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UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA
CURSINHO PRÉ-UNIVERSITÁRIO POPULAR
Química
UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA
FÍSICO-QUÍMICA
Profª. Carlos Eduardo Rocha de Almeida
Coordenação: Letícia Couto Bicalho
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Curso Pré Universitário Popular – UFJF
Prof. Carlos Eduardo
Físico-Química.
1 - SOLUÇÕES
Solução é qualquer mistura homogênea
de duas ou mais substâncias.
Os componentes de uma solução são
chamados de soluto e de solvente:
- soluto: substância dissolvida no solvente. Em
geral, está em menor quantidade na solução.
- solvente: substância que dissolve o soluto.
As soluções mais importantes para os
seres vivos são aquelas em que o solvente é a
água, denominadas aquosas.
O fluído dos
tecidos, o plasma sanguíneo e a água que
bebemos são exemplos de soluções aquosas.
1.
Classificação das soluções.
As soluções podem ser encontradas em
qualquer fase de agregação: sólida, líquida e
gasosa.
De acordo com a proporção entre soluto e
solvente ainda podem ser classificadas como:
- Soluções diluídas: pouco soluto em relação ao
solvente;
- Soluções concentradas: contêm grande
quantidade de soluto.
Quanto à natureza do soluto as soluções
podem ser:
- iônicas: quando as partículas dispersas são
íons. Permitem a passagem de corrente elétrica.
- moleculares: o soluto é uma substância
molecular.
Há muitas soluções que apresentam
moléculas e íons ao mesmo tempo, como no caso
de uma solução de ácido acético onde estão
presentes muitas moléculas (CH3COOH) e
poucos íons (CH3COO- e H+).
2. Solubilidade
solubilidade
e
coeficiente
de
A solubilidade é a propriedade que as
substâncias têm de se dissolverem num solvente.
Varia de soluto para soluto, com o tipo de
solvente e é diretamente influenciada pela
temperatura.
A quantidade máxima de soluto dissolvida
numa dada quantidade de solvente, a uma
determinada
temperatura,
é
denominada
coeficiente de solubilidade.
Exemplo: 357g de NaCl por litro de água a 0°C
36g de NaCl por 100g de água a 20°C
Baseando no coeficiente de solubilidade,
classificamos as soluções em:
- não saturadas ou insaturadas: contêm uma
quantidade de soluto dissolvido menor que a
estabelecida pelo coeficiente de solubilidade. Elas
ainda são capazes de dissolver mais soluto.
- saturadas: atingiram o coeficiente de
solubilidade, ou seja, contêm uma quantidade de
soluto dissolvido igual à sua solubilidade naquela
temperatura. Se adicionarmos mais soluto nessa
solução, a massa excedida não se dissolverá e se
depositará no fundo do recipiente.
- supersaturadas: contêm uma quantidade de
soluto dissolvido maior que a estabelecida pelo
coeficiente de solubilidade (instáveis).
Consideremos a curva de solubilidade do
nitrato de potássio (KNO3) em água:
http://www.furg.br/furg/depto/quimica/solubi.html
3. Curva de solubilidade
As curvas de solubilidade representam a
variação dos coeficientes de solubilidade das
substâncias em função da temperatura.
http://quimicadicas.blogspot.com/2009/09/solubilidade-de-umasubstancia-varia.html
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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.
Físico-Química.
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.
Solução: MMNaI = 23 + 127 = 150g/mol
V = 400mL = 0,4L
4.3. Título em massa
É a razão entre a massa do soluto e a massa
da solução.
4. Concentração das soluções
Concentração de solução é o modo em
que se expressa a relação entre a quantidade de
soluto e de solução ou de soluto e de solvente.
4.1. Concentração em massa
É a razão entre a massa de soluto e o volume
de solução.
O título não tem unidade, mas pode ser
expresso em porcentagem passando, assim, a
ser chamado de porcentagem em massa:
Unidade: gramas por litro (g/L)
Exemplo: Qual a concentração em g/L de uma
solução de nitrato de potássio que contem 60g do
3
sal em 300cm de água.
Solução:
Exemplo: Uma solução de cloreto de potássio
(KCl) 10% possui 10 g de soluto em 100 g de
solução ou 90 g de água.
3
300cm = 300mL = 0,3L
4.2. Concentração
matéria
em
quantidade
O título ainda pode ser escrito em termos
de volume. As definições são idênticas às
anteriores, trocando apenas massa por volume.
de
É a razão entre o número de mols do soluto e
o volume da solução em litros.
4.4. PPM
Para indicar concentrações extremamente
pequenas usamos a unidade partes por milhão,
ppm.
1 ppm (m/m) = 1 mg de soluto / 1 kg de mistura
1 ppm (m/v) = 1 mg de soluto / 1 L de solução
Unidade: mol por litro (mol/L)
Considerando que:
Podemos escrever:
4.5. Densidade
É a razão entre a massa e o volume de uma
solução.
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http://quimicaprofucila.blogspot.com/2010/06/mistura-desolucoes.html
Unidade: gramas por mL (g/mL)
4.6. Relação entre concentração e título
Físico-Química.
A quantidade de soluto é a mesma antes
e depois da diluição:
m1 = m2
Das definições:
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.
obtemos:
C=τ.d
com a densidade expressa em g/L.
Para a densidade em g/mL temos:
C = τ . d . 1000
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?
Solução:
Vf
Ci . Vi = Cf .
0,3mol/L . 500mL = Cf . 1500mL
Cf = 0,1mol/L
4.7. Convertendo C(g/L) em C(mol/L)
6. Quantidade de partículas
volume de solução
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
Diluir uma solução é adicionar solvente
diminuindo assim sua concentração.
um
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.
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:
Solução: MMHCl = 1 + 35,5 = 36,5g/mol
5. Diluição
em
+
HNO3(l) → H
-
(aq)
+ NO3
(aq)
Portanto, nessa solução não existem
mais moléculas de soluto, mas íons. Como cada
+
molécula origina um íon H e um NO3 , em 1L de
+
solução 2mol/L desse ácido há 2mol de íons H e
2mol de íons NO3 .
Essa condição só é verdadeira para
solutos que sofrem ionização (principalmente
ácidos) ou dissociação (sais e alguns hidróxidos)
em água.
7. Mistura de soluções de mesmo soluto
Se misturarmos duas soluções de mesmo
soluto:
78
A massa total do soluto será a soma das massas
do soluto das soluções iniciais. O mesmo
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Físico-Química.
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:
8. Mistura de
química
soluções
com
reação
Ocorre quando se mistura uma solução
de um ácido com uma solução de uma base, ou
uma solução de um oxidante com uma solução de
um redutor, ou uma solução de dois sais que
reagem entre si. Isso nos permite determinar a
concentração de uma solução por meio de uma
técnica conhecida como titulação.
http://www.profpc.com.br/Solu%C3%A7%C3%B5
es.htm#Titulação
Exemplo: Uma alíquota de 25mL de NaOH foi
neutralizada totalmente quando titulada com
40mL de HCl 0,25mol/L. Qual a concentração da
solução de NaOH?
Solução:
H2O(l)
NaOH(aq) + HCl(aq)  NaCl(aq) +
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
2. O gráfico seguinte dá a solubilidade em água
do açúcar de cana em função da temperatura.
n° mol HCl = n° mol NaOH
CHCl . VHCl = CNaOH . VNaOH
0,25mol/L . 40mL = CNaOH . 25mL
CNaOH = 0,4mol/L
EXERCÍCIOS
ENEM
1. A tabela seguinte fornece dados sobre
a solubilidade do KCl em diversas
temperaturas.
Adicionou-se açúcar a 100 g de água a 50ºC até
não mais o açúcar se dissolver. Filtrou-se a
solução. O filtrado foi deixado esfriar até 20ºC.
Qual a massa aproximada de açúcar que
precipitou?
a) 100 g
b) 80 g
80
c) 50 g
d) 30 g
e) 20 g
3. O “soro caseiro” consiste em uma solução
aquosa de cloreto de sódio 3,5g/L e de sacarose
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
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b) 175g e 550g
c) 1750mg e 5500mg
d) 17,5mg e 55mg
e) 175mg e 550mg
4. 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
-1
concentração máxima de carboidratos, em g L ,
presente em um copo de 200 mL de suco de
laranja light?
a) 5,0 b)
75,0 c)
100,0 d)
0,5
e) 7,5
5. 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
outras substâncias. A figura a seguir ilustra essa
citação.
Suponha que uma pessoa, para adoçar seu
cafezinho, tenha utilizado 3,42 g de sacarose
(massa molar igual a 342g/mol) para uma xícara
de 50mL 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
6. O gás sulfídrico (H2S), produto da fermentação
do esgoto chegou a atingir o elevado índice de
0,4 mg/L, no rio Tietê. Tal índice expresso em
molaridade seria aproximadamente:
Dados: H = 1 e S = 32
–5
a) 1,17 · 10
–4
b) 1,2 · 10
–5
c) 2,35 · 10
–4
d) 3,4 · 10
–4
e) 1,7 · 10
7. A concentração de íons fluoreto de uma água
-5
de uso doméstico é de 5,0.10 mol/L. Se uma
pessoa tomar 3,0 L dessa água por dia, ao fim de
um dia a massa de fluoreto, em mL, que essa
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pessoa ingeriu é de:
Físico-Química.
82
Dado: massa mola do fluoreto = 19,0g/mol
a) 0,9
b) 1,3
c) 2,8
d) 5,7
e) 15
8. Soluções de uréia, (NH2)2CO, podem ser
utilizadas como fertilizantes. Uma solução foi
obtida pela mistura de 210 g de uréia e 1.000 g
de água. A densidade da solução final é 1,05
g/mL. A concentração da solução em percentual
de massa de uréia e em mol/L, respectivamente
é:
9. Para combater a dengue, as secretarias de
saúde recomendam que as pessoas reguem
vasos de plantas com uma solução de água
sanitária. Um litro de água sanitária contém 0,35
mol de hipoclorito de sódio (NaClO). A
porcentagem em massa de hipoclorito de sódio
na água sanitária, cuja densidade é 1,0 g/mL, é
aproximadamente:
a) 35,0.
b) 3,50.
c) 26,1.
d) 7,45.
e) 2,61.
10. Para preparar uma solução diluída de
permanganato de potássio, KMnO4, a 0,01 g/L
para aplicação anti-séptica, parte-se de uma
solução de concentração de 25 g/L.Sabendo-se
que o volume médio de uma gota é de 0,05 mL, o
número de gotas da solução concentrada
necessário para preparar 5 litros dessa solução
diluída é:
a) 10.
b) 20.
c) 30.
d) 40.
e) 50.
11. Por evaporação em uma solução aquosa
-2
2 .10 molar de certo sal, obtiveram-se 200mL de
uma solução 1molar. Então, é correto afirmar que:
a) o número de mols de soluto na solução inicial
era maior que na final.
b) houve evaporação de 9,8L de solvente.
c) o volume da solução inicial era de 1L.
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d) o número de mols de soluto na solução inicial
era menor que na final.
e) houve evaporação de 10L de água.
12. O volume de uma solução de hidróxido de
sódio 1,5M que deve ser misturado a 300mL de
uma solução 2,0M da mesma base, a fim de
torná-la solução 1,8M é:
a) 200mL
b) 20mL
c) 2000mL
d) 400mL
e) 350mL
13. Para se determinar o conteúdo de ácido
acetilsalicílico
(C9H8O4)
num
comprimido
analgésico, isento de outras substâncias ácidas,
1,0 g do comprimido foi dissolvido numa mistura
de etanol e água. Essa solução consumiu 20 mL
de solução aquosa de NaOH, de concentração
0,10 mol/L, para reação completa. Ocorreu a
seguinte transformação química:
C9H8O4(aq) + NaOH(aq) → NaC9H7O4
(aq)
+ H2O
(l)
Logo, a porcentagem em massa de ácido
acetilsalicílico
no
comprimido
é
de,
aproximadamente,
Dado: massa molar do C9H8O4 = 180 g/mol
a) 0,20%
b) 2,0%
c) 18%
d) 36%
e) 55%
14. Misturaram-se 200 mL de uma solução de
H3PO4, de concentração igual a 1,5 mol/L, com
300 mL de uma solução 3,0 molar do mesmo
ácido. 10 mL da solução resultante foi utilizada
para se fazer a titulação de 20 mL de uma
solução de NaOH. A partir desses dados, qual a
concentração da solução de NaOH em g/L?
