51,6

c) 1,6

d) 0,041

e) 0,052

7- (MED – ITAJUBA) Quantos gramas de Na3PO4

(PM = 164) são necessárias para preparar 5,0 litros

de uma solução 3 molar?

a)10,9

b)65,6

c)98,4

Page 14: Apostila Fisico Quimica

13

d)273

e) 2460

8- Um mL de suco de laranja contém cerca de 400

ppm de vitamina C. Quantos mL de suco de laranja

uma pessoa deve ingerir para suprir a necessidade

diária de 60 mg de vitamina C? Considere que a

densidade do suco de laranja seja 1,00 g/mL.

a) 0,15

b) 150

c) 0,015

d) 1500

e) 1,50

9- A concentração em mol/L de Cl – em uma

solução aquosa 0,1 mol/L de FeCl3 é:

a) 0,5 mol/L.

b) 0,4 mol/L.

c) 0,3 mol/L.

d) 0,2 mol/L.

e) 0,1 mol/L.

10- Uma solução aquosa de NaCl apresenta

porcentagem em massa de 12,5%. Isso significa

que, para cada 100g de solução, teremos ........ g

de soluto e .......... g de solvente. Completa-se

corretamente a afirmação acima, respectivamente,

com:

a) 12,5g e 100 g.

b) 12,5g e 87,5g.

c) 87,5g e 12,5g.

d) 100g e 12,5g.

e) 58,5g e 41,5g.

11- Um vidro de medicamento contendo 200 mL

de antiácido possui 11,6 g de Mg(OH)2. Quantos

gramas de ácido clorídrico podem ser

neutralizados pelo uso de duas colheres de sopa

deste medicamento (volume total de 10,0 mL)?

Considere a massa molar do HCl igual a 36,5

g/mol, e do Mg(OH)2 igual a 58 g/mol.

a) 3,65 g.

b) 7,3 g.

c) 14,6 g.

d) 0,58 g.

e) 0,73 g.

12- Numa diluição de uma solução, podemos

afirmar que:

a) A massa do solvente permanece constante.

b) A massa do soluto permanece constante.

c) O volume da solução permanece constante.

d) A molaridade da solução permanece constante.

e) A molalidade da solução permanece constante.

13- – Uma solução contendo 5 mL de NaCl 1mol/L

é diluída com água suficiente para atingir o volume

de 500mL. A concentração desta nova solução é:

a) 0,002 mol/L

b) 0,01 mol/L

c) 0,05 mol/L

d) 0,50 mol/L

e) 10 mol/L

14- Para um determinado alimento ser

considerado light, o mesmo deve apresentar

redução mínima de 25% em gordura, proteína ou

carboidratos em relação ao convencional.

Considerando que um copo de 200 mL de suco de

laranja convencional possui 20 gramas de

carboidratos, qual é a concentração máxima de

carboidratos, em g.L-1, presente em um copo de

200 mL de suco de laranja light?

a) 5,0

b) 75,0

Page 15: Apostila Fisico Quimica

14

c) 100,0

d) 0,5

e) 7,5

15-100g de solução de um certo sal tem a

concentração de 30% em massa. A massa de água

necessária para diluí-la a 20% em massa é: a) 25g.

b) 50g.

c) 75g.

d) 100g.

e) 150g.

16- Qual a molaridade de uma solução de NaOH

formada pela mistura de 60 mL de solução 5 mol/L

com 300 mL de solução 2 mol/L, da mesma base ?

a) 1,5 mol/L.

b) 2,0 mol/L.

c) 2,5 mol/L.

d) 3,5 mol/L.

e) 5,0 mol/L.

17- Qual a molaridade de uma solução de ácido

sulfúrico obtida pela mistura de 30 mL do ácido

1,3%, densidade de 1,5 g/mL e 20 mL do mesmo

ácido 0,5 mol/L ?

Dados: H = 1 u.; O = 16 u.; S = 32 u

a) 0,64 mol/L.

b) 0,32 mol/L.

c) 0,48 mol/L.

d) 0,10 mol/L.

e) 0,50 mol/L.

18- Quando se adiciona uma solução de cloreto de

cálcio a uma solução de carbonato de sódio forma-

se uma solução de carbonato de cálcio insolúvel

(utilizado como giz), de acordo com a equação:

CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3 + 2NaCl

Para reagir completamente com 50 mL de solução

0,15 mol/L de Na2CO3, é necessário um volume de

solução 0,25 mol/L de CaCl2 igual a:

a) 15,0 mL.

b) 25,0 mL.

c) 30,0 mL.

d) 50,0 mL.

e) 75,5 mL.

19- A tabela seguinte fornece dados sobre a

solubilidade do KCl em diversas temperaturas.

Analisando essa tabela pode-se prever que a

adição de 60 g de KCl em 200 g de água sob

temperatura constante de 50ºC formará uma

solução aquosa ............... e ............... corpo de

fundo. Resfriando-se o sistema a 10ºC, a solução

se apresentará ............... e ............... corpo de

fundo.

Para completar corretamente o texto, as lacunas

devem ser preenchidas, na ordem em que

aparecem, por:

a) saturada – sem – insaturada – com b) insaturada

– sem – saturada – sem c) insaturada – sem –

saturada – com

d) insaturada – sem – insaturada – sem e) saturada

– com – saturada – com

20- O “soro caseiro” consiste em uma solução

aquosa de cloreto de sódio 3,5g/L e de sacarose

Page 16: Apostila Fisico Quimica

15

11g/L. A massa de cloreto de sódio e de sacarose

necessárias para preparar 500mL de soro caseiro

são respectivamente:

a) 17,5g e 55g

b) 175g e 550g

c) 1750mg e 5500mg d) 17,5mg e 55mg

e) 175mg e 550mg

Gabarito:

1-E

2- E

3. C

4. E

5. A

6. D

7. E

8. B

9. C

10. B

11. E

12. B

13. B

14. B

15. B

16. A

17. B

18. C

19. C

20. C

4 Pintou no ENEM

1- No Japão, um movimento nacional para a

promoção da luta contra o aquecimento global leva

o slogan: 1 pessoa, 1 dia, 1 kg de CO2 a menos! A

ideia é cada pessoa reduzir em 1 kg a quantidade

de CO2 emitida todo dia, por meio de

pequenos gestos ecológicos, como diminuir a

queima de gás de cozinha.

Um hamburguer ecológico? É pra já! Disponível em: http://lqes.iqm.unicamp.br.

Acesso em: 24 fev. 2012 (adaptado).

Considerando um processo de combustão completa

de um gás de cozinha composto exclusivamente

por butano (C4H10), a mínima quantidade desse gás

que um japonês deve deixar de queimar para

atender à meta diária, apenas com esse gesto, é de

Dados: CO2 (44 g/mol); C4H10 (58 g/mol)

A 0,25 kg.

B 0,33 kg.

C 1,0 kg.

D 1,3 kg.

E 3,0 kg.

2- Aspartame é um edulcorante artificial (adoçante

dietético) que apresenta potencial adoçante 200

vezes maior que o açúcar comum, permitindo seu

uso em pequenas quantidades. Muito usado pela

indústria alimentícia, principalmente nos

refrigerantes diet, tem valor energético que

corresponde a 4 calorias/grama. É contraindicado a

portadores de fenilcetonúria, uma doença genética

rara que provoca o acúmulo da fenilalanina no

organismo, causando retardo mental. O IDA (índice

diário aceitável) desse adoçante é 40 mg/kg de

massa corpórea.

Disponível em: http://boaspraticasfarmaceuticas.blogspot.com. Acesso

em: 27 fev. 2012.

Com base nas informações do texto, a quantidade

máxima recomendada de aspartame, em mol, que

uma pessoa de 70 kg de massa corporal pode

ingerir por dia é mais próxima de

Dado: massa molar do aspartame = 294 g/mol

A 1,3 × 10–4

.

B 9,5 × 10–3

.

C 4 × 10–2

.

D 2,6.

E 823.

3- Certas ligas estanho-chumbo com composição

específica formam um eutético simples, o que

significa que uma liga com essas características se

comporta como uma substância pura, com um

ponto de fusão definido, no caso 183ºC. Essa é

uma temperatura inferior mesmo ao ponto de fusão

dos metais que compõe esta liga (o estanho puro

Page 17: Apostila Fisico Quimica

16

funde a 232ºC e o chumbo puro a 320ºC), o que

justifica sua ampla utilização na soldagem de

componentes eletrônicos, em que o excesso de

aquecimento deve sempre ser evitado. De acordo

com as normas internacionais, os valores mínimo e

máximo das densidades para essas ligas são de

8,74 g/mL e 8,82 g/mL, respectivamente. As

densidades do estanho e do chumbo são 7,3 g/mL

e 11,3 g/mL, respectivamente.

Um lote contendo 5 amostras de solda estanho-

chumbo foi analisado por um técnico, por meio da

determinação de sua composição percentual em

massa, cujos resultados estão mostrados no

quadro a seguir.

Amostra Porcentagem

de Sn(%)

Porcentagem

de Pb(%)

I 60 40

II 62 38

III 65 35

IV 63 37

V 59 41

Disponível em: www.eletrica.ufpr.br.

Com base no texto e na análise realizada pelo

técnico, as amostras que atendem às normas

internacionais são

A) I e II.

B) I e III.

C) II e IV.

D) III e V.

E) IV e V.

4- A eutrofização é um processo em que rios, lagos

e mares adquirem nível altos de nutrientes,

especialmente fosfatos e nitratos, provocando

posterior acúmulo de matéria orgânica em

decomposição. Os nutrientes são assimilados pelos

produtores primários e o crescimento desses é

controlado pelo nutriente limítrofe, que é o

elemento menos disponível em relação à

abundância necessária à sobrevivência dos

organismos vivos. O ciclo representado na figura

seguinte reflete a dinâmica dos nutrientes em um

lago.

SPIRO, T.G.; STIGLIANI, W.M. Química Ambiental. São Paulo: Pearson Education do

Brasil, 2008 (adaptado).

A análise da água de um lago que recebe a

descarga de águas residuais provenientes de

lavouras adubadas revelou as concentrações dos

elementos carbono (21,2 mol/L), nitrogênio (1,2

mol/L) e fósforo (0,2 mol/L). Nessas condições, o

nutriente limítrofe é

A) C.

B)N.

C)P.

D)CO2.

E) PO43-

5- O peróxido de hidrogênio é comumente utilizado

como antisséptico e alvejante. Também pode ser

empregado em trabalhos de restauração de

quadros enegrecidos e no clareamento de dentes.

Na presença de soluções ácidas de oxidantes,

como o permanganato de potássio, este óxido

decompõe-se, conforme a equação a seguir:

5 H2O2 (aq) + 2 KMnO4 (aq) + 3 H2SO4 (aq) → 5 O2 (g) +

2 MnSO4 (aq) + K2SO4 (aq) + 8 H2O (l)

ROCHA-FILHO, R. C. R.; SILVA, R. R. Introdução aos Cálculos da Química.

São Paulo: McGraw-Hill, 1992.

De acordo com a estequiometria da reação

descrita, a

quantidade de permanganato de potássio

necessária para reagir completamente com 20,0 mL

Page 18: Apostila Fisico Quimica

17

de uma solução 0,1 mol/L de peróxido de

hidrogênio é igual a

A 2,0×100 mol.

B 2,0×10-3

mol.

C 8,0×10-1

mol.

D 8,0×10-4

mol.

E 5,0×10-3

mol..

6- Todos os organismos necessitam de água e

grande parte deles vive em rios, lagos e oceanos.

Os processos biológicos, como respiração e

fotossíntese, exercem profunda influência na

química das águas naturais em todo o planeta. O

oxigênio é ator dominante na química e na

bioquímica da hidrosfera. Devido a sua baixa

solubilidade em água (9,0 mg/L a 20ºC) a

disponibilidade de oxigênio nos ecossistemas

aquáticos estabelece o limite entre a vida aeróbica

e anaeróbica. Nesse contexto, um parâmetro

chamado Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO)

foi definido para medir a quantidade de matéria

orgânica presente em um sistema hídrico. A DBO

corresponde à massa de O2 em miligramas

necessária para realizar a oxidação total do

carbono orgânico em um litro de água.

BAIRD, C. Química Ambiental. Ed. Bookmam, 2005 (adaptado).

Dados: Massas molares em g/mol: C = 12; H = 1; O

= 16.

Suponha que 10 mg de açúcar (fórmula mínima

CH2O e massa molar igual a 30 g/mol) são

dissolvidos em um litro de água; em quanto a DBO

será aumentada?

A) 0,4 mg de O2/litro

B) 1,7 mg de O2/litro

C) 2,7 mg de O2/litro

D) 9,4 mg de O2/litro

E) 10,7 mg de O2/litro

7- A composição média de uma bateria automotiva

esgotada é de aproximadamente 32% Pb, 3% PbO,

17% PbO2 e 36% PbSO4. A média de massa da

pasta residual de uma bateria usada é de 6 kg,

onde 19% é PbO2, 60% PbSO4 e 21% Pb. Entre

todos os compostos de chumbo presentes na

pasta, o que mais preocupa é o sulfato de chumbo

(II), pois nos processos pirometalúrgicos, em que

os compostos de chumbo (placas das baterias) são

fundidos, há a conversão de sulfato em dióxido de

enxofre, gás muito poluente. Para reduzir o

problema das emissões de SO2(g), a indústria pode

utilizar uma planta mista, ou seja, utilizar o

processo hidrometalúrgico, para a dessulfuração

antes da fusão do composto de chumbo. Nesse

caso, a redução de sulfato presente no PbSO4 é

feita via lixiviação com solução de carbonato de

sódio (Na2CO3) 1M a 45ºC, em que se obtém o

carbonato de chumbo (II) com rendimento de 91%.

Após esse processo, o material segue

para a fundição para obter o chumbo metálico.

PbSO4 + Na2CO3 → PbCO3 + Na2SO4

Dados: Massas Molares em g/mol Pb = 207; S =

32; Na = 23; O = 16; C = 12.

Segundo as condições do processo apresentado

para a obtenção de carbonato de chumbo (II) por

meio da lixiviação por carbonato de sódio e

considerando uma massa de pasta residual de uma

bateria de 6 kg, qual quantidade aproximada, em

quilogramas, de PbCO3 é obtida?

A) 1,7 kg

B) 1,9 kg

C) 2,9 kg

D) 3,3 kg

E) 3,6 kg

8- Ao colocar um pouco de açúcar na água e mexer

até a obtenção de uma só fase, prepara-se uma

solução. O mesmo acontece ao se adicionar um

pouquinho de sal à água e misturar bem. Uma

substância capaz de dissolver o soluto é

denominada solvente; por exemplo, a água é um

solvente para o açúcar, para o sal e para várias

Page 19: Apostila Fisico Quimica

18

outras substâncias. A figura a seguir ilustra essa

citação

Suponha que uma pessoa, para adoçar seu

cafezinho, tenha utilizado 3,42g de sacarose

(massa molar igual a 342 g/mol) para uma xícara

de 50 mL do líquido. Qual é a concentração final,

em mol/L, de sacarose nesse cafezinho

A 0,02

B 0,2

C 2

D 200

E 2000

9- O álcool hidratado utilizado como combustível

veicular é obtido por meio da destilação fracionada

de soluções aquosas geradas a partir da

fermentação de biomassa. Durante a destilação, o

teor de etanol da mistura é aumentado, até o limite

de 96% em massa.

Considere que, em uma usina de produção de

etanol, 800 kg de uma mistura etanol/água com

concentração 20% em massa de etanol foram

destilados, sendo obtidos 100 kg de álcool

hidratado 96% em massa de etanol. A partir desses

dados, é correto concluir que a destilação em

questão gerou um resíduo com uma concentração

de etanol em massa

A de 0%.

B de 8,0%.

C entre 8,4% e 8,6%.

D entre 9,0% e 9,2%.

E entre 13% e 14%

10-Diesel é uma mistura de hidrocarbonetos que

também apresenta enxofre em sua composição.

Esse enxofre é um componente indesejável, pois o

trióxido de enxofre gerado é um dos grandes

causadores da chuva ácida. Nos anos 1980, não

havia regulamentação e era utilizado óleo diesel

com 13 000 ppm de enxofre. Em 2009, o diesel

passou a ter 1 800 ppm de enxofre (S1800) e, em

seguida, foi inserido no mercado o diesel S500

(500ppm). Em 2012, foi difundido o diesel S50, com

50 ppm de enxofre em sua composição.

Atualmente, é produzido um diesel com teores de

enxofre ainda menores. Os impactos da má

qualidade do óleo diesel brasileiro. Disponível em

www.cnt.org.br Acesso em 20 dez.: 2012

(adaptado). A substituição do diesel usados nos

anos 1980 por aquele difundido em 2012 permitiu

uma redução percentual de emissão SO3 de

a) 86,2%

b) 96,2%

c) 97,2%

d) 99,6%

e) 99,9%

12-A utilização de processos de biorremediação de resíduos gerados pela combustão incompleta de compostos orgânicos tem se tornado crescente, visando minimizar a poluição ambiental.

Para a ocorrência de resíduos de naftaleno, algumas legislações limitam sua concentração em até 30 mg/kg para solo agrícola e 0,14 mg/L para água subterrânea. A quantificação desse resíduo foi realizada em diferentes ambientes, utilizando-se amostras de 500g de solo e 100 mL de água, conforme apresentado no quadro.

a) Solo I b) Solo II c) Solo III

Page 20: Apostila Fisico Quimica

19

d) Água II

e) Agua III

Gabarito:

1. B

2. B

3. D

4. C

5. B

6. D

7. E

8. C

9. B

10.D

11.D

12-B

5 Exercício Comentado

(UFPI) A nova legislação de trânsito prevê um limite máximo de 6 decigramas de álcool –C2H5OH –por litro de sangue do motorista (0,6 g/L). Considerando que a porcentagem média de álcool ingerida que fica no sangue é de 15% em massa, indique, para um adulto com peso médio de 70 kg cujo volume de sangue é de 5 litros, o número máximo de latas de cerveja (volume = 350 mL) ingeridas sem que o limite estabelecido seja ultrapassado. Dados complementares: a cerveja tem 5% de álcool em volume, e a densidade do álcool é de 0,8 g/mL.

RESOLUÇÃO:

Concentração máxima de etanol no sangue: 0,6 g/L.

Volume de sangue: 5 L.

Massa de etanol máxima no sangue:

C = m/v

0,6=m/5

m=3,0 g de álcool.

Nem todo etanol ingerido é absorvido chega a corrente sanguínea. Do total ingerido, apenas 15% vai para a corrente sanguínea. Assim, a massa de álcool ingerida é:

3,0 g álcool ----- 15% (absorvido)

x ----- 100% (ingerido)

x = 20 g de álcool ingerido.

O álcool ingerido vem da cerveja, onde esse corresponde a 5% do volume total.

Volume de álcool:

dálc= málc/válc

0,8= 20/válc

válc= 25 mL

Volume de cerveja:

25 mL ----- 5% (Válc)

y ----- 100% (Vcerveja)

y = 500 mL de cerveja.

Cada lata de cerveja tem um volume de 350 mL. Se um indivíduo ingerisse duas latas de cerveja, o volume seria de 700 mL de cerveja e a concentração de álcool na corrente sanguínea seria maior do que 0,6 g/L. Dessa forma, a quantidade máxima de latas que pode ser ingerida é uma lata.

OBS: tente calcular a concentração de álcool no sangue se fossem ingeridas duas latas de cerveja.

Capítulo 2- Propriedades Coligativas

Propriedades coligativas são propriedades

que dependem apenas do número de partículas

dispersas na solução, independente da natureza

delas. Existem quatro propriedades coligativas, são

elas tonometria, ebuliometria, criometria e

osmometria.

Antes de entrar em cada propriedade

coligativa, vamos discutir alguns pontos importantes

das mudanças de estado físico.

2.1 Relação das mudanças de estado

físico

2.1.1 Evaporação dos líquidos

puros

Todos já vimos uma poça de água secar

(evaporar), assim como também sabemos que o

ponto de ebulição da água é 100°C. Logicamente,

não temos a temperatura do ambiente tão elevada.

Como essa poça evapora?

Page 21: Apostila Fisico Quimica

20

A evaporação ocorre em qualquer

temperatura, pois as moléculas não ficam paradas,

estão sempre em movimento. Nem todas as

moléculas têm a mesma velocidade, e algumas,

então, conseguem “escapar” do líquido e irem para

a atmosfera. A esse fenômeno damos o nome de

evaporação.

Ao imaginarmos um recipiente fechado com

o líquido colocado, e que anteriormente havia

apenas vácuo. No início, a evaporação é rápida,

depois mais lenta, até que parece cessar. Acontece

que como o recipiente é fechado, as moléculas na

têm para onde ir, e como as moléculas gasosas

têm maior velocidade, elas começam a se chocar e

voltam para a fase líquida. Assim, parece que a

evaporação cessou, mas o que ocorreu foi um

equilíbrio dinâmico entre as fases, ou seja, a

velocidade de evaporação do líquido tornou-se

igual à velocidade de condensação de seus

vapores. Quando isso acontece, dizemos que os

vapores do líquido alcançaram o estado dos

vapores saturados e a pressão máxima de vapor do

líquido foi alcançada, na temperatura em que a

experiência foi realizada. Pressão máxima de vapor

de um líquido é a pressão exercida pelos vapores

saturados quando estão em equilíbrio dinâmico

com o líquido.

A pressão máxima de vapor depende do

líquido e da temperatura em que a experiência é

feita.

Figura 1: Gráfico pressão de vapor da água x

temperatura

Disponível em: http://www.mundoeducacao.com/quimica/fatores-que-

alteram-pressao-vapor-um-liquido.htm (adaptado). Acesso em: 23 mai.

2014.

2.1.2 Ebulição dos líquidos puros

Existem duas formas para uma substância

passar do estado líquido para o gasoso.

Evaporação: Ocorre lentamente e apenas na

superfície do líquido;

Ebulição: Ocorre de forma turbulenta, com

formação de bolhas de vapor que se formam no

líquido, se expandem, vão até a superfície do

líquido e “explodem”.

Para isso acontecer, a pressão de vapor no

interior de cada bolha tem que ser igual ou um

pouco superior que a pressão externa, que no caso

de um recipiente aberto, é a pressão atmosférica.

2.1.3 Congelamento de líquidos

puros

A temperatura de solidificação varia muito

pouco com a variação da pressão externa, ao

contrário da temperatura de ebulição.

Page 22: Apostila Fisico Quimica

21

Figura 2: Gráfico de solidificação da água

Disponível em: http://hifisicoquimica.wordpress.com/category/tema-2-

pressao-de-vapor/ (adaptada). Acesso em: 23 mai. 2014.

2.1.4 Diagrama de fases

Todas as substâncias apresentam um

diagrama de fases, mas o da água é o mais

conhecido, por isso, vamos colocá-lo como

ilustração.

http://entendame.wordpress.com/2013/01/30/evapo

racao/

Esse diagrama nos mostra as regiões dos

três estados físicos da água e as linhas de fronteira,

onde 1T marca a passagem do gelo para água

líquida e vice-versa; 2T marca a passagem da água

líquida para a forma de vapor e vice-versa; e 3T

marca a passagem do gelo para a forma de vapor e

vice-versa.

O ponto T é a temperatura e pressão onde

os três estados físicos coexistem e é chamado de

ponto triplo.

Conhecidas as relações de mudanças de

estado físico, vamos estudar as propriedades

coligativas propriamente ditas.

2.2 Os efeitos coligativos

2.2.1 Efeito tonométrico

Tonometria é a diminuição ou abaixamento

da pressão máxima de vapor do solvente pela

dissolução de um soluto não-volátil.

𝑝0 − 𝑝

𝑝0

=∆𝑝

𝑝0

onde p0 é a pressão máxima de vapor do

líquido puro, à uma temperatura t; p é a pressão

máxima de vapor da solução, na mesma

temperatura t; p é o abaixamento absoluto da

pressão máxima de vapor da solução.

O abaixamento da pressão máxima de

vapor de uma solução é, normalmente, calculado

pela Lei de Raoult, que diz que a pressão de vapor

do solvente em uma solução de soluto não-eletrólito

e não-volátil, é igual ao produto da fração em

quantidade de matéria do solvente pela pressão de

vapor do solvente puro, numa dada temperatura.

