Química Ι-A
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Engenharia de Produção
1.
Conceitos Gerais
MEDIDAS
1.1. Termos Importantes
a.
Exatidão
Refere-se à proximidade entre o valor da observação experimental e o valor
verdadeiro da medida.
b.
Precisão
Refere-se ao grau de cuidado ou de incerteza na realização de uma medida.
Exemplos:
⎯
⎯→ incerteza: ±0,1 cm3
⎯
⎯→ incerteza: ±0,01 g
4,84 g
⎯→ incerteza: ±1 kPa
100 kPa ⎯
3,2 cm3
c.
Sensibilidade
Refere-se ao menor sinal de entrada (“input”) capaz de gerar um sinal de saída
(“output”) em um instrumento de medida.
1.2. Algarismos Significativos
Dígitos obtidos como resultado de uma medida, servindo para avaliação de sua precisão.
a.
Contagem de Algarismos Significativos
•
•
•
•
Dígitos diferentes de zero são significativos.
Zero(s) entre dígitos diferentes de zero é (são) significativo(s);
Zero(s) à direita de dígito diferente de zero é(são) significativo(s);
Zero(s) à esquerda de dígito diferente de zero não é (são) significativo(s).
Exemplos:
4,78 kg
2,07 L
10,00 g
-1
-1
0,082 atm.L.K .mol
4,18 . 10-3 J.g-1.ºC-1
-19
1,6 . 10
C
23
6,02 . 10
b.
-1
mol
⎯
⎯→
⎯
⎯→
⎯
⎯→
⎯
⎯→
⎯
⎯→
⎯
⎯→
⎯
⎯→
3 algarismos significativos
3 algarismos significativos
4 algarismos significativos
2 algarismos significativos
3 algarismos significativos
2 algarismos significativos
3 algarismos significativos
Operações com Algarismos Significativos
• Adição e Subtração
O número de dígitos à direita da vírgula no resultado é o mesmo da medida com
menor número de dígitos após a vírgula.
Exemplo:
4,372
301,5
305,872
g
g
g
⇒ 305,9 g
1
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Conceitos Gerais
• Multiplicação e Divisão
O número de dígitos do resultado será igual ao da medida com menor número de
dígitos.
Exemplos:
1,00 mol ⋅ 8,21 ⋅ 10 −2 atm.L.K −1 .mol −1 ⋅ 273,16 K
1,00 atm
=
= (22,426436 L ) = 22,4 L → 3 algarismos significativos.
Observação:
Valores exatos apresentam tantos algarismos significativos quantos sejam
necessários.
Exemplo:
1
1
mv 2 ... o valor
poderá ser 0,5; 0,50; 0,500; 0,5000; etc. de acordo com as
2
2
precisões das medidas da massa (m) e da velocidade (v).
Ec =
1.3. Unidade de Medida
Sistema SI (Sistema Internacional de Unidades) — 1960
a.
Unidades Básicas do SI
GRANDEZA
Massa
Comprimento
Tempo
Intensidade de Corrente
Temperatura
Intensidade Luminosa
Quantidade de Matéria
NOME DA UNIDADE
Quilograma
Metro
Segundo
Ampère
Kelvin
Candela
Mol
SÍMBOLO
kg
m
s
A
K
cd
mol
Observação:
MOL é uma quantidade de matéria que contém tantas unidades quanto o número de
átomos presentes em exatamente 12 gramas do isótopo
1 mol de átomos de
12
6C
12
6C .
contém 12g e um número de átomos igual a 6,02 . 1023 (Número
ou Constante de Avogadro).
Assim temos:
1 mol de moléculas contém 6,02 . 1023 moléculas, 1 mol de íons contém 6,02 . 1023 íons,
1 mol de elétrons contém 6,02 . 1023 elétrons, etc.
2
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b.
Prefixos Usuais
PREFIXO
tera
giga
mega
quilo
deci
SÍMBOLO
T
G
M
k
d
FATOR
1012
109
106
103
10-1
Exemplos:
2,0 TJ = 2,0 . 1012.J
6,4 MW = 6,4 . 106 W
1 kg
= 103 g
c.