Massas molares (g/mol): Na = 23; O = 16; H = 1
a) 510
b) 440
c) 74,5
d) 3,60
e) 144
15. O magnésio é obtido da água do mar por um
+2
processo que se inicia pela reação dos íons Mg
com óxido de cálcio, conforme a equação:
+2
(aq)
Mg
+ CaO(s) + H2O(l) → Mg(OH)2(aq) +
+2
(aq)
Ca
+2
Sabendo que a concentração de Mg no mar é
0,054mol/L, a massa de CaO necessária para
precipitar o magnésio contido em 1,0L de água do
mar é:
Dados: Massas atômicas: H = 1; O = 16; Mg = 24;
Ca = 40.
Físico-Química.
b) 40g
c) 56g
d) 2,1g
e) 0,24g
16. (Enem) 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 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
7,3g/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
Sn (%)
Porcentagem
Pb (%)
I
60
40
II
62
38
III
65
35
IV
63
37
V
59
Disponível
http://www.eletrica.ufpr.br.
41
em:
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.
17. Uma solução de ácido sulfúrico (H2SO4), para
ser utilizada em baterias de chumbo de veículos
automotivos, deve apresentar concentração igual
a 4mol/L. O volume total de uma solução
adequada para se utilizar nestas baterias, que
pode ser obtido a partir de 500mL de solução de
a) 3,0g
84
H2SO4 de concentração 18mol/L, é igual a:
a)0,50L b)2,00L c)2,25L d)4,50L e)9,00L
18. O cloreto de hidrogênio é um gás que, quando
dissolvido em água, forma uma solução corrosiva
de ácido clorídrico e pode ser utilizada para
remover manchas em pisos e paredes de pedra.
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Esse gás pode ser produzido pela reação entre o
gás cloro e o gás hidrogênio. Considerando a
formação do cloreto de hidrogênio, responda aos
itens abaixo.
a) Escreva a reação balanceada de produção do
cloreto de hidrogênio.
-1
b) Calcule a concentração, em mol.L , quando
4,00 litros de uma solução é preparada pela
dissolução de cloreto de hidrogênio produzido
pelo consumo de 1,00mol de gás cloro, com
concentração suficiente de gás hidrogênio.
19.
Num refrigerante tipo “cola”, a análise
química determinou uma concentração de íons
3fosfato (PO4 ) igual a 0,15g/L. Qual a
concentração de fosfato, em mol/L, nesse
refrigerante?
Dados: massas atômicas: P = 31; O = 16
-3
-3
3
a)1,6.10 mol/L b)2,1.10 mol/L c)1,3.10 mol/L
3
d)1,6.10 mol/L e)3,0.10mol/L
20. Assinale a alternativa que indica o volume de
solução aquosa de ácido clorídrico (HCl) 0,05 mol
-1
L que,
ao
reagir
com
-1
30 mL de uma solução aquosa 1,0 mol L de
KOH, originará uma solução com pH igual a 7.
a) 200 mL.
b) 350 mL.
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Físico-Química.
23. O conteúdo de etanol em uma cachaça é de
460 gramas por litro. Misturou-se 1,0 litro desta
cachaça com 1,0 litro de água.
Dado: massas atômicas: C = 12; H = 1; O = 16
Qual o número de mols de etanol na solução
resultante.
a)7mol b)8mol c)9mol d)10mol e)6mol
24. Uma solução aquosa de cloreto de sódio deve
ter 0,90% em massa do sal para que seja
utilizada como solução fisiológica (soro). O
volume de 10,0 mL de uma solução aquosa de
cloreto de sódio foi titulado com solução aquosa
0,10 mol/L de nitrato de prata, exigindo
exatamente 20,0 mL de titulante.
a) A solução aquosa de cloreto de sódio pode ou
não ser utilizada como soro fisiológico?
Justifique sua resposta.
b) Supondo 100% de rendimento na reação de
precipitação envolvida na titulação, calcule a
massa de cloreto de prata formado.
Dados: massas molares, em g/mol: Na = 23,0;
Cl = 35,5; Ag = 107,9; densidade da solução
aquosa de NaCl = 1,0 g/mL.
25. 200mL de solução 1,2mol/L de ácido
clorídrico reagem com zinco segundo a equação:
c) 600 mL
2HCl(aq) + Zn(s) → ZnCl2(aq) + H2(g)
d) 1600 mL.
e) 500 mL.
Que massa de zinco reage?
a)7,8g b)5,2g c)8,5g d)9,0g e)6,7g
21. (Unesp) O etanotiol (CH3CH2 - SH) é uma
substância tóxica e tem um odor tão forte que
uma pessoa pode detectar 0,016mol disperso em
10
5,0×10 gramas de ar.Sabendo-se que a
densidade do ar é 1,25g/L e supondo distribuição
uniforme do etanotiol no ar, a quantidade limite,
em mol/L, que uma pessoa pode detectar é:
•2
a) 1,6 × 10 .
•11
b) 2,0 × 10 .
•11
c) 2,5 × 10 .
•13
d) 4,0 × 10 .
•23
e) 1,0 × 10
22. Em um balão volumétrico de 1000mL,
juntaram-se 250mL de uma solução 2,0M de
ácido sulfúrico com 300mL de uma solução 1,0M
do mesmo ácido e completou-se o volume até
1000mL com água destilada. Qual será a
molaridade da solução resultante.
a)1,0mol/L
d)0,03mol/L
b)0,06molL
e)1,3mol/L
c)0,08mol/L
Gabarito
1. c
2. b
3. c
4. b
5. b
6. a
7. c
8. a
9. e
10. d
11. b
12. a
13. d
14. e
15. a
16. c
17. c
18. a) H2(g) + Cl2(g)  HCl(g)
b) 0,50mol/L
19. a
20. c
21. d
22. c
23. d
24. a) Não.
b) 0,287g
25. a
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1. 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.
Queima de velas e condensação da água
- Processo endotérmico: o sistema absorve calor
e o ambiente se resfria.
Cozimento de alimentos e bolsa de gelo instantânea
1. Calor
3. Entalpia e variação de entalpia
O conceito científico de calor relaciona-se
com a diferença de temperatura entre dois
sistemas. O calor é o processo de transferência
de energia de um sistema, a uma temperatura
mais alta, para outro, a uma temperatura mais
baixa. Quanto maior a diferença de calor entre os
dois sistemas, maior a quantidade de calor
transferida.
Quando aquecido, a quantidade de calor que
um corpo pode receber depende da diferença de
temperatura entre o corpo e a fonte de calor, do
calor específico do material de que é feito o corpo
e de sua massa.
Q = m . c . ∆T
É usual expressar quantidade de calor em
calorias (cal). Caloria é a quantidade de energia
necessária para elevar em 1ºC a temperatura de
1 grama (o equivalente a 1 mililitro) de água.
Pode-se expressar quantidade de calor
também em joule, lembrando que 1 cal = 4,184 J.
Nas
reações
químicas
e
nas
transformações físicas, a quantidade de calor
liberada ou absorvida é conhecida como calor de
reação. Os calores de reação representam a
variação de entalpia (∆H) do sistema, quando os
processos ocorrem à pressão constante.
A entalpia (H) de um sistema está
relacionada à sua energia interna e, na prática,
não pode ser determinada. Entretanto conseguese medir a variação de entalpia (∆H) 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
2. Processos
exotérmicos
endotérmicos
e
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.
Nesse caso, há absorção de calor no
processo, portanto a Hprodutos é maior do que a
Hreagentes e ∆H é positivo.
87
88
Curso Pré Universitário Popular – UFJF
- Reações exotérmicas: R  P + calor
Nesse caso há liberação de calor,
portanto a Hprodutos é menor do que a Hreagentes
e
∆H é negativo.
4. Entalpia e estados físicos
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
partículas da substância, ou seja, com as
interações intermoleculares.
http://tomdaquimica.zip.net/arch2010-1226_2011-01-01.html
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.
5. Equações termoquímicas
Nas equações termoquímicas devem ser
indicados todos os fatores que influem nas
Prof. Carlos Eduardo
Físico-Química.
variações de entalpia das reações. Por isso
devem ser destacados aspectos como o estado
89
físico
dos reagentes e dos produtos,
os coeficientes
estequiométricos,
as
variedades
alotrópicas,
a
temperatura e a pressão, bem como o ∆H do
processo.
Exempl
o:
Cgraf + O2(g) → CO2(g) ∆H = -394kJ (a 25°C, 1
atm)
Com o intuito de fazer comparações
entre processos, foi criado um referencial: a
entalpia- padrão (∆H°). A entalpia-padrão é
utilizada quando a variação da entalpia da
reação é determinada no estado-padrão das
substâncias (forma mais estável, a 25°C, sob
pressão de 1 atm para os gases e na
concentração de 1 mol/L em soluções).
É importante considerar que:
- O valor de ∆H é diretamente proporcional às
quantidades de reagentes e de produtos que
aparecem na equação termoquímica.
- Quando uma reação ocorre no sentido
contrário ao indicado na equação química, se a
reação direta for exotérmica, a inversa será
endotérmica, e vice-versa.
6. Entalpia das reações
químicas
6.1.
Entalpia
combustão
de
A entalpia de combustão, ∆Hc°, 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.
Exemplo:
CH4(g) + 2O2(g)  CO2(g)
2H2O(l)
∆H = - 212,8kcal/mol
+
Nessas reações, ∆H é sempre negativo,
ou seja, são reações exotérmicas.
6.2. Entalpia de formação
A entalpia padrão de formação, ∆Hf°, 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.
Exemplo:
Quando uma substância simples já se
encontra em seu estado-padrão, considera-se,
por convenção, ∆Hf° igual a zero.
Entalpias padrão de formação podem ser
combinadas para obter a entalpia padrão de
qualquer reação:
90
Curso Pré Universitário Popular – UFJF
Prof. Carlos Eduardo
Físico-Química.
Exemplo: Considere os dados da tabela abaixo, a
25°C e 1atm.
Substância
Amônia (gás)
Ácido clorídrico (gás)
Cloreto de amônio
(sólido)
Entalpia de formação
(KJ/mol)
- 46
- 92
-314
Calcule a variação de entalpia quando a base
reage com o ácido para formar o correspondente
sal.
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.
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 ∆H é positivo.
Exemplo:
H2(g)  2H(g)
2H(g)  H2(g)
∆H° = - 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 ∆H de uma reação.
Portanto, a variação de entalpia de uma reação
pode ser estimada usando as entalpias de ligação
envolvidas.
Exemplo: Calcule a ∆H na reação:
2HBr(g) + Cl2(g)  2HCl(g) + Br2(g)
conhecendo as seguintes energias de ligação:
Tipo de ligação
H – Br
Cl – Cl
H – Cl
Br – Br
Exemplo: Formação de dióxido de carbono.
∆H° = + 436KJ
A energia absorvida na quebra de uma
ligação é numericamente igual à energia liberada
na sua formação.
Exemplo:
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 ∆H conhecidos.
Energia de ligação
(Kcal/mol)
87,4
57,9
103,1
46,1
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?
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92
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EXERCÍCIOS
ENEM
1. Equipamentos com dispositivo para jato de
vapor de água a 120ºC é utilizado na limpeza
doméstica para eliminação de ácaros.
Com base nos dados da tabela, na informação e
nos conhecimentos sobre termoquímica, pode-se
afirmar:
a) O calor molar de vaporização da água na fase
líquida é –44 kJ.
b) A energia necessária à vaporização de 1,0mol
de água, na fase líquida, é suficiente para romper
as ligações oxigênio-hidrogênio nela existentes.
c) A eliminação de ácaros ocorre mediante
processo exotérmico.
d) Massas iguais de vapor de água, a 100ºC e a
120ºC, contêm as mesmas quantidades de
energia.
e) O valor absoluto do calor molar de vaporização
da água líquida é igual ao valor absoluto do calor
molar de liquefação da água, nas mesmas
condições.