𝑃𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜 = 𝑋𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒𝑃𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑝𝑢𝑟𝑜

Exemplo: A pressão de vapor da água pura, a

25°C, é 3,2 kPa. Utilize a Lei de Raoult para prever

a pressão de vapor, a 25°C, de uma solução de

0,10 mol de glicose em 0,90 mol de água.

2.2.2 Efeito ebuliométrico

Ebuliometria é o aumento ou elevação da

temperatura de ebulição do solvente pela

dissolução de um soluto não-volátil.

∆𝑡𝑒 = 𝑡𝑒 − 𝑡0

onde te é a temperatura inicial de ebulição

da solução e t0 é a temperatura de ebulição do

líquido puro.

Page 23: Apostila Fisico Quimica

22

Exemplo:Considere três soluções aquosas obtidas

dissolvendo em 100 g de água:

I- 18,0 g de glicose (C6H12O6)

II- 17,1 g de sacarose (C12H22O11)

III- 13,5 g de frutose (C6H12O6)

Dentre essas soluções, sob mesma pressão, a de

maior e a de menor temperatura de ebulição são,

respectivamente

Dados: Massas molares:

Glicose = 180 g/mol

Sacarose = 342 g/mol

Frutose 180 g/mol

2.2.3 Efeito criométrico

Criometria é a diminuição ou abaixamento

da temperatura de solidificação pela dissolução de

um soluto não-volátil.

∆𝑡𝑐 = 𝑡0 − 𝑡𝑐

onde t0 é a temperatura de solidificação do

solvente puro e tc é a temperatura de de início da

solidificação do solvente na solução.

Exemplo: Qual é a temperatura de solidificação de

uma solução contendo 8,9 g de antraceno (C14H10)

em 256 g de benzeno? (Temperatura de

solidificação do benzeno puro = 5,42°C; constante

criométrica do benzeno = 5,12°C; massas

atômicas: H=1; C=12.)

2.3 Osmometria

2.3.1 Conceitos gerais

Quando adicionamos açúcar a um copo

com água e não agitamos, inicialmente o açúcar vai

para o fundo, mas com o passar do tempo, ele se

dissolve e se distribui uniformemente pela solução.

Chamamos esse fenômeno de difusão. Logo, a

difusão se caracteriza pelo movimento espontâneo

entre partículas de naturezas diferentes que se

misturam e dão origem a uma solução.

Podemos imaginar um obstáculo que

impeça a passagem do açúcar, mas não da água. A

esse obstáculo podemos dar o nome de membrana

semipermeável, que permite a passagem do

solvente, mas não do soluto.

Se temos um recipiente dividido por uma

membrana semipermeável, podemos colocar de um

lado água pura e do uma solução saturada de

açúcar até igualar os níveis. Após um tempo,

vamos perceber que a parte com água pura

diminuiu o volume, enquanto que parte da solução

saturada de açúcar aumentou o volume.

Como dito, a membrana impede a

passagem do soluto, e, portanto o açúcar não pôde

se difundir por todo o recipiente. Então, a água

atravessou a membrana “à procura” do açúcar. O

movimento que a água fez de atravessar a

membrana semipermeável, é chamado de osmose

e a pressão que impulsiona a água, chama-se

pressão osmótica. Pressão osmótica é então

definida como a pressão exercida sobre a solução

saturada para impedir sua diluição pela passagem

do solvente através da membrana semipermeável.

Com o tempo de ocorrência da osmose, o

volume da solução mais concentrada aumenta e

exerce sobre a membrana semipermeável uma

pressão, impedindo a continuação da passagem do

solvente. Por isso, aplica-se a pressão osmótica,

para que a osmose sequer comece.

2.3.2 Leis da osmometria

Existem duas leis que regem a osmometria.

1alei: A pressão osmótica é diretamente

proporcional à molaridade da solução, quando em

temperatura constante.

2alei: A pressão osmótica é diretamente

proporcional à temperatura absoluta da solução, em

molaridade constante.

Como essas leis se assemelham muito às

leis dos gases ideais, a equação fundamental da

Page 24: Apostila Fisico Quimica

23

osmometria, para soluções moleculares e diluídas,

é idêntica à equação dos gases ideais.

𝜋𝑉 = 𝑛𝑅𝑇

onde é a pressão osmótica da solução, V é o

volume da solução, T a temperatura absoluta da

solução, n quantidade de mols do soluto e R a

constante universal dos gases ideais.

Exemplo: Calcule a pressão osmótica, a 27°C, de

uma solução aquosa que contém 6 g de glicose

(MM = 180 g/mol) em 820 mL de solução.

2.3.3 Classificação das

soluções

Sejam duas soluções, A e B, à mesma

temperatura, compressões osmóticas A e B:

Hipertônica: A solução A é hipertônica em relação à

solução B se A>B;

Isotônica: As soluções A e B são isotônicas entre si,

se A=B;

Hipotônica: A solução A é hipotônica em relação à

solução B se, A<B.

2.4 Propriedades coligativas nas

soluções iônicas

Os efeitos coligativos são maiores nas

soluções iônicas do que nas soluções moleculares

nas mesmas condições.

Isso ocorre porque as propriedades

coligativas dependem do número de partículas do

soluto dispersas na solução. Como solutos iônicos

sofrem ionização e dissociação, o número de

partículas é maior nesses casos, aumentando os

efeitos coligativos.

O fator de aumento dos efeitos coligativos

nas soluções iônicas é chamado de fator de Van’t

Hoff e é representado pela letra i.

𝑖 = 1 + 𝛼(𝑞 − 1)

onde α é o grau de dissociação do eletrólito e q é o

número de partículas formadas pela ionização de

cada moléculas.

Basta, então, aplicar i às fórmulas

anteriores para que elas possam ser usadas nas

soluções iônicas.

Exemplo: Em uma solução aquosa, o grau de

dissociação do ácido sulfúrico é 85%. Calcule o

fator de Van’t Hoff.

2 Sessão leitura

O cloreto de sódio e a osmose

“Qual deve ser a concentração adequada

de soluto no soro que é administrado em

pacientes?

Por que o sal ajuda a conservar a carne-

seca?

As respostas a essas perguntas

relacionam-se ao conceito de osmose.

O sangue é formado por elementos

celulares (glóbulos brancos, glóbulos vermelhos e

plaquetas) e por uma solução aquosa de vários

componentes, que é o soro sanguíneo. O soro

sanguíneo apresenta uma pressão osmótica bem

definida, que é a mesma pressão osmótica do

líquido presente no interior das células sanguíneas.

Um glóbulo vermelho, por exemplo, se for

colocado em uma solução de pressão osmótica

maior que ele, denominado meio hipertônico,

perderá água por osmose e murchará. Se for

colocado em um meio com pressão osmótica

menor, um meio hipotônico, ganhará água por

osmose e inchará até estourar. Só em um meio

com a pressão osmótica igual àquela de seu

interior, um meio isotônico, um glóbulo vermelho

não corre o risco de murchar ou estourar.

Assim, ao administrar na circulação de um

paciente grandes volumes de líquido, é necessário

Page 25: Apostila Fisico Quimica

24

que esse líquido apresente a mesma pressão

osmótica do plasma sanguíneo.

O soro glicosado é uma solução aquosa 5%

em massa de glicose, que é uma solução isotônica

ao sangue. Não oferece, portanto, risco às células

sanguíneas. O soro fisiológico é uma solução

aquosa de NaCl a 0,9% e também apresenta a

mesma pressão osmótica do sangue. Seu uso

consiste numa maneira de hidratar o paciente

(repor água que foi perdida), sem risco de afetar as

células sanguíneas.

Na conservação da carne pela salga,

produzindo a carne-seca (jabá, charque, carne-se-

sol), o cloreto de sódio retira a água da carne, por

osmose. Também retira água de microrganismos

eventualmente presentes, impedindo seu

crescimento e sua atividade. Assim, a carne é

preservada por mais tempo. A salga do pescado

(por exemplo, bacalhau seco) baseia-se no mesmo

princípio”. PERUZZO, F.M.; CANTO, E.L: Química na abordagem do

cotidiano. 4a edição. São Paulo: Moderna, 2006. Volume 2.

3 Exercícios de fixação

1- (PUC) Qual das soluções abaixo apresenta

maior grau de dissociação iônica?

a) CaCl2 com fator Vant’Hoff igual a 2,5

b) FeCl3 com fator Vant’Hoff igual a 3

c) NaCl com fator Vant’Hoff igual a 1,9

d) Na2CO3 com fator Vant’Hoff igual a 2,6

e) N. D. A.

2- (UEL) O ponto de ebulição determinado

experimentalmente numa amostra de certa

substancia mostrou-se maior do que o valor

encontrado em tabelas. Esta diferença pode ser

atribuída ao fato de que, no experimento, usou-se:

a) Um combustível de alto poder calorifico

b) Uma quantidade de substancia muito grande.

c) Uma quantidade de substância muito pequena.

d) Uma substância composta.

e) Uma substância contendo impurezas.

3- (OSEC) A pressão do vapor de um líquido

puro molecular depende:

a) Apenas da estrutura de suas moléculas.

b) Apenas da massa específica do líquido.

c) Apenas da temperatura do líquido. d) Da estrutura de suas moléculas e da

temperatura do líquido.

e) Da estrutura de suas moléculas e do volume

do vapor.

4-(UFG-2007) Ao preparar uma sopa, um cozinheiro colocou mais sal do que o necessário. Para reduzir a quantidade de sal no caldo, ele acrescentou batatas descascadas. Após algum tempo, as batatas foram removidas e a sopa voltou a ter um gosto agradável. O fenômeno, que levou à redução da quantidade de sal no caldo, foi: a) a osmose. b) a difusão. c) a variação de pH. d) o aumento da pressão de vapor. e) a adsorção.

5- (ITA) A dissolução de um solido iônico em certa quantidade de água com que, em relação a água pura e nas mesmas condições de temperatura e pressão, a solução apresente:

I. Pressão osmótica menor. II. Pressão de vapor menor. III.Temperatura de fusão menor. IV.Temperatura de inicio de ebulição menor.

V.Densidade maior. Das afirmações acima, estão corretas: a) Apenas I, II e V. b) Apenas II,III e IV. c) Apenas II, III e V. d) Apenas I, II, III e V. e) Apenas I, II, IV e V.

6- Em países onde os invernos são rigorosos, coloca-se sobre o leito de ruas consideradas prioritárias ao trânsito, uma mistura de sal (NaCl), cloreto de cálcio (CaCl2) e areia, para diminuir os riscos de derrapagens dos veículos, durante os períodos de nevadas. Cada um desses produtos tem uma função definida, que associadas são

Page 26: Apostila Fisico Quimica

25

muito eficientes. Indique a afirmação correta. a) O sal abaixa o ponto de congelamento da água, o cloreto de cálcio quando se dissolve, absorve calor, e a areia aumenta a aderência dos pneus ao solo. b) O sal eleva o ponto de congelamento da água, o cloreto de cálcio quando se dissolve, absorve calor, e a areia aumenta a aderência dos pneus ao solo. c) O sal abaixa o ponto de congelamento da água, o cloreto de cálcio quando se dissolve, libera calor, e a areia aumenta a aderência dos pneus ao solo. d) O sal abaixa o ponto de congelamento da água, o cloreto de cálcio dissolve-se através de uma reação endotérmica, e a areia aumenta a aderência dos pneus ao solo. e) O sal eleva o ponto de congelamento da água, o cloreto de cálcio dissolve-se através de uma reação endotérmica, e a areia aumenta a aderência dos pneus ao solo.

7- (UCDB-MT) As propriedades coligativas das

soluções dependem:

a) Da pressão máxima de vapor do líquido.

b) Da natureza das partículas dispersas na

solução.

c) Da natureza do solvente, somente.

d) Do número de partículas dispersas na

solução.

e) Da temperatura de ebulição do líquido.

8- (VUNESP/96 – Conhec. Gerais) Comparando-se

os pontos de congelação de três soluções aquosas

diluídas de KNO3, MgSO4 e Cr(NO3)3, de mesma

concentração em mol/L, verifica-se que:

a) as três soluções têm o mesmo ponto de

congelação.

b) os pontos de congelação decrescem na seguinte

ordem:

KNO3 < MgSO4 < Cr(NO3)3.

c) a solução de Cr(NO3)3 tem ponto de congelação

mais baixo que as soluções dos outros dois sais.

d) o ponto de congelação de cada solução depende

de seu volume.

e) as três soluções têm pontos de congelação

maiores que o da água.

(Quanto maior a concentração de partículas, menor

o ponto de congelação ou solidificação.

Considerando α = 100% para todos os casos)

9- (Vunesp-2003) Uma das formas de se conseguir

cicatrizar feridas, segundo a crença popular, é a

colocação de açúcar ou pó de café sobre elas. A

propriedade coligativa que melhor explica a retirada

de líquido, pelo procedimento descrito, favorecendo

a cicatrização, é: estudada pela

a) osmometria.

b) crioscopia.

c) endoscopia.

d) tonoscopia.

e) ebuliometria

10-(Mack) A pressão osmótica do soro fisiológico

que é injetado num paciente deve ser:

a) igual à pressão atmosférica.

b) igual à pressão osmótica do sangue.

c) menor que a pressão osmótica do sangue.

d) menor que a pressão atmosférica.

e) maior que a pressão osmótica do sangue.

11- Adicionando-se agua em células animais, como os glóbulos vermelhos, observa-se que incham até arrebentarem. Esse fenômeno pode ser explicado pela:

a) Migração de ions de dentro da célula para a

água pura a fim de igualar as temperaturas de

ebulição da solução celular.

b) Passagem de moléculas de água para dentro da

célula a fim de aumentar a pressão da solução

celular.

c) Diminuição da temperatura de congelamento da

água pura devido a adição de um soluto volátil.

d) Migração de ions da solução celular para água

pura, pois a temperatura de ebulição da solução é

menor do que a da agua pura.

e) Passagem de moléculas de água para dentro da

célula devido à diferença de pressão osmótica no

Page 27: Apostila Fisico Quimica

26

interior e exterior da membrana celular.

12- A adição de 150g de sacarose na água pura:

a) Causará diminuição da pressão de vapor.

b) Passará a conduzir corrente elétrica.

c) Aumentará a pressão de vapor.

d) Diminuirá o ponto de ebulição.

e) Aumentará o ponto de congelamento.

13- (FEI-SP) A temperatura de solidificação de uma

solução que contém dissolvido 0,5 mol de um

composto molecular em 1500 g de benzeno é:

a) 0°C

b) 1,7°C

c) -1,7°C

d) 3,8°C

e) 7,2°C

Dados: temperatura de solidificação do benzeno =

5,5°C. Constante crioscópica do benzeno =

5,1°C/mol.

Gabarito:

1. C

2. E

3. D

4. A

5. C

6. C

7. D

8. C

9. A

10. B

11. E

12. C

13. D

4 Pintou no ENEM

1- A cal (oxido de calcio, CaO), cuja suspensão em

água e muito usada como uma tinta de baixo custo,

da uma tonalidade branca aos troncos de árvores.

Essa é uma prática muito comum em praças

públicas e locais privados, geralmente usada para

combater a proliferação de parasitas. Essa

aplicação, também chamada de caiação, gera um

problema: elimina microrganismos benéficos para a

árvore.

Disponivel em: http://super.abril.com.br. Acesso em: 1 abr. 2010 (adaptado).

A destruição do microambiente, no tronco de

arvores pintadas com cal, e devida ao processo de:

A difusão, pois a cal se difunde nos corpos dos

seres do microambiente e os intoxica.

B osmose, pois a cal retira água do microambiente,

tornando-o inviável ao desenvolvimento de

microrganismos.

C oxidação, pois a luz solar que incide sobre o

tronco ativa fotoquimicamente a cal, que elimina os

seres vivos do microambiente.

D aquecimento, pois a luz do Sol incide sobre o

tronco e aquece a cal, que mata os seres vivos do

microambiente.

E vaporização, pois a cal facilita a volatilização da

água para a atmosfera, eliminando os seres

vivosdo microambiente.

2- Sob pressão normal (ao nível do mar), a água

entra em ebulição à temperatura de 100°C. Tendo

por base essa informação, um garoto residente em

uma cidade litorânea fez a seguinte experiência:

• Colocou uma caneca metálica

contendo água no fogareiro do fogão

de sua casa.

• Quando a água começou a

ferver, encostou cuidadosamente a

extremidade mais estreita de uma

seringa de injeção, desprovida de agulha, na

superfície do líquido e, erguendo o êmbolo da

seringa, aspirou certa quantidade de água para seu

interior, tapando-a em seguida.

• Verificando após alguns instantes

que a água da seringa havia

Page 28: Apostila Fisico Quimica

27

parado de ferver, ele ergueu o êmbolo

da seringa, constatando, intrigado,

que a água voltou a ferver após

um pequeno deslocamento do

êmbolo.

Considerando o procedimento anterior, a água volta

a ferver porque esse deslocamento

A) permite a entrada de calor do ambiente externo

para o interior da seringa.

B) provoca, por atrito, um aquecimento da água

contida na seringa.

C) produz um aumento de volume que aumenta o

ponto de ebulição da água.

D) proporciona uma queda de pressão no interior

da seringa que diminui o ponto de ebulição da

água.

E) possibilita uma diminuição da densidade da

água que facilita sua ebulição.

3- É muito comum o uso de aditivos químicos para

a preservação e conservação de produtos

alimentícios

por um tempo maior e, também, para melhorar o

aspecto visual, o odor e o sabor de alimentos. Dois

bons exemplos são o processo de salgamento da

carne e a utilização de fermentos químicos e

biológicos nas massas para bolos. Os

microorganismos presentes na carne são a causa

da decomposição natural. Com o processo de

salgamento, o meio se torna hipertônico e, por isso,

ela se conserva por um tempo maior. Já a utilização

de fermentos químicos à base de bicarbonato de

sódio (hidrogeno carbonato de sódio) faz com que

a massa cresça em virtude do gás carbônico

oriundo do fermento, o que torna o bolo mais

saboroso e atraente.

A conservação da carne pelo processo citado

impede o desenvolvimento de agentes

decompositores que morrem em decorrência da(o):

a) osmose, pois as suas células desidratam.

b) osmose, pois as suas células ganham água

provocando o rompimento da membrana

plasmática.

c) difusão, pois a perda de sais de suas células

torna o meio intracelular mais hipotônico.

d) difusão facilitada, pois a perda de sais de suas

células torna o meio mais hipotônico.

e) transporte ativo, pois as suas células ganham

sais tornando o meio intracelular hipertônico.

4- Um béquer de vidro, com meio litro de

capacidade, em condições normais de temperatura

e pressão, contém 300 mL de água líquida e 100 g

de gelo em cubos.

Adicionando-se, nesse mesmo béquer, uma porção

de sal de cozinha (NaCl), deve-se esperar que,

durante a dissolução, ocorra

a) aumento da fase sólida.

b) elevação da temperatura.

c) abaixamento da temperatura.

d) diminuição da fase líquida.

5- Durante o processo de produção da "carne de

sol" ou "carne seca", após imersão em salmoura

(solução aquosa saturada de cloreto de sódio), a

carne permanece em repouso em um lugar coberto

e arejado por cerca de três dias. Observa-se que,

mesmo sem refrigeração ou adição de qualquer

conservante, a decomposição da carne é

retardada.

Assinale a alternativa que relaciona corretamente o

processo responsável pela conservação da "carne

de sol".

a) Formação de ligação hidrogênio entre as

moléculas de água e os íons Na+ e Cl

−.

b) Elevação na pressão de vapor da água contida

no sangue da carne.

c) Redução na temperatura de evaporação da

água.

d) Elevação do ponto de fusão da água.

Page 29: Apostila Fisico Quimica

28

e) Desidratação da carne por osmose.

6- A cafeína é um estimulante muito consumido na

forma do tradicional cafezinho. O infuso de café,

preparado pela passagem de água fervente sobre o

pó, contém inúmeras espécies químicas, e o teor

de cafeína (190 g/mol) é de 1,50 % (m/m) no café

torrado e moído. Em relação ao café preparado, é

correto afirmar:

a) Para requentar este café até a fervura, é

necessária uma temperatura superior à da ebulição

da água pura.

b) A temperatura de fervura do café preparado é

igual à da água pura quando está sob as mesmas

condições de altitude e, conseqüentemente, sob a

mesma pressão atmosférica.

c) Como a concentração da cafeína é baixa, a

variação na temperatura de ebulição do cafezinho

preparado independe desta concentração.

d) Pelo fato de os compostos estarem dissolvidos

no infuso, a temperatura para levá-los à fervura

será menor que a da água pura.

e) A temperatura requerida até a fervura do infuso

adoçado é menor que o isento de açúcar sob a

mesma pressão.

7- Osmose é a difusão do solvente através de uma

membrana semipermeável do meio menos

concentrado para o meio mais concentrado. A

pressão osmótica () de uma determinada solução

é a pressão externa a qual essa solução deve ser

submetida para garantir o equilíbrio osmótico com o

solvente puro. A osmose é uma propriedade

coligativa, ou seja, depende somente do número de

partículas dispersas em solução e não da natureza

do soluto. Preparou-se as seguintes soluções

aquosas:

Solução 1 - HCl(aq) 0,01 mol/L;

Solução 2 - H3CCOOH(aq) 0,01 mol/L;

Solução 3 – C2H22O (aq) 0,01 mol/L;

Solução 4 – MgCl2(aq) 0,01 mol/L.

Considerando-se a natureza dessas soluções,

pode-se concluir a respeito de suas pressões

osmóticas que

a) 3 < = 2 < 4

b) 4 < 3 < 2 <

c) 2 = 3 < 4 =

d) = 2 = 3 < 4

e) 3 < 2 < < 4

Gabarito:

1. B

2. D

3. A

4. C

5. E

6. A

7. E

5 Exercício comentado

Os médicos aconselham às mães a dar soro caseiro para os filhos quando estes estão com diarreia ou vômito, pois isso faz com que o organismo das crianças perca muita água. Para fazer soro caseiro, a mãe mistura, em um litro de água fervida, uma colher de chá de açúcar e meia colher de chá de sal.

a) Por que é importante seguir exatamente essas medidas?

b) Que propriedade coligativa está relacionada com esse processo?

RESOLUÇÃO:

a) Com a diarreia ou vômito ocorre perda de água e sais minerais pelo organismo. A função do soro caseiro, por via oral, é a de reposição desses elementos perdidos. A criança irá absorver certa quantidade de líquido, que, juntamente com as demais substâncias, será essencial para hidratá-la. Essa concentração é importante porque ela torna a solução isotônica, isto é, seus sais minerais apresentam a mesma concentração ou concentração semelhante à concentração dos sais nos líquidos ou fluidos do corpo humano, como o suor, por exemplo. É importante tomar bebidas assim, pois elas são absorvidas de forma mais fácil e rápida pelo organismo. Entretanto, se houver a ingestão de soluções com concentração

Page 30: Apostila Fisico Quimica

29

muito superior às de nosso organismo, isto é, soluções hipertônicas, problemas podem surgir; as células de nosso corpo perderão água, desidratando-se. O contrário também traz danos ao organismo. A ingestão de soluções hipotônicas – com concentração muito inferior a do organismo – faz com que as células inchem até explodirem.

b) Osmose.

Page 31: Apostila Fisico Quimica

30

Capítulo 3- Termoquímica

A energia é um assunto de grande

importância não apenas nos meios científicos, mas

também para a sociedade em geral.

Entre as fontes energéticas mais

importantes estão os combustíveis, substâncias

que ao sofrerem combustão, liberam energia na

forma de calor.

Grande parte dos processos utilizados para

obter energia provoca sérios problemas ambientais.

No entanto, do conhecimento cada vez maior a

respeito do fluxo de energia e dos fenômenos

energéticos podem resultar novas formas de obter

energia.

A busca por fontes energéticas menos

poluentes, ou até mesmo não poluentes, é uma das

prioridades das pesquisas na área da

termoquímica.