Conceitos Gerais
PREFIXO
centi
mili
micro
nano
pico
SÍMBOLO
c
m
µ
n
p
FATOR
10-2
10-3
10-6
10-9
10-12
3,5 mm = 3,5 . 10-3 m
260 nm = 260 . 10-9 m
4 pC
= 4 . 10-12 C
Transformação de Unidades
• Método do Fator Unitário (F)
Desejado = Dado . F; onde F =
Exemplos:
Desejado
=1
Dado
(1) Exprimir uma velocidade de 10,0 m.s-1, em km.h-1
Dados: 1 h = 3600 s;
1 km = 103 m
Solução:
km
km
km
m 1 km
s
= 10,0 ⋅ 3 ⋅ 3600
→ x
= 36,0
x
h
h
h
s 10 m
h
→ x = 36,0
(2) Exprimir um volume de 48m3 e, litros (L).
Dados: 1 L = 1 dm3;
1 m = 10 dm
Solução:
3
1L
⎛ dm ⎞
x L = 48m3 ⋅ ⎜ 10
⎟ ⋅
3
m
dm
⎝
⎠
x L = 48 . 103 L
→
→
x = 48 . 103 ou 4,8 . 104
(3) A água apresenta densidade igual a 1,00g.cm-3, a 4ºC. Exprimir o valor dessa
densidade em libras por pé cúbico (lb.ft-3).
Dados: 1 lb = 0,454 kg;
1 ft = 0,3048 m
Solução:
x
x
lb
ft 3
lb
ft 3
= 1,00
=
g
cm 3
⋅
3
3
⎛ 10 2 cm ⎞ ⎛ 0,3048 m ⎞
⎟ ⋅⎜
⎜
⎟⎟ →
⋅
⎜
ft
10 3 g 0,454 kg ⎜⎝ m ⎟⎠ ⎝
⎠
1 kg
⋅
1 lb
1,00 . 10 6 ⋅ (0,3048)3 lb
10 3 ⋅ 0,454
ft 3
3
→
x = 62,4
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Conceitos Gerais
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
1. Indique quantos algarismos significativos existem nos valores das seguintes medidas e suas
respectivas incertezas:
a) 0,2040 g
b) 1,08 m3
c) 0,008 MW
d) 8,5 . 106 J
2. Efetue os cálculos abaixo:
a) 2,1atm . 3,08L=
(327,24 - 170 ) kcal
b)
=
198,5 g
c)
0,60 dm 3 ⋅ (2,00 ⋅ 33,8 - 52,0 ) mmHg
62,3 mmHg ⋅ dm 3 ⋅ K −1 ⋅ mol −1 ⋅ (273,16 + 50 ) K
=
3. 1F (1 faraday) é a carga correspondente a 1 mol de elétrons. Exprimir essa carga em coulombs(C).
Dados: Carga do elétron = -1,602 . 10-19 C;
Constante de Avogadro = 6,0235 . 1023mol-1
4. 1 mol de água encerra uma massa igual a 18,0 g.
Estime a massa aproximada, em gramas, de uma molécula de água.
Dado: NA=6,0 . 1023mol-1
5. Um sistema de refrigeração apresenta vazão de circulação de água igual a 3,00 . 103 m3.h-1.
Exprimir essa vazão em gpm ou gl.min-1 (galões por minuto).
Dados: 1 L = 1 dm3;
1 h = 60 min;
1 m = 10 dm;
1 gl = 3,785 L
6. Uma caldeira possui pressão operacional igual a 10 kgf/cm2. exprimir a pressão dada em:
a) psi ou lbf/in2 (libras força por polegada quadrada);
b) kPa (quilopascal)
Dados: 1 lbf = 0,454kgf;
1 in = 2,54 cm;
1 kgf = 9,81 N;
1Pa = 1 N.m-2.