2. 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:
Prof. Carlos Eduardo
Físico-Química.
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.
3. 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
6
de 1mol de glicose é de 2,8 . 10 J, ao sintetizar
0,5mol de glicose, a planta:
6
6
a) libera 1,4 . 10 J
d) absorve 2,8 . 10 J
6
6
b) libera 2,8 . 10 J
e) absorve 5,6 . 10 J
6
c) absorve 1,4 . 10 J
4. 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)
C(diamante) + O2(g) → CO2(g)
∆H = -393,5KJ/mol
∆H = -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 ∆H = -2,1KJ/mol.
e) A forma alotrópica grafita é o agente oxidante e
o diamante é o agente redutor das reações de
combustão.
5. 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:
Considere os valores de entalpias fornecidos para
as seguintes reações:
De acordo com as informações fornecidas, o que
ocorrerá na transformação de 1 mol de água
vaporizada em 1 mol de água líquida?
O valor da entalpia padrão de formação do
peróxido de hidrogênio líquido e:
-1
-1
a) - 474 kJ mol
c) - 188 kJ mol
-1
-1
b) - 376 kJ mol
d) + 188 kJ mol
93
6. O carbeto de tungstênio, W C, é uma
substância muito dura e, por esta razão,
é
94
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utilizada na fabricação de vários tipos de
ferramentas. A variação de entalpia da reação de
formação do carbeto de tungstênio a partir dos
elementos Cgrafite e W (s)
é difícil de ser
medida diretamente, pois a reação ocorre a
1.400ºC. No entanto, pode-se medir com
facilidade os calores de
combustão dos
elementos Cgrafite, W (s) e do
carbeto de tungstênio, WC(s):
2W (s) + 3O2(g)→ 2WO3(s)
ΔH = –1.680,6 kJ
Cgrafite + O2(g) → CO2(g)
ΔH = –393,5 kJ
2WC(s)+5O2(g)→2CO2(g)+2WO3(s) ΔH = –2.391,6
kJ
Pode-se, então, calcular o valor da entalpia da
reação abaixo e concluir se a mesma é
endotérmica ou exotérmica:
W (s) + Cgrafite → WC(s)
ΔH = ?
A qual alternativa correspondem o valor de ΔH e
o tipo de reação?
7. O fosgênio (COCl2) ou diclorometanona é um
gás tóxico que foi utilizado na Primeira Guerra
Mundial como arma química do tipo sufocante.
Utilizando os dados a seguir, calcule o ΔH de
formação do gás fosgênio, em kJ/mol, e assinale
a alternativa CORRETA.
Prof. Carlos Eduardo
pode-se estimar que o ΔH da reação
representada por H2 (g) + Cl2 (g) → 2HCl (g), dado
em kJ por mol de HCl(g), é igual a:
a) –92,5
c) –247
e) +92,5
b) –185
d) +185
9. Uma das etapas envolvidas na produção do
álcool combustível é a fermentação.
A equação que apresenta esta transformação é:
enzima
C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2
Conhecendo-se os calores de formação da
glicose, do gás carbônico e do álcool,
respectivamente, –302, –94 e –66 kcal/mol, podese afirmar que a fermentação ocorre com:
a) liberação de 18 kcal/mol;
b) absorção de 18 kcal/mol;
c) liberação de 142 kcal/mol;
d) absorção de 142 kcal/mol;
e) variação energética nula
10. 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).
-1
a) -717 kJ mol
-1
b) -349 kJ mol
-1
c) -437 kJ mol
a) -1004
b) +1004
c) – 409
d) - 1891
e) +1891
8. Com base nos dados da tabela,
Físico-Química.
-1
d) +280 kJ mol
-1
e) -177 kJ mol
11. 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 combustível há muitas décadas
e, recentemente, vêm obtendo uma aceitação
95
cada vez maior como aditivos, ou mesmo como
substitutos
para
gasolina
em
veículos.
Algumas
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Curso Pré Universitário Popular – UFJF
Prof. Carlos Eduardo
Físico-Química.
das propriedades físicas desses combustíveis são
mostradas no quadro seguinte.
Dados : Massa molares em g/mol: H = 1,0; C =
12,0; O = 16,0.
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.
12. O processo de aquecimento baseado em
energia solar consiste na utilização de um produto
denominado sal de Glauber, representado por
Na2SO4 . 10H2O, que se transforma segundo
as equações abaixo:
Considere, na equação relativa à noite, que o
calor liberado seja de 20 kcal/mol de Na 2SO4 .
10H2O, para um rendimento hipotético de 100%
da reação.
Para aquecer uma casa cujo consumo é de
10.000 kcal durante uma noite, a massa de sal de
Glauber que deverá ser utilizada, em kg,
corresponde a:
a) 161
b) 101
c) 71
d) 51
13. Uma solução de ácido clorídrico pode ser
neutralizada utilizando-se hidróxido de sódio. A
partir da tabela de ∆H de formação, calcule a
variação de entalpia
dessa reação de
neutralização.
14. (PISM II) 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.
15. Por “energia de ligação” entende-se a
variação de entalpia (ΔH) necessária para
quebrar 1mol de uma dada ligação. Esse
processo é sempre endotérmico (ΔH > 0). 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 416KJ/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.
16. (UERJ) O metanal é um poluente atmosférico
proveniente da queima de combustíveis e de
atividades industriais. No ar, esse poluente é
oxidado pelo oxigênio molecular formando ácido
metanóico, um poluente secundário. Na tabela
abaixo, são apresentadas as energias das
ligações envolvidas nesse processo de oxidação.
97
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Prof. Carlos Eduardo Físico-Química.
3
0,72 g/cm 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?
Em relação ao metanal, determine a variação de
entalpia correspondente à sua oxidação, em
-1
kJ.mol .
17. (UFRJ) 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.
19. (Unicamp) – 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?
b) Se considerarmos o “calor específico” do corpo
–1
–1
humano como 4,5 J g K , 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.
Dentre as várias qualidades nutricionais da águade-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.
20. (Fuvest-SP) Experimentalmente se observa
que, quando se dissolve etanol na água, há
aumento de temperatura da mistura. Com base
nesse fato, confirme ou negue a seguinte
afirmação: "A dissolução de etanol em água é um
processo endotérmico".
21.(Fuvest)Benzeno pode ser obtido a partir
de hexano por reforma catalítica.
Considere as reações da combustão:
H2(g) + 1/2 O2(g) → H2O(l)
Calor liberado = 286kJ/mol de combustível
C6H6(l) + 15/2 02(g) → 6 CO2(g) + 3H2O(l)
Calor liberado = 3268kJ/mol de combustível
C6H14(l) + 19/2 02(g) → 6 CO2(g) + 7H2O(l)
Calor liberado = 4163kJ/mol de combustível
Calcule o volume em litros de água-de-coco
necessário para repor a energia gasta após 17
minutos de natação.
18. 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
Podemos então afirmar que na formação de
1mol de benzeno, a partir do hexano, há:
a) liberação de 249 kJ.
b) absorção de 249 kJ.
c) liberação de 609 kJ.
d) absorção de 609 kJ.
e) liberação de 895 kJ.
22. (Unirio-RJ) Os soldados em campanha
aquecem suas refeições pronta, contidas
dentro de uma bolsa plástica com água. Dentro
dessa bolsa existe o metal magnésio, que se
99
100
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Prof. Carlos Eduardo Físico-Química.
combina com a água e forma hidróxido de
magnésio. A equação não-balanceada é:
Mg(s)
+
H2O(l)
---->
Mg(OH)2
+
H2(g)
As entalpias de formação a 25°C e 1atm são:
∆H°H2O(l) = - 268,0 kJ/mol
∆H° Mg(OH)2 (aq) = - 925,0
kJ/mol
A variação de entalpia desta reação, em kJ/mol,
é:
a) – 1496,1
c) – 352,9
e) +1496,1
b) – 638,7
d) +352,9
23. (Fuvest) O monóxido de nitrogênio (NO) pode
ser produzido diretamente a partir de dois gases
que são os principais constituintes do ar
atmosférico, por meio da reação representada por
O NO pode ser oxidado, formando o dióxido de
nitrogênio (NO2), um poluente atmosférico
produzido nos motores a explosão:
Tal poluente pode ser decomposto nos gases N2
e O2:
Essa última transformação
a) libera quantidade de energia maior do que 114
kJ.
b) libera quantidade de energia menor do que 114
kJ.
c) absorve quantidade de energia maior do que
114 kJ.
d) absorve quantidade de energia menor do que
114 kJ.
e) ocorre sem que haja liberação ou absorção de
energia.
24. (Fuvest) O “besouro bombardeiro” espanta
seus predadores, expelindo uma solução quente.
Quando ameaçado, em seu organismo ocorre a
mistura de soluções aquosas de hidroquinona,
peróxido de hidrogênio e enzimas, que promovem
uma reação exotérmica, representada por:
O calor envolvido nessa transformação pode ser
calculado, considerando-se os processos:
Assim sendo, o calor envolvido na reação que
ocorre no organismo do besouro é
-1
a) -558 kJ.mol
d)
-1
kJ.mol
+558
101
b) -204 kJ.mol-1
-1
c) +177 kJ.mol
e) +585 kJ.mol-1
25. (FGV) 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.
26. (Mackenzie) O gás propano é um dos
integrantes do GLP (gás liquefeito de petróleo) e,
desta forma, é um gás altamente inflamável. Abaixo
está representada a equação química NÃO
BALANCEADA de combustão completa do gás
propano.
Na tabela, são fornecidos os valores das energias
de ligação, todos nas mesmas condições de
pressão e temperatura da combustão.
Assim, a variação de entalpia da reação de
combustão de um mol de gás propano
será igual a
a) – 1670 kJ.
d) – 4160 kJ.
b) – 6490 kJ.
e) + 4160 kJ.
c) + 1670 kJ.
27. (Mackenzie) A hidrazina, cuja fórmula
química é N2H4, é um composto químico com
propriedades similares à amônia, usado entre
outras aplicações como combustível para
foguetes e propelente para satélites artificiais.
Em determinadas condições de temperatura e
pressão, são dadas as equações termoquímicas
abaixo.
I. N2(g) + 2 H2(g) → N2H4(g)
ΔH = + 95,0 kJ/mol
II. H2(g) + ½ O2(g) → H2O(g) ΔH = – 242,0 kJ/mol
102
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Prof. Carlos Eduardo Físico-Química.
A variação da entalpia e a classificação para o
processo de combustão da hidrazina, nas
condições de temperatura e pressão, de acordo
com a equação
N2H4(g) + O2(g) → N2(g) + 2 H2O(g),
respectivamente,
a) – 579 kJ/mol; processo exotérmico.
b) + 389 kJ/mol; processo endotérmico.
c) – 389 kJ/mol; processo exotérmico.
d) – 147 kJ/mol; processo exotérmico.
e) + 147 kJ/mol; processo endotérmico.
28. (PUC_Campinas) Considere as equações
termoquímicas referentes à queima de carbono:
edição. São Paulo: Saraiva, 2002. Volume único.
- ATKINS, P.; JONES, L.: Princípios de Química:
Questionando a vida moderna e o meio ambiente.
2° edição. Porto Alegre: Bookman, 2001.
- NÓBREGA, O.S.; SILVA, E.R.; SILVA, R.H.:
Química. 1° edição. São Paulo: Editora Ática,
2008. Volume único.
- FELTRE, R.: Fundamentos da Química. 2°
edição. São Paulo: Moderna, 1996. Volume único.
- MORTIMER, E.F.; MACHADO, A.H.: Química.
1° edição. São Paulo: Editora Scipione, 2008.
Volume único.