3.1 Calor

A noção mais simplificada que temos de

calor está ligada a quente e frio. Todos têm a idéia

de que um corpo quente transfere calor para um

corpo mais frio.

Mas precisamos tomar alguns cuidados. A

idéia de calor está associada à idéia de

temperatura, mas um corpo não possui calor. Ao

receber calor, esta energia se transforma e pode

aumentar a agitação das moléculas. Isso quer dizer

que o calor recebido se transformou em energia

cinética e por isso a temperatura se eleva.

Logo, podemos definir calor como a energia

que é transferida entre dois corpos, ou partes

diferentes do mesmo corpo, que têm diferentes

temperaturas.

A calorimetria serve para medir a

quantidade de calor liberada ou absorvida durante

um fenômeno, e é expressa em cal/kcal ou joule

(J)/kJ.

1 𝑘𝑐𝑎𝑙 = 1000 𝑐𝑎𝑙

1 𝑐𝑎𝑙 = 0,00418 𝑘𝐽 = 4,18𝐽

Para que fique mais claro a definição de

calor: não podemos confundir a temperatura de um

objeto com a quantidade de calor do mesmo objeto,

que depende da variação de temperatura, da

massa e de uma característica própria do material

chamada calor específico.

A fórmula a seguir traduz bem esse

conceito:

𝑄 = 𝑚. 𝑐. ∆𝑇

onde Q é a quantidade de calor liberada ou

absorvida pelo objeto, m é a massa do objeto, c é o

calor específico do objeto e T é a variação de

temperatura do objeto.

Exemplo: Que quantidade de calor é liberada por

uma reação química que é capaz de elevar de 20°C

para 28°C a temperatura de 2 kg de água? (Calor

específico da água = 1 cal/g.°C).

3.2 Processos que liberam e absorvem

calor

A formação e a ruptura de ligações

envolvem a interação da energia com a matéria.

Assim como na mudança de estados físicos, as

transformações da matéria ocorrem com absorção

ou liberação de energia.

São dois os processos em que há troca de

energia na forma de calor:

Processo exotérmico: o sistema libera calor e o

ambiente é aquecido.

Processo endotérmico: o sistema absorve calor e o

ambiente se resfria.

3.3 Entalpia e variação de entalpia

A entalpia (H) de um sistema é uma

grandeza dada em unidade de energia que informa

Page 32: Apostila Fisico Quimica

31

a quantidade de energia desse sistema que poderia

ser transformada em calor em um processo à

pressão constante. A entalpia está relacionada à

sua energia interna e, na prática, não pode ser

determinada. Entretanto consegue- se medir a

variação de entalpia (ΔH) de um processo através

de aparelhos chamados calorímetros.

O cálculo da variação de entalpia é dado

pela expressão genérica:

𝐻 = 𝐻𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 − 𝐻𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙

Ou

∆𝐻 = 𝐻𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑡𝑜𝑠 − 𝐻𝑟𝑒𝑎𝑔𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠

Reações endotérmicas: R + calor → P

Figura 1: Gráfico da entalpia x caminho da reação para

reações endotérmicas.

Disponível em:

http://pt.wikipedia.org/wiki/Rea%C3%A7%C3%A3o_endot%C3%A9rmica.

Acesso em: 24 de mai. 2014

Nesse caso, há absorção de calor no

processo, portanto a Hprodutos é maior do que a

Hreagentes e ΔH é positivo.

Reações exotérmicas: R → P + calor

Figura 2: Gráfico da entalpia x caminho da reação para

reações exotérmicas.

Disponível em:

http://guiadoestudante.abril.com.br/estudar/quimica/resumo-quimica-

reacoes-endotermicas-exotermicas-647102.shtml. Acesso em 24 de mai.

2014.

Nesse caso há liberação de calor, portanto

a Hprodutos é menor do que a Hreagentes e ΔH é

negativo.

3.4 Fatores que influenciam nas

entalpias das reações

A quantidade de calor que é liberada ou

absorvida em uma reação depende das

quantidades de reagentes e produtos que

participam da reação. O valor de H escrito ao lado

de uma reação química é referente às quantidades

molares escritas na equação.

Assim, devemos considerar a variação de

entalpia como um componente da própria equação,

podendo participar dos cálculos estequiométricos.

A entalpia de uma reação depende também

de fatores físicos, como: estado físico dos

reagentes e produtos da reação, a forma alotrópica

dos reagentes e produtos da reação, o fato dos

reagentes e produtos estarem ou não em solução e

a concentração da mesma, e a temperatura na qual

a reação é efetuada.

As mudanças de estado físico de uma

substância também envolvem trocas de calor. A

quantidade de energia envolvida está relacionada

com as modificações nas atrações entre as

Page 33: Apostila Fisico Quimica

32

partículas da substância, ou seja, com as

interações intermoleculares.

Figura 3: Esquema de entalpia e mudança de estados

físicos

Disponível em: http://www.alunosonline.com.br/quimica/variacao-entalpia-

nas-mudancas-estado-fisico.html. Acesso em 24 mai. 2014

Na fusão e na vaporização, as interações

moleculares são reduzidas, a entalpia da

substância aumenta caracterizando processos

endotérmicos.

Na liquefação há formação de interações

moleculares do estado líquido e na solidificação as

interações moleculares ficam mais intensas. A

entalpia da substância diminui, caracterizando um

processo exotérmico.

3.5 Equação termoquímica

Os processos que são feitos em

calorímetros e os dados experimentais são

representados pelas equações termoquímicas.

A representação completa de uma reação

termoquímica deve conter os coeficientes

estequiométricos de todos os participantes, os

estados físicos e o H do processo.

C(diamante) + O2(g) → CO2(g) H = -94,512 cal

H2(g) + Cl2(g) → 2HCl(g) H = -44,056 cal

Exemplo: Sabendo-se que:

HCl(aq) + NaOH(aq)→NaCl(aq) + H2O(l) H=-13,8kcal

Pergunta-se

a) A reação é exotérmica ou endotérmica?

b) Qual é a quantidade de calor envolvida na

neutralização de 146 g de HCl (aq), segundo a

equação acima?

3.6 Casos particulares das entalpias de

reação

Para a medição das entalpias

convencionou-se arbitrariamente considerar um

estado padrão. Um elemento ou composto químico

está num estado padrão quando se apresenta em

seu estado físico e alotrópico mais comum e

estável, a 25°C e 1 atm de pressão. Ainda por

convenção temos que toda substância simples, no

estado padrão, tem entalpia igual a zero.

Grafite: H0

= 0, pois é a forma alotrópica mais

estável;

Diamante: H0 = 2,0 kJ/mol, pois o diamante é

menos estável.

3.6.1 Entalpia padrão de

formação de uma substância

A entalpia padrão de formação, ΔHf°, é a

variação de entalpia para a formação de uma

substância composta a partir de seus elementos

constituintes na forma de substâncias simples no

estado padrão.

H2(g)+S(rômbico)+2O2(g)→H2SO4(l) ΔHf°=-813,0 kJ/mol

Entalpias padrão de formação podem ser

combinadas para obter a entalpia padrão de

qualquer reação:

Exemplo: Considere os dados da tabela abaixo, a

25°C e 1atm.

Page 34: Apostila Fisico Quimica

33

Substância Entalpia de formação

(kJ/mol)

Amônia (gás) -46

Ácido clorídrico (gás) -92

Cloreto de amônio

(sólido)

-314

3.6.2 Entalpia de combustão de

uma substância

A entalpia de combustão, ΔHc°, é a

variação de entalpia na combustão completa de 1

mol de uma substância no estado-padrão.

Reações de combustão são aquelas em

que uma substância denominada combustível,

reage com o gás oxigênio (O2). Numa combustão

completa os produtos da reação são somente CO2

e H2O.

CH4(g)+2O2(g)→CO2(g)+2H2O(l) ΔHc°=-889,5 kJ/mol

Nessas reações, ΔH é sempre negativo,

ou seja, são reações exotérmicas.

3.6.3 Energia de ligação

A energia de ligação mede o calor

necessário para quebrar 1 mol de uma determinada

ligação, supondo as substâncias no estado gasoso,

a 25° e 1 atm.

A quebra de ligações é um processo

endotérmico, portanto ΔH é positivo.

H2(g) → 2H(g) ΔH° = + 436KJ

A energia absorvida na quebra de uma

ligação é numericamente igual à energia liberada

na sua formação.

2H(g) → H2(g) ΔH° = - 436KJ

Na ocorrência de uma reação química, há

ruptura das ligações dos reagentes e formação de

ligações para resultar em produtos. O saldo

energético entre a energia absorvida na ruptura das

ligações e a energia liberada na formação de

ligações determina o ΔH de uma reação. Portanto,

a variação de entalpia de uma reação pode ser

estimada usando as entalpias de ligação

envolvidas.

Exemplo: Calcule a ΔH na reação:

2HBr(g) + Cl2(g) → 2HCl(g) + Br2(g)

conhecendo as seguintes energias de ligação:

Tipo de ligação Energia de ligação

(kcal/mol)

H-Br 87,4

Cl-Cl 57,9

H-Cl 103,1

Br-Br 46,1

3.7 Lei de Hess

A entalpia de muitas reações químicas não

pode ser determinada experimentalmente. Assim, a

entalpia desse tipo de reação pode ser calculada a

partir da entalpia de outras reações, utilizando-se a

lei de Hess:

A variação de entalpia para qualquer

processo depende somente da natureza dos

reagentes e dos produtos e independe do número

de etapas do processo ou da maneira como é

realizada a reação.

De acordo com essa lei, é possível calcular

a variação de entalpia de uma reação por meio da

soma algébrica de equações químicas de reações

que possuam ΔH conhecidos.

Exemplo: Formação de dióxido de carbono.

C(grafite) + 1/2 O2(g) → CO(g) H1=-110,3 kJ

CO(g) + 1/2 O2(g) → CO2(g) H2=-283,0 kJ

C(grafite) + O2(g) → CO2(g) H=-393,3 kJ

Page 35: Apostila Fisico Quimica

34

3.7.1 Consequências da lei de

Hess

As equações podem ser somadas como se

fossem equações matemáticas;

Invertendo uma equação, devemos trocar o

sinal de H;

Multiplicando ou dividindo uma equação por

um número diferente de zero, o valor de H

será também multiplicado ou dividido por

esse número.

3.8 Aspectos estequiométricos

Cálculos estequiométricos que envolvem

energia relacionam a quantidade de substância (em

massa, em mols, em volume, em número de

moléculas etc.) com a quantidade de calor liberada

ou absorvida em uma reação química.

Exemplo: A entalpia-padrão de combustão do

etanol (C2H6O) líquido é -1367 kJ/mol e sua

densidade é 0,80 g/mL. Qual a energia liberada na

queima de 1,0 L de etanol?

2 Leitura complementar

Os diamantes artificiais

“Já vimos que:

C(grafite) → C(diamante) H = 2 kJ

O valor de apenas 2 kJ pode nos dar a

falsa ideia de que é fácil transformar grafita em

diamante. Afinal, essa é a energia necessária para

vaporizar cerca de 1 grama de água.

Mas, infelizmente, não é assim. A

companhia norte-americana General Eletric produz

anualmente cerca de 30.000 kg de diamantes

artificiais, utilizando um processo que emprega

pressão e temperatura muito elevadas – cerca de

105 atm e 2.000°C. Observe que essas drásticas

condições são necessárias para romper as fortes

estruturas da grafita existentes em cada camada.

Uma vez obtido o diamante, a pressão e a

temperatura são reduzidas para condições

ambientes, isto é, 25°C e 1 atm.

Apesar de a grafita ser mais estável em

condição ambiente, o diamante não se transforma

facilmente em grafita, pois a velocidade do

processo é extremamente baixa. Por esse motivo,

diamantes existem em zonas profundas do planeta,

sujeitas a pressão elevada, podem aflorar em

regiões próximas da superfície como resultado de

processos geológicos naturais e, dessa forma,

continuar a existir por milhões de anos.

Na passagem da grafita para o diamante,

ou vice-versa, o carbono precisa ser praticamente

vaporizado e isso torna essas transformações muito

difíceis. Recentemente, foi descoberto um método

chamado deposição química de vapor, no qual uma

película de diamante artificial é depositada, a partir

do estado gasoso, em baixa pressão e a uma

temperatura situada entre 600°C e 900°C. Essas

finas camadas de diamante já estão sendo

utilizadas em avançados sistemas de aparelhos de

som e em sistemas de orientação de mísseis”.

LEMBO, A.; CARVALHO, G.C.; USBERCO, J.: Química. Sistema anglo

de ensino.

3 Exercícios de fixação

1- Numa sauna a vapor, o calor envolvido na

condensação do vapor d’água é, em parte,

responsável pelo aquecimento da superfície da

pele das pessoas que estão em seu interior, de

acordo com o diagrama abaixo:

Page 36: Apostila Fisico Quimica

35

De acordo com as informações fornecidas, o que

ocorrerá na transformação de 1 mol de água

vaporizada em 1 mol de água líquida?

a) liberação de 44 kJ;

b) absorção de 44 kJ;

c) liberação de 527,6 kJ;

d) absorção de 527,6 kJ;

e) nenhuma das respostas anteriores.

2- Considere a reação de fotossíntese e a reação

de combustão da glicose, representadas a seguir:

6CO2(g) + 6H2O(l) → C6H12O6(s) + 6O2(g)

C6H12O6(s) + 6O2(g) → 6CO2(g) + 6H2O(l)

Sabendo que a energia envolvida na combustão de

1mol de glicose é de 2,8x106 J, ao sintetizar

0,5 mol de glicose, a planta:

a) libera 1,4x106 J

b) libera 2,8x106 J

c) absorve 1,4x106 J

d) absorve 2,8x106 J

e) absorve 5,6x106 J

3- A fabricação do diamante pode ser feita

comprimindo grafita a uma temperatura elevada

empregando catalisadores metálicos como tântalo e

cobalto. Analisando os dados obtidos

experimentalmente em calorímetros:

C(grafite) + O2(g) → CO2(g) ΔH = -393,5KJ/mol

C(diamante) + O2(g) → CO2(g) ΔH = -395,6KJ/mol

a) A formação de CO2 é sempre endotérmica.

b) A conversão da forma grafita na forma

diamante é exotérmica.

c) A forma alotrópica estável do carbono nas

condições da experiência é a grafita.

d) A variação de entalpia da transformação do

carbono grafita em carbono diamante nas

condições da experiência é ΔH = -2,1KJ/mol.

e) A forma alotrópica grafita é o agente oxidante e o

diamante é o agente redutor das reações de

combustão.

4- O peróxido de hidrogênio (H2O2) é um composto

de uso comum devido a suas propriedades

alvejantes e antissépticas. Esse composto, cuja

solução aquosa e conhecida no comercio como

“água oxigenada”, e preparado por um processo

cuja equação global é:

H2(g) + O2(g) → H2O2(l)

Considere os valores de entalpias fornecidos para

as seguintes reações:

O valor da entalpia padrão de formação do

peróxido de hidrogênio líquido e:

a) - 474 kJ mol-1

b) - 376 kJ mol-1

c) - 188 kJ mol-1

d) + 188 kJ mol-1

5- Como é possível notar através de uma análise

do gráfico, o cristal de KCl tem energia mais baixa

do que os átomos isolados de potássio, K(g) e

cloro, Cl(g), e mesmo em relação às substâncias

simples, gás cloro, Cl2(g) e potássio metálico, K(s).

Observando os valores das variações de entalpia

de cada etapa do ciclo, ΔH, marque a opção que

apresenta o valor CORRETO para o ΔH

correspondente à formação do KCl(s).

Page 37: Apostila Fisico Quimica

36

a) -717 kJ mol-1

b) -349 kJ mol-1

c) -437 kJ mol-1

d) +280 kJ mol-1

e) -177 kJ mol-1

6- Uma solução de ácido clorídrico pode ser

neutralizada utilizando-se hidróxido de sódio. A

partir da tabela de ΔH de formação, calcule a

variação de entalpia dessa reação de

neutralização.

7- A equação química a seguir representa a

formação de enxofre a partir de gases vulcânicos.

a) Escreva a equação química balanceada que

representa a reação entre o SO2 e a água bem

como o nome da substância formada.

b) Sabendo-se que o ΔHformação das espécies

envolvidas nessa reação são -296,8 kJ/mol para o

SO2(g), -20,60 kJ/mol para o H2S(g), -285,8 kJ/mol

para H2O(l) e 0,00 kJ/mol para o S(s), calcule o

valor do ΔH da reação de formação do enxofre a

25°C.

c) Com o valor de ΔH obtido anteriormente,

classifique a reação como endotérmica ou

exotérmica. Justifique.

8- Por energia de ligação entende-se a variação de

entalpia necessária para quebrar 1 mol de uma

dada ligação. Esse processo é sempre

endotérmico. Assim, no processo representado pela

equação

CH4(g) → C(g) + 4H(g), ΔH = 1663 kJ/mol

são quebrados 4 mol de ligações C-H, sendo a

energia de ligação, portanto 416 kJ/mol. Sabendo

que no processo

C2H6(g) → 2C(g) + 6H(g), ΔH = 2826 kJ/mol

são quebradas ligações C-C e C-H, qual o valor da

energia de ligação C-C? Indique os cálculos.

9- Considere uma gasolina constituída apenas de

etanol e de n-octano, com frações molares iguais.

As entalpias de combustão do etanol e do n-octano

são –1368 e –5471 kJ/mol, respectivamente. A

densidade dessa gasolina é 0,72 g/cm3 e a sua

massa molar aparente, 80,1 g/mol.

a) Escreva a equação química que representa a

combustão de um dos componentes dessa

gasolina.

b) Qual a energia liberada na combustão de 1,0 mol

dessa gasolina?

c) Qual a energia liberada na combustão de 1,0 litro

dessa gasolina?

10- – Agora sou eu que vou me deliciar com um

chocolate – diz Naná. E continua: – Você sabia que

uma barra de chocolate contém 7% de proteínas,

59% de carboidratos e 27% de lipídios e que a

energia de combustão das proteínas e dos

carboidratos é de 17 kJ/g e dos lipídios é 38 kJ/g

aproximadamente?

a) Se essa barra de chocolate tem 50 g, quanto de

energia ela me fornecerá?

Page 38: Apostila Fisico Quimica

37

b) Se considerarmos o “calor específico” do corpo

humano como 4,5 J g–1

K–1

, qual será a variação de

temperatura do meu corpo se toda esta

energia for utilizada para o aquecimento? O meu

“peso”, isto é, a minha massa, é 60 kg. Admita que

não haja dissipação do calor para o ambiente.

11- Considere os seguintes processos envolvidos

na dissolução de sulfato de potássio em água:

I. Ruptura, pelo menos parcial, das ligações

iônicas do sulfato de potássio sólido.

II. Ruptura, pelo menos parcial, das ligações de

hidrogênio na água líquida.

III. Formação das interações entre os íons

provenientes do sulfato de potássio aquoso e as

moléculas polares da água (solvatação).

É correto afirmar que esses processos são,

respectivamente,

(A) endotérmico endotérmico e exotérmico.

(B) endotérmico, exotérmico e endotérmico.

(C) exotérmico, endotérmico e endotérmico.

(D) endotérmico, endotérmico e endotérmico.

(E) exotérmico, exotérmico e endotérmico.

12- De acordo com a Coordenadoria Municipal de

Agricultura, o consumo médio carioca de coco

verde é de 8 milhões de frutos por ano, mas a

produção do Rio de Janeiro é de apenas 2 milhões

de frutos.

Dentre as várias qualidades nutricionais da água-

de-coco, destaca-se ser ela um isotônico natural. A

tabela acima apresenta resultados médios de

informações nutricionais de uma bebida isotônica

comercial e da água-de-coco.

a) Uma função importante das bebidas isotônicas é

a reposição de potássio após atividades físicas de

longa duração; a quantidade de água de um coco

verde (300 mL) repõe o potássio perdido em duas

horas de corrida.

Calcule o volume, em litros, de isotônico comercial

necessário para repor o potássio

perdido em 2 h de corrida.

b) A tabela a seguir apresenta o consumo

energético médio (em kcal/min) de diferentes

atividades físicas.

Calcule o volume em litros de água-de-coco

necessário para repor a energia gasta após 17

minutos de natação

Gabarito

1- a

2- c

3- c

4- a

5- c

6- -57,31 kJ/mol

7- a) SO2 + H2O → H2SO3

Ácido sulforoso

b) -233,6KJ/mol

c) Exotérmica

8- 330 kJ/mol

9- a) C8H18(l) + 25O2(g) → 8CO2(g) + 9H2O(g)

Ou C2H5OH(l) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O(g)

b) -3419,5KJ/mol

c) 3,07x104 KJ

10- a) 1074,0kJ

b) 4°C ou 4K

11- a

12- a) 6L

b) 0,25 L

Page 39: Apostila Fisico Quimica

38

4 Pintou no ENEM

1- Um dos problemas dos combustíveis que contem

carbono e que sua queima produz dióxido de

carbono. Portanto, uma característica importante,

ao se escolher um combustível, e analisar seu calor

de combustão (Hc0), definido como a energia

liberada na queima completa de um mol de

combustível no estado padrão. O quadro seguinte

relaciona algumas substancias que contém carbono

e seu (Hc0)

ATKINS, P. Princípios de Química. Bookman, 2007 (adaptado).

Neste contexto, qual dos combustíveis, quando

queimado completamente, libera mais dióxido de

carbono no ambiente pela mesma quantidade de

energia produzida?

A Benzeno.

B Metano.

C Glicose.

D Octano.

E Etanol.

2- Em nosso cotidiano, utilizamos as palavras

“calor” e “temperatura” de forma diferente de como

elas são usadas no meio científico. Na linguagem

corrente, calor é identificado como “algo quente” e

temperatura mede a “quantidade de calor de um

corpo”. Esses significados, no entanto, não

conseguem explicar diversas situações que podem

ser verificadas na prática.

Do ponto de vista científico, que situação prática

mostra a limitação dos conceitos corriqueiros de

calor e temperatura?

A A temperatura da água pode ficar constante

durante o tempo em que estiver fervendo.

B Uma mãe coloca a mão na água da banheira do

bebê para verificar a temperatura da água.

C A chama de um fogão pode ser usada para

aumentar a temperatura da água em uma panela

D A água quente que está em uma caneca é

passada para outra caneca a fim de diminuir sua

temperatura.

E Um forno pode fornecer calor para uma vasilha

de água que está em seu interior com menor

temperatura do que a dele.

3- O abastecimento de nossas necessidades

energéticas futuras dependerá certamente do

desenvolvimento de tecnologias para aproveitar a

energia solar com maior eficiência. A energia solar

é a maior fonte de energia mundial. Num dia

ensolarado, por exemplo, aproximadamente 1 kJ de

energia solar atinge cada metro quadrado de

superfície terrestre por segundo. No entanto, o

aproveitamento dessa energia é difícil porque ela é

diluída (distribuída por uma área muito extensa) e

oscila com o horário e as condições climáticas. O

uso efetivo da energia solar depende de formas de

estocar a energia coletada para o uso posterior.

BROWN, T. Química e Ciência Central. São Paulo: Pearson Prentice Hall,

2005.

Atualmente, uma das formas de se utilizar a energia

solar tem sido armazená-la por meio de processos

químicos endotérmicos que mais tarde podem ser

revertidos para liberar calor. Considerando a

reação:

CH4(g) + H2O(v) + calor CO(g) + 3H2(g)

e analisando-a como potencial mecanismo para

aproveitamento posterior da energia solar, conclui-

se que se trata de uma estratégia

A. insatisfatória, pois a reação apresentada não

permite que a energia presente no meio externo

seja absorvida pelo sistema para ser utilizada

Page 40: Apostila Fisico Quimica

39

posteriormente.

B. insatisfatória, uma vez que há formação de

gases poluentes e com potencial poder explosivo,

tornando-a uma reação perigosa e de difícil

controle.

C. insatisfatória, uma vez que a a formação do gás

CO que não possui conteúdo energético passível

de ser aproveitado posteriormente e é considerado

um gás poluente.

D. satisfatótia, uma vez que a reação direta ocorre

com absorção de calor e promove a formação das

substâncias combustíveis que poderão ser

utilizadas posteriormente para a obtenção de

energia e realização de trabalho útil.