4
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Conceitos Gerais
7. O consumo de energia elétrica envolvido na produção do alumínio é de 1,45 . 106 J/mol.
Calcule o consumo de energia elétrica expresso em quilowatt-hora por tonelada de alumínio
(kW.h/t).
Dados: 1 h = 3600 s;
1 J = 1 W.s;
1 mol (Al) = 27,0 g;
1 t = 103 kg
8. A concentração de cloreto em uma amostra de água de abastecimento é igual a 4,0 ⋅ 10-3 mol CApor litro.
Determine a concentração de cloreto em:
a) g CA-/L ;
b) ppm CA- (mg CA-/L).
Dado: M.A. (CA) = 35,5 u.
9. A concentração máxima de cromo (III) em um efluente líquido industrial não deve exceder
0,50 ppm ou 0,50 mg (Cr3+) por litro de efluente.
Em um efluente de uma galvanoplastia, a concentração de íons cromo (III) é
de 2,5 . 10-5 mol (Cr3+) por litro.
Verifique se a concentração de cromo (III) encontra-se dentro ou fora da condição estabelecida
pela norma ambiental.
Dados: 1 mol (Cr3+) = 52,0 g
10. As taxas de corrosão uniforme de um metal são usualmente avaliadas em termos de mg.dm-2.dia-1
(mdd) e em 10-3 in.ano-1 (mpy ou milésimos de polegadas por ano). A conversão entre as unidades
das taxas de corrosão θ, em mdd, e θ’, em mpy, pode ser obtida através da expressão:
θ(mdd) = ƒ. ρ (g/cm3) . θ’ (mpy) ;
onde ρ é a massa específica do metal e ƒ é o fator de conversão das unidades.
Calcule o valor numérico de ƒ.
Dados: 1 in = 2,54 cm;
1 ano = 365 dias
5
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2.
Química Ι-A
Conceitos Gerais
SISTEMAS QUÍMICOS
2.1. Sistema
Porção do Universo sujeita a estudo.
SISTEMA Ø
EXTERIOR
fronteira
Vizinhança é a parte do exterior capaz de influenciar o sistema, dependendo da natureza
da fronteira.
2.2. Classificação Termodinâmica
SISTEMA TROCA COM O EXTERIOR
Aberto
massa, energia
Fechado
energia
Isolado
(não há trocas)
2.3. Sistema Químico
Sistema encarado do ponto de vista da natureza da matéria, de sua estrutura e de suas
transformações.
2.4. Classificação dos Sistemas Químicos quanto à HOMOGENEIDADE
a.
Sistema Homogêneo
Apresenta as mesmas propriedades em todas as suas partes.
b.
Sistema Heterogêneo
Não apresenta as mesmas propriedades em todas as suas partes.
Observações
• Fase é a porção homogênea de um sistema.
• Sistema homogêneo = sistema unifásico
Sistema heterogêneo = sistema polifásico(di, tri etc.)
6
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Conceitos Gerais
2.5. Classificação dos Sistemas Químicos quanto ao número de ESPÉCIES QUÍMICAS
a.
Substância(pura)
Presença de uma única espécie química no sistema.
Simples
Substâncias
Compostas
b.
Mistura
Presença de mais de uma espécie química no sistema.
2.6. Substância Impura
Na realidade é uma mistura, onde ocorre a predominância de uma determinada espécie
química.
Exemplos: aço, água de abastecimento.
As espécies químicas naturais, e até mesmo as produzidas industrialmente e em
laboratório, são espécies impuras, em sua imensa maioria.
2.7. Dispersão
Sistema em que uma fase aparece em maior proporção dispersando uma fase que figura em
menor proporção.
A fase presente em maior proporção é o DISPERSANTE(fase dispersante). A fase
presente em menor proporção é o DISPERSO(fase dispersa).
Observação:
Quando a dispersão é um sistema unifásico(homogênea), temos uma solução, onde o
dispersante é o SOLVENTE e o disperso é SOLUTO.