Para obter a mesma quantidade de energia
liberada na queima de 1 mol de carbono na
equação I, deve-se queimar, conforme a reação
II, uma massa de carbono correspondente a,
aproximadamente,
(A) 55 g
(D) 17 g
(B) 43 g
(E) 12 g
(C) 21 g
Gabarito
1. d
2. a
3. c
4. c
5. a
6. c
7. a
8. a
9. a
10. c
11. d
12. a
13. -57,31KJ/mol
14. a) SO2 + H2O  H2SO3
Ácido sulforoso
b) -233,6KJ/mol
c) Exotérmica
15. + 330KJ/mol
16. -157KJ/mol
17. a) 6L
b) 0,25L
18. a) C8H18(l) + 25O2(g)  8CO2(g) + 9H2O(g)
Ou H5OH(l) + 3O2(g)  2CO2(g) + 3H2O(g)
b) -3419,5KJ/mol
4
c) 3,07 . 10 KJ
19. a) 1074,0kJ
b) 4°C ou 4K
20. A afirmação é incorreta. A dissolução do
etanol é um processo exotérmico.
21. b
25. a
22. c
26. a
23. b
27. a
24. b
28. b
BIBLIOGRAFIA
- USBERCO, J.; SALVADOR, E.: Química. 5°
- PERUZZO, F.M.; CANTO, F.M.: Química: na
abordagem do cotidiano. 4° edição. São Paulo:
Moderna, 2010. Volume 2.
- LISBOA, J.C.F.: Química. 1° edição. São Paulo:
Edições SM, 2010. Volume 2.
- http://tomdaquimica.zip.net/arch2010-12
26_2011-01-01.html
103
Curso Pré Universitário Popular – UFJF
Prof. Carlos Eduardo Físico-Química.
2. 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.
Reação entre solução aquosa de nitrato de chumbo III
e iodeto de potássio (quase instantânea), e formação
de ferrugem em ferro (reação lenta).
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.
1. Teoria da colisão
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 rapidez de uma reação depende da
freqüência das colisões e da fração dessas
colisões que são efetivas, ou seja, colisões com
energia suficiente e orientação favorável.
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).
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.
http://www.colegioweb.com.br/quimica/analise-grafica-da-energia-de-ativacao.html
2. Rapidez 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. Uma
104
105
Curso Pré Universitário Popular – UFJF
das razões para isso é que à medida que a
quantidade de reagentes diminui o número de
colisões efetivas também diminui.
3. Fatores que influem na velocidade das
reações
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.
Prof. Carlos Eduardo
Físico-Química.
A luz é uma forma de energia e pode
interferir na velocidade de algumas reações
químicas. Ao atingir os reagentes, ela transfere
para eles parte sua energia. Dessa forma, como
as partículas reagentes possuem energia maior,
areação ocorre com maior rapidez.
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 + ...
3.2. Temperatura
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.
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.
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.
a velocidade é expressa pela fórmula:
a
b
c
v = k[A] [B] [C] ...
onde k é a constante de velocidade da reação.
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.
EXERCÍCIOS
1. O gráfico mostrado abaixo foi construído com
dados obtidos no estudo de decomposição do íon
2–
tiossulfato (S2 O3 ), 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:
http://w3.ufsm.br/juca/activate.htm
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.
3.6. Luz
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
106
componente é igual a 1,00mol/L. Sabendo-se que
107
Curso Pré Universitário Popular – UFJF
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.
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.
Prof. Carlos Eduardo
Físico-Química.
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,
108
109
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Prof. Carlos Eduardo
Físico-Química.
a partir de iodetos existentes nas águas-mães
das salinas, como mostra a reação escrita abaixo:
H2O2 + 2H3O+ + 2l  4H2 O + 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 . [H2O ]2 . [H3O+]
+
–
d) v = k . [H3O ] . [I ]
Em relação a esse experimento, pede-se:
a) Correlacione as curvas I e II descritas no
gráfico com os produtos formados.
b) A equação balanceada para a decomposição
do N2O5.
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.
c) Calcule a velocidade da reação no intervalo de
1h a 2h.
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. (PISM III) O pentóxido de dinitrogênio (N2O5) é
um sólido cristalino incolor que sublima numa
temperatura próxima à ambiente, também
conhecido por anidrido nítrico. Pode ser
decomposto em oxigênio molecular e em dióxido
de nitrogênio. O gráfico abaixo descreve os
resultados de um experimento, realizado em um
recipiente fechado, sobre a velocidade de
decomposição do N2O5(g), em presença de
catalisador.
10. (UERJ) A irradiação de microondas 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
representa esses experimentos:
química
que
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.
11. 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.
110
111
Curso Pré Universitário Popular – UFJF
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
21
é de 5 x 10 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.
12. (UFJF) Uma forma de se alterar a velocidade
de reações químicas é adicionar uma substância,
denominada de catalisador, que praticamente não
sofre alteração ao final do processo reacional. A
velocidade de decomposição do acetaldeído pode
ser modificada pela adição de iodo gasoso (I2) ao
sistema. Essa reação ocorre em duas etapas que
estão representadas abaixo. Para esse processo,
responda às questões a seguir.
Prof. Carlos Eduardo
Físico-Química.
Após uma série de quatro experimentos, o
estudante representou os dados obtidos em uma
tabela:
Que modificação deveria
ser
feita no
procedimento para obter resultados experimentais
mais adequados ao objetivo proposto?
a) Manter as amostras à mesma temperatura em
todos os experimentos.
b) Manter iguais os tempos necessários para
completar as transformações.
c) Usar a mesma massa de catalisador em todos
os experimentos.
d) Aumentar a concentração dos reagentes A e B.
e) Diminuir a concentração do reagente B.
14. (PUC-PR) 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:
a) Escreva a reação global de decomposição do
acetaldeído.
b) Escreva a expressão para a lei de velocidade
da primeira etapa do processo de decomposição
do acetaldeído.
c) Se, no início, a concentração de acetaldeído foi
-2
-1
de 3,0 x 10 mol.L e, ao atingir o equilíbrio, a
-2
concentração do mesmo é de 1,0 x 10 mol.L
1
, calcule o tempo necessário para a reação
atingir o equilíbrio, considerando que a
velocidade da primeira etapa é igual a 0,50 mol.L
1
-1
.min .
13. (Fuvest) Um estudante desejava estudar,
experimentalmente, o efeito da temperatura sobre
a velocidade de uma transformação química.
Essa transformação pode ser representada por:
A partir desses dados, pode-se concluir que a lei
de velocidade assume a forma
2
A) V = k [quinina]
2
B) V = k [quinina] / [ácido]
2
C) V = k 2 [quinina]
2
D) V = k [quinina] [ácido]
2
E) V = k [ácido] / [quinina]
15. (PUC-RJ) Os antiácidos efervescentes
contêm em sua formulação o ácido cítrico
(H3C6H5O7) e o bicarbonato de sódio (NaHCO 3),
os quais, à medida que o comprimido se dissolve
em água, reagem entre si segundo a equação:
112
113
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Prof. Carlos Eduardo
A liberação de gás carbônico explica a
efervescência (evolução de CO2) observada
quando se dissolve um destes antiácidos.
Com base nessas informações, é CORRETO
afirmar que:
(A) a efervescência será mais intensa se houver
pedras de gelo na água.
(B) um comprimido triturado de antiácido se
dissolverá mais lentamente do que um
comprimido inteiro.
(C) a efervescência será menos intensa se a
água estiver quente.
(D) a temperatura tem papel essencial na
velocidade de dissolução do comprimido.
(E) os componentes do antiácido no estado sólido
reagem mais rapidamente do que em solução
aquosa.
Físico-Química.
BIBLIOGRAFIA
- USBERCO, J.; SALVADOR, E.: Química. 5°
edição. São Paulo: Saraiva, 2002. Volume único.
- FELTRE, R.: Fundamentos da Química. 2°
edição. São Paulo: Moderna, 1996. Volume único.
- NÓBREGA, O.S.; SILVA, E.R.; SILVA, R.H.:
Química. 1° edição. São Paulo: Editora Ática,
2008. Volume único.
- PERUZZO, F.M.; CANTO, F.M.: Química: na
abordagem do cotidiano. 4° edição. São Paulo:
Moderna, 2010. Volume 2.
- LISBOA, J.C.F.: Química. 1° edição. São Paulo:
Edições SM, 2010. Volume 2.
- http://www.infoescola.com/quimica/teoria-docomplexo-ativado/
Gabarito
1. b
2. c
3. d
4. b
5. b
6. b
7. a
8. a
9. a) Curva 1: O2
Curva 2: NO2
b) N2O5(g)  ½ O2(g) + 2NO2(g)
c) 0,2 mol/L.h
10. vm = 24,4g.L-1.min-1
Rendimento: 40%
11. a) vm = 10ppm/ano
15
b) 2 . 10 Kg
12. a) CH3CHO  CH4 + CO
b) v = k[CH3CHO] . [I2]
c) 2,40 segundos
13. c
14. d
15. d
3. EQUILÍBRIO QUÍMICO
As observações nas quais esse capítulo
está baseado são as de que algumas reações
parecem prosseguir até se completar, mas outras
aparentam parar mais cedo.
1. A 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
114
igualam e dizemos que foi atingido o equilíbrio
químico.
115
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Físico-Química.
N2(g) + 3H2(g)
2NH3(g)
-2
∆n = 2 – (1 + 3) = -2, portanto Kp = Kc(RT)
3. Grau de equilíbrio
http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnicaAula.html?aula=767
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.
2. Constante de equilíbrio
No equilíbrio temos v1 = v2. No caso
da reação de formação da amônia:
3
k1[N ][H
2 2 ] = k2[NH3 ]
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.
Concluímos, então, que reagiram 2,00 – 0,80 =
1,20 mols de x. O grau de equilíbrio fica:
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 + ...
4. Deslocamento do equilíbrio
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
relação:
∆n
Kp = Kc (RT)
existe
a
Onde R = constante universal dos gases
T = temperatura (dada em Kelvin)
∆n = (número total de moléculas produzidas) –
(número total de moléculas reagentes).
Exemplo:
Quanto maior for o grau de equilíbrio,
mais terá caminhado a reação até chegar ao
equilíbrio, ou seja, maior o rendimento da reação.
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.
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
116
117
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5. Equilíbrio iônico
Preveja o efeito sobre o equilíbrio quando há (a)
adição de N2 e (b) remoção de NH3.
Solução: (a) A adição de N2 faz a reação
se deslocar na direção que minimiza o aumento
de N2. Portanto a reação desloca-se para a
formação dos reagentes.
(b) Quando o NH3 é removido do sistema,
a reação desloca-se para minimizar essa perda.
A reação tende a favorecer a produção de O 2
e NH3.
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.
Exemplo:
4.2. Pressão
5.1. Equilíbrio iônico ácido-base
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
número de moléculas em fase gasosa (maior
volume).
Exemplo: Preveja o efeito da compressão sobre o
equilíbrio na reação
Solução: Na reação inversa duas moléculas de
NO2 se combinam para formar uma molécula
de N2O4. Então a compressão favorece a
produção de N2O4.
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.
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.
5.2. Equilíbrio iônico da água
A água pura se ioniza segundo a equação:
E sua constante de ionização é expressa por:
Solução: Como a formação de SO3 é exotérmica,
a reação inversa é endotérmica. Então, o
aumento da temperatura do sistema favorece a
decomposição de SO3 em SO2 e O2.
4.4. Catalisadores
Um catalisador pode acelerar a velocidade na
qual uma reação atinge o equilíbrio, mas não
afeta o próprio estado de equilíbrio.
Onde Kw é chamado produto iônico da água.
Medidas experimentais mostram que, a
25°C, Kw vale aproximadamente 10-14 .
118
119
Curso Pré-Universitário Popular – UFJF
É importante notar que:
Professor Carlos Eduardo
Físico- Química
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 HI n:
http://www.agracadaquimica.com.br/index.php?acao=quimica/ms2&i=22&id=519
5.2.1.
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:
Concluímos então, que em uma solução:
Escala de pH:
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.
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.