E. satisfatória, uma vez que a reação direta ocorre

com liberação de calor havendo ainda a formação

das substâncias combustíveis que poderão ser

utilizadas posteriormente para a obtenção de

energia a realização de trabalho útil.

4- No que tange à tecnologia de combustíveis

alternativos, muitos especialistas em energia

acreditam que os alcoóis vão crescer em

importância em um futuro próximo. Realmente,

alcoóis como metanol e etanol têm encontrado

alguns nichos para uso doméstico como

combustíveis há muitas décadas e, recentemente,

vêm obtendo uma aceitação cada vez maior como

aditivos, ou mesmo como substitutos para gasolina

em veículos. Algumas das propriedades físicas

desses combustíveis são mostradas no quadro

seguinte.

Considere que, em pequenos volumes, o custo de

produção de ambos os alcoóis seja o mesmo.

Dessa forma, do ponto de vista econômico, é mais

vantajoso utilizar

a) metanol, pois sua combustão completa fornece

aproximadamente 22,7 kJ de energia por litro de

combustível queimado.

b) etanol, pois sua combustão completa fornece

aproximadamente 29,7 kJ de energia por litro de

combustível queimado.

c) metanol, pois sua combustão completa fornece

aproximadamente 17,9 MJ de energia por litro de

combustível queimado.

d) etanol, pois sua combustão completa fornece

aproximadamente 23,5 MJ de energia por litro de

combustível queimado.

e) etanol, pois sua combustão completa fornece

aproximadamente 33,7 MJ de energia por litro de

combustível queimado.

5- Nas últimas décadas, o efeito estufa tem-se

intensificado de maneira preocupante, sendo esse

efeito muitas vezes atribuído à intensa liberação de

CO2 durante a queima de combustíveis fósseis para

geração de energia. O quadro traz as entalpias-

padrão de combustão a 25 ºC (ΔH 025 ) do metano,

do butano e do octano.

À medida que aumenta a consciência sobre os

impactos ambientais relacionados ao uso da

energia, cresce a importância de se criar políticas

de incentivo ao uso de combustíveis mais

eficientes. Nesse sentido, considerando-se que o

metano, o butano e o octano sejam representativos

do gás natural, do gás liquefeito de petróleo (GLP)

e da gasolina, respectivamente, então, a partir dos

dados fornecidos, é possível concluir que, do ponto

de vista da quantidade de calor obtido por mol de

CO2 gerado, a ordem crescente desses três

combustíveis é

A gasolina, GLP e gás natural.

Page 41: Apostila Fisico Quimica

40

B gás natural, gasolina e GLP.

C gasolina, gás natural e GLP.

D gás natural, GLP e gasolina.

E GLP, gás natural e gasolina.

Gabarito

1- C

2- A

3- D

4- D

5- A

5 Exercicio Comentado

(Vunesp) O gás natural, o etanol e a gasolina

são três dos principais combustíveis utilizados no

Brasil. A seguir, são apresentados as equações

termoquímicas para a combustão de cada um

deles.

a) Qual destes combustíveis libera a maior

quantidade energia por unidade de massa?

Apresente seus cálculos.

b) A queima de 1L de gasolina produz cerca de

34.100 kJ. Calcule a massa de etanol

necessária para a produção desta mesma

quantidade de calor. Apresente seus

cálculos.

RESOLUÇÃO:

a) Cálculo da energia formada:

Portanto, o combustível que libera mais energia

por unidade de massa é o gás natural (CH4)

b) Cálculo da massa de etanol:

Capítulo 4- Cinética química

Toda reação química necessita de certo

tempo para se completar. Algumas reações são

extremamente rápidas, como por exemplo, a

neutralização entre um ácido e uma base em

solução aquosa. Existem, por outro lado, reações

extremamente lentas.

A velocidade com que ocorrem as reações

depende de uma série de fatores, como estado

físico dos reagentes, temperatura, concentração

dos reagentes, presença de catalisador ou inibidor,

superfície de contato (no caso de reagentes

sólidos) e a pressão do sistema, no caso de haver

reagentes no estado gasoso.

O estudo da cinética inclui a compreensão

dos modelos que explicam as reações químicas,

bem como os fatores que nelas interferem.

Page 42: Apostila Fisico Quimica

41

4.1 Velocidade das reações químicas

Rapidez ou velocidade de uma reação é

uma grandeza que indica como as quantidades de

regente ou produto dessa reação variam com o

passar do tempo. É expressa pela variação da

concentração, da quantidade de matéria, da

pressão, da massa ou do volume, por unidade de

tempo.

A unidade associada à velocidade da

reação depende da propriedade do sistema e da

unidade de tempo consideradas.

A rapidez da reação diminui com o tempo,

ou seja, à medida que os reagentes são

consumidos, a reação torna-se mais lenta. Umadas

razões para isso é que à medida que a quantidade

de reagentes diminui o número de colisões efetivas

também diminui.

4.2 Como as reações ocorrem

4.2.1- Condições indispensáveis

Para que uma reação entre duas ou mais

substâncias ocorra, são necessárias duas

condições: as partículas têm que ser colocadas em

contato, o mais eficaz possível (por isso os

reagentes sólidos devem ser pulverizados ou

postos em solução); tem que haver entre os

reagentes uma certa afinidade química, uma certa

tendência natural para reagir.

4.2.2 A teoria das colisões

Para as reações químicas ocorrerem é

necessário haver aproximação e contato entre as

partículas reagentes. Essa é a idéia básica da

teoria das colisões.

Sabemos que as partículas de uma

substância química possuem energia própria que

faz com que elas fiquem em movimento. Tal

movimento dá origem a colisões, e a partir dessas

colisões pode ocorrer uma reação química.

Para que haja uma reação é necessário

que a colisão ocorra com uma energia capaz de

provocar um rearranjo de átomos dos reagentes,

formando novas ligações. Além do fator energia os

choques devem ocorrer segundo uma orientação

favorável.

A teoria das colisões ainda prevê que a

velocidade da reação depende:

Da freqüência dos choques entre as moléculas: um

maior número de choques por segundo implicará

um número maior de moléculas reagindo;

Da energia desses choques: uma colisão eficaz

terá mais chance de provocar a reação entre as

moléculas;

De uma orientação apropriada das moléculas no

instante do choque: uma colisão frontal será mais

eficaz que uma colisão não-frontal e isso

dependerá do tamanho e do formato das moléculas

reagentes.

No instante em que ocorre o choque efetivo

forma-se uma estrutura que recebe o nome de

complexo ativado e que pode ser definido como um

estágio intermediário em que todas as partículas

dos reagentes estão agregadas. A energia mínima

necessária para formar o complexo ativado é

chamada de energia de ativação (Ea).

4.2.3 Energia de ativação

Energia de ativação é a energia mínima

que as moléculas devem possuir para reagir após

um choque.

A energia de ativação funciona como uma

“barreira” a ser vencida pelos reagentes para que a

reação ocorra. Assim, quanto maior for essa

energia de ativação, mais lenta será a reação e

vice-versa.

Page 43: Apostila Fisico Quimica

42

Figura 1: Gráficos de energia x caminho de reação

Disponível em: http://www.colegioweb.com.br/trabalhos-

escolares/quimica/cinetica-quimica/analise-grafica-da-energia-de-

ativacao.html?PageSpeed=noscript. Acesso em: 24 mai. 2014.

Somente uma energia de ativação baixa

indica que a reação pode ocorrer com velocidade

considerável.

4.3 Fatores que afetam a rapidez das

reações

4.3.1 Superfície de contato

No caso de reações em que participam

substâncias em diferentes fases, verifica-se que a

rapidez da reação depende da superfície de

contato entre essas fases. Assim, quanto mais

fragmentado for esse reagente, maior será o

número de choques, e maior será a velocidade da

reação.

4.3.2 Temperatura

O aumento da temperatura é o principal

fator de aumento da velocidade das partículas de

um sistema material. Quando a temperatura de um

sistema em reação aumenta, a energia cinética

média das partículas aumenta o que faz com que

tanto a freqüência de colisões como a energia

envolvida em cada colisão aumentem.

Consequentemente, a quantidade de colisões

efetivas aumenta, provocando aumento da rapidez

da reação.

4.3.3 Concentração

Aumentando a concentração dos reagentes

iremos aproximar suas moléculas, aumentar a

freqüência dos choques efetivos e,

consequentemente, aumentar a velocidade da

reação. Verifica-se experimentalmente que dada

uma reação química genérica, sua velocidade será

expressa por

𝑣 = 𝑘[𝐴]𝑎[𝐵]𝑏[𝐶]𝑐 …

4.3.4 Catalisadores

Os catalisadores são substâncias que

aceleram uma reação sem serem consumidas, ou

seja, são regenerados no final do processo.

Aumentam a velocidade de uma reação, pois

abaixam a energia de ativação.

Catálise é o aumento da velocidade da

reação provocado pelo catalisador.

Existem dois tipos de catálise: homogênea

e heterogênea. A homogênea ocorre quando o

catalisador forma uma única fase com o sistema. Já

a catálise heterogênea ocorre quando o catalisador

tem estado físico diferente do sistema, formando

duas fases distintas.

Figura 2: Gráfico da entalpia x caminho de reação com e

sem catalisador

Disponível em: http://www.brasilescola.com/quimica/como-atuam-as-

substancias-catalisadoras.htm. Acesso em: 24 mai. 2014.

4.3.5 Pressão

Um aumento da pressão favorece

principalmente as reações entre gases,

aproximando as moléculas, aumentando a

freqüência dos choques entre as moléculas e,

portanto, aumentando a velocidade das reações.

4.3.6 Luz

A luz é uma forma de energia e pode

interferir na velocidade de algumas reações

Page 44: Apostila Fisico Quimica

43

químicas. Ao atingir os reagentes, ela transfere

para eles parte sua energia. Dessa forma, como as

partículas reagentes possuem energia maior, a

reação ocorre com maior rapidez.

As reações que são influenciadas pela luz

são chamadas de reações fotoquímicas. Podem ser

classificadas em:

Fotossíntese: quando obtemos moléculas maiores

a partir de moléculas menores;

Fotólise: quando obtemos moléculas menores a

partir de moléculas maiores.

4.4 Lei cinética

A maneira pela qual a concentração dos

reagentes interfere na rapidez de uma reação deve

ser determinada experimentalmente, pois cada

reação tem sua rapidez alterada de maneira

diferente.

De forma geral, para uma dada reação

química:

aA + bB + cC → xX + yY + zZ + ...

a velocidade é expressa pela fórmula:

v = k[A]a[B]

b[C]

c

onde k é a constante de velocidade da

reação e a, b e c são as ordens de ligação de A, B

e C, respectivamente. Essa fórmula é chamada Lei

da Velocidade da reação.

Para uma reação que ocorre em duas ou

mais etapas, a velocidade da reação global é igual

à velocidade da etapa mais lenta. Portanto, para

escrever a lei de velocidade global, consultamos a

etapa lenta e não a equação global.

2 Sessão leitura

Temperatura, cinética química e seres vivos

“Todo ser vivo depende de muitas reações

químicas que ocorrem dentro de seu organismo. O

conjunto dessas reações químicas é chamado de

metabolismo. A velocidade de tais reações

depende da temperatura do organismo; quanto

maior a temperatura, maior a velocidade das

reações.

O ser humano tem uma temperatura que

permanece, em geral, constante ao redor de 37°C.

O aumento da temperatura, denominado

hipertermia, faz o nosso metabolismo se acelerar. É

o que acontece quando temos febre: nosso corpo

trabalha em ritmo acelerado, e graças a isso,

consome mais oxigênio e mais glicose. A febre é

um mecanismo de defesa; permite matar vírus e

bactérias mais rápido porque mobiliza o sistema de

defesa natural do organismo.

Contudo, temperatura corporal que se

mantenha acima de 41,7°C pode causar morte

porque acelera demais algumas reações que

destroem substâncias vitais, chamadas enzimas.

Quando a temperatura corporal decresce, o

consumo de glicose e oxigênio diminui graças à

diminuição da velocidade das reações químicas do

metabolismo. A redução da temperatura normal do

nosso organismo caracteriza a situação de

hipotermia. Ela pode acontecer, por exemplo, com

pessoas que permanecem em mares frios depois

de naufrágios ou queda de aeronaves.

Temperaturas corporais prolongadas inferiores a

30°C são fatais. Reduzem tanto o metabolismo que

as reações vitais passam a ter velocidade

insuficiente para manter a pessoa viva.

O uso controlado da hipotermia pode,

contudo, ser utilizado em medicina. Em certas

cirurgias cardíacas ou cerebrais, o paciente

anestesiado é resfriado a cerca de 30°C, por

contato com gelo. Isso reduz a chance de danos

causados pela falta de circulação sanguínea,

inevitável em alguns procedimentos cirúrgicos.

Page 45: Apostila Fisico Quimica

44

Aqueles animais que, ao contrário dos

humanos, não mantêm sua temperatura constante

(por exemplo, os répteis e os anfíbios) possuem um

metabolismo extremamente sensível à temperatura

ambiente. Em tais animais, a velocidade das

reações metabólicas aumenta durante o dia e

diminui à noite, de acordo com a variação de

temperatura do ambiente. Graças a isso, eles

precisam comer mais nos dias quentes de verão do

que nos dias mais frios do inverno. Nas regiões

mais distantes do equador e dos trópicos, onde os

invernos são rigorosos, alguns desses animais

costumam hibernar, o que reduz a velocidade de

seu metabolismo ao mínimo, entrando num “sono

profundo” e só acordando na primavera, quando a

temperatura ambiente volta a subir”. PERUZZO, F.M.;

CANTO, E.L.: Química na abordagem do cortidiano. 4a edição. São

Paulo: Moderna, 2006. Volume 2.

3 Exercícios de fixação

1- O gráfico mostrado abaixo foi construído com

dados obtidos no estudo de decomposição do íon

tiossulfato (S2O32–

), a temperatura constante em

meio ácido variando a concentração molar do íon

(diluição em água). A reação ocorre com maior e

menor velocidade média respectivamente nos

trechos:

a) II e III

b) I e IV

c) II e IV

d) III e IV

2- Um dos componentes presentes num

determinado xarope não apresenta mais efeito

terapêutico quando a sua concentração é igual ou

inferior a 0,25mol/L. Esse medicamento é vendido

como uma solução, cuja concentração desse

componente é igual a 1,00mol/L. Sabendo-se que a

velocidade de decomposição do medicamento é de

0,5 mol/L por ano, qual é a validade do

medicamento?

a) 3 anos

b) 2 anos

c) 18 meses

d) 12 meses

e) 15 meses

3- Um químico realizou um experimento para

estudar a velocidade de dissolução (solubilização

em função do tempo) de comprimidos

efervescentes em relação ao estado do comprimido

e à temperatura da água. Utilizando sempre a

mesma quantidade de água, registrou os tempos

aproximados (em segundos) de dissolução, e os

resultados estão representados no gráfico abaixo.

Com base no gráfico são feitas as seguintes

afirmações:

I. Para o comprimido amassado, a velocidade de

dissolução é maior.

II. A velocidade de dissolução do comprimido

diminui conforme aumenta a temperatura.

III. A quantidade de comprimidos nos experimentos

não influencia a velocidade de sua

dissolução.

Page 46: Apostila Fisico Quimica

45

IV. A uma temperatura de 40°C, um comprimido

inteiro demoraria cerca de 19s para se dissolver. V.

Com o aumento da temperatura, a aceleração da

dissolução é maior para o comprimido amassado.

São corretas apenas as afirmações

a) I, III e IV.

b) II, IV e V.

c) I, II e III.

d) I, IV e V.

e) II, III e IV.

4- Quando a manteiga é exposta ao ar à

temperatura ambiente, ocorre uma mudança no seu

sabor e odor, dando origem à manteiga rançosa. A

substância química responsável pelo ranço na

manteiga é o ácido butírico ou butanoico. Esse

ácido é formado pela reação de hidrólise dos

glicerídeos (ésteres) presentes na manteiga.

Considerando a total formação da manteiga

rançosa, é CORRETO afirmar que:

a) a temperatura não afeta a velocidade de

hidrólise dos glicerídeos presentes na manteiga.

b) armazenar a manteiga na geladeira diminui a

velocidade da reação de hidrólise dos glicerídeos.

c) a diminuição do pH da manteiga evita a formação

do ácido butanoico.

d) a adição de um catalisador acarreta o aumento

da quantidade final obtida de ácido butanoico.

e) ao se dividir a manteiga em quatro pedaços,

diminui-se a velocidade de formação do ácido

butanoico.

5- Ao abastecer um automóvel com gasolina, é

possível sentir o odor do combustível a certa

distância da bomba. Isso significa que, no ar,

existem moléculas dos componentes da gasolina,

que são percebidas pelo olfato. Mesmo havendo,

no ar, moléculas de combustível e de oxigênio, não

há combustão nesse caso. Três explicações

diferentes foram propostas para isso:

I. As moléculas dos componentes da gasolina e as

do oxigênio estão em equilíbrio químico e, por isso,

não reagem.

II. À temperatura ambiente, as moléculas dos

componentes da gasolina e as do oxigênio não têm

energia suficiente para iniciar a combustão.

III. As moléculas dos componentes da gasolina e as

do oxigênio encontram-se tão separadas que não

há colisão entre elas.

Dentre as explicações, está correto apenas o que

se propõe em

a) I.

b) II.

c) III.

d) I e II.

e) II e III.

6- Analise as curvas mostradas a seguir. Nelas,

encontram-se descritos graficamente alguns

padrões idealizados de variação da entalpia no

decorrer de reações químicas, abrangendo quatro

diferentes possibilidades. Escolha a alternativa na

qual se encontra enunciada uma previsão correta

para a velocidade de reação e a energia liberada

esperadas tendo em vista os valores registrados na

curva descrita.

a) Curva I: traduz uma maior velocidade de reação

associada a uma menor energia liberada

b) Curva II: traduz uma maior velocidade de reação

associada a uma maior energia liberada

c) Curva III: traduz uma menor velocidade de

reação associada a uma maior energia liberada

d) Curva IV: traduz uma menor velocidade de

reação associada a uma menor energia liberada

7- A água oxigenada é uma substância oxidante

que, em meio ácido, permite a obtenção de iodo, a

Page 47: Apostila Fisico Quimica

46

partir de iodetos existentes nas águas-mães das

salinas, como mostra a reação escrita abaixo:

H2O2 + 2H3O+ + 2l

- → 4H2O + l2

Quando se faz um estudo cinético dessa reação

em solução aquosa e se examina, separadamente,

a influência da concentração de cada reagente, na

velocidade da reação (v), obtêm-se os gráficos

seguintes:

A expressão da lei de velocidade da reação é:

a) v = k . [H2O2] . [I–]

b) v = k . [H3O+]

c) v = k . [H2O2] . [H3O+]

d) v = k . [H3O+] . [I

-]

8- O NO2 proveniente dos escapamentos dos

veículos automotores é também responsável pela

destruição da camada de ozônio. As reações que

podem ocorrer no ar poluído pelo NO2, com o

ozônio, estão representadas pelas equações

químicas I e II, e pela equação química global III.

Com base nessas informações e nos

conhecimentos sobre cinética química, pode-se

afirmar:

a) A expressão de velocidade para a equação

química global III é representada por V =

k[NO2][O3].

b) A adição de catalisador às etapas I e II não

altera a velocidade da reação III.

c) Duplicando-se a concentração molar de NO2(g)

a velocidade da reação quadruplica.

d) A velocidade das reações químicas exotérmicas

aumenta com a elevação da temperatura.

e) A equação química III representa uma reação

elementar.

9- A figura a seguir apresenta projeções,

resultantes de simulações computacionais, da

concentração de dióxido de carbono, em ppm, na

atmosfera terrestre até o ano de 2200. As projeções

dependem do aumento anual da velocidade de

emissão de dióxido de carbono.

a) Determine a velocidade média de emissão do

dióxido de carbono entre os anos de 2020 e 2050

para o pior cenário de emissão apresentado no

gráfico.

b) Sabe-se que a massa total de ar na atmosfera é

de 5 x 1021

g. Calcule a quantidade (em kg) de

dióxido de carbono que estaria presente na

atmosfera terrestre no ano de 2060 usando a

projeção em que a velocidade de emissão é

constante.

10- Compostos naturais são muito utilizados na

denominada Medicina Naturalista. Povos indígenas

amazônicos há muito fazem uso da casca da Quina

(Coutarea hexandra) para extrair quinina, princípio

ativo no tratamento da malária. Antigos relatos

chineses também fazem menção a uma substância,

a artemisina, encontrada no arbusto Losna

(Artemisia absinthium), que também está

relacionada ao tratamento da malária.

Em estudos sobre a cinética de degradação da

quinina por ácido, foram verificadas as seguintes

velocidades em unidades arbitrárias:

Page 48: Apostila Fisico Quimica

47

A partir desses dados, pode-se concluir que a lei de

velocidade assume a forma

A) V = k [quinina]2

B) V = k [quinina]2 / [ácido]

C) V = k 2 [quinina]2

D) V = k [quinina] [ácido]2

E) V = k [ácido]2 / [quinina]

Gabarito

1- b

2- c

3- d

4- b

5- b

6- b

7- a

8- a

9- a) vm = 10ppm/ano b) 2 . 1015

Kg

10- d

4 Pintou no ENEM

1- O benzeno é um hidrocarboneto aromático

presente no petróleo, no carvão e em condensados

de gás natural. Seus metabólitos são altamente

tóxicos e se depositam na medula óssea e nos

tecidos gordurosos. O limite de exposição pode

causar anemia, câncer (leucemia) e distúrbios do

comportamento. Em termos de reatividade química,

quando um eletrófilo se liga ao benzeno, ocorre a

formação de um intermediário, o carbocátion. Por

fim, ocorre a adição ou substituição eletrofílica.

Disponível em: www.sindipetro.org.br. Acesso em: 1 mar. 2012

(adaptado).

Com base no texto e no gráfico do progresso da

reação apresentada, as estruturas químicas

encontradas em I, II e III são, respectivamente:

2- A energia envolvida nos processos industriais é

um dos fatores determinantes da produção de um

produto. O estudo da velocidade e da energia

envolvida nas reações é de fundamental

importância para a otimização das condições de

processos químicos, pois alternativas como a alta

pressurização de reagentes gasosos, a elevação

de temperatura, ou ainda o uso de catalisadores

podem tornar economicamente viável determinados

processos, colocando produtos competitivos no

mercado.

O estudo da reação reversível: A + B C + D,

revelou que ela ocorre em uma única etapa. A

Page 49: Apostila Fisico Quimica

48

variação de entalpia da reação direta é de –25 kJ.

A energia de ativação da reação inversa é + 80 kJ.

Então, a energia de ativação da reação direta é

igual a

a) – 80 kJ.

b) – 55 kJ.

c) + 55 kJ.

d) + 80 kJ.

e) + 105 kJ

3- A sabedoria popular diz que o “fogo de palha

queima rápido”. Quando se compara a queima de

um tronco de árvore com a da palha derivada de

um vegetal nota-se a veracidade desse dito

popular. O aumento da velocidade de reação de

combustão da palha quando comparada à

combustão do tronco deve-se

a) à formação de produtos diferentes de reação.

b) à diferente composição da celulose nas células

vegetais.

c) ao maior conteúdo de água na palha.

d) à presença de substâncias voláteis na palha.

e) à maior superfície de contato entre os reagentes

(celulose e oxigênio).

4- No dia 25 de outubro de 1988, uma emissora de

rádio transmitiu a seguinte notícia: “Em Santos –

SP, ocorreu grande incêndio em uma indústria de

torrefação e moagem de café. Todos os estoques

foram destruídos”.

Independentemente da causa do incêndio, sua

rápida propagação foi favorecida:

I. pelo aumento de temperatura local que se

estabeleceu com o início do incêndio;

II. pelo grau de subdivisão em que se encontrava o

café;

III. pelo elevado grau de umidade do ar, geralmente

verificado em cidades litorâneas.

Dessas afirmações, apenas:

A - I é correta;

B - II é correta;

C - III é correta;

D - I e II são corretas;

E - I e III são corretas.