7
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Química Ι-A
Conceitos Gerais
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
11. Classifique os sistemas a seguir como homogêneos ou heterogêneos:
a) H 2O ( A)
b) H 2O ( s) + H 2O ( A )
c) O 2 ( g) + O 2 ( A )
d) O 2 ( g) + O 3 ( g)
12. Identifique, entre os sistemas mencionados no ítem anterior, aqueles que são uma espécie
química pura e os que são uma mistura.
13. Classifique as seguintes misturas como dispersões homogêneas(soluções) ou heterogêneas,
identificando em cada caso as fases dispersas, dispersante, o soluto e o solvente, se existirem
estes últimos.
a. Água potável(isenta de sólidos em suspensão, contendo gases e sólidos dissolvidos).
b. Água de rio(barrenta).
c. Ar(contendo sólidos particulados(poeira)).
d. Ar condicionado(isento de sólidos particulados).
e. Emulsão de óleo em água industrial.
f. Aerossol(contendo inseticida(líquido) e gás butano).
14. O que são colóides ou soluções coloidais? Como podem ser classificados? Quais as denominações
particulares dos principais tipos de colóides?
8
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3.
Conceitos Gerais
DIAGRAMA DE FASES DE UMA SUBSTÂNCIA
É um diagrama pressão x temperatura cujas regiões correspondem aos estados físicos da
substância.
Exemplo 1: Diagrama de fases do H2O
B
C
Sólido
ponto crítico
Líquido
O
Gás
A
1,00 atm = 760 torr = 760 mm Hg = 101,3 kPa → pressão normal
Observações:
•
•
•
OA → equilíbrio SÓLIDO
GÁS
OB → equilíbrio SÓLIDO
LÍQUIDO
OC → equilíbrio LÍQUIDO
GÁS
Ponto Triplo (O): coexistência (em equilíbrio) das fases sólida (s), líquida (A) e gasosa (g).
Vapor é um gás em temperatura menor que a temperatura crítica.
Em temperaturas superiores à temperatura crítica, o gás não poderá ser liquefeito por
maior que seja a pressão exercida.
9
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Exemplo 2:
Conceitos Gerais
Diagrama de fases do CO2
B
C
ponto crítico
O
A
-78,2
Observações:
•
•
•
Sob pressão atmosférica normal, o CO2 sublima-se a –78,2 oC.
O CO2 só pode apresentar-se no estado líquido quando submetido a pressões superiores
a 5,1 atm.
Acima de 31,1 oC o CO2 não poderá ser liquefeito por maior que seja a pressão exercida.
10
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4.
Conceitos Gerais
MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO
4.1. Denominações
fusão
SÓLIDO (s)
vaporização
LÍQUIDO (ℓ)
liquefação
solidificação
GÁS (g)
sublimação
Observações:
Os sólidos apresentam estrutura cristalina (partículas com arranjo geométrico bem
definido).
“Sólidos amorfos”, como o vidro comum, são considerados líquidos com viscosidade
muito elevada.
Tipos de vaporização: evaporação, ebulição, calefação.
A evaporação ocorre em temperatura inferior à temperatura de ebulição.
A condensação ocorre em temperatura inferior à temperatura de liquefação (ou de
ebulição).
•
•
•
•
•
4.2. Fusão / Solidificação
a.
Substância Pura
θ
ℓ
s+ℓ
PF
θ → temperatura
Q → calor fornecido ao sistema
t → tempo de aquecimento
PF → ponto de fusão
s
Q ou t
θ
Q → calor removido do sistema
t → tempo de resfriamento
PS → ponto de solidificação
ℓ
ℓ+s
PS
s
PS = PF
Q ou t
Observação:
A pressão tem pouca influência nos processos de fusão e solidificação.
Sustância Impura
b.
θ
θ
ℓ
FF → faixa de fusão
FS → faixa de solidificação
ℓ
FS
FF
s
s
Q
Q
11
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c.
Conceitos Gerais
Mistura Eutética ou Eutético (Eutexia)
Mistura que, em determinada composição, apresenta comportamento de substância
pura diante dos processos de fusão e solidificação.