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:
http://pt.wikibooks.org/wiki/Bioqu%C3%ADmica/pH,_pKa_e_solu%C3%A7%C3%B
5es_tamp%C3%A3o
5.2.2.
Indicadores e pH
http://www.profpc.com.br/equil%C3%ADbrio_qu%C3%ADmico.htm
Exemplos:
120
121
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Professor Carlos Eduardo
Físico- Química
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.
Exemplo:
Quanto menor o Kps menor a solubilidade
da substância em questão e vice-versa.
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)
H2O(g)
EXERCÍCIOS
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:
+ H2(g)
 CO(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 CO 2 e H2 apresenta Kc igual
a
12,5 a 400 °C.
c) a reação entre CO 2 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:
122
Em relação ao equilíbrio dessa reação, é
CORRETO afirmar que:
a) o aumento da
formação de SO2.
temperatura favorece
a
123
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b) o aumento da pressão, mantida a temperatura
constante, favorece a formação de SO2.
c) o aumento da velocidade de produção de SO 3
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 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
–7
concentração de hidroxila igual a 1.10 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
Professor Carlos Eduardo
acidez estomacal.
Físico-Química
124
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.
d) somente os caramujos sobreviveriam
na
solução
A.
e) ambos os animais sobreviveriam em qualquer
das três soluções A, B ou C.
10. Unifor-CE 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
125
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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
-6
hidrogeniônica maior do que 1,0 . 10 mol/L e em
soluções de concentração hidrogeniônica menor
-8
do que 2,5 . 10
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
-1
prata, de concentração igual a 1,0 mol.L , 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
-4
-1
concentração destes íons igual a 3,55x10 g L ).
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
-10
-1
pela expressão [Ag+] + [Cl-] = 1,7 x 10 mol L .
b) Após a diluição da solução de nitrato de prata,
-5
-1
a expressão [Ag+] = [Cl-] = 1,7 x 10 mol L
é verdadeira.
c) A concentração dos íons cloreto na solução
-5
-1
diluída é maior que 1,0x10 mol L .
d) Após a diluição da solução de nitrato de prata,
as concentrações dos íons prata e dos íons
Professor Carlos Eduardo
Físico- Química
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
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. O cloro é comumente utilizado como
desinfetante nas estações de tratamento de água
para torná-la apropriada para o consumo
humano. A reação que ocorre entre o cloro e a
água, na sua forma mais elementar é:
Pergunta-se:
a) Qual o número de oxidação do cloro no
composto HClO?
b) Em que sentido se deslocaria o equilíbrio da
reação química que ocorre entre o Cl2 e a H2O, se
nitrato são iguais.
126
considerarmos as duas situações
abaixo:
1º: o ácido hipocloroso é consumido na
destruição de microorganismos;
2º: uma base é adicionada para controlar o pH
da água.
c) Sabendo-se que o ácido clorídrico é um ácido
mais forte que o ácido hipocloroso, escreva a
expressão da constante de ionização do ácido
que apresenta maior Ka.
127
Curso Pré-Universitário Popular – UFJF
16. A produção de NO através da reação de N 2 e
O2 em motores automotivos é uma das principais
fontes de poluição ambiental:
N2(g)
+
2NO(g)
O2(g)
→
Partindo de 112g de N2 e 128g de O2 contidos
em frasco fechado de 2L, a uma temperatura T°C:
Dados: N = 14u; O = 16u
a) Determine a constante de equilíbrio (Kc), à
temperatura T, sabendo que a massa de NO no
equilíbrio é de 120g.
b) Considerando a formação de NO uma reação
exotérmica, explique como irá variar a constante
de equilíbrio ao aumentarmos a temperatura.
17. A aspirina e o ácido acético são ácidos
monopróticos fracos, cujas constantes de
-4
dissociação são iguais a 3,4 . 10
e 1,8 . 10
5
, respectivamente.
a) Considere soluções 0,1mol/L de cada um
desses ácidos. Qual solução apresentará o menor
pH? Justifique.
b) Se os sais de sódio desses dois ácidos forem
dissolvidos em água, formando duas soluções de
concentração 0,1mol/L, qual dentre as soluções
resultantes apresentará maior pH? Justifique.
18. As concentrações de [H+] e de [OH-] típicas
de algumas soluções encontradas em sua casa
são apresentadas na tabela a seguir. Utilizando
esses dados, responda aos dois itens abaixo.
Professor Carlos Eduardo
Físico- Química
frasco de 1,0 L, com 0,50 mol L-1 de butano e
1,25 mol L-1 de isobutano.
b) Após a adição de mais 1,50 mol de butano ao
frasco original, um novo equilíbrio é estabelecido
e a concentração final de isobutano é de 2,32 mol
-1
L . Qual é a concentração do butano nesse novo
equilíbrio?
c) Equacione a reação balanceada de combustão
completa do isobutano. Sabendo que o calor
-1
envolvido nessa reação é de 2868,72 kJ mol ,
classifique-a como exotérmica ou endotérmica.
20. 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
-11
produto, é 1,0 x 10 mol/L.
c) O hidróxido de amônio é uma base solúvel e
fraca, que só existe em solução aquosa quando
se fazborbulhar amônia em água.
a) Determine o pH da Coca-Cola.
b) Deseja-se neutralizar 100 litros de água de
rejeito da lavanderia, contida em um tanque, pela
adição de uma solução de 0,5 mol/L de ácido
sulfúrico. Determine a quantidade (em litros) de
solução ácida a ser utilizada.
19. (PISM III) O butano é um gás usado, por
exemplo, como combustível em isqueiros, onde,
sob pressão, é armazenado como líquido. Na
presença de catalisador, o equilíbrio é
estabelecido entre os isômeros butano e
isobutano. Sobre esse
equilíbrio e as
características desses compostos, responda às
questões a seguir.
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.
21. Fosfato de cálcio, Ca3(PO4)2,é um dos
principais constituintes dos cálculos renais (pedra
nos rins). Este composto precipita e se acumula
+2
nos rins. A concentração média de íons Ca
-3
excretados na urina é igual a 2 . 10 mol/L.
-3
Calcule a concentração de íons PO4 que deve
estar presente na urina acima da qual começa a
precipitar fosfato de cálcio.
Dados: produto de solubilidade de Ca3(PO4)2 =
1 . 10-25; massas atômicas: Ca = 40, P = 31,
O = 16.
a) Calcule a constante de equilíbrio, Kc, para a
128
reação descrita abaixo, que se processa em um
22. (Fuvest) A isomerização catalítica de
parafinas de cadeia não ramificada, produzindo
129
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seus isômeros ramificados, é um processo
importante na indústria petroquímica.
A uma determinada temperatura e pressão, na
presença de um catalisador, o equilíbrio
é atingido após certo tempo, sendo a constante
de equilíbrio igual a 2,5. Nesse processo, partindo
exclusivamente de 70,0 g de n-butano, ao se
atingir a situação de equilíbrio, x gramas de nbutano terão sido convertidos em isobutano. O
valor de x é
a) 10,0
b) 20,0
c) 25,0
d) 40,0
e) 50,0
23. (Fuvest) Considere 4 frascos, cada um
contendo diferentes substâncias, a saber:
Frasco 1: 100 mL de H2O(l)
Frasco 2: 100 mL de solução aquosa de ácido
acético de concentração 0,5 mol/L
Frasco 3: 100 mL de solução aquosa de KOH de
concentração 1,0 mol/L
Frasco 4: 100 mL de solução aquosa de HNO 3 de
concentração 1,2 mol/L
A cada um desses frascos, adicionaram-se, em
experimentos distintos, 100 mL de uma solução
aquosa de HCl de concentração 1,0 moI/L.
Medindo-se o pH do líquido contido em cada
frasco, antes e depois da adição de HCl(aq), pôdese observar aumento do valor do pH somente
a) nas soluções dos frascos 1, 2 e 4.
b) nas soluções dos frascos 1 e 3.
c) nas soluções dos frascos 2 e 4.
d) na solução do frasco 3.
e) na solução do frasco 4.
24. (Fuvest) A magnitude de um terremoto na
escala Richter é proporcional ao logaritmo, na
base 10, da energia liberada pelo abalo sísmico.
Analogamente, o pH de uma solução aquosa é
dado pelo logaritmo, na base 10, do inverso da
+
concentração de íons H .
Considere as seguintes afirmações:
I. O uso do logaritmo nas escalas mencionadas
justifica-se pelas variações exponenciais das
grandezas envolvidas.
II. A concentração de íons H+ de uma solução
ácida com pH 4 é 10 mil vezes maior que a de
uma solução alcalina com pH 8.
III. Um abalo sísmico de magnitude 6 na escala
Richter libera duas vezes mais energia que outro,
de magnitude 3.
Está correto o que se afirma somente em:
Professor Carlos Eduardo
a) I.
Físico- Química
130
b) II.
c) III.
d) I e II.
e) I e III.
25. (Fuvest) As figuras a seguir representam, de
maneira simplificada, as soluções aquosas de
três ácidos, HA, HB e HC, de mesmas
concentrações. As moléculas de água não estão
representadas.
Considerando essas representações, foram feitas
as seguintes afirmações sobre os ácidos:
I. HB é um ácido mais forte do que HA e HC.
II. Uma solução aquosa de HA deve apresentar
maior condutibilidade elétrica do que uma solução
aquosa de mesma concentração de HC.
III. Uma solução aquosa de HC deve apresentar
pH maior do que uma solução aquosa de mesma
concentração de HB.
Está correto o que se afirma em
a) I, apenas.
b) I e II, apenas.
c) II e III, apenas.
d) I e III, apenas.
e) I, II e III.
26. (Fuvest) Um botânico observou que uma
mesma espécie de planta podia gerar flores azuis
ou rosadas. Decidiu então estudar se a natureza
do solo poderia influenciar a cor das flores. Para
isso, fez alguns experimentos e anotou as
seguintes observações:
I. Transplantada para um solo cujo pH era 5,6 ,
uma planta com flores rosadas passou a gerar
flores azuis.
II. Ao adicionar um pouco de nitrato de sódio ao
solo, em que estava a planta com flores azuis, a
cor das flores permaneceu a mesma.
III. Ao adicionar calcário moído (CaCO3) ao solo,
em que estava a planta com flores azuis, ela
passou a gerar flores rosadas.
Considerando essas observações, o botânico
pode concluir que
a) em um solo mais ácido do que aquele de pH
5,6 , as flores da planta seriam azuis.
b) a adição de solução diluída de NaCl ao solo,
de pH 5,6 , faria a planta gerar flores rosadas.
c) a adição de solução diluída de NaHCO 3 ao
solo, em que está a planta com flores rosadas,
faria com que ela gerasse flores azuis.
131
Curso Pré-Universitário Popular – UFJF
Professor Carlos Eduardo
d) em um solo de pH 5,0 , a planta com flores
azuis geraria flores rosadas.
e) a adição de solução diluída de A_(NO3)3 ao
solo, em que está uma planta com flores azuis,
faria com que ela gerasse flores rosadas.
27. (Fatec) Considere as seguintes misturas:
I. leite de magnésia (suspensão aquosa de
hidróxido de magnésio);
II. limonada ( suco de limão, água e açúcar);
III. salmoura ( cloreto de sódio dissolvido em
água).
Assinale
a
alternativa
que
corretamente, essas três misturas.
classifica,
28. (FGV) Uma das etapas da decomposição
térmica do bicarbonato de sódio ocorre de acordo
com a equação:
2 NaHCO3(s)→ Na2CO3(s) + CO2(g) +
H2O(g)
Considerando que a reação está ocorrendo em
um recipiente fechado, um procedimento
adequado para aumentar a quantidade
de produtos formados seria:
(A) adicionar vapor d’água.
(B) adicionar carbonato de sódio.
(C) aumentar a pressão no recipiente.
(D) adicionar gás carbônico.
(E) abrir o recipiente.
29. (FGV) O gráfico mostra a variação de energia
com o desenvolvimento da reação apresentada
pela equação:
Em relação a essa reação, é correto afirmar:
(A) o aumento de temperatura afeta o equilíbrio
do sistema.