5- As reações de combustão do carvão, da

madeira, do fósforo, do álcool, da gasolina, enfim,

das substâncias combustíveis de modo geral, são

espontâneas. No entanto, apesar de estarem em

contato com o oxigênio do ar e de se queimarem

com alta velocidade, nenhuma delas se extinguiu

da natureza por combustão.

Qual a melhor explicação para esse fato?

a)Ocorrer influencia de catalisadores negativos de

reação

b)serem as referidas reações endotérmicas

c) serem as referidas reações Exotérmicas.

d)Haver necessidade de fornecer energia de

ativação para que as reações ocorram

e)Ocorre influência da baixa concentração de

anidrido carbônico, dificultando as reações.

6- “Yves Chauvin, ganhador do prêmio Nobel de

química de 2005 contribuiu intensamente para a

área da catálise. (...) Entre os processos por ele

estudados estão o de produção de olefinas e a

catálise homogênea, que permitiu a realização de

reações bastante seletivas e a substituição de

catalisadores prejudiciais ao meio ambiente.”

Ciência Hoje, 2005

Os catalisadores são substâncias que

a) diminuem a velocidade da reação, ao

aumentarem a energia de ativação do sistema.

b) aceleram a velocidade da reação química, ao

reagirem com os reagentes da reação.

c) diminuem a velocidade da reação química, ao

anularem a energia de ativação da reação.

d) estão sempre no mesmo estado físico das

substâncias participantes da reação.

e) aceleram a velocidade da reação química, ao

diminuir a energia de ativação do sistema.

Page 50: Apostila Fisico Quimica

49

7- A indústria petroquímica é comumente dividida

em três segmentos: as empresas de primeira, de

segunda e de terceira geração. As empresas de

primeira geração são produtoras de petroquímicos

básicos denominados commodities. Nessas

empresas, o esforço tecnológico atual é fortemente

voltado para o aumento de eficiência de processo,

tanto para aumento de produtividade como para

melhoria no grau de pureza do produto, através,

principalmente, do desenvolvimento de melhores

catalisadores e do controle de processo.

Referente a atuação de um catalisador em um

processo químico, afirma-se que o catalisador:

I. diminui a energia de ativação da reação;

II. aumenta a velocidade da reação;

III. desloca o equilíbrio da reação favorecendo a

formação do produto;

IV. torna o processo exotérmico.

Dessas afirmativas, são corretas aquelas citadas

apenas em

a) I e II.

b)I, III e IV.

c) I e IV.

d)II e III.

e) II e IV.

8- A conservação de alimentos pode ser feita de

diferentes modos: pelo uso de um meio fortemente

salgado, capaz de promover a desidratação dos

microorganismos, como na carne seca; pela

utilização de conservantes, como o benzoato de

sódio, que reduzem a velocidade de oxidação e

decomposição; ou pela diminuição da temperatura,

reduzindo a velocidade da reação, uma vez que o

aumento de 10°C aproximadamente duplica a

velocidade da reação. Supondo apenas o efeito da

temperatura e considerando que, à temperatura

ambiente (25°C), a validade de um alimento é de 4

dias, sobre a sua durabilidade, quando conservado

em geladeira a 5°C, é correto afirmar:

a) A velocidade de decomposição seria reduzida

em aproximadamente um quarto.

b) A velocidade de decomposição seria reduzida

pela metade.

c) O alimento teria um prazo de validade

indeterminado.

d) A durabilidade deste alimento é imprevisível.

e) O alimento se deteriorará em uma semana.

9- Foram realizados quatro experimentos. Cada um

deles consistiu na adição de solução aquosa de

ácido sulfúrico de concentração 1 mol/L a certa

massa de ferro. A 25 °C e 1 atm, mediram-se os

volumes de hidrogênio desprendido em função do

tempo. No final de cada experimento, sempre

sobrou ferro que não reagiu. A tabela mostra o tipo

de ferro usado em cada experimento, a temperatura

e o volume da solução de ácido sulfúrico usado. O

gráfico mostra os resultados.

Experi-

mento

Material Temperatur

a (°C)

Volume da

solução de

H2SO4 (mL)

A Pregos 60 50

B Limalha 60 50

C Limalha 60 80

D limalha 40 80

As curvas de 1 a 4 correspondem, respectivamente,

aos experimentos:

1 2 3 4

A) D C A B

B) D C B A

C) B A C D

D) C D A B

Page 51: Apostila Fisico Quimica

50

E) C D B A

Gabarito

1- a

2- c

3- e

4- d

5- d

6- e

7- a

8- a

9- e

5 Exercicio Comentado:

(Uerj 2011) A irradiação de micro-ondas vem sendo utilizada como fonte de energia para determinadas reações químicas, em substituição à chama de gás convencional. Em um laboratório, foram realizados dois experimentos envolvendo a reação de oxidação do metilbenzeno com KMnO4

em excesso. A fonte de energia de cada um, no entanto, era distinta: irradiação de micro-ondas e chama de gás convencional. Observe, no gráfico abaixo, a variação da concentração de metilbenzeno ao longo do tempo para os experimentos:

Observe, agora, a equação química que

representa esses experimentos:

Para o experimento que proporcionou a maior taxa de reação química, determine a velocidade média de formação de produto, nos quatro minutos iniciais, em g.L-1.min-1.Em seguida, calcule o rendimento da reação.

RESOLUÇÃO:

Com base no gráfico, observa-se que, com a irradiação de micro-ondas, em apenas 4 minutos, alcançou-se uma concentração de 1,2 mol.L-1, e, com o aquecimento convencional, a mesma concentração só foi alcançada após 20 minutos de reação. Logo, o experimento que proporcionou a maior taxa de reação foi o que utilizou a fonte de energia do micro-ondas. Para o experimento em micro-ondas, em 4 minutos, foram consumidos 2,0 - 1,2 = 0,8 mol.L-1 de reagente, o que acarretou a formação de 0,8 mol.L-1 de produto.

Page 52: Apostila Fisico Quimica

51

Capítulo 5- Equilíbrios químicos

Equilíbrio químico é a situação na qual as

concentrações dos componentes da reação não

se alteram, pois as reações direta e inversa estão

acontecendo com velocidades iguais.

5.1 Reversibilidade das reações

Da mesma forma que as mudanças de

fase, as reações químicas tendem a um

equilíbrio no qual a reação direta e a inversa

ainda estão ocorrendo, mas na mesma

velocidade.

Considerando o equilíbrio:

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)

A velocidade da reação direta

N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g)

é dada por:

v1 = k1 [N2][H2]3

Essa velocidade é máxima no início da

reação, e depois diminui com o tempo, pois N2 e

H2 vão sendo consumidos.

A velocidade da reação inversa

2NH3(g) → N2(g) + 3H2(g)

é dada por:

v2 = k2[NH3]2

Essa velocidade é nula no início da

reação e depois aumenta com o tempo, à

proporção que NH3 vai sendo formado.

Após certo tempo as duas velocidades se

igualam e dizemos que foi atingido o equilíbrio

químico.

Figura 1: Gráfico de velocidade x tempo de reação

Disponível em: http://pt.wikipedia.org/wiki/Equil%C3%ADbrio_qu%C3%ADmico.

Acesso em: 24 mai. 2014

5.2 Grau de equilíbrio

Indica a relação entre o número de mols

de moléculas que reagem até atingir o equilíbrio e

o número de mols inicial da mesma substância.

Exemplo: Consideramos a reação x → y + z, em

que, no início, encontramos 2,00 mols de x e no

equilíbrio são encontrados 0,80 mols de x sem

reagir. O grau de equilíbrio fica?

Obs.: Quanto maior for o grau de equilíbrio, mais

terá caminhado a reação até chegar ao equilíbrio,

ou seja, maior o rendimento da reação.

5.3 Constante de equilíbrio

No equilíbrio temos v1 = v2. No caso da

reação de formação da amônia:

k1 [N2][H2]3 = k2[NH3]

2

Kc é chamado constante de equilíbrio

em termos de concentrações molares. A

constante é o valor que relaciona as

concentrações dos produtos e dos reagentes no

momento em que ocorre o equilíbrio.

Generalizando:

aA + bB + ... cC + dD + ...

Page 53: Apostila Fisico Quimica

52

Quando Kc > 1 a concentração dos

produtos é maior que a dos reagentes, ou seja, a

reação direta prevalece sobre a inversa. E quanto

maior for esse Kc, maior será a extensão da

ocorrência da reação direta.

Quando Kc < 1 a concentração dos

reagentes é maior que a dos produtos, ou seja, a

reação inversa prevalece sobre a direta. E quanto

menor for esse Kc, maior será a extensão da

ocorrência da reação inversa.

Para sistemas gasosos em equilíbrio

químico, podemos trabalhar com a constante de

equilíbrio em termos de pressões parciais (Kp):

Pode-se inclusive demonstrar que existe

a relação:

Kp = Kc (RT)Δn

onde R = constante universal dos gases, T =

temperatura (K), Δn = (número total de moléculas

produzidas) – (número total de moléculas

reagentes).

Obs.: Uma reação é mais favorecida (mais

espontânea), a uma certa temperatura, quanto

maior for o valor da sua constante de equilíbrio,

nessa temperatura.

5.4 Princípio de Le Chatelier

5.4.1 Deslocamento de

equilíbrio

A perturbação do equilíbrio é toda e

qualquer alteração da velocidade da reação direta

ou da inversa, provocando modificações nas

concentrações das substâncias e levando o

sistema a um novo estado de equilíbrio, ou seja

provoca deslocamento do equilíbrio.

O princípio geral que trata dos

deslocamentos dos estados de equilíbrio é

chamado Princípio de Le Chatelier, cujo

enunciado diz:

Quando uma perturbação exterior é

aplicada a um sistema em equilíbrio ele tende a si

reajustar para minimizar os efeitos desta

perturbação.

A seguir vamos analisar a influência de

cada um dos fatores que podem afetar o

equilíbrio.

5.4.1 Concentração

Adicionar ou retirar uma substância

presente em um sistema em equilíbrio significa

alterar sua concentração, o que altera o estado

de equilíbrio de um sistema.

A adição de uma substância desloca o

equilíbrio no sentido que irá consumi-la. Podemos

dizer então, que o equilíbrio é deslocado para o

lado oposto ao da substância adicionada.

A retirada de uma substância desloca o

equilíbrio no sentido que irá restituí-la. Isto é, para

o mesmo lado da substância que foi retirada.

Exemplo: Considere o equilíbrio

4NH3(g) + 3O2(g) 2N2(g) + 6H2O(g)

Preveja o efeito sobre o equilíbrio quando há (a)

adição de N2 e (b) remoção de NH3.

5.4.2 Pressão

Quando aumentamos a pressão sobre um

sistema em equilíbrio, à temperatura constante,

ele se desloca no sentido em que há redução do

número de moléculas em fase gasosa (menor

volume).

Uma diminuição de pressão desloca o

equilíbrio no sentido em que há aumento do

Page 54: Apostila Fisico Quimica

53

número de moléculas em fase gasosa (maior

volume).

Exemplo: Preveja o efeito da compressão sobre o

equilíbrio na reação

5.4.3 Temperatura

Além de provocar deslocamento do

equilíbrio, a temperatura é o único fator que altera

a constante de equilíbrio.

Quando aumentamos a temperatura de

um sistema em equilíbrio, favorecemos a reação

que absorve calor, a reação endotérmica. Por

outro lado, quando diminuímos a temperatura,

favorecemos a reação exotérmica, que libera

calor.

Exemplo: Preveja como a composição de trióxido

de enxofre, no equilíbrio abaixo, tenderá a mudar

com o aumento da temperatura.

2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) Hf0 = -197,78 kJ/mol

5.4.4 Catalisadores

Um catalisador pode acelerar a

velocidade na qual uma reação atinge o

equilíbrio, mas não afeta o próprio estado de

equilíbrio, ou seja, não altera o rendimento obtido

no processo (que é representado pelo grau de

equilíbrio) nem o valor das constantes de

equilíbrio.

5.5 Equilíbrio iônico

É o caso particular de equilíbrio no qual,

além de moléculas, estão presentes íons.

Aqui também serão definidos um α e um

K que agora recebem nomes particulares: grau de

ionização e constante de ionização

respectivamente.

5.5.1 Equilíbrio iônico ácido-

base

De acordo coma teoria de Brϕnsted-

Lowry, um ácido é um doador de prótons (H+) e

uma base é um receptor de prótons(H+).

Exemplos:

As expressões das constantes de

ionização são representadas por Ka para ácidos,

e Kb para bases.

Quanto maior a concentração de íons,

maior será o valor das constantes de ionização e

mais forte será o ácido ou a base.

As constantes de acidez e basicidade são

comumente indicadas pelos seus logaritmos

negativos:

Quanto maior o valor de pKa e pKb

menor serão os valores de Ka e Kb, e portanto

mais fraco é o ácido ou a base.

5.5.2 O efeito do íon comum

A adição de um íon comum desloca o

equilíbrio de ionização de um ácido. A constante

de ionização do ácido não se altera, pois depende

apenas da temperatura, a concentração de íons

H+ diminui e o grau de ionização do ácido diminui.

Os efeitos para as bases são análogos.

Logo, a adição de um íon comum diminui

o grau de ionização de um ácido ou base em

solução.

Page 55: Apostila Fisico Quimica

54

5.5.3 Equilíbrio iônico da água

A água pura se ioniza segundo a

equação:

H2O(l) H+

(aq) + OH-(aq)

E sua constante de ionização é expressa

por:

𝐾𝑐 =[𝐻]+[𝑂𝐻]−

𝐻2𝑂

𝐾𝑤 = [𝐻]+[𝑂𝐻]−

onde Kw é chamado produto iônico da água.

Medidas experimentais mostram que, a

25°C, Kw vale aproximadamente 10-14

.

5.5.4 Os conceitos de

pH e pOH

Para evitar o uso de expressões

matemáticas com expoentes negativos, o químico

Sörensen propôs as seguintes definições:

pH: potencial hidrogeniônico, expressa a acidez

em termos da concentração [H+];

pOH: potencial hidroxiliônico, expressa a

bacisidade em termos da concentração [OH-]

Podemos relacionar o pH e o pOH:

pH + pOH = 14

Concluímos então, que em uma solução:

Escala de pH:

Figura 2: Escala de pH

Disponível em:

http://www.quimica.seed.pr.gov.br/modules/galeria/detalhe.php?foto=14

89&evento=4. Acesso em 24 mai. 2014.

5.5.5 Indicadores de pH

Normalmente, a medida do pH pode ser

feita com aparelhos eletrônicos ou com auxílio

dos chamado indicadores ácido-base.

Indicadores ácido-base são substâncias,

geralmente ácidos ou bases fracas, que mudam

de cor, dependendo do meio estar ácido ou

básico. Esta mudança de cor é decorrência do

deslocamento do equilíbrio químico. Tomemos,

por exemplo, o indicador ácido-base genérico

HIn:

Se adicionarmos ao equilíbrio um ácido

qualquer, haverá um aumento na concentração

de íons H+, o que provoca um deslocamento para

a esquerda, fazendo com que a solução se torne

amarela. No entanto, se adicionarmos uma base,

há uma diminuição dos íons H+ (que são

captados pelo OH- da base formando água) e,

portanto, o equilíbrio se desloca para a direita,

tornando a solução vermelha.

5.6 Hidrólise de sais

Chamamos hidrólise salina a reação entre

um sal e a água produzindo o ácido e a base

correspondentes. A hidrólise do sal é, portanto, a

reação inversa da neutralização.

Page 56: Apostila Fisico Quimica

55

É importante saber que: quem sofre

hidrólise não é o sal todo, mas apenas o íon

correspondente ao ácido ou à base fracos; o íon

que hidrolisa liberta da água o íon de carga

elétrica de mesmo sinal (H+ ou OH

-); a liberação

de H+

ou OH- vai mudar o pH da solução.

Resumindo

Tabela 1: Tipo de sal e caráter do sal

Disponível em:

http://www.profpc.com.br/equil%C3%ADbrio_qu%C3%ADmico.htm.

Acesso em: 24 de mai. 2014.

5.6.1 Constante de hidrólise

Devemos fazer duas ressalvas quanto à

constante de hidrólise: considerar sempre a

equação “iônica” de hidrólise e simplificar a

fórmula de K, admitindo que a concentração da

água já está anexada ao valor de K por ser

praticamente constante.

𝐾ℎ =[𝐻]+𝑋

[𝐻𝑋]+

Relação entre constante

de hidrólise e Ka e Kb

Para um sal de ácido forte e base fraca:

𝐾ℎ =𝐾𝑤

𝐾𝑏

Para um sal de ácido fraco e base forte:

𝐾ℎ =𝐾𝑤

𝐾𝑎

Para um sal de ácido e base fracos:

𝐾ℎ =𝐾𝑤

𝐾𝑎𝐾𝑏

5.7 Produto de solubilidade

Em qualquer solução aquosa saturada de

sal ou base pouco solúvel, o produto das

concentrações dos íons – cada um elevado a um

expoente igual a seu coeficiente na equação

devidamente balanceada – é uma constante

representada por Kps.

Quanto menor o Kps menor a solubilidade

da substância em questão e vice-versa.

2 Sessão leitura

Desconforto à altitude e deslocamento de

equilíbrio

“No sangue, as moléculas de

hemoglobina e de gás oxigênio dissolvido estão

em equilíbrio com a oxiemoglobina (hemoglobina

combinada com oxigênio). Essa última é

responsável pela oxigenação do organismo,

essencial à vida. O equilíbrio pode ser

representado por:

Hemoglobina + oxigênio oxiemoglobina

Nas localidades de maior altitude há uma

menor concentração de oxigênio no ar e,

consequentemente, o equilíbrio mencionado é

deslocado para a esquerda. Isso reduz a

quantidade de oxiemoglobina presente no

sangue, acarretando dores de cabeça, náuseas e

fadiga intensa.

Após algum tempo de permanência no

local de maior altitude, o organismo começa a se

aclimatar, produzindo mais hemoglobina. Isso

desloca o equilíbrio para a direita, aumentando a

concentração de oxiemoglobina no sangue.

Escaladas a locais muito altos exigem

que os alpinistas passem semanas se

Page 57: Apostila Fisico Quimica

56

aclimatando, a fim de atenuarem os desconfortos

produzidos pela altitude”. PERUZZO, F.M.; CANTO, E.L.:

Química na abordagem do cotidiano. 4a edição. São Paulo: Moderna,

2006. Volume 2.

3 Exercícios de fixação

1- Na tabela abaixo estão mostrados os dados

referentes à reação química.

Os valores de X, Y e Z são, respectivamente:

a) 0,40; 0,40 e 0,60

b) 0,80; 0,50 e 0,60

c) 0,80; 0,40 e 0,50

d) 0,40; 0,25 e 0,30

e) 0,60; 0,30 e 0,60

2- Observe o gráfico abaixo, relativo ao

estabelecimento do equilíbrio de uma reação, a

298K, do tipo:

O valor de constante de equilíbrio (Kc) para essa

reação, a 298K, é:

a) 3

b) 6

c) 12

d) 24

3- Os gases CO2, H2 reagem entre si formando

CO e H2O segundo o equilíbrio:

CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g)

Foram realizados dois experimentos envolvendo

esses gases em um recipiente fechado e, depois

de atingido o equilíbrio, determinou-se a

concentração de cada gás. A tabela abaixo

resume os dados experimentais.

A análise desses dados permite afirmar que

a) a reação entre CO2 e H2 é um processo

endotérmico.

b) a reação entre CO2 e H2 apresenta Kc igual a

12,5 a 400 °C.

c) a reação entre CO2 e H2 apresenta Kc igual a

2,5 a 600 °C.

d) o Kc da reação entre CO2 e H2 independe da

temperatura.

e) o Kc da reação entre CO2 e H2 depende do

catalisador utilizado no sistema.

4- Uma das etapas de fabricação do ácido

sulfúrico e a conversão de SO2 a SO3, numa

reação exotérmica, que ocorre segundo a

equação abaixo:

Em relação ao equilíbrio dessa reação, é

CORRETO afirmar que:

a) o aumento da temperatura favorece a

formação de SO2.

b) o aumento da pressão, mantida a temperatura

constante, favorece a formação de SO2.

c) o aumento da velocidade de produção de SO3

aumenta sua concentração no equilíbrio.

d) o uso de um catalisador aumenta a

concentração de SO3 no equilíbrio.

5- No equilíbrio

N2O3(g) NO(g) + NO2(g), ΔH = + 39,7 KJ

Page 58: Apostila Fisico Quimica

57

indique o sentido do deslocamento quando

ocorrer.

I. Adição de N2O3(g).

II. Aumento da temperatura do sistema.

III. Aumento da pressão no sistema.

a) I direita, II esquerda, III esquerda.

b) I esquerda, II direita, III esquerda.

c) I esquerda, II direita, III esquerda.

d) I direita, II direita, III esquerda.

e) Em nenhum dos casos haverá deslocamento.

6- O gás incolor N2O4, em presença de calor,

decompõe-se em dióxido de nitrogênio gasoso

que possui coloração castanha. Em uma

experiência de laboratório, o gás N2O4 foi

colocado em um cilindro transparente fechado à

temperatura ambiente, e esperou-se que o

sistema atingisse o equilíbrio.

Para que seja observado aumento da coloração

castanha nesse sistema, é necessário:

a) colocar o cilindro em um banho de gelo.

b) adicionar um gás inerte no cilindro.

c) adicionar um catalisador.

d) diminuir o volume do cilindro.

e) diminuir a pressão dentro do cilindro.

7-

Com base nos dados da tabela, é correto afirmar:

a) O refrigerante apresenta a menor concentração

íons H+.

b) O leite tipo C e a lágrima apresentam

concentração de hidroxila igual a 1.10–7

mol/L.

c) A água de mar é mais ácida do que a água de

torneira.

d) O leite tipo C é o mais indicado para corrigir a

acidez estomacal.

e) O suco de laranja é mais ácido do que o

refrigerante.

8- Sabe-se que o pH de uma solução de ácido

clorídrico 0,1 mol/L é igual a 1,0. O que é possível

dizer sobre o pH de uma solução de ácido

acético, um ácido fraco, na mesma

concentração? Considere volumes iguais das

soluções.

a) Os valores de pH são iguais.

b) O pH da solução de ácido acético é maior do

que o da solução de ácido clorídrico, porque

libera uma concentração maior de íons H+.

c) O pH da solução de ácido acético é menor do

que o da solução de ácido clorídrico, porque

libera uma concentração menor de íons H+.

d) O pH da solução de ácido acético é maior do

que o da solução de ácido clorídrico, porque

libera uma concentração menor de íons H+.

e) O pH da solução de ácido acético é menor do

que o da solução de ácido clorídrico, porque

libera uma concentração maior de íons H+

9- Alguns animais aquáticos apresentam limites

de resistência em relação ao pH da água onde

habitam. Por exemplo, a faixa de pH de

sobrevivência de camarões é 5,5-5,8 e a dos

caramujos é 7,0-7,5. Considere as concentrações

de H+ nas soluções A, B e C apresentadas na

tabela a seguir

Sobre a sobrevivência desses animais nessas

soluções, é CORRETO afirmar que:

a) somente os camarões sobreviveriam na

solução A.

b) os camarões sobreviveriam na solução B. c) os

caramujos sobreviveriam na solução C.

Page 59: Apostila Fisico Quimica

58

d) somente os caramujos sobreviveriam na

solução A.

e) ambos os animais sobreviveriam em qualquer

das três soluções A, B ou C.

10- Considere a seguinte tabela:

Para saber o pH de uma solução adicionou-se a

quatro tubos de ensaio contendo uma pequena

quantidade da solução em cada um, algumas

gotas de indicadores, anotando a cor resultante

na solução.