Exemplo:
Pb (87%) + Sb (13%) ......... θE = 246 ºC
θE … temperatura (ou ponto) de fusão (ou solidificação) do eutético ou da
mistura eutética.
PF (Pb) = 327 ºC ; PF (Sb) = 631 ºC
Observação:
Para um dado eutético A (a%) + B (b%), teremos sempre: θE < PF (A) e θE < PF (B).
4.3. Ebulição / Liquefação
a.
Substância Pura
θ
g
ℓ+g
PE
θ → temperatura
Q → calor fornecido ao sistema
t → tempo de aquecimento
PE → ponto de ebulição
ℓ
Q ou t
θ
Q → calor removido do sistema
t → tempo de resfriamento
PL → ponto de liquefação
g
g+ℓ
PL
ℓ
PE = PL
Q ou t
Observação:
A pressão tem grande influência nos processos de ebulição e liquefação. A
temperatura de ebulição (PE) aumenta com a elevação da pressão, diminuindo com
a redução da pressão, como pode ser deduzido dos diagramas de fase das
substâncias.
b.
Substância Impura
θ
θ
FE → faixa de ebulição
FL → faixa de liquefação
g
g
FL
FE
ℓ
ℓ
Q
Q
12
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Conceitos Gerais
Observações:
c.
•
maior nível de impurezas no sólido →
maior FF ;
•
maior nível de impurezas no líquido →
maior FE.
Mistura Azeotrópica ou Azeótropo (Azeotropismo)
Mistura que, em determinada composição, apresenta comportamento de substância
pura diante dos processos de ebulição e liquefação.
1º caso:
Azeotropismo de Mínimo
Mistura Azeotrópica: A (a%) + B (b%) ; θAZ < PE (A) e θAZ < PE (B).
Exemplo: C2H5OH (95,5% (v)) + H2O (4,5% (v))
PE ( C2H5OH ) = 78,3ºC ; PE (H2O) = 100ºC ; θAZ = 78,2ºC
2º caso:
Azeotropismo de Máximo
Mistura Azeotrópica: A (a%) + B (b%) ; θAZ > PE (A) e θAZ > PE (B).
Exemplo: HCl (79,8%) + H2O (20,2%)
PE (HCl) = -80ºC ; PE (H2O) = 100ºC ; θAZ = 108,6ºC
13
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Conceitos Gerais
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
15. Faça um esboço do gráfico de aquecimento doe uma certa massa de gelo a –10ºC até atingir a
condição de vapor a 130ºC, sob pressão de 1,0 atm.
Dados:
• gráfico: temperatura (θ), em ºC vs. calor fornecido (cal);
• calores específicos sensíveis (c) médios:
H2O(s) … 0,5 cal . g-1 . ºC-1 ; H2O(ℓ) = 1,0 cal . g-1 . ºC-1 ;
H2O(g) … 0,7 cal . g-1 . ºC-1 ;
• calores específicos latentes (L) para o H2O:
Lf = 80 cal . g-1 ; Lv = 540 cal . g-1.
• calores sensível e latente:
QS = m . c . ∆θ ; QL = m . L
16. 20 g de um sólido, inicialmente a 20ºC, são aquecidos até a condição de líquido a 120ºC, de acordo
com o gráfico (temperatura vs. calor fornecido) a seguir:
θ (ºC)
120
80
20
0
1200
2800
Q (J)
4400
Qual o ponto de fusão do sólido ?
Qual o calor específico latente de fusão do sólido, em J . g-1 ?
Determine os calores específicos sensíveis médios para o sólido e para o líquido, em J . g-1 . ºC-1.
Determine os percentuais de fase sólida e fase líquida quando o calor fornecido ao sistema for
igual a 2400 joules.
e. O sólido é necessariamente uma substância pura ? Justifique sua resposta.
a.
b.
c.
d.
14
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5.
Conceitos Gerais
GÁS IDEAL
5.1. Características
a.
b.
Ausência de forças interativas (atração ou repulsão) entre as moléculas do gás.