Físico- Química
(B) a adição de catalisador aumenta a constante
de equilíbrio da reação.
132
(C) a adição de catalisador diminui a constante de
equilíbrio da reação.
(D) a adição de reagentes diminui a constante de
equilíbrio da reação.
(E) no equilíbrio, as concentrações de A, B e C
são necessariamente iguais.
30. (FGV) Alterações de pH do solo podem ser
danosas
à
agricultura,
prejudicando
o
crescimento de alguns vegetais, como a soja.
O solo pode tornar-se mais ácido devido à
alteração nas composições de alguns minerais e
ao uso de fertilizantes, ou mais alcalino pela
ausência das chuvas. Os óxidos que, ao serem
adicionados ao solo e entrarem em contato com a
água, podem resolver os problemas de acidez e
alcalinidade são, respectivamente,
(A) CO e SO2.
(B) Na2O e SO2.
(C) Na2O e CO.
(D) CaO e Na 2O.
(E) SO2 e CaO.
31. (FGV) A constante de ionização do ácido
ascórbico, também conhecido como vitamina C, é
–5
igual a 8,0 x 10 . A dissolução de um comprimido
de ácido ascórbico em um copo de água resulta
–1
em uma solução contendo 0,0125 mol L desse
ácido.
O pH dessa solução será igual a
(A) 2.
(B) 3.
(C) 4.
(D) 5.
(E) 6.
32. (IFSP) Certa água mineral do município de
Paço do Lumiar, MA, apresenta pH = 4 a 25°C.
Outra água mineral, de Igarapé, MG, também a
25°C, apresenta pH = 6. Sendo assim, pode-se
afirmar que
I. a concentração de íons H+ (aq) varia de
aproximadamente 100 vezes de uma água para
outra;
II. a água mineral do município maranhense é
mais ácida do que a do município mineiro;
III. as duas águas minerais são misturas de
substâncias.
É correto o que se afirma em
(A) I, apenas.
(B) II, apenas.
(C) III, apenas.
(D) I e II, apenas.
(E) I, II e III.
33. (Mackenzie) O gráfico mostra a variação da
concentração molar, em função do tempo e a
uma dada temperatura, para um determinado
processo reversível representado pela equação
genérica
133
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Físico- Química
Gabarito
Dessa forma, segundo o gráfico, é INCORRETO
afirmar que
a) o sistema entrou em equilíbrio entre 30 e 45
minutos.
b) a curva I representa a variação da
concentração molar da substância A2(g).
c) esse processo tem valor de KC = 0,064.
d) até atingir o equilíbrio, a velocidade média de
–1
–1
consumo do reagente é de 0,04 mol∙L ∙min .
e) até atingir o equilíbrio, a velocidade média de
–1
–1
formação do produto é de 0,08 mol∙L ∙min .
34. (PUC-Minas) A amônia é uma substância
importante, que possui várias aplicações na área
da refrigeração, da limpeza ou dos fertilizantes. O
equilíbrio representativo da formação da amônia
é:
1. b
8. d
2. c
9. d
3. a
10. c
4. a
11. b
5. d
12. e
6. e
13. e
7. b
14. 67
15. a) +1
b)1° situação: direita
2° situação: direita
+
c) Ka = [H ].[Cl ] / [HCl]
16. a) 4
b) Ao aumentarmos a temperatura o valor de
Kc diminuirá.
17. a) Solução de aspirina.
b) Acetato de sódio.
18. a) 3
b)1L
19. a) 2,5
b) 0,93mol/L
c) C4H10 + 13/2 O2  4CO2 +
5H2O Reação endotérmica
20. a) HCl
b) 3
c) K = [NH4OH] / [NH3] ; m = 1,0g
21. 3,53 . 10 -9 mol/L
22. e
29. a
23. e
30. b
24. d
31. b
25. e
32. e
26. a
33. e
27. b
34. d
28. e
35. b
BIBLIOGRAFIA
USBERCO, J.; SALVADOR, E.: Química. 5°
edição. São Paulo: Saraiva, 2002. Volume único.
É CORRETO afirmar que esse equilíbrio será
deslocado no sentido da formação da amônia se:
a) a temperatura for aumentada.
b) a pressão for diminuída.
c) um catalisador for adicionado.
d) a concentração de hidrogênio for aumentada.
35. (PUC-Minas) Na tabela abaixo, assinale a
reação que favorece mais o produto.
FELTRE, R.: Fundamentos da Química. 2°edição.
São Paulo: Moderna, 1996. Volume único.
ATKINS, P.; JONES, L.: Princípios de Química:
Questionando a vida moderna e o meio ambiente.
2° edição. Porto Alegre: Bookman, 2001.
NÓBREGA, O.S.; SILVA, E.R.; SILVA, R.H.:
Química. 1° edição. São Paulo: Editora Ática,
2008. Volume único.
- PERUZZO, F.M.; CANTO, F.M.: Química: na
abordagem do cotidiano. 4° edição. São Paulo:
Moderna, 2010. Volume 2.
- LISBOA, J.C.F.: Química. 1° edição. São Paulo:
Edições SM, 2010. Volume 2.
134
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Curso Pré-Universitário Popular – UFJF
http://ensinodematemtica.blogspot.com/2010/11/e
quilibrio-quimico-entenda-como.html
http://www.infoescola.com/quimica/constante-deequilibrio/
http://www.profpc.com.br/equil%C3%ADbrio_qu%
C3%ADmico.htm
http://www.agracadaquimica.com.br/index.php?ac
ao=quimica/ms2&i=22&id=519
Professor Carlos Eduardo
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;
Zn(s) + CuSO4(aq)  ZnSO4(aq) + Cu(s)
4. 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.
1. Equações de oxi-redução
As reações estudadas nesse capítulo são
particularmente reações de oxi-redução.
A chave para escrever e balancear
equações de reações redox é considerar os
processos
de
redução
e
oxidação
separadamente. Demonstramos então as semireações de ambos os processos.
Exemplos: Mg(s)  Mg (s) + 2e
3+
2+
Fe (aq) + e-  Fe (aq)
2+
2. Pilhas
-
Físico- Química
http://www.cocemsuacasa.com.br/ebook/pages/7827.htm
Os átomos de Zn são convertidos em
2+
Zn
em
um
dos
compartimentos,
liberando elétrons para o circuito externo, como
mostra a semirreação de oxidação:
2+
Zn(s)  Zn
(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
2+
compartimento, onde os íons Cu
são
convertidos em Cu como mostra a semirreação
de redução:
-
2+
Cu
(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:
136
137
Curso Pré-Universitário Popular – UFJF
Professor Carlos Eduardo
Físico- Química
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
2+
zinco e o aumento da concentração de íons Zn
na solução. No cátodo observa-se deposição de
cobre metálico e uma diminuição da concentração
2+
de íons Cu 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)/Zn2+(aq)//Cu2+(aq)/Cu(s)
2.1. Potencial de eletrodo
O potencial de oxidação (Eoxi) de um
eletrodo indica sua tendência a sofrer oxidação,
ou seja, a liberar elétrons. Já o potencial de
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 (∆E). 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, obtiveramse seus E° organizando-os numa tabela.
http://www.cocemsuacasa.com.br/ebook/pages/7834.htm
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:
∆E° = E°catodo – E°anodo
Para a pilha de Daniell:
Zn (aq) + 2e-  Zn(s)
2+
Cu (aq) + 2e  Cu(s)
2+
E° = -0,76V
E° = +0,34V
∆E° = 0,34V – (-0,76V) = +1,10V
O valor positivo de ∆E° indica que a
reação ocorre espontaneamente no sentido
indicado pela equação. Valores negativos de ∆E°
indicam que a reação não é espontânea no
sentido indicado pela equação, ocorrendo
espontaneamente a reação inversa.
138
139
Curso Pré-Universitário Popular – UFJF
Professor Carlos Eduardo
Físico- Química
Como as reações que ocorrem em uma
pilha são espontâneas, o valor de ∆E° sempre
será positivo.
2.3. Corrosão e proteção de uma superfície
metálica
A corrosão é a oxidação não desejada de um
metal. Por ser um processo eletroquímico a série
eletroquímica nos indica por que ocorre e como
pode ser prevenida.
O principal responsável pela corrosão é a
água com oxigênio dissolvido ou o ar úmido.
Na figura abaixo está representado o
mecanismo de corrosão do ferro.
http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnicaAula.html?aula=2092
http://www.serralherialinhares.site50.net/manutencao.html
2.4. Pilhas e baterias comerciais
Na prática, as pilhas mais comuns são:
2.4.1.
Pilhas secas
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).
Uma gota de água na superfície do ferro pode
originar o meio aquoso eletrolítico. A superfície do
metal age como um ânodo de uma pilha
minúscula.
Oxidação do ferro: Fe(s) → Fe2+(aq) + 2eRedução de O2: ½ O2(g) + H2O(l) + 2e → 2OH (aq)
Eq. global: Fe(s) + ½ O2(g) + H2O(l) → Fe(OH)2(s)
Normalmente, o Fe(OH)2 (hidróxido de ferro
II) oxida-se e forma Fe(OH)3
(hidróxido de
ferro III). Como esse processo ocorre em meio
úmido,
a ferrugem é mais bem representada pela fórmula
Fe2O3.3H2O.
Um procedimento possível para proteger o
ferro da corrosão é a galvanização. O processo
de galvanização consiste em revestir o ferro ou o
aço com zinco metálico.
O zinco, que reveste a superfície do ferro,
impede seu contato com o ar úmido ou com a
água que contém oxigênio. Esse zinco também
http://lixosperigosos.blogspot.com/2008/11/pilha-seca.html
Quando está funcionando, a semirreação do
ânodo é:
Zn(s) → Zn2+(aq) + 2eA semirreação catódica é:
2MnO2(s) + H2O(l) + 2e- →
Mn2O
3(s)
+ 2OH-(aq)
imediatamente seguida por:
NH4
(aq)
+ OH (aq) → MH3(g) + H2O(l)
+
-
atua como ânodo de uma pilha.
Zn2+(aq) + 2e- → Zn(s)
2+
Fe (aq) + 2e → Fe(s)
E°= -0,76V
E°= -0,44V
Se o ferro galvanizado fosse exposto ao ar e
à umidade, ele estaria sujeito a ser oxidado a
2+
Fe . Este seria imediatamente reduzido a Fe pelo
zinco, impedindo a formação de ferrugem.
Zn(s) + Fe
2+
(aq)
Zn
→ Fe(s) +
2+
(aq)
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 MnO 2
for totalmente consumido.
2.4.2.
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.
Uma das vantagens dessa pilha sobre as
140
pilhas secas
comuns é que
não se forma
a camada de
a
m
ônia ao redor do cátodo de grafite, evitando a
redução drástica de voltagem.
141
Curso Pré-Universitário Popular – UFJF
Outra vantagem é sua vida média, de cinco a
oito vezes maior.
2.4.3.
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.
Professor Carlos Eduardo
Físico- Química
célula eletrolítica um potencial de corrente elétrica
com valor igual à ∆E°.
No exemplo acima o MgCl2 está
fundido,ou seja, no estado líquido, fazendo os
2+
íons Mg
e Cl
terem mais liberdade
de movimento. O processo eletrolítico descrito
é denominado eletrólise ígnea por não existir
água
no sistema.
3.1. Eletrólise em solução aquosa
http://geocities.ws/hifi_eventos/Como.html
Cada pilha é formada por placas de chumbo
(ânodo) e placas de óxido de chumbo IV (cátodo),
mergulhadas em solução de ácido sulfúrico.
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:
3. Eletrólise
A eletrólise é um processo de forçar uma
reação a ocorrer na direção não-espontânea pelo
uso da corrente elétrica.
http://www.cocemsuacasa.com.br/ebook/pages/9622.htm
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.