Pode-se afirmar, em relação ao pH da referida

solução, que

a) é menor que 3,0

b) está entre 3,3 e 4,2

c) está entre 4,6 e 6,0

d) está entre 6,0 e 7,0

e) é igual a 7,0

11- O indicador azul de bromotimol fica amarelo

em soluções aquosas de concentração

hidrogeniônica maior do que 1,0 . 10-6

mol/L e em

soluções de concentração hidrogeniônica menor

do que 2,5 . 10-8

mol/L. Considere as três

soluções seguintes, cujos valores do pH são

dados entre parênteses: suco de tomate (4,8);

água da chuva (5,6); água do mar (8,2). As cores

apresentadas pelas soluções suco de tomate,

água de chuva e água do mar são,

respectivamente:

Dado: se necessário use log 2,5 = 0,4

a) amarelo, amarelo, amarelo.

b) amarelo, amarelo, azul.

c) amarelo, azul, azul.

d) azul, azul, amarelo.

e) azul, azul, azul.

12- A solubilidade do cloreto de prata é muito

pequena e pode ser representada por

Considere que 10 mL de solução de nitrato de

prata, de concentração igual a 1,0 mol.L-1

, são

diluídos até o volume de 1,0 L, com água de

torneira, a qual, devido aos processos de

tratamento, contém íons cloreto (suponha a

concentração destes íons igual a 3,55x10-4 g L-1

).

Dado: massa molar do cloro = 35,5 g

Com relação ao texto anterior, é correto afirmar:

a) A constante Kps do cloreto de prata é dada

pela expressão [Ag+] + [Cl

-] = 1,7 x 10

-10 mol L

-1.

b) Após a diluição da solução de nitrato de prata,

a expressão [Ag+] = [Cl

-] = 1,7 x 10

-5 mol L

-1 é

verdadeira.

c) A concentração dos íons cloreto na solução

diluída é maior que 1,0x10-5

mol L-1

.

d) Após a diluição da solução de nitrato de prata,

as concentrações dos íons prata e dos íons

e) Durante a diluição deve ocorrer precipitação de

cloreto de prata.

13- Se adicionarmos um pouco de cloreto de

cálcio, CaCl2, a uma solução saturada de

hidróxido de cálcio, Ca(OH)2, podemos afirmar

que:

1. ocorrerá um aumento do pH dessa solução.

2. ocorrerá uma diminuição do pH dessa solução.

3. não ocorrerá alteração do pH.

4. ocorrerá precipitação de Ca(OH)2.

Está(ao) correta(s) apenas a(s) alternativa(s):

a) 3 e 4

b) 1

Page 60: Apostila Fisico Quimica

59

c) 2

d) 3

e) 2 e 4

14-

A tabela mostra as concentrações, em mol/L, do

sistema em equilíbrio representado pela equação

PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g), que foram obtidas,

experimentalmente, a 297k.

Calcule o valor aproximado de Kp para essa

reação. Expresse o resultado indicando 50% do

valor de Kp.

15- Substâncias ácidas e básicas estão presentes

no nosso cotidiano e podem ser encontradas em

diversos produtos naturais ou comerciais. Alguns

exemplos são amoníaco (básico), limão (ácido) e

vinagre (ácido). Sobre esses produtos, responda

ao que se pede.

a) O vinagre é uma solução aquosa de ácido

acético em concentrações que podem variar de 4

a 6%. Em soluções aquosas, existe o seguinte

equilíbrio químico:

Qual substância você usaria (HCl ou NaOH) para

aumentar a concentração de ácido acético nessa

solução? Explique.

b) Calcule o pH do vinagre, a 25ºC, sabendo-se

que a concentração hidroxiliônica, [OH-], nesse

produto, é 1,0 x 10-11

mol/L.

c) O hidróxido de amônio é uma base solúvel e

fraca, que só existe em solução aquosa quando

se faz borbulhar amônia em água.

Escreva a expressão da constante de equilíbrio

da reação de formação do hidróxido de amônio e

calcule a massa do gás amônia necessária para

produzir 2,06 g de hidróxido de amônio.

Gabarito

1- b

2- c

3- a

4- a

5- d

6- e

7- b

8- d

9- d

10- c

11- b

12- e

13- e

14- 67

15- a) HCl

b) 3

c) K = [NH4OH] / [NH3] ; m = 1,0g

4 Pintou no ENEM

1- Os refrigerantes têm-se tornado cada vez mais

o alvo de políticas públicas de saúde. Os de cola

apresentam ácido-fosfórico , substância

prejudicial à fixação de cálcio, o mineral que é o

principal componente da matriz dos dentes. A

cárie é um processo dinâmico de desequilíbrio do

processo de desmineralização dentária, perda

de minerais em razão da acidez. Sabe-se que o

principal componente do esmalte do dente é um

sal denominado hidroxiapatita. O refrigerante,

pela presença da sacarose, faz decrescer o pH

do biofilme (placa bacteriana), provocando a

desmineralização do esmalte dentário. Os

mecanismos de defesa salivar levam de 20 a 30

minutos para normalizar o nível do pH,

remineralizando o dente. A equação química

seguinte representa esse processo:

Page 61: Apostila Fisico Quimica

60

GROISMAN, S. Impacto do refrigerante nos dentes é avaliado sem tirá-

lo da dieta. Disponível em: http://www.isaude.net. Acesso em: 1 maio

2010 (adaptado).

Considerando que uma pessoa consuma

refrigerantes diariamente, poderá ocorrer um

processo de desmineralização dentária, devido ao

aumento da concentração de

A OH−, que reage com os íons Ca

2+, deslocando

o equilíbrio para a direita.

B H+, que reage com as hidroxilas OH

−,

deslocando o equilíbrio para a direita.

C OH−, que reage com os íons Ca

2+, deslocando

o equilíbrio para a esquerda.

D H+, que reage com as hidroxilas OH

−,

deslocando o equilíbrio para a esquerda.

E Ca2+

, que reage com as hidroxilas OH−,

deslocando o equilíbrio para a esquerda.

2- As misturas efervescentes, em pó ou em

comprimidos são comuns para a administração

de vitamina C ou de medicamentos para azia.

Essa forma farmacêutica sólida foi desenvolvida

para facilitar o transporte, aumentar a estabilidade

de substâncias e, quando em solução, acelerar a

absorção do fármaco pelo organismo. As

matérias-primas que atuam na efervescência são,

em geral, o ácido tartárico ou o ácido cítrico que

reagem com um sal de caráter básico, como o

bicarbonato de sódio (NaHCO3), quando em

contato com a água. A partir do contato da

mistura efervescente com a água, ocorre uma

série de reações químicas simultâneas: liberação

de íons, formação de ácido e liberação de gás

carbônico – gerando a efervescência. As

equações a seguir representam as etapas da

reação da mistura efervescente de água, em que

foram omitidos os estados de agregação dos

reagentes, e H3A representa o ácido cítrico.

A ionização, a dissociação iônica, a formação de

um ácido e a liberação de um gás

ocorrem, respectivamente, nas seguintes etapas:

a)IV,I,II e III

b)I, IV, III e II

c) IV, III, I e II

d) I, IV, II eIII

e) IV, I, III e II

3- Uma dona de casa acidentalmente deixou cair

na geladeira a água proveniente do degelo de um

peixe, o que deixou um cheiro forte e

desagradável dentro do eletrodoméstico. Sabe-se

que o odor característico de peixe se deve às

aminas e que esses compostos se comportam

como bases. Na tabela são listadas as

concentrações hidrogeniônicas de alguns

materiais encontrados na cozinha, que a dona de

casa pensa em utilizar na limpeza da geladeira.

Dentre os materiais listados, quais são

apropriados para

amenizar esse odor?

A Álcool ou sabão.

B Suco de limão ou álcool.

C Suco de limão ou vinagre.

D Suco de limão, leite ou sabão.

E Sabão ou carbonato de sódio/barrilha.

4- Sabões são sais de ácidos carboxílicos de

cadeia longa utilizados com a finalidade de

Page 62: Apostila Fisico Quimica

61

facilitar, durante processos de lavagem, a

remoção de substâncias de baixa solubilidade em

água, por exemplo, óleos e gorduras. A figura a

seguir representa a estrutura de uma molécula de

sabão.

Em solução, os ânions do sabão podem hidrolisar

a água e, desse modo, formar o ácido carboxílico

correspondente. Por exemplo, para o estearato

de sódio, é estabelecido o seguinte equilíbrio:

CH3(CH2)16COO– + H2O CH3(CH2)16COOH +

OH–

Uma vez que o ácido carboxílico formado é pouco

solúvel em água e menos eficiente na remoção

de gorduras, o pH do meio deve ser controlado de

maneira a evitar que o equilíbrio acima seja

deslocado para a direita.

Com base nas informações do texto, é correto

concluir que os sabões atuam de maneira

A mais eficiente em pH básico.

B mais eficiente em pH ácido.

C mais eficiente em pH neutro.

D eficiente em qualquer faixa de pH.

E mais eficiente em pH ácido ou neutro.

5- A história da maioria dos municípios gaúchos

coincide com a chegadados primeiros

portugueses, alemães, italianos e de outros

povos. No entanto,através dos vestígios materiais

encontrados nas pesquisas arqueológicas,

sabemos que outros povos, anteriores aos

citados, protagonizaram a nossa história.

Diante da relevância do contexto e da vontade de

valorizar o nosso povo nativo, “o índio”, a Prova 1

selecionou a área temática CULTURA,

construindo as questões com base na obra “Os

Primeiros Habitantes do Rio Grande do

Sul” (Custódio, L. A. B., organizador. Santa Cruz do Sul: EDUNISC;

IPHAN,2004).

Os habitantes do litoral pescavam, caçavam à

beira das águas, faziam fogo, preparavam

alimentos integrados por peixes, aves, animais

terrestres e aquáticos, preocupando-se também

com a aparência, ao enfeitar-se com adornos.

Nos “sambaquis”, elevações formadas por

acúmulo de alimentos, compostos

predominantemente de conchas e moluscos, o

composto químico predominante é o carbonato de

cálcio. O gráfico que representa a reação de

decomposição do carbonato de cálcio,

desde o início da decomposição até atingir o

equilíbrio, é

6- A hidroxiapatita, Ca5(PO4)3OH (s), um dos

principais componentes dos dentes, participa do

sistema em equilíbrio representado pela equação

Ca5(PO4)3OH(s) 5Ca2+

(aq) + 3PO4(aq) + OH–(aq)

Na formação das cáries dentárias, ocorre a

desmineralização correspondente ao

deslocamento do equilíbrio para a direita.

A fluoretação dos dentes ajuda na prevenção das

cáries, porque favorece a formação de outro

mineral, a fluoroapatita, Ca5(PO4)3F (s), que é

mais duro e menos solúvel que a hidroxiapatita:

5Ca2+

(aq) + 3PO4-3

(aq) + F–(aq) Ca5(PO4)3F(s)

Com relação a esses processos, é INCORRETO

afirmar que

A) a desmineralização da hidroxiapatita é

dificultada por uma dieta rica em íons cálcio.

B) a desmineralização da hidroxiapatita é

favorecida por ácidos.

Page 63: Apostila Fisico Quimica

62

C) a fluoretação desloca o primeiro equilíbrio para

a esquerda.

D) o pH da saliva influi na estabilidade da

hidroxiapatita dos dentes.

7-Uma das etapas do tratamento de água é a

desinfecção, sendo a cloração o método mais

empregado. Esse método consiste na dissolução

dos gás cloro numa solução sob pressão e sua

aplicação na água a ser desinfectada. As

equações das reações químicas envolvidas são:

Cl2 (g) + 2 H2O (l) ⇋ HClO- (aq) + H3O

+ (aq) +

Cl- (aq)

HClO- (aq) + H2O (l) ⇋ H3O

+ + ClO

- (aq) pKa =

- log Ka = 7,53

A ação desinfetante é controlada pelo ácido

hipocloroso, que possui um potencial de

desinfecção cerca de 80 vezes superior ao

ânion hipoclorito. O pH do meio é importante,

porque influencia na extensão com que o ácido

hipocloroso se ioniza. Para que a desinfecção

seja mais efetiva, o pH da água a ser tratada

deve estar mais próximo de:

A) 0.

B) 5.

C) 7.

D) 9

E) 14.

8- Visando minimizar impactos ambientais, a

legislação brasileira determina que resíduos

químicos lançados diretamente no corpo

receptor tenham pH entre 5,0 e 0,0. Um

resíduo líquido aquoso gerado em um

processo industrial tem concentração de íons

hidroxila igual a 1,0 x 10-10 mol/L. Para

atender a legislação, um químico separou as

seguintes substâncias, disponibilizadas no

almoxarifado da empresa: CH3COOH, Na2SO4,

CH3OH, K2CO3 e NH4Cl.

Para que o resíduo possa ser lançado

diretamente no corpo receptor, qual substância

poderia ser empregada no ajuste do pH?

a) CH3COOH

b) Na2SO4

c) CH3OH

d) K2CO3

e) NH4Cl.

Gabarito

1- b

2- e

3- c

4- a

5- d

6- c

7- b

8- d

5 Exercicio comentado

Quando um atleta pratica exercícios físicos

vigorosos, o oxigênio disponível na corrente

sanguínea é rapidamente consumido, levando

seu metabolismo a trabalhar em condições

anaeróbicas. Nessas condições, o processo de

geração de energia para a contração de

músculos envolve a quebra de glicose

(C6H12O6), produzindo ácido lático (C3H6O3) e

provocando fadiga muscular. O gráfico a seguir

mostra a variação da concentração de ácido

lático no sangue de um atleta durante uma

competiçãoem função do tempo t.

Page 64: Apostila Fisico Quimica

63

a)Calcule a taxa de formação de ácido

lático entre o estado de repouso (t = 0s) e

o instante t = 200s.

b) Como o ácido lático é um ácido fraco, de

cada 100 moléculas de ácido lático

dissolvidas em água, apenas quatro

sofrem ionização. Calcule o pH de uma

solução aquosa de ácido lático com

concentração igual a 2,5 mMol/L.

RESOLUÇÃO:

a)Taxa de formação de ácido lático:

(3,0-0,5)/2=1,25.10-2 mMol/L.s

b) Como a cada 100 moléculas de ácido

lático dissolvidas em àgua, apenas quatro

sofrem ionização, então: α= 4/100= 2,5.10-

3.

[H+]= M. α; então [H+]= 2,5.10-3

x 4.10-2

=

1.10-4

pH= -log[H3O+]= 4,0.

Page 65: Apostila Fisico Quimica

64

Capítulo 6- Eletroquímica

A eletroquímica é o ramo da química que

trabalha com o uso de reações químicas

espontâneas para produzir eletricidade, e com o

uso da eletricidade para forçar as reações

químicas não-espontâneas acontecerem.

6.1 Oxirredução

As reações estudadas nesse capítulo são

particularmente reações de oxirredução.

A chave para escrever e balancear

equações de reações redox é considerar os

processos de redução e oxidação

separadamente. Demonstramos então as semi-

reações de ambos os processos.

Primeiramente vamos definir o que é

oxidação e o que é redução. Oxidação é a perda

de elétrons por uma espécie química (aumento do

Nox); e a redução é o ganho de elétrons por uma

espécie química (diminuição do Nox).

Nox ou número de oxidação é um número

que está associado aos átomos de um

determinado elemento, presente em uma

substância, que está relacionado à carga elétrica

que esses átomos apresentam nessa substância.

6.1.1 Regras práticas para a

determinação do Nox

Substâncias simples: Nox = zero;

Íons monoatômicos: Nox = própria carga

dos íons;

Molécula ou fórmula: somatório do Nox =

zero;

Elementos com Nox fixo:

Tabela 1: Principais espécies química e seus Nox

Nox

Metais alcalinos +1

Metais alcalino-terrosos +2

Zinco +2

Prata +1

Alumínio +3

Hidrogênio: maioria dos compostos Nox =

+1; hidretos metálicos Nox = -1;

Oxigênio: maioria dos compostos Nox = -

2; peróxidos Nox = -1; com flúor Nox =

+2.

6.1.2 Definição de reação

oxirredução

Quando um ou mais elementos sofrem

variações nos seus números de oxidação no

transcorrer de uma reação química, dizemos que

é uma reação de oxirredução.

Zn(s) + 2H+

(aq) → H2(g) + Zn+2

(aq)

6.1.3 Agente oxidante e agente

redutor

Agente oxidante é a espécie química que

faz com que algum elemento presente nos

reagentes sofra oxidação. Logo, ele recebe os

elétrons do elemento que oxidou e sofre a

redução.

Agente redutor é a espécie química que

faz com que algum elemento presente nos

reagentes sofra redução. Logo, ele doa os

elétrons para o elemento que reduziu e sofre a

oxidação.

6.2 Pilhas

As pilhas, conhecidas também por células

galvânicas, são dispositivos nos quais uma

reação química espontânea é usada para gerar

uma corrente elétrica.

Uma pilha consiste de dois eletrodos, ou

condutores metálicos, e um ou dois eletrólitos, um

meio condutor iônico. Uma das células galvânicas

cujo funcionamento é mais simples de entender é

a pilha de Daniell baseada na reação:

Page 66: Apostila Fisico Quimica

65

Zn(s) + CuSO4(aq) → ZnSO4(aq) + Cu(s)

Figura 1: Esquema de uma pilha de Danniel

Disponível em:

http://interna.coceducacao.com.br/ebook/pages/7827.htm. Acesso em :

25 de mai. 2014.

Os átomos de Zn são convertidos em

Zn2+ em um dos compartimentos, liberando

elétrons para o circuito externo, como mostra a

semirreação de oxidação:

Zn(s) → Zn+2

(aq) + 2e-

Dizemos então, que o eletrodo de zinco é

o pólo negativo ou ânodo.

Os elétrons transferidos do Zn passam

através do circuito externo até o outro

compartimento, onde os íons Cu2+ são

convertidos em Cu como mostra a semirreação

de redução:

Cu+2

(aq) + 2e- → Cu(s)

Dizemos então que o eletrodo de cobre é

o pólo positivo ou cátodo.

A soma das duas semirreações de

oxidação e de redução nos fornece a equação

geral da pilha:

Zn(s) → Zn+2

(aq) + 2e-

Cu+2

(aq) + 2e- → Cu(s)

Zn(s) + Cu+2

(aq) → Zn+2

(aq) + Cu(s)

As duas soluções eletrolíticas são ligadas

através de uma ponte salina fechando o circuito

interno. Essa ponte nada mais é que um tudo

contendo uma solução de um sal que não

interfere no processo, KCl por exemplo. Ela

impede o acúmulo de cargas elétricas nas

soluções eletrolíticas permitindo a migração dos

íons de uma semicélula à outra.

Após um tempo de funcionamento da

pilha notamos no ânodo a corrosão da chapa de

zinco e o aumento da concentração de íons Zn2+

na solução. No cátodo observa-se deposição de

cobre metálico e uma diminuição da concentração

de íons Cu2+

na solução.

A União Internacional de Química Pura e

Aplicada (IUPAC) propôs uma maneira

esquemática para representar uma cela galvânica

que permite descrever de modo rápido e simples

esse tipo de dispositivo. Para a pilha de Daniell:

Zn(s)|Zn+2

(aq)||Cu+2

(aq)|Cu(s)

6.2.1 Potencial do eletrodo

O potencial de oxidação (Eoxi) de um

eletrodo indica sua tendência a sofrer oxidação,

ou seja, a liberar elétrons. Já o potencial de

Page 67: Apostila Fisico Quimica

66

redução (Ered), indica a tendência do eletrodo a

ganhar elétrons sofrendo redução.

Devido a influencia da temperatura e da

concentração no potencial de eletrodo,

convencionou-se que sua medida fosse realizada

a 25°C, em solução 1mol/L e à pressão de 1atm.

Desse modo, tem-se o potencial padrão do

eletrodo (E°).

Um voltímetro é um aparelho que fornece

as diferenças de potencial elétrico entre os pólos

de uma pilha (ΔE). Para determinar os Eoxi e

Ered das diversas espécies, foi escolhido como

padrão o eletrodo de hidrogênio, ao qual foi

atribuído o potencial de 0 volt. Confrontando

todos os metais com o eletrodo padrão de

hidrogênio, obtiveram- se seus E° organizando-os

numa tabela.

Figura 2: Tabela de potenciais de redução e oxidação

Disponível em :

http://interna.coceducacao.com.br/ebook/pages/7834.htm. Acesso em

25 mai. 2014.

6.2.2 Diferença de potencial da

pilha e sua espontaneidade

A diferença de potencial padrão de uma

pilha corresponde à diferença entre os potenciais

de redução ou de oxidação das espécies

envolvidas:

ΔE° = E°catodo – E°anodo

Para a pilha de Daniell:

Zn2+

(aq) + 2e- → Zn(s) E° = -0,76V

Cu2+

(aq) + 2e- → Cu(s) E° = +0,34V

ΔE° = 0,34V – (-0,76V) = +1,10V

O valor positivo de ΔE° indica que a

reação ocorre espontaneamente no sentido

indicado pela equação. Valores negativos de ΔE°

indicam que a reação não é espontânea no

sentido indicado pela equação, ocorrendo

espontaneamente a reação inversa.

Como as reações que ocorrem em uma

pilha são espontâneas, o valor de ΔE° sempre

será positivo.

6.2.3 Pilhas e baterias

comerciais

I- Pilha seca ou pilha de

Leclanché

São as pilhas utilizadas em rádios,

lanternas, brinquedos etc. Constituídas por um

invólucro de zinco (ânodo); um bastão de grafite

revestido de uma mistura de carvão em pó e

dióxido de manganês (cátodo) e uma pasta úmida

de cloreto de amônio, cloreto de zinco e água

(eletrólito).

Page 68: Apostila Fisico Quimica

67

Figura 3: Figura esquemática de uma pilha seca

Disponível em: http://pilhasbaterias.blogspot.com.br/. Acesso em: 25

mai. 2014.

Quando está funcionando, a semirreação

do ânodo é:

Zn(s) → Zn+2

(aq) + 2e-

A semirreação catódica é:

2MnO2(s) + H2O(l) + 2e- → Mn2O3(s) + 2OH

-(aq)

Imediatamente seguida por:

NH4+

(aq) + OH-(aq) → NH3(g) + H2O(l)

A amônia gasosa formada ao redor do

bastão de grafite age como uma camada isolante,

o que acarreta uma redução drástica de

voltagem. A pilha cessa seu funcionamento

quando o MnO2 for totalmente consumido.

II- Pilhas alcalinas

São semelhantes às pilhas secas. A

diferença é que a mistura eletrolítica contem um

eletrólito alcalino, geralmente hidróxido de

potássio, no lugar do cloreto de amônio.

A pilha alcalina também traz algumas

vantagens frente à pilha seca: não se forma a

camada isolante de amônia ao redor do cátodo de

grafite, então, sua voltagem não cai

violentamente; a força eletromotriz de uma pilha

alcalina é 1,55 V, ou seja, oferece um

desempenho superior; a vida média é de cinco a

oito vezes maiores; podem ser armazenadas por

mais tempo sem sofrerem uma “autodescarga”

tão intensa como as pilhas secas.

III- Bateria de automóvel

É uma associação de pilhas ligadas em

série. A bateria de 12 V consiste na associação

de seis pilhas cada uma fornecendo 2 V.

Figura 4: Figura esquemática de uma bateria de

automóvel

Disponível em: http://geocities.ws/hifi_eventos/Como.html. Acesso em

25 mai. 2014.

Cada pilha é formada por placas de

chumbo (ânodo) e placas de óxido de chumbo IV

(cátodo), mergulhadas em solução de ácido

sulfúrico.

6.3 Eletrólise

A eletrólise é um processo de forçar uma

reação a ocorrer na direção não-espontânea pelo

uso da corrente elétrica.

Figura 5: Esquema de uma eletrólise

Disponível em: http://alfaconnection.net/pag_avsf/fqm0302.htm. Acesso

em 25 mai. 2014.

Page 69: Apostila Fisico Quimica

68

Os elétrons emergem da fonte e entram

na célula eletrolítica pelo cátodo, agora pólo

negativo, onde ocorre a redução. Os elétrons

saem da célula eletrolítica pelo ânodo, pólo

positivo, e entram novamente na fonte.

Cátodo: 2Cl-(fundido) → Cl2(g) + 2e

- E°red = +1,36 V

Ânodo: Mg+2

(fundido) + 2e- → Mg(l) E°red = -2,36 V

2Cl-(fundido) + Mg

+2(fundido) → Cl2(g) + Mg(l)

ΔE° = E°catodo – E°anodo

ΔE° = -2,36V – (1,36V) = -3,72V

O fato de essa diferença de potencial ser

negativa indica que a reação não é espontânea.