O volume ocupado pelas moléculas (co-volume) é desprezível em comparação com o
volume ocupado pelo gás (volume do recipiente).
Como conseqüência das características do gás ideal, é possível se concluir:
⎯ que um gás real tende para um comportamento ideal com o aumento da temperatura e a
diminuição da pressão;
⎯ que um gás real afasta-se do comportamento ideal quando se aproxima das condições
(p, T) de liquefação.
5.2. Equação do Gás Ideal
p V = n R T
(equação de Clapeyron),
onde: p – pressão; V – volume; T – temperatura absoluta; n – quantidade de matéria (mol);
R – constante universal do gás ideal (independe da natureza do gás).
R = 8,21 . 10-2 atm . L . K-1 . mol-1 = 8,31 J . K-1 . mol-1 = 62,4 mmHg . L . K-1 . mol-1
Observação:
•
•
Condições normais (CNTP): p = 1,00 atm; T = 273 K (θ = 0 oC);
Condições-padrão: p = 1,00 atm; T = 298 K (θ = 25 oC).
Outras formas da equação de Clapeyron:
pV =
m
RT ,
MOL
onde: m – massa (g); MOL – massa molar (g/mol).
pV =
m
RT
MOL
→
m p ⋅ MOL
=
V
RT
→
p ⋅ MOL
RT
ρ =
,
onde: ρ - massa específica ou densidade absoluta do gás.
pV =
N
RT ,
NA
onde: N – número de moléculas; NA – número (constante) de Avogadro (NA = 6,02 . 1023 mol-1).
5.3. Densidade Relativa (d) de um Gás Ideal
Densidade de um gás 1 em relação à um gás 2, ambos com comportamento ideal
ρ1 =
ρ2 =
p ⋅ MOL1
RT
p ⋅ MOL2
RT
"
"
(1)
(2)
→
ρ1
ρ2
=
MOL1
MOL2
15
→
d1,2 =
MOL1
MOL2
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Conceitos Gerais
5.4. Mistura de Gases Ideais
a.
Lei das Pressões Parciais (Dalton)
“A pressão total (p) em uma mistura gasosa é igual à soma das pressões parciais de
seus componentes”.
p = p1 + p2 + p3 + …
ou
p = Σ pi
Pressão parcial (pi) de um componente, em uma mistura gasosa, é a pressão que o
mesmo exerceria, se ocupasse (sozinho) o volume do recipiente, na temperatura da
mistura.
Se n = n1 + n2 + n3 + … ou
n = Σ ni , teremos:
RT
V
RT
Pi = ni ⋅
V
→
p =n⋅
→
pi
p
=
ni
n
pi =
ni
n
⋅p
Como (ni /n) = fi , onde fi é a fração molar do gás i , teremos, ainda:
b.
pi = fi ⋅ p
Lei dos Volumes Parciais (Amagat)
“O volume total (V) de uma mistura gasosa é igual à soma dos volumes parciais de seus
componentes”.
V = V1 + V2 + V3 + … ou
V = Σ Vi
Volume parcial (Vi) de um componente, em uma mistura gasosa, é o volume que seria
ocupado pelo mesmo, se estivesse submetido à pressão total e à temperatura da
mistura.
Se n = n1 + n2 + n3 + … ou
V =n⋅
RT
p
Vi = ni ⋅
RT
p
→
Vi
V
=
ni
n
n = Σ ni , teremos:
" (1)
Como (ni /n) = fi , teremos, ainda:
→
Vi =
ni
⋅V
n
Vi = fi ⋅ V
Observação Importante:
A expressão (1) corresponde à Lei de Avogadro: ”Volumes iguais encerram o
mesmo número de mols (ou de moléculas), para quaisquer gases (ideais), nas
mesmas condições de temperatura e pressão".
Ainda, com base na expressão (1), temos:
Vi
V
=
ni
n
→
Vi (% ) = ni (% ) ,
isto é: em uma mistura gasosa ideal, a percentagem em volume é igual à
percentagem em quantidade de matéria (percentagem em mol) ou à percentagem
em número de moléculas.