Simplificadamente:
http://alfaconnection.net/pag_avsf/fqm0302.htm
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:
Ânodo:
2Cl (fundido)  Cl2(g) + 2e E° red= +1,36
2+
Mg (fundido) + 2e  Mg(l) E°red= - 2,36
Equação da reação global:
2+
2Cl (fundido) + Mg (fundido)  Cl2(g) + Mg(l)
∆E° = E°catodo – E°anodo
∆E° = -2,36V – (1,36V) = -3,72V
O fato de essa diferença de potencial ser
http://www.cocemsuacasa.com.br/ebook/pages/9622.htm
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:
142
negativa indica que a reação não é espontânea.
Para que a reação ocorra deverá ser fornecido à
143
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Professor Carlos Eduardo
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
Físico- Química
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.
m ~ i . ∆t).
Millikan determinou que a carga elétrica
-19
de um elétron é igual a 1,6 . 10 C e, como
sabemos 1 mol de elétrons corresponde a 6,02 .
23
10 e (Constante de Avagadro), a quantidade
de carga transportada pela passagem de 1mol
de
elétrons é dada pelo produto entre esses dois
valores:
-19
1,6 . 10
C . 6,02 . 10
23
4
= 9,65 . 10 C
4
Assim 9,65 . 10 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.
Solução:
Q = i.t
Q = 20 . 9650
Q = 193000 C
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 .
2. 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:
Reação que ocorre no cátodo:
Ag
+
-
(aq)
+ 1e
Ag(s)
A seguir,
estão
representadas
algumas
semirreações eletrolíticas e seus respectivos
potenciais de redução.
EXERCÍCIOS
1. As naves espaciais utilizam pilhas de
combustível, alimentadas por oxigênio e
hidrogênio, as quais, além de fornecerem a
Considerando os dados fornecidos, assinale a
energia necessária para a operação altern RRE
ativa TA.
das naves,
INCO a) A
144
força eletromotriz da pilha Ag/Ag
é + 1,14 V.
+
2+
// Cu
/Cu
145
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Físico- Química
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.
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 marcapassos cardíacos. Seu funcionamento baseia-se
nas seguintes semi-reações:
+
–
Li → Li (aq) + 1e
–
–
2I (aq)→ I2(s) + 2e
E = + 3,04V
E = – 0,54V
Considerando esse tipo de pilha, assinale, no
quadro a seguir, a alternativa correta.
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).
3+
c) ocorre a redução do Fe 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.
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.
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:
146
147
Curso Pré-Universitário Popular – UFJF
C3H8(g) + 5O2(g) → 3CO2(g) + 4H2O(l)
Dadas as semirreações de redução e os seus
potenciais:
3CO2(g) + 2OH
E° = 0,14V
+
+
-
(aq)
+ 2Oe → C3H8(g) + 6H2O(l)
-
O2(g) + 4H (aq) +
→ 2H2O(l)
E° = 1,23V
4e
Pode-se afirmar que a voltagem, nas condições
padrão, de uma pilha de propano é:
a) -1,37V
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:
Professor Carlos Eduardo
Físico- Química
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.
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:
2+
2+
a) Fe + 2e → Zn + 2e
ΔE = + 0,232V
2+
2+
b) Zn + Fe → Zn + Fe
ΔE = + 0,323V
2+
2+
c) Fe + Zn → Zn + Fe
ΔE = – 0,323V
2+
2+
d) Fe + Zn → Zn + Fe
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.
Quais observações são corretas?
a) Apenas I.
b) Apenas II.
c) Apenas III.
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
148
149
Curso Pré-Universitário Popular – UFJF
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
3+
alumínio é dada por: Al + 3e →
Al
Para se produzirem 2,7 g de alumínio metálico, a
carga elétrica necessária, em coulombs, é:
a) 9650
b) 28950
e) 19300
c) 32160
d) 57900
15. O contato com certos metais (como o cobre e
o estanho) pode acelerar a corrosão do ferro e
torná-la mais intensa, enquanto o contato com
metais (como zinco e o magnésio) pode impedir
ou retardar a formação de ferrugem.
Levando-se em conta os valores dos potenciais
(E°) das semi-reações abaixo,
++(aq) + 2e– → Mg(s)
++
Mg
Zn (aq) + 2e– → Zn(s)
++
–
Fe (aq) + 2e → Fe(s)
++
–
Sn (aq) + 2e → Sn(s)
++
–
Cu (aq) + 2e → Cu(s)
–
–
1/2 O2(g) + 2e + H2O (l)→ 2OH (aq)
– 2,37 V
– 0,76 V
– 0,44 V
– 0,14 V
+ 0,36 V
+ 0,41 V
Calcule o ΔE° da pilha formada por ferro e
oxigênio em meio aquoso e ΔE° da pilha formada
por ferro e zinco em meio aquoso;
16. Observe o esquema abaixo representado e
responda:
Dados:
2+
* Zn + 2e– → Zn
Eº = – 0,76 V
Professor Carlos Eduardo
Físico- Química
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 CuSO 4
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.
17.
(UFJF) 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
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
2+
* Cu + 2e– → Cu
Eº = – 0,34 V
150
18. 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.
151
Curso Pré-Universitário Popular – UFJF
Professor Carlos Eduardo
Físico- Química
b) Determine o tempo necessário para a
deposição de todo o cobre existente na solução,
considerando 1F = 96500C.
solução inicial.
Considere as semi-reações de redução dadas a
seguir:
a) Escreva a equação e calcule a
eletromotriz da pilha alumínio-oxigênio.
força
b) Indique o sentido do fluxo de elétrons durante a
recarga da pilha. Justifique sua resposta
19. (PISM III) 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?
20. 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
152
21. (Fuvest) Para investigar o fenômeno de
oxidação do ferro, fez-se o seguinte experimento:
No fundo de cada um de dois tubos de ensaio, foi
colocada uma amostra de fios de ferro, formando
uma espécie de novelo. As duas amostras de
ferro tinham a mesma massa. O primeiro tubo foi
invertido e mergulhado, até certa altura, em um
recipiente contendo água. Com o passar do
tempo, observou-se que a água subiu dentro do
tubo, atingindo seu nível máximo após vários
dias. Nessa situação, mediu-se a diferença (x)
entre os níveis da água no tubo e no recipiente.
Além disso, observou-se corrosão parcial dos fios
de ferro. O segundo tubo foi mergulhado em um
recipiente contendo óleo em lugar de água.
Nesse caso, observou-se que não houve
corrosão visível do ferro e o nível do óleo, dentro
e fora do tubo, permaneceu o mesmo.
Sobre tal experimento, considere as seguintes
afirmações:
I. Com base na variação (x) de altura da coluna
de água dentro do primeiro tubo de ensaio, é
possível estimar a porcentagem de oxigênio no
ar.
II. Se o experimento for repetido com massa
maior de fios de ferro, a diferença entre o nível da
água no primeiro tubo e no recipiente será maior
que x.
III. O segundo tubo foi mergulhado no recipiente
com óleo a fim de avaliar a influência da água no
processo de corrosão.
Está correto o que se afirma em
a) I e II, apenas.
b) I e III, apenas.
c) II, apenas.
d) III, apenas.
e) I, II e III.
153
Curso Pré-Universitário Popular – UFJF
22. (Fuvest) Na década de 1780, o médico
italiano
Luigi
Galvani
realizou
algumas
observações, utilizando
rãs
recentemente
dissecadas. Em um dos experimentos, Galvani
tocou dois pontos da musculatura de uma rã com
dois arcos de metais diferentes, que estavam em
contato entre si, observando uma contração dos
músculos, conforme mostra a figura:
Professor Carlos Eduardo
e) I e III.
24. (FGV) Para que uma lata de ferro não sofra
corrosão, esta pode ser recoberta por uma
camada de um metal, que forma uma cobertura
protetora, evitando a formação de ferrugem.
Considerando somente os valores dos potenciaispadrão de redução dos metais
+
–
Ag + e → Ag°
E° = + 0,80 V
+2
–
Cu + 2 e → Cu°
E° = + 0,34 V
+2
–
Zn + 2 e → Zn°
E° = – 0,76 V
+2
–
Mg + 2 e → Mg°
E° = – 2,37 V
+2
e do ferro, Fe
V,
Interpretando essa observação
com
os
conhecimentos atuais, pode-se dizer que as
pernas da rã continham soluções diluídas de sais.
Pode-se, também, fazer uma analogia entre o
fenômeno observado e o funcionamento de uma
pilha.
Considerando essas informações, foram feitas as
seguintes afirmações:
I. Devido à diferença de potencial entre os dois
metais, que estão em contato entre si e em
contato com a solução salina da perna da rã,
surge uma corrente elétrica.
II. Nos metais, a corrente elétrica consiste em um
fluxo de elétrons.
III. Nos músculos da rã, há um fluxo de íons
associado ao movimento de contração.
Está correto o que se afirma em
a) I, apenas.
b) III, apenas.
c) I e II, apenas.
d) II e III, apenas.
e) I, II e III.
23. (Fuvest) Na produção de combustível
nuclear, o trióxido de urânio é transformado no
hexafluoreto de urânio, como representado pelas
equações químicas:
Sobre tais transformações, pode-se afirmar,
corretamente, que ocorre oxirredução apenas em
a) I.
b) II.
c) III.
Físico- Química
+2e
–
→ Fe° E° = – 0,44
quais desses poderiam ser
prevenir a corrosão do ferro?
(A) Ag e Cu, apenas.
(B) Ag e Zn, apenas.
(C) Cu e Zn, apenas.
(D) Cu e Mg, apenas.
(E) Zn e Mg, apenas.
utilizados para
25. (PUC-Campinas) Considerando uma corrente
elétrica de 1,0 mA, o tempo gasto, em segundos,
para formar 1,0 g de H2, considerando somente
esta reação no cátodo, é, aproximadamente,
7
(A) 9x10
6
(B) 1x10
5
(C) 9x10
5
(D) 1x10
(E) 1x103
Dados:
Semi-reação no cátodo: 2H(aq) + 2e− → H2(g)
4
−1
Constante de Faraday: 9,65x10 C mol
d) I e II.
154
Massa molar (g mol−1): H2 = 2,0
26. (PUC-Campinas) A palha de aço é uma liga
metálica que possui 99% de ferro, em massa.
Para oxidar esse metal, basta colocar a palha de
aço em contato com uma solução aquosa 1 mol
−1
L , a 25°C, de:
(A) ZnI2
(B) AlI3
(C) NaCl
(D) CrCl3
155
Curso Pré-Universitário Popular – UFJF
Professor Carlos Eduardo
(E) CuCl2
27. (PUC-Minas) Dados os seguintes potenciais
padrão de redução:
É CORRETO afirmar que acontecerá uma reação
eletroquímica se um eletrodo de:
a) cobre for mergulhado numa solução de sulfato
de ferro.
b) ferro for mergulhado numa solução de sulfato
de zinco.
c) chumbo for mergulhado numa solução de
sulfato de ferro.
d) zinco for mergulhado numa solução de sulfato
de chumbo.
28. (PUC-RJ) Reações de oxirredução são
aquelas que ocorrem com transferência de
elétrons do agente redutor para o agente
oxidante. A reação do dicromato de potássio com
o iodeto de potássio em presença de ácido
sulfúrico é uma reação de oxirredução que pode
ser representada pela equação simplificada, não
balanceada, apenas com as espécies que
participam do processo:
Sobre essa reação, são formuladas as seguintes
afirmações:
I – Dicromato é o agente oxidante em meio ácido.
II – Iodo é o agente redutor.
III – Um mol de iodeto libera um mol de elétrons,
transformando-se em ½ mol de iodo.
Assinale a opção que
afirmação(ões) CORRETA (S)
(A) I.
(B) II.
(C) III.
(D) I e II.
(E) I e III.
apresenta
a(s)
29. (PUC-RJ) Nas pilhas e nas células
eletrolíticas, ocorrem fenômenos de oxirredução
que envolvem a transferência espontânea e nãoespontânea de elétrons, respectivamente.
Físico- Química
(A) tanto na pilha quanto na célula eletrolítica
ocorre oxidação no anodo e redução no catodo.