Para que a reação ocorra deverá ser fornecido à

célula eletrolítica um potencial de corrente elétrica

com valor igual à ΔE°.

No exemplo acima o MgCl2 está

fundido,ou seja, no estado líquido, fazendo os

íons Mg2+

e Cl- terem mais liberdade de

movimento. O processo eletrolítico descrito é

denominado eletrólise ígnea por não existir água

no sistema.

6.3.1 Eletrólise em solução

aquosa

É uma reação química provocada pela

passagem de corrente elétrica através de uma

solução aquosa de um eletrólito.

Nesse tipo de eletrólise devemos

considerar não só os íons provenientes da

dissociação do sal, mas também os da ionização

da água.

Na eletrólise aquosa do cloreto de sódio:

Figura 6: Ilustração da eletrólise aquosa do cloreto de

sódio

Disponível em:

http://interna.coceducacao.com.br/ebook/pages/9622.htm. Acesso em

25 mai. 2014.

Íons presentes na dissociação do sal:

NaCl(aq) → Na+

(aq) +Cl-(aq)

Ionização da água:

H2O → H+

(aq) + OH-(aq)

Somente um dos cátions e um dos ânions

sofre descarga nos eletrodos. O pólo negativo

descarrega, em primeiro lugar, o cátion com

maior potencial de redução. O pólo positivo

descarrega, também em primeiro lugar, o ânion

com maior potencial de oxidação.

Simplificando:

Figura 7: Fila de prioridade de descarga de cátions e

ânions

Disponível em: http://www.alunosonline.com.br/quimica/eletrolise-meio-

aquoso.html. Acesso em 25 mai. 2014.

No caso da eletrólise em meio aquoso do

NaCl, o íon H+ será reduzido e o íon Cl

- será

oxidado. Os íons Na+ e OH

- continuam presentes

na solução. A equação global do processo será:

Page 70: Apostila Fisico Quimica

69

6.3.2 Aspectos quantitativos

Faraday descobriu que íons de um metal

são depositados no estado sólido quando uma

corrente elétrica circula através de uma solução

iônica de um sal do metal. A massa, em gramas,

do metal eletrolisado é diretamente proporcional à

carga Q que o atravessa (m ~ Q,

consequentemente m ~ i . Δt).

Millikan determinou que a carga elétrica

de um elétron é igual a 1,6 . 10-19

C e, como

sabemos 1 mol de elétrons corresponde a 6,02 .

1023

e- (Constante de Avagadro), a quantidade de

carga transportada pela passagem de 1mol de

elétrons é dada pelo produto entre esses dois

valores:

1,6 . 10-19

C . 6,02 . 1023

= 9,65 . 104 C

Assim 9,65 . 104 C ou 96500C á a

quantidade de carga transportada por 1 mol de

elétrons e essa quantidade é denominada

constante de Faraday (F).

Exemplo: Na eletrólise de uma solução de

AgNO3, foi utilizada uma corrente de 20 A durante

9650 s. Calcule o número de mols de prata

depositados no cátodo.

2 Sessão leitura

Problemas causados por obturações dentárias

“Na Odontologia, um material ainda

bastante utilizado para obturar cáries dentais, ou

seja, para preencher cavidades de dentes é o

chamado amálgama dentário.

Um amálgama dentário é constituído por

uma mistura sólida na qual o mercúrio combina-

se com prata e estanho.

Na realidade esse tipo de amálgama é

constituído de três fases sólidas formadas pelas

seguintes substâncias: Ag2Hg3, Ag3Sn e Sn8Hg.

Veja a seguir três das semi-reações que

acontecem nesse preenchimento:

3Hg2+2

(aq) + 4Ag(s) + 6e- → 2Ag2Hg3(s)

1Sn+2

(aq) + 3Ag(s) + 2e- → 1Ag3Sn(s)

8Sn+2

(aq) + 1Hg(s) + 16e- → 1Sn8Hg(s)

Ao morder acidentalmente um pedaço de

papel alumínio (usado para embalar balas ou

caramelos), de forma que ele encoste numa

obturação dental, a pessoa poderá sentir uma dor

aguda momentânea.

Essa dor surge porque foi criada no

interior da boca uma pilha, tendo o alumínio como

ânodo, a obturação como cátodo e a saliva como

eletrólito. O contato entre o alumínio e a

obturação fecha o circuito, ocasionando um

pequeno fluxo de corrente entre os eletrodos.

Essa corrente é detectada por um nervo sensível

do dente provocando uma dor fina e

desagradável”. PERUZZO, F.M.; CANTO, E.L.:Química na

abordagem do cotidiano. 4a edição. São Paulo: Moderna, 2006. Volume

2.

3 Exercícios de fixação

1- As pilhas fazem parte do nosso dia a dia e são

fontes portáteis de energia, resultantes de

reações químicas que ocorrem no seu interior.

Para a montagem de uma pilha eletroquímica, é

necessário que dois eletrodos metálicos sejam

mergulhados nas soluções de seus respectivos

íons, conforme figura abaixo:

Page 71: Apostila Fisico Quimica

70

A seguir, estão representadas algumas

semirreações eletrolíticas e seus respectivos

potenciais de redução.

Considerando os dados fornecidos, assinale a

alternativa INCORRETA:

a) A força eletromotriz da pilha Ag|Ag+||Cu

+2|Cu é

+1,14 V.

b) O fluxo de elétrons ocorre do polo negativo

para o polo positivo.

c) Apenas 2 pilhas podem ser montadas a partir

desses metais.

d) Para funcionar um relógio de 1,2 V, pode-se

usar uma pilha com eletrodos de Fe e Ag.

e) A ponte salina permite o fluxo de íons e

completa o circuito elétrico.

2- As naves espaciais utilizam pilhas de

combustível, alimentadas por oxigênio e

hidrogênio, as quais, além de fornecerem a

energia necessária para a operação das naves,

produzem água, utilizada pelos tripulantes. Essas

pilhas usam, como eletrólito, o KOH(aq), de modo

que todas as reações ocorrem em meio alcalino.

A troca de elétrons se dá na superfície de um

material poroso. Um esquema dessas pilhas, com

o material poroso representado na cor cinza, é

apresentado a seguir.

Escrevendo as equações das semirreações que

ocorrem nessas pilhas de combustível, verifica-se

que, nesse esquema, as setas com as letras a e

b indicam, respectivamente, o sentido de

movimento dos:

a) íons OH- e dos elétrons.

b) elétrons e dos íons OH-.

c) íons K+ e dos elétrons.

d) elétrons e dos íons K+.

3- Uma célula combustível é uma bateria que

consome combustível e libera energia. Essas

células são muito eficientes e pouco poluentes,

entretanto, a produção desse tipo de célula ainda

é muito cara. Considerando uma célula descrita

pelas semirreações a seguir, assinale a

alternativa CORRETA.

a) O produto formado pela reação eletroquímica

entre o H2 e o O2 é a água oxigenada.

b) A diferença de potencial padrão (ΔE°) da célula

combustível é de -1,23V.

c) A reação global da célula combustível é

2H2(g) + O2(g) → 2H2O(ℓ).

d) O gás hidrogênio é o agente oxidante da

reação.

e) O processo envolve a transferência de 2 mols

de elétrons entre redutor e oxidante.

4- Existem pilhas, constituídas de um eletrodo de

lítio e outro de iodo, que são utilizadas em marca-

Page 72: Apostila Fisico Quimica

71

passos cardíacos. Seu funcionamento baseia-se

nas seguintes semi-reações:

Li → Li+

(aq) + 1e- E = +3,04 V

2I-(aq) → I2(s) + 2e

- E= -0,54 V

Considerando esse tipo de pilha, assinale, no

quadro a seguir, a alternativa correta.

5- Considere a célula eletroquímica abaixo. Os

eletrodos imersos nas soluções são de platina,

portanto são inertes e não participam da reação

da célula, apenas transportam elétrons.

No decorrer do funcionamento da célula, é

CORRETO afirmar que:

a) a acidez aumenta na semicela (b).

b) os elétrons fluem da semicela (a) para a

semicela (b).

c) ocorre a redução do Fe3+

na semicela (a).

d) o íon MnO4- passa para a semicela (a) através

da ponte.

6- A equação abaixo representa a reação química

que ocorre em pilhas alcalinas que não são

recarregáveis.

Considere as afirmativas:

I - O Zn é o agente redutor e, portanto, é oxidado

no processo.

II - O MnO2 sofre redução para formar Mn2O3.

III - O KOH é o agente oxidante e a água é

oxidada, originando íons OH-.

IV - Essa pilha é chamada de alcalina, pois a

reação ocorre em meio básico.

V - A pilha alcalina é um dispositivo que produz

corrente elétrica.

Pode-se afirmar que:

a) I, III, IV e V estão corretas.

b) apenas a IV está correta.

c) I, II, IV e V estão corretas.

d) apenas a III está correta.

e) todas estão corretas.

7- O propano e o oxigênio podem ser utilizados

na obtenção de energia, sem que

necessariamente tenham que se combinar em

uma reação de combustão convencional. Esses

gases podem ser tratados eletroquimicamente

para produzir energia de forma limpa, barata e

eficiente. Um dos dispositivos onde esse

tratamento ocorre é conhecido como célula de

combustível ou pilha de combustível e funciona

como uma pilha convencional. A reação global de

uma pilha de propano é:

C3H8(g) + 5O2(g) → 3CO2(g) + 4H2O(l)

Dadas as semirreações de redução e os seus

potenciais:

3CO2(g) + 20H+

(aq) + 20e-

E° = 0,14V

O2(g) + 4H+

(aq) + 4e- → 2H2O(l)

E° = 1,23V

Pode-se afirmar que a voltagem, nas condições

padrão, de uma pilha de propano é:

a) -1,37V

Page 73: Apostila Fisico Quimica

72

b) -1,09V

c) 1,09V

d) 1,37V

e) 6,15V

8- A corrosão eletroquímica opera como uma

pilha. Ocorre uma transferência de elétrons

quando dois metais de diferentes potenciais são

colocados em contato. O zinco ligado à tubulação

de ferro, estando a tubulação enterrada por

exemplo. Pode-se, de acordo com os potenciais

de eletrodo, verificar que o anodo é o zinco, que

logo sofre corrosão, enquanto o ferro, que

funciona como cátodo, fica protegido.

Dados: potenciais-padrão de redução em solução

aquosa:

Temperatura = 25ºC; pressão = 1 atm;

concentração da solução no eletrodo = 1,0 M

Assinale a equação global da pilha com a

respectiva ddp da mesma:

a) Fe2+

+ 2e- → Zn

2+ + 2e

- ΔE = + 0,232V

b) Zn + Fe2+

→ Zn2+

+ Fe ΔE = + 0,323V

c) Fe2+

+ Zn → Zn + Fe2+

ΔE = – 0,323V

d) Fe + Zn → Zn2+

+ Fe2+

ΔE = + 0,323V

9- A corrosão eletroquímica opera como uma

pilha. Ocorre uma transferência de elétrons,

quando dois metais de diferentes potenciais são

colocados em contato. Considere uma lata de aço

revestida com estanho: se a camada de estanho

for riscada ou perfurada, o ferro funciona como

anodo, e o estanho, como catodo, o que acelera a

corrosão. Isso acontece porque:

a) o Fe tem maior capacidade de ganhar elétrons.

b) o Fe tem menor potencial de redução que o

Sn.

c) o Sn é um agente redutor.

d) o Fe tem maior potencial de redução que o Sn.

e) o Sn tem maior capacidade de doar elétrons.

10- Um método industrial utilizado para preparar

sódio metálico é a eletrólise do cloreto de sódio

puro fundido. Com relação à preparação do sódio

metálico, é incorreto afirmar que:

a) a formação de sódio metálico ocorre no

eletrodo negativo.

b) a eletrólise é uma reação espontânea.

c) a quantidade em mol de cloro (Cl2) formada é

menor que a de sódio metálico.

d) a quantidade de sódio metálico obtido é

proporcional à carga elétrica utilizada.

11- Um estudante apresentou um experimento

sobre eletrólise na feira de ciências de sua

escola. O esquema do experimento foi

representado pelo estudante em um cartaz como

o reproduzido abaixo:

Em outro cartaz, o aluno listou três observações

que realizou e que estão transcritas abaixo:

I. Houve liberação de gás cloro no eletrodo 1.

II. Formou-se uma coloração rosada na solução

próxima ao eletrodo 2, quando se adicionaram

gotas de solução de fenolftaleína.

III. Ocorreu uma reação de redução do cloro no

eletrodo 1.

Quais observações são corretas?

a) Apenas I.

b) Apenas II.

c) Apenas III.

Page 74: Apostila Fisico Quimica

73

d) Apenas I e II.

e) I, II e III.

12- A prateação pelo processo galvânico é de

grande utilidade, tendo em vista que com um

gasto relativamente pequeno consegue-se dar

uma perfeita aparência de prata aos objetos

tratados.

A massa de prata (em gramas), depositada

durante a prateação de uma pulseira de bijuteria,

na qual foi envolvida uma carga equivalente a

4.825C, corresponde aproximadamente a:

a) 54 g

b) 27 g

c) 10,8 g

d) 5,4 g

e) 1,08 g

13- O alumínio é obtido pela eletrólise da bauxita.

Nessa eletrólise, ocorre a formação de oxigênio

que reage com um dos eletrodos de carbono

utilizados no processo. A equação não

balanceada que representa o processo global é

Al2O3 + C → CO2 + Al

Para 2 mols de Al2O3, quantos mols de CO2 e Al,

respectivamente, são produzidos nesse

processo?

a) 3 e 2

b) 1 e 4

c) 2 e 3

d) 2 e 1

e) 3 e 4

14- A produção industrial de alumínio pela

eletrólise da bauxita fundida é um processo

industrial que consome grande quantidade de

energia elétrica. A semi-reação de redução do

alumínio é dada por: Al3+

+ 3e- → Al

Para se produzirem 2,7 g de alumínio metálico, a

carga elétrica necessária, em coulombs, é:

a) 9650

b) 28950

c) 32160

d) 57900

e) 19300

15- Observe o esquema abaixo representado e

responda:

Dados:

Zn2+

+ 2e– → Zn Eº = – 0,76 V

Cu2+

+ 2e– → Cu Eº = – 0,34 V

a) Sabendo-se que o béquer da esquerda contém

solução de ZnSO4 1 mol/L (solução incolor) e o

béquer da direita contém solução de CuSO4 1

mol/L (solução azul), o que se observa quando os

dois eletrodos entram em contato com as

soluções, após certo tempo de funcionamento da

pilha galvânica?

b) Qual a função da ponte salina neste processo

químico?

c) Identifique a espécie redutora e a oxidante.

16- Tanques reservatórios para combustíveis em

postos de abastecimento e tubulações para

oleodutos são fabricados a partir de aço. O aço

comum é basicamente constituído por ferro. Para

proteção desses tanques e tubulações

subterrâneas contra corrosões, eles são

revestidos por uma camada de magnésio que,

periodicamente, deve ser substituída.

a) Com base nos potenciais de redução da tabela

acima, explique qual é o processo que ocorre

Page 75: Apostila Fisico Quimica

74

para a proteção dos tanques e tubulações

confeccionados com aço comum.

b) O aço inoxidável é mais resistente a corrosões

do que o aço comum. Ele possui em sua

composição cerca de 20% de crômio. Como a

presença desse metal atribui ao aço inoxidável

essa propriedade?

c) Escreva a reação global balanceada da pilha

galvânica formada por ferro e crômio, indicando

os agentes, oxidante e redutor

17- O alumínio é o metal com maior índice de

reciclagem no lixo urbano, e o Brasil é o campeão

mundial de reciclagem de alumínio, recuperando

mais de 96% das latas descartadas. Uma das

aplicações mais interessantes para o alumínio é

sua utilização em pilhas alumínio-oxigênio. Essas

pilhas são muito compactas e têm grande

capacidade de gerar energia, embora apresentem

baixa eficiência de recarga.

Uma pilha alumínio-oxigênio é representada a

seguir.

Considere as semi-reações de redução dadas a

seguir:

a) Escreva a equação e calcule a força

eletromotriz da pilha alumínio-oxigênio.

b) Indique o sentido do fluxo de elétrons durante a

recarga da pilha. Justifique sua resposta

18- A prateação consiste na eletrólise de uma

solução de um sal de prata. O anel a ser prateado

é preso ao polo negativo do gerador, como

mostra a figura a seguir.

Sobre a prateação, pergunta-se:

a) O que ocorre no ânodo?

b) Qual o sentido do fluxo de elétrons?

c) Qual a semirreação que descreve essa

eletrólise?

d) Qual a diferença entre pilha e eletrólise?

19- Algumas moedas apresentam uma tonalidade

avermelhada obtido por eletroposição de cobre a

partir de uma solução de sulfato de cobre II.

Para recobrir um certo número de moedas foi

efetuada eletrólise, com uma corrente elétrica de

5 ampères, em 1L de solução 0,10mol/L em

CuSO4, totalmente dissociado.

a) Escreva a equação química que representa a

dissociação do sulfato de cobre II e calcule a

concentração dos íons sulfato, em mol/L, na

solução inicial.

b) Determine o tempo necessário para a

deposição de todo o cobre existente na solução,

considerando 1F = 96500C.

20- A palha de aço é uma liga metálica que

possui 99% de ferro, em massa.

Page 76: Apostila Fisico Quimica

75

Para oxidar esse metal, basta colocar a palha de

aço em contato com uma solução aquosa 1 mol

L−1

, a 25°C, de:

(A) ZnI2

(B) AlI3

(C) NaCl

(D) CrCl3

Gabarito

1- c

2- b

3- c

4- c

5- b

6- c

7- c

8- b

9- b

10- b

11- d

12- d

13- e

14- c

15- c) redutora: zinco metálico, oxidante:cobre (II)

16- c) 3Fe+2

+ 2Cr → 3Fe + 2Cr+3

. Agente

oxidante Fe+2

. Agente redutor Cr

17- a) 4Al(s) + 3O2(g) + 6H2O(l) → 4Al(OH)3(s) Ddp =

2,71V

b) De D para C.

18- a) Oxidação da prata. b) Do anodo para o

catodo. c) Ag+ + e

- → Ag

19- a) CuSO4 → Cu2+

+ SO4-2

; 0,1mol/L

b) 3860 segundos

20- a

4 Pintou no ENEM

1- A eletrólise é muito empregada na indústria

com o objetivo de reaproveitar parte dos metais

sucateados. O cobre, por exemplo, é um dos

metais com maior rendimento no processo de

eletrólise, com uma recuperação de,

aproximadamente, 99,9 %. Por ser um metal de

alto valor comercial e de múltiplas aplicações, sua

recuperação torna-se viável economicamente.

Suponha que, em um processo de recuperação

de cobre puro tenha-se eletrolisado uma solução

de sulfato de cobre (II) (CuSO4) durante 3 h,

empregando-se uma corrente elétrica de

intensidade igual a 10 A. A massa de cobre puro

recuperada é de, aproximadamente

Dados: Constante de Faraday F = 96.500 C/mol;

Massa molar em g/mol: Cu = 63,5.

A)0,02g.

B)0,04g.

C)2,40g.

D)35,5g.

E) 71,0 g

2- O boato de que os lacres das latas de alumínio

teriam um alto valor comercial levou muitas

pessoas a juntarem esse material na expectativa

de ganhar dinheiro com sua venda. As empresas

fabricantes de alumínio esclarecem que isso não

passa de uma “lenda urbana”, pois ao retirar o

anel da lata, dificulta-se a reciclagem do alumínio.

Como a liga do qual é feito o anel contém alto

teor de magnésio, se ele não estiver junto com a

lata, fica mais fácil ocorrer a oxidação do alumínio

no forno. A tabela apresenta as semirreações e

os valores de potencial padrão de redução de

alguns metais:

Page 77: Apostila Fisico Quimica

76

Com base no texto e na tabela, que metais

poderiam entrar na composição do anel das latas

com a mesma função do magnésio, ou seja,

proteger o alumínio da oxidação nos fornos e não

deixar diminuir o rendimento da sua reciclagem?

A Somente o lítio, pois ele possui o menor

potencial de redução.

B Somente o cobre, pois ele possui o maior

potencial de redução.

C Somente o potássio, pois ele possui potencial

de redução mais próximo do magnésio.

D Somente o cobre e o zinco, pois eles sofrem

oxidação mais facilmente que o alumínio.

E Somente o lítio e o potássio, pois seus

potenciais de redução são menores do que o do

alumínio.

3- Músculos artificiais são dispositivos feitos com

plásticos inteligentes que respondem a uma

corrente elétrica com um movimento mecânico. A

oxidação e redução de um polímero condutor

criam cargas positivas e/ou negativas no material,

que são compensadas com a inserção ou

expulsão de cátions ou ânions. Por exemplo, na

figura os filmes escuros são de polipirrol e o filme

branco é de um eletrólito polimérico contendo um

sal inorgânico. Quando o polipirrol sofre

oxidação, há a inserção de ânions para

compensar a carga positiva no polímero e o

polímero se expande. Na outra face do dispositivo

o filme de polipirrol sofre redução, expulsando

ânions, e o filme se contrai. Pela montagem, em

sanduíche, o sistema todo se movimenta de

forma harmônica, conforme mostrado na figura.III

A camada central de eletrólito polimérico é importante porque: a) Absorve a irradiação de partículas

carregadas, emitidas pelo aquecimento

elétrico do filme de polipirrol.

b) Permite a difusão dos ions promovida pela

aplicação de diferença de potencial,

fechando o circuito elétrico.

c) Mantém um gradiente térmico no material

para promover a dilatação/contração

térmica de cada filme de polipirrol.

d) Permite a condução de elétrons livres,

promovida pela aplicação de diferença de

potencial, gerando corrente elétrica.

e) Promove a polarização das moléculas

poliméricas, o que resulta no movimento

gerado pela aplicação de diferença de

potencial.

Page 78: Apostila Fisico Quimica

77

4-

Gabarito

1- d

2- e

3- b

4- d

5 Exercicio Comentado

(Unicamp) A Revista n. 126 veiculou uma

notícia sobre uma máquina de lavar que deixa

as roupas limpas sem a necessidade de usar

produtos alvejantes e elimina praticamente

todas as bactérias dos tecidos. O segredo do

equipamento é a injeção de íons prata durante

a operação de lavagem. A corrente elétrica

passa por duas chapas de prata, do tamanho

de uma goma de mascar, gerando íons prata,

que são lançados na água durante os ciclos de

limpeza.

a) No seu site, o fabricante informa que a

máquina de lavar fornece 100 quadrilhões (100

x 1015) de íons prata a cada lavagem.

Considerando que a máquina seja utilizada 3

vezes por semana, quantos gramas de prata

são lançados no ambiente em um ano (52

semana)?

b) Considere que a liberação de íons Ag+ em

função do tempo se dá de acordo com o gráfico

ao lado. Calcule a corrente em amperes (C/s)

em que a máquina está operando na liberação

dos íons. Mostre seu raciocínio.

Dado: F = 96.500 C mol-1, Constante de

Avogadro = 6,02 x 1023 mol-1

RESOLUÇÃO:

Page 79: Apostila Fisico Quimica

78

Capítulo 7- Reações nucleares

Embora conhecidas desde o início do

século XX, as reações nucleares chocaram o

mundo quando foram explodidas as primeiras

bombas atômicas no final da Segunda Guerra

Mundial. Podendo liberar grandes quantidades de

energia, as reações nucleares abriram uma nova

era, repleta de esperanças e preocupações.

Para podermos nos posicionar diante das

polêmicas questões suscitadas pela

radioatividade e pela energia nuclear, é

conveniente que tenhamos conhecimentos

científicos a respeito desses temas.

7.1 A descoberta da radioatividade

Em 1896, o físico francês Henri Becquerel

constatou que um composto de urânio – sulfato

de potássio e uranilo, K2UO2(SO4)2 – apresentava

a característica de causar uma mancha numa

chapa fotográfica mesmo sem ser estimulado

pela luz. Mais tarde, o casal Marie e Pierre Curie

verificou que o responsável pelas radiações

emitidas era o urânio.