16
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Conceitos Gerais
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
Utilizar quando necessário:
R = 8,21 . 10-2 atm . L . K-1 . mol-1 = 62,4 mm Hg . L . K-1 . mol-1 = 8,31 J . K-1 . mol-1
17. Qual o volume molar de um gás ideal nas CNTP (p = 1,00 atm; T = 273 K) ?
18. Um gás X, apresentando comportamento ideal, possui massa específica igual a 2,15 . 10-3 g . cm-3,
a 27 oC e sob pressão de 1,20 atmosferas.
Calcule o peso molecular de X.
19. Um hidrocarboneto gasoso CxHy contém 80,0% de carbono, em massa. Sabendo que a densidade
desse gás em relação ao hidrogênio (H2) é igual a 15,0, determine a fórmula do hidrocarboneto.
Dados: M.A. (u): H = 1,0 ; C = 12,0.
20.Uma mistura gasosa apresenta a seguinte composição percentual em massa: CH4 − 80% ; He − 20%.
Determine sua composição percentual em quantidade de matéria (ou em mol) e em volume.
Dados: M.A. (u): H = 1,0 ; He = 4,0 ; C = 12,0.
21. Uma mistura apresenta a seguinte composição percentual em quantidade de matéria (ou em mol):
H2 − 60% ; He − 30% ; CH4 − 10%.
Determine sua composição percentual em massa.
Dados: M.A. (u): H = 1,0 ; He = 4,0 ; C = 12,0.
22.Admita que o ar atmosférico possua a seguinte composição aproximada: N2 − 79,0% ; O2 − 21,0%.
Calcule a “massa molar” do ar atmosférico em g . mol-1.
Dados: M.M. (u): O2 = 32,0 ; N2 = 28,0.
23.Com base no resultado do problema anterior, determine, entre os gases mencionados, os mais
densos e os menos densos em relação ao ar:
(a) He
;
(b) CO2
;
(c) CH4
;
(d)
Cl2 .
Dados: M.A. (u): H = 1,0 ; He = 4,0 ; C = 12,0 ; O = 16,0 ; Cl = 35,5.
24.Represente em um diagrama pressão (p) vs. inverso do volume (1/V) duas isotermas
correspondentes às temperaturas T1 e T2 , onde T2 > T1 , para uma certa massa de gás ideal.
25.No gráfico abaixo está representada a seqüência de transformações que ocorrem com 1,0 mol de
gás ideal.
Represente as transformações indicadas em gráficos p vs. T e V vs. T , utilizando os mesmos
números (1, 2, 3 e 4) correspondentes aos estados representados no gráfico dado.
p
3
TRANSFORMAÇÃO
1−2
2−3
3−4
4−1
4
2
1
V
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DESIGNAÇÃO
compressão isotérmica
aquecimento isométrico
expansão isotérmica
resfriamento isométrico
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Engenharia de Produção
Química Ι-A
Conceitos Gerais
26.Em um recipiente com 10,0 litros de capacidade são misturados: 0,400 mols de CO2 , 3,01 . 1023
moléculas de O2 e 2,40 gramas de He, sendo a temperatura mantida em 27 oC.
Determine:
(a) as pressões parciais dos componentes da mistura ;
(b) a pressão total da mistura ;
(c) a fração molar do gás hélio na mistura.
Dados: M.A. (u): He = 4,00 ; C = 12,0 ; O = 16,0 ; NA = 6,02 . 1023 mol-1 .
27.Temos uma mistura de três gases ideais, onde a pressão parcial do primeiro é p1 = 0,400 atm, a
percentagem em volume do segundo é V2 (%) = 40,0% e a fração molar do terceiro é f3 = 0,200.
Determine:
(a) a pressão total da mistura, em atm ;
(b) as pressões parciais, em atm, dos gases dois e três.