Ao fenômeno constatado por Becquerel

deu- se o nome de radioatividade – propriedade

que alguns núcleos de átomos instáveis

apresentam de emitir energia e partículas

subatômicas, o que se convenciona chamar de

decaimento radioativo ou desintegração nuclear.

Em 1898 o casal Curie descobriu outros

dois elementos radioativos ainda não conhecidos:

orádio e o polônio.

Ainda em 1898, Ernest Rutherford criou

uma aparelhagem para detectar as radiações

provenientes de um material radioativo. Descobriu

que havia dois tipos de radiação: alfa (α), formada

por partículas de carga positiva, e beta (β),

formada por partículas positivas.

Figura 1: Experimento de Rutherford

Disponível em: http://www.brasilescola.com/quimica/radioatividade-

estrutura-atomo.htm. Acesso em 25 mai. 2014.

Em 1900 foi descoberta a radiação gama

(γ), que não apresenta carga elétrica.

7.2 Natureza das emissões

7.2.1 Radiação alfa (α)

As partículas α são constituídas por 2

prótons e 2 nêutrons (constituição idêntica aos

núcleos de Hélio) e têm carga +2. Quando um

núcleo as emite, perde 2 prótons e 2 nêutrons.

Figura 2: Emissão alfa

Disponível em: http://www.brasilescola.com/quimica/radioatividade-

estrutura-atomo.htm. Acesso em 25 mai. 2014.

A emissão α é a de menor “poder de

penetração” nos corpos, mas a que tem maior

“poder ionizante” no ar.

Durante essa emissão, ocorre o

desaparecimento gradual do elemento original e o

aparecimento de um novo elemento. Esse

processo é denominado transmutação.

Page 80: Apostila Fisico Quimica

79

Uma decorrência da emissão α é a

chamada

1° Lei da Radioatividade:

Quando um átomo emite uma partícula α,

o seu número atômico diminui de 2 unidades e o

seu número de massa diminui de 4 unidades.

7.2.2 Radiação beta

As partículas β são elétrons emitidos pelo

núcleo de um átomo instável.

Figura 3: Emissão beta

Disponível em: http://www.brasilescola.com/quimica/radioatividade-

estrutura-atomo.htm. Acesso em 25 mai. 2014.

A emissão ocorre quando um nêutron

decompõe-se originando um próton, que

permanece no núcleo, um elétron e um

antineutrino, que são emitidos.

Assim, formou-se a 2° Lei da

Radioatividade:

Quando um átomo emite uma partícula β,

o seu número atômico aumenta de 1 unidade e o

seu número de massa permanece inalterado.

As partículas β podem penetrar na pele,

causando queimaduras, mas são barradas antes

de atingir os órgãos mais internos do corpo.

7.2.3 Radiação gama

A radiação γ é formada por ondas

eletromagnéticas emitidas por núcleos instáveis

quando ocorrem as transmutações nucleares. Por

apresentar freqüência mais alta que os raios X, é

mais energética.

Evidentemente, uma emissão γ não altera

o número atômico nem o número de massa do

elemento.

7.2.4 Emissão de pósitrons

Os pósitrons (β+) são partículas de carga

positiva e massa próxima à do elétron.

Quando um radioisótopo emite um

pósitron, seu número atômico diminui em uma

unidade e seu número de massa permanece o

mesmo.

7.3 Transmutação artificial

Quando as transmutações são obtidas

por bombardeamento de núcleos estáveis com

partículas α, prótons, nêutrons etc., são

chamadas transmutações artificiais. A primeira

delas foi obtida por Rutherford:

7.4 Meia-vida ou período de

semidesintegração

Tempo de meia-vida ou período de

semidesintegração (t1/2 ou P) de um isótopo

radioativo é o tempo necessário para que a

metade dos núcleos radioativos se desintegre, ou

seja, para que uma amostra se reduza à metade.

Figura 4: Tempo de meia-vida

Disponível em: http://www.brasilescola.com/quimica/meia-vida-ou-

periodo-semidesintegracao.htm. Acesso em 25 mai. 2014.

A meia-vida pode ser relacionada com

certa massa ou com certo número de átomos, e

Page 81: Apostila Fisico Quimica

80

não depende nem da quantidade inicial nem de

fatores externos, pois é um fenômeno nuclear.

7.5 Datação com carbono-14

Na natureza existem três isótopos do

carbono. O menos abundante deles, o carbono-

14 (10ppb), é radioativo.

Ao examinar múmias, fósseis, ossos,

pergaminhos e outros achados arqueológicos

compostos por restos de antigos seres vivos, os

cientistas encontraram neles teores de carbono-

14 inferiores a10ppb, o que se deve ao

decaimento β ocorrido durante os anos que se

passaram desde a morte do ser vivo.

7.6 Fissão nuclear

A fissão nuclear é uma reação que ocorre

no núcleo de um átomo. Geralmente o núcleo

pesado é atingido por um nêutron, que, após a

colisão, libera uma imensa quantidade de

energia.

Figura 5: Fissão nuclear

Disponível em: http://www.colegioweb.com.br/trabalhos-

escolares/quimica/radioatividade/fissao-nuclear.html. Acesso em 25

mai. 2014.

No processo de fissão de um átomo, a

cada colisão são liberados novos nêutrons. Os

novos nêutrons irão colidir com novos núcleos,

provocando a fissão sucessiva de outros núcleos

e estabelecendo, então, uma reação que

denominamos reação em cadeia.

7.7 Fusão nuclear

Fusão nuclear é a união dos prótons e

nêutrons de dois átomos para formar um único

núcleo atômico, de peso superior àqueles que lhe

deram origem. Nesse processo, é liberada uma

quantidade de energia.

No sol, onde a fusão nuclear ocorre

naturalmente, os núcleos de tipos de gás

hidrogênio se fundem formando o gás hélio e

mais um nêutron.

Figura 6: Fusão nuclear

Disponível em: http://www.coladaweb.com/fisica/fisica-nuclear/fusao-

nuclear. Acesso em 25 mai. 2014.

Para que ocorra o processo de fusão, é

necessário superar a força de repulsão elétrica

entre os dois núcleos. Como isso só se consegue

mediante temperaturas extremamente elevadas,

essas reações também se denominam reações

termonucleares.

2 Sessão leitura

O acidente de Chernobyl

“Na manhã de 26 de abril de 1986, como

resultado de uma série de falhas de engenharia e

controle, ocorreu um superaquecimento do reator

número 4 da usina nuclear de Chernobyl, próximo

à cidade de Kiev, na Ucrânia (ex-URSS). O

Page 82: Apostila Fisico Quimica

81

superaquecimento provocou uma explosão que

deslocou a tampa do reator, de duas mil

toneladas, lançando na atmosfera uma nuvem

contendo isótopos radioativos. Tal nuvem subiu

até cerca de 5 km de altitude e se alastrou por

vários países da Europa, sendo detectada a

muitos quilômetros de distância. Esse foi o mais

grave acidente nuclear da história.

Muitos dos operários e bombeiros que

tentaram apagar o incêndio nas instalações

morreram pouco depois, por terem sido expostos

à radiação. O fogo só foi controlado quando

helicópteros jogaram cinco mil toneladas de areia

no topo do reator. Controlando o perigo mais

imediato, veículos-robôs foram usados na

tentativa de limpar a usina e eliminar os resíduos

radioativos. Esses robôs apresentaram falhas de

funcionamento, provavelmente devido aos altos

níveis de radiação no local. Finalmente, homens

foram enviados para fazer tal limpeza (muitos

deles também morreram). Mais de 115 mil

pessoas foram evacuadas das regiões vizinhas.

Ucrânia e Bielorrússia (atual Belarus)

enfrentam problemas a longo prazo. Muitos dos

seus habitantes não podem beber água do local

ou ingerir vegetais, carne e leite ali produzidos.

Cerca de 20% do solo agricultável e 15% das

florestas de Belarus não poderão ser ocupadas

por mais de um século devido aos altos índices

de radioatividade.

Especialistas estimam que oito mil

ucranianos já morreram como conseqüência da

tragédia. Há previsões de que até 17 mil pessoas

poderão morrer de câncer nos próximos setenta

anos devido à radiação espalhada no acidente”.

PERUZZO, F.M.; CANTO, E.L.: Química na abordagem do cotidiano. 4a

edição. São Paulo: Moderna, 2006. Volume 2.

3 Exercícios de fixação

1- O que acontece com o número de massa e

com o número atômico de um núcleo instável se

ele emite uma partícula beta?

2- Os valores da massa e carga de uma partícula

beta negativa (b-) indicam que esta é idêntica ao:

a) átomo de hidrogênio

b) átomo de hélio

c) próton

d) nêutron

e) elétron

3- Responda com relação às afirmações:

I. Uma reação química ocorre na eletrosfera do

átomo.

II. As partículas b têm massa igual a 4.

III. As reações nucleares ocorrem na eletrosfera

do átomo.

IV. Os raios g não são defletidos num campo

elétrico.

V. As partículas a têm a carga igual a +2.

As afirmações corretas são:

a) I, II e IV

b) III, IV e V

c) II, III e V

d) I, IV e V

e) II, IV e V

4- O reator atômico instalado em Angra dos Reis

gera energia através do fenômeno chamado

“fissão nuclear”, que consiste na divisão de

núcleos pesados em outros mais leves, com

liberação de grande quantidade de energia. Esse

fenômeno pode ser representado pela equação

nuclear:

𝑛01 + 𝑈92

235 → 𝐶𝑠55144 + 𝐴 + 2 𝑛0

1 + 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎

Page 83: Apostila Fisico Quimica

82

Os números atômicos e de massa do elemento A

são, respectivamente:

a) 37 e 90.

b) 37 e 92.

c) 39 e 90.

d) 42 e 91.

e) 42 e 94.

5- O decaimento radioativo do carbono−14 é de

primeira ordem, e sua meia-vida é de 5.800 anos.

Enquanto uma planta ou um animal estão vivos,

eles apresentam uma proporção constante de

carbono−14 (em relação ao carbono−12) em sua

composição. Quando o organismo morre, a

proporção de carbono−14 decresce como

resultado do decaimento radioativo, e a idade do

organismo pode ser determinada se a proporção

de carbono−14 remanescente for medida.

Considere que a proporção de carbono−14 em

um pedaço de madeira antiga foi determinada

como sendo um quarto daquela em árvores vivas.

Qual a idade da madeira?

A) 7.300 anos.

B) 8.500 anos.

C) 9.700 anos.

D) 10.200 anos.

E) 11.600 anos.

6- As células cancerosas são mais fracas que as

normais e, por esse motivo, uma dose controlada

de radiação incidindo apenas sobre o local do

tumor pode matar apenas as células cancerosas.

Esse é o princípio da chamada radioterapia do

câncer. O cobalto 60, usado no tratamento do

câncer, possui seu tempo de meia-vida de

aproximadamente 5 anos. Observou-se, por

exemplo, que uma amostra desse radionuclídeo

colocado em uma cápsula lacrada e aberta após

20 anos continha 750 mg de cobalto 60.

a) Qual a quantidade de cobalto 60 colocada

inicialmente na cápsula?

b) Qual a porcentagem de material que restou da

amostra inicial?

7- A irradiação é uma técnica eficiente para

desinfecção e preservação de alimentos. O

processo consiste em submeter o alimento à ação

de substâncias radioativas de rápida

desintegração e que não deixam resíduos,

permitindo a eliminação de microrganismos,

fungos, larvas ou ovos de insetos. O esquema a

seguir representa o comportamento das

radiações α, β e γ quando passam por um campo

elétrico.

A partir dessas informações e do conhecimento

sobre as radiações é correto afirmar que a

radiação:

a) γ é constituída por partículas neutras.

b) α é constituída, somente, por partículas

positivas.

c) γ é constituída por partículas positivas e

negativas, resultando numa carga igual a 0.

d) α não apresenta carga elétrica, apesar sofrer

desvio em sua trajetória.

e) β é constituída por partículas negativas.

8- Para diagnósticos de anomalias de glândulas

tireóide, por cintilografia, deve ser introduzido no

paciente, iodeto de sódio, em que o ânion iodeto

é proveniente de um radioisótopo do iodo

(número atômico 53 e número de massa

131). A meia-vida efetiva desse isótopo (tempo

que decorre para que metade da quantidade do

isótopo deixe de estar presente na glândula) é de

aproximadamente 5 dias.

Page 84: Apostila Fisico Quimica

83

a) O radioisótopo em questão emite radiação β-.O

elemento formado nessa emissão é 52Te, 127

I ou

54Xe? Justifique.

b) Suponha que a quantidade inicial do isótopo na

glândula (no tempo zero) seja de 1,000g e se

reduza, após certo tempo, para 0,125mg. Com

base nessas informações, trace a curva que dá a

quantidade do radioisótopo na glândula em

função do tempo, colocando os valores nas

coordenadas adequadamente escolhidas.

9- O aquecimento do planeta é o resultado,

dentre outros fatores, da dependência da

sociedade humana, cada vez maior, de

combustíveis fósseis. Em decorrência disso, a

energia nuclear voltou a ser apontada como uma

das soluções para o aquecimento global,

entretanto a utilização dessa forma de energia

ainda é polêmica porque apresenta

desvantagens, como:

a) O controle da velocidade de reação nuclear,

nos reatores de usinas nucleares, por

barras de cádmio e de boro.

b) O perigo de acidente que representam os

radioisótopos na datação de fósseis e na

medicina nuclear.

c) A dificuldade de descarte e de transporte do

lixo nuclear, mistura complexa de material

radioativo, que leva centenas de anos para se

desintegrar e atingir níveis de segurança

aceitáveis.

d) A frequência de vazamento de vapor de água

pesada, D2O(g), no reator, que movimenta as

turbinas, durante o processo de geração de

energia elétrica.

e) O processo de enriquecimento de urânio-

235 pelo urânio-238, que utiliza da oxidação de

U3O8 a UO2 na presença de hidrogênio.

10- A cafeína é um alcalóide do grupo das

xantinas, com fórmula molecular

C8H10N4O2 e com tempo de meia-vida de 6h.

Sabe-se, ainda, que uma xícara de café comum

contém 150,0 mg de cafeína e que a dose letal

para um indivíduo de 80 kg corresponde à

ingestão de 21,0 g. Um estudante de 80 kg, para

se manter desperto, tomou aproximadamente

uma quantidade equivalente a 20 xícaras de café

comum às 22h. Às 10h da manhã seguinte, ainda

resta no corpo do estudante uma quantidade de

cafeína correspondente a:

A)1/2 da dose letal.

B) 1/4da dose letal.

C)1/32 da dose letal.

D) 1/3 da dose letal.

E) 1/28 da dose letal.

Gabarito

1- a

2- e

3- d

4- a

5- e

6- a) 1200mg

b) Os 750mg de 60

Co que restaram correspondem

a 6,25% da amostra inicial.

7- e

8- a) 131

Xe

9- c

10- e

4 Pintou no ENEM

1- O acidente com o césio-137 em Goiânia, no dia

13 de setembro de 1987, foi o maior acidente

radioativo do Brasil e o maior do mundo ocorrido

em área urbana. A cápsula de cloreto de césio

(CsCl), que ocasionou o acidente, fazia parte de

um equipamento hospitalar usado para

radioterapia que utilizava o césio- 137 para

irradiação de tumores ou de materiais

sangüíneos. Nessa cápsula, havia

Page 85: Apostila Fisico Quimica

84

aproximadamente 19 g do cloreto de césio- 137

(t1/2 = 30 anos), um pó branco parecido com o sal

de cozinha, mas que, no escuro, brilha com uma

coloração azul. Admita que a massa total de

medicina nuclear tem finalidade diagnóstica,

sendo o 99m

Tc (m = metaestável) o radionuclídeo

cloreto de césio, contida na cápsula, tenha sido

recuperada durante os trabalhos de

descontaminação e armazenada no depósito de

rejeitos radioativos do acidente, na cidade de

Abadia de Goiás. Dessa forma, o tempo

necessário para que restem 6,25% da quantidade

de cloreto de césio contida na cápsula, e a massa

de cloreto de césio-137 presente no lixo

radioativo, após sessenta anos do acidente, são,

respectivamente:

a) 150 anos e 2,37 g.

b) 120 anos e 6,25 g.

c) 150 anos e 9,50 g.

d) 120 anos e 9,50 g.

e) 120 anos e 4,75 g.

2- O gráfico mostra a radioatividade numa

amostra de radiofármaco contendo Tl-201, usado

em diagnóstico por imagem do miocárdio. A

abscissa mostra o número de dias decorridos a

partir da produção desse fármaco e a ordenada

mostra a radioatividade correspondente naquele

dia.

Dados: Ai/Af = 2x, x = número de meias-vidas e

log 2 = 0,3.

A radioatividade nessa amostra (Af) será de cerca

de 1 milésimo da inicial (Ai), após:

a) 15 dias.

b) 30 dias.

c) 2 meses.

d) 4 meses.

e) 6 meses.

3- A análise de uma amostra de um meteorito

indicou que este contém 3 átomos de 206

Pb para

cada átomo de 238

U. Considerando que nenhum

átomo 206

Pb estaria presente na formação do

meteorito e que este é formado pelo decaimento

do 238

U, suja meia vida é 4,5.109 anos, marque a

alternativa correta para a idade do meteorito:

a) 4,5.109 anos

b) 9,0.109 anos

c) 13,5.109 anos

d) 18.109 anos

e) 22,3.109 anos

4- A era atômica trouxe grandes modificações em

vários setores de atividade humana. Entre eles, a

medicina que passou a contar com o uso de

radioisótopos artificiais, produzidos em reatores

atômicos, como é o caso do 𝑁𝑎1124 , emissor de

partículas -, utilizado para investigação de

problemas de circulação sangüínea. Sobre esse

radioisótopo foram feitas as seguintes afirmações:

I. Comporta-se quimicamente da mesma forma do

que o isótopo não radioativo do sódio.

II. Ao emitir radiação transforma-se em outro

elemento químico.

III. Cada um de seus nuclídeos possui 13

nêutrons.

É correto o que se afirma em:

(A) I, somente.

(B) II, somente.

(C) III, somente.

(D) I e III, somente.

(E) I, II e III.

5- O funcionamento de uma usina nucleoelétrica

típica baseia-se na liberação de energia

Page 86: Apostila Fisico Quimica

85

resultante da divisão do núcleo de urânio em

núcleos de menor massa, processo conhecido

como fissão nuclear. Nesse processo, utiliza-se

uma mistura de diferentes átomos de urânio, de

forma a proporcionar uma concentração de

apenas 4% de material físsil. Em bombas

atômicas, são utilizadas concentrações acima de

20% de urânio físsil, cuja obtenção é trabalhosa,

pois, na natureza, predomina o urânio não-físsil.

Em grande parte do armamento nuclear hoje

existente, utiliza-se, então, como alternativa, o

plutônio, material físsil produzido por reações

nucleares no interior do reator das usinas

nucleoelétricas. Considerando-se essas

informações, é correto afirmar que:

a) A disponibilidade do urânio na natureza está

ameaçada devido à sua utilização em armas

nucleares.

b) A proibição de se instalarem novas usinas

nucleoelétricas não causará impacto na oferta

mundial de energia.

c) A existência de usinas nucleoelétricas

possibilita que um de seus subprodutos seja

utilizado como material bélico.

d) A obtenção de grandes concentrações de

urânio físsil é viabilizada em usinas

nucleoelétricas.

e) A baixa concentração de urânio físsil em

usinas nucleoelétricas impossibilita o

desenvolvimento energético.

6- O debate em torno do uso da energia nuclear

para produção de eletricidade permanece atual.

Em um encontro internacional para a discussão

desse tema, foram colocados os seguintes

argumentos:

I. Uma grande vantagem das usinas nucleares é

o fato de não contribuírem para o aumento do

efeito estufa, uma vez que o urânio, utilizado

como “combustível”, não é queimado, mas sofre

fissão.

II. Ainda que sejam raros os acidentes com

usinas nucleares, seus efeitos podem ser tão

graves que essa alternativa de geração de

eletricidade não nos permite ficar tranquilos.

A respeito desses argumentos, pode-se afirmar

que:

a) O primeiro é válido e o segundo não é, já que

nunca ocorreram acidentes com usinas

nucleares.

b) O segundo é válido e o primeiro não é, pois de

fato há queima de combustível na geração

nuclear de eletricidade.

c) O segundo é valido e o primeiro é irrelevante,

pois nenhuma forma de gerar eletricidade produz

gases do efeito estufa.

d) Ambos são válidos para se compararem

vantagens e riscos na opção por essa

forma de geração de energia.

e) Ambos são irrelevantes, pois a opção pela

energia nuclear está se tornando uma

necessidade inquestionável.

7- Glicose marcada com nuclídeos de carbono-11 é utilizada na medicina para se obter imagens tridimensionais do cérebro, por meio de tomografia de emissão de pósitrons. A desintegração do carbono-11 gera um pósitron, com tempo de meia-vida de 20,4 min, de acordo com a equação da reação nuclear:

A partir da injeção de glicose marcada com esse nuclídeo, o tempo de aquisição de uma imagem de tomografia é de cinco meias-vidas.

Considerando que o medicamento contém 1,00 g do carbono-11, a massa, em miligramas, do nuclídeo restante, apos a aquisição da imagem, é mais próxima de:

Page 87: Apostila Fisico Quimica

86

a) 0,200.

b) 0,969.

c) 9,80.

d) 31,3.

e) 200.

Gabarito

1-E

2-B

3-B

4-E

5-C

6-D

7-D

5 Exercicio Comentado

A sequência simplificada abaixo mostra as etapas do decaimento radioativo do isótopo urânio-238:

Determine o número de partículas e ß emitidas na etapa III e identifique, por seus símbolos, os átomos isóbaros presentes na sequência.

RESOLUÇÃO:

Inicialmente, é preciso calcular a variação do número de massa na etapa III, que corresponde à diferença entre os números de massa dos átomos participantes:

234 - 210 = 24

Cada partícula apresenta número de massa igual a 4. Logo, o número de partículas emitidas equivale a:

24 : 4 = 6

Nesta mesma etapa, a variação do número atômico é dada por:

91 - 84 = 7

As partículas e ß apresentam número atômico igual a 2 e -1, respectivamente. Considerando y o número de partículas ß, tem-se:

6 x 2 = 7

y = 5

Na etapa III, portanto, são emitidas 6 partículas e 5 partículas ß.

Átomos isóbaros são aqueles que apresentam o mesmo número de massa. Na sequência apresentada, Th e Pa são isóbaros, pois ambos apresentam

Page 88: Apostila Fisico Quimica

87

Referências

ATKINS, P.; JONES, L. Princípios de Química: Questionando a vida moderna e o meio ambiente. 2. Ed. Porto Alegre: Bookman, 2001. FELTRE, R.: Fundamentos da Química. Volume único. 4. Ed. São Paulo: Moderna, 2005. LEMBO, A.; CARVALHO, G.C.; USBERCO, J. Química. Anglo Sistema de Ensino. LISBOA, J.C.F.: Química. Volume 2. 1. Ed.. São Paulo: Edições SM, 2010. MORTIMER, E.F.; MACHADO, A.H.: Química. Volume único. 1. Ed.. São Paulo: Scipione, 2008. NÓBREGA, O.S.; SILVA, E.R.; SILVA, R.H. Química. Volume único. 1. Ed. São Paulo: Ática, 2008. PERUZZO, F.M.; CANTO, E.L. Química na abordagem do cotidiano. Volume 2. 4

. Ed. São Paulo:

Moderna, 2006. USBERCO, J.; SALVADOR, E.: Química. 5. Ed. São Paulo: Saraiva, 2002. A Graça da Química. Disponível em: <http://www.agracadaquimica.com.br/index.php?ac ao=quimica/ms2&i=22&id=519>. Acesso em: 24 mai. de 2014 Teoria do Complexo Ativado. Disponível em: <http://www.infoescola.com/quimica/teoria-do complexo-ativado/>. Acesso em: 23 mai. 2014.