28. 0,250 g de uma substância X são volatilizados e seu vapor é recolhido por deslocamento de água
a 22 oC, observando-se a remoção de 52,5 cm3 de água, sendo a pressão ambiente igual a 751 mm Hg.
Determine o peso molecular de X, em u.
Dado:
pressão máxima de vapor d’água (22 oC) = 20 mm Hg.
29.Numa amostra de ar úmido, a pressão de vapor d’água é de 25 mm Hg, sendo a pressão total igual
a 750 mm Hg.
Calcule:
(a) a fração molar do vapor d’água no ar úmido ;
(b) a pressão parcial do nitrogênio, sabendo que a percentagem (em volume) de nitrogênio, no ar
seco, é 78,0%.
30.A pressão de um ar úmido é de 755 mm Hg, a 22 oC. Sabendo que a pressão parcial do oxigênio
neste ar úmido é de 148 mm Hg e que a percentagem, em volume, do oxigênio no ar seco é de
20,0%, determine:
(a) a percentagem, em volume, de vapor d’água no ar úmido ;
(b) a umidade relativa do ar.
Dado:
pressão máxima de vapor d’água (22 oC) = 20 mm Hg.
31. Uma mistura gasosa de He e X , ocupando um recipiente de 1,00 litro, a 17 oC e sob pressão de
872 Torr, possui massa igual a 4,00 g. Sabendo que X solidifica-se a –7 oC e que quando a mistura
é resfriada a -263 oC a pressão passa a ser de 10 Torr, calcule o peso molecular de X.
Dado:
M.A. (He) = 4,00 u.
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6.
Química Ι-A
Conceitos Gerais
DENSIDADE RELATIVA (d) DE SÓLIDOS E LÍQUIDOS
Diferentemente dos gases, onde o padrão para o cálculo da densidade relativa é um gás (N2, H2,
ar, etc.), a densidade relativa de sólidos e líquidos é calculada utilizando-se a água líquida (4 oC,
1 atm) como substância padrão.
Assim, teremos:
Densidade absoluta ou massa específica de um sólido ou de um líquido X = ρx g . cm-3.
Densidade absoluta ou massa específica da água líquida (padrão), a 4 oC e 1 atm = ρp g . cm-3 =
1,00 g . cm-3.
dx =
ρx
ρp
⇒
dx =
ρ x g ⋅ cm −3
1,00 g ⋅ cm −3
⇒
dx = ρ x ,
isto é: a densidade relativa do sólido ou do líquido será numericamente igual à sua massa
específica expressa em g . cm-3 (ou kg . dm-3 ou t . m-3).
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
32.Um sólido A é mais denso que o metanol (CH3OH), sendo imiscível e não reativo em relação a este
líquido. Uma esfera do sólido A, com massa igual a 12,0 g, é introduzida em um recipiente com
volume de 20,0 cm3. Para encher o recipiente são necessários 12,0 g de metanol. Calcule a massa
específica de A, em g . cm-3.
Dados: massa específica do metanol = 0,800 g . cm-3.
33.Um picnômetro vazio e seco pesou 25,296 g. Quando preenchido com água a 25 oC, o conjunto
(picnômetro + água) passa a pesar 34,914 g. Quando ocupado com um líquido X, o conjunto
(picnômetro + líquido X) pesa 33,485 g. Sabendo que a densidade da água a 25 oC é 0,9970 g . cm-3,
determine:
(a) o volume do picnômetro, em cm-3 ;
(b) a massa específica de X, em g . cm-3.
34.O álcool carburante contém, aproximadamente, 95,5% de etanol e 4,50% de água, em volume.
Calcule a percentagem, em massa, de etanol no álcool carburante.
Dados: Massas específicas (g . cm-3): etanol … 0,790 ; álcool carburante … 0,810.
35.Adiciona-se em uma proveta 250 mL de solução aquosa saturada de NaCl e 250 mL de gasolina
automotiva. Após agitação e separação das fases, observa-se que a camada superior possui um
volume igual a 195 mL. Determine o percentual, em volume de álcool anidro na gasolina automotiva.
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