(B) na pilha, íons circulam, pela ponte salina, e
elétrons, pelo fio metálico.
(C) na eletrólise de CuSO4, são necessários
193.000 C de carga elétrica para depositar 1 mol
de cobre metálico no eletrodo, considerando-se a
−1
constante de Faraday igual a 96.500 C mol .
2+
2+
2+
(D) numa pilha Zn/Zn //Cu /Cu, o íon Cu é o
agente oxidante.
(E) após eletrólise de solução aquosa de cloreto
de sódio, o pH da solução não se altera.
Gabarito
1. b
8. b
2. c
9. b
3. c
10. b
4. c
11. d
5. b
12. d
6. c
13. e
7. c
14. c
15. ∆E° = + 0,85 V
∆E° = + 0,32 V
16. c) redutora: zinco metálico
oxidante: cobre (II)
3+
2+
17. c) 3Fe + 2Cr  3Fe + 2Cr
2+
Agente oxidante: Fe
Agente redutor: Cr
18. a) 4Al(s) + 3O2(g) + 6H2O(l)  4Al(OH)3(s)
Ddp = 2,71V
b) De D para C.
19. a) Oxidação da prata.
b) Do anodo para o catodo.
+
c) Ag + e  Ag
2+
-2
20. a) CuSO4 → Cu + SO4 ; 0,1mol/L
b) 3860 segundos
21. b
26. a
22. e
27. d
23. e
28. e
24. e
29. e
25. c
BIBLIOGRAFIA
USBERCO, J.; SALVADOR, E.: Química. 5°
edição. São Paulo: Saraiva, 2002. Volume único.
FELTRE, R.: Fundamentos da Química. 2°edição.
São Paulo: Moderna, 1996. Volume único.
Sobre a transferência de elétrons que ocorre nas
pilhas e nas células eletrolíticas, é INCORRETO
afirmar que:
ATKINS, P.; JONES, L.: Princípios de Química:
Questionando a vida moderna e o meio ambiente.
2° edição. Porto Alegre: Bookman, 2001.
156
157
Curso Pré-Universitário Popular – UFJF
NÓBREGA, O.S.; SILVA, E.R.; SILVA, R.H.:
Química. 1° edição. São Paulo: Editora Ática,
2008. Volume único.
http://www.cocemsuacasa.com.br/ebook/pages/9
622.htm
Professor Carlos Eduardo
Físico- Química
Experimento realizado por Rutherford detectou que as
partículas alfa e beta eram desviadas pelo campo
eletromagnético.
Em 1900 foi descoberta a radiação gama
(γ), que não apresenta carga elétrica.
2. Natureza das emissões
5. 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.
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.
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 deuse 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: o
rádio 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.
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.
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.
232
Exemplo: 90Th
4
228
→ 2α + 88Ra
2.2. Radiação beta (β)
As partículas β são elétrons emitidos pelo
núcleo de um átomo instável.
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:
158
159
Curso Pré-Universitário Popular – UFJF
Professor Carlos Eduardo
Quando um átomo emite uma partícula β, o seu
número atômico aumenta de 1 unidade e o seu
número de massa permanece inalterado.
234
Exemplo: 90Th
Físico- Química
Exemplo: Decaimento de 16g
32
32
radioativo 15 P originando o 16 S.
do
isótopo
→ -1β0 + 91Pa234
As partículas β podem penetrar na pele,
causando queimaduras, mas são barradas antes
de atingir os órgãos mais internos do corpo.
2.3. Radiação gama (γ)
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.
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.
Exemplo:
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:
4. Meia-vida
ou
semidesintegração
período
de
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.
A meia-vida pode ser relacionada com
certa massa ou com certo número de átomos, e
não depende nem da quantidade inicial nem de
fatores externos, pois é um fenômeno nuclear.
5. Datação com carbono-14
Na natureza existem três isótopos do
carbono. O menos abundante deles, o carbono14 (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 carbono14 inferiores a10ppb, o que se deve ao
decaimento β ocorrido durante os anos que se
passaram desde a morte do ser vivo.
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.
160
161
Curso Pré-Universitário Popular – UFJF
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.
Professor Carlos Eduardo
Físico- Química
EXERCÍCIOS
1. (ITA) O que acontece com o número
de massa e com o número atômico de um núcleo
instável se ele emite uma partícula beta?
Número de Massa
Número Atômico
a) sem alteração
aumenta de 1 unidade
b) sem alteração
diminui de 1 unidade
c) diminui de 1 unidade
sem alteração
d) aumenta de 1 unidade
sem alteração
e) diminui de 1 unidade
aumenta de 1
unidade
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.
2. (UNIUBE - MG) Os valores da massa e carga
de uma partícula beta negativa (b-) indicam que
esta é idêntica ao:
a) átomo de hidrogênio
d) nêutron
b) átomo de hélio
e) elétron
c) próton
3. (UFSC) 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
d) I, IV e V
b) III, IV e V
e) II, IV e V
c) II, III e V
4. (Ufal) 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:
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.
1
0n
235
+ 92 U
144
55 Cs
1
+ A + 2 0n + energia
Os números atômicos e de massa do elemento A
são, respectivamente:
a) 37 e 90.
d) 42 e 91.
b) 37 e 92.
e) 42 e 94.
c) 39 e 90.
5. (Ufal) O decaimento radioativo do carbono−14
162
é de primeira ordem, e sua meia-vida é de 5.800
163
Curso Pré-Universitário Popular – UFJF
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.
D) 10.200 anos.
B) 8.500 anos.
E) 11.600 anos.
C) 9.700 anos.
6. (UFR-RJ) 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. (UFPB - modificada) 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:
Professor Carlos Eduardo
Físico- Química
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. (Fuvest) 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.
a)
O radioisótopo em questão emite
radiação β .O elemento formado nessa emissão é
127
I ou 54Xe? Justifique.
52Te,
164
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. (Uneb - modificada) 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.
165
Curso Pré-Universitário Popular – UFJF
Professor Carlos Eduardo
e)
O processo de enriquecimento de urânio235 pelo urânio-238, que utiliza da oxidação de
U3O8 a UO2 na presença de hidrogênio.
mais
utilizado
na
preparação
desses
99
radiofármacos. O
Mo é o precursor desse
importante radionuclídeo, cujo esquema de
decaimento é apresentado a seguir:
10. (UPE -modificada) 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.
D) 1/3 da dose letal.
B) 1/4da dose letal.
E) 1/28 da dose letal.
C)1/32 da dose letal.

99
Mo
272
111 Rg
209
83Bi
268
109 Mt
264
107 Bh
260
105 Db
Nesse decaimento, liberam-se apenas:
a) nêutrons.
d) prótons.
b) partículas β
e) partículas α.
c) partículas α e partículas β.
13. (FGV) Os radiofármacos são utilizados em
quantidades-traços com
a
finalidade de
diagnosticar patologias e
disfunções do
organismo. Alguns desses também podem ser
aplicados na terapia de doenças como no
tratamento de tumores radiossensíveis. A maioria
dos procedimentos realizados atualmente em
Tc
X
99
-
Tc

99
Z
Calcule o tempo de meia-vida do polônio-210 e
escreva a equação que representa a reação
nuclear.
+ nêutron
256
103 Lr
99m
- Ao se desintegrar, emite uma partícula alfa;
- Em 420 dias, uma amostra de 200 mg decai
para 25 mg;
Esse novo elemento, representado por Rg, é
instável. Sofre o decaimento:
272
111 Rg

14. (UERJ - modificada) Recentemente, a
imprensa noticiou o caso do envenenamento por
polônio-210 de um ex-agente secreto soviético.
Sabe-se, em relação a esse isótopo, que:
12. (FUVEST- SP) Em 1995, o elemento de
número atômico 111 foi sintetizado pela
transformação nuclear:
+
-
No esquema de decaimento, a radiação X e o
nuclídeo Z e seu número de nêutrons são,
respectivamente:
a) gama, Ru e 55.
d) alfa, Ru e 53.
b) gama, Mo e 57.
e) alfa, Rh e 54
c) beta, Rh e 54.
11. (ITA-SP) Suponha que um metal alcalino
terroso se desintegra radioativamente emitindo
uma partícula alfa. Após três desintegrações
sucessivas, em qual família da tabela periódica
deve-se encontrar o elemento resultante desse
processo?
A) 13 (III)
D)16 (VI A)
B) 14 (IV A)
E)17 (VII A)
C)15 (V A)
64
28Ni
Físico- Química
252
101 Md
15. (Mackenzie) 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
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,
99m
sendo o
Tc (m = metaestável) o radionuclídeo
166
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.
d) 120 anos e 9,50 g.
c) 150 anos e 9,50 g.
e) 120 anos e 4,75 g.
b) 120 anos e 6,25 g.
167
Curso Pré-Universitário Popular – UFJF
16. (FGV) 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.
Professor Carlos Eduardo
Físico- Química
É correto o que se afirma em:
(A) I, somente.
(D) I e III, somente.
(B) II, somente.
(E) I, II e III.
(C) III, somente.
19. (Fuvest) Em 1999, a região de Kosovo, nos
Bálcãs, foi bombardeada com projéteis de urânio
empobrecido, o
que
gerou
receio de
contaminação radioativa do solo, do ar e da água,
pois urânio emite partículas alfa.
a) O que deve ter sido extraído do urânio natural,
para se obter o urânio empobrecido? Para
que se usa o componente retirado?
b)
Qual a equação da primeira desintegração
nuclear
do
urânio-238?
Escreva-a,
identificando o nuclídeo formado.
x
Dados: Ai/Af = 2 , 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.
d) 4 meses.
b) 30 dias.
e) 6 meses.
c) 2 meses.
17. (UFPI) A análise de uma amostra de um
meteorito indicou que este contém 3 átomos de
206
238
Pb para cada átomo de U. Considerando que
206
nenhum átomo
Pb estaria presente na
formação do meteorito e que este é formado pelo
238
9
decaimento do
U, suja meia vida é 4,5.10
anos, marque a alternativa correta para a idade
do meteorito:
9
9
a) 4,5.10 anos
d) 18.10 anos
9
9
b) 9,0.10 anos
e) 22,3.10 anos
9
c) 13,5.10 anos
18. (PUC-CAMPINAS) 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
24
Na
–
é o caso do 11 , emissor de partículas β ,
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.
Dados: composição do urânio natural:
U-238 - 99,3%
U-235 - 0,7%
9
Meia-vida do U-238 -> 5 x 10 anos
20. (UFPI) No acidente nuclear de Chernobyl, a
falha no sistema de refrigeração resultou no
aquecimento que deu origem à explosão seguida
de incêndio de grandes blocos de grafite,
lançando no ar 6 a 7 toneladas de material
radioativo. A alternativa usada para controlar o
processo foi o aterramento do reator com
toneladas de areia e concreto.
Indique a alternativa correta:
235
U
92
a) O
decai com emissão de 7 partículas
alfa e quatro partículas beta para produzir
206
Pb
82
.
b) Os efeitos sobre o meio ambiente pela
137
liberação do isótopo
Cs ( meia-vida
30
anos) deverão ser detectados até 30 anos
após o acidente.
c) A energia gerada em usinas nucleares se
origina de um processo de fusão nuclear.
235
U
d) A fissão do 92 se dá por um processo de
reação em cadeia.
e) Blocos
de
grafite
funcionam
como
aceleradores, aumentando a velocidade dos
nêutrons.
21. (PUC-Campinas) A água comum de rios
1
contém para cada mol de H2 O uma quantidade
-18
3
1
3
de 8x10 mol de H2 O. ( H hidrogênio, H trítio).
O trítio é radioativo, com meia-vida igual a 12,3
anos. Numa amostra de água, analisada após
decorridos 24,6 anos de sua coleta, qual o valor
168
169
Curso Pré-Universitário Popular – UFJF
Professor Carlos Eduardo
1
graves que essa alternativa de geração de
eletricidade não nos permite ficar tranquilos.
mol de H2O
3
da
relação
mol de H2O
Físico- Química
?
18
a) 6x10
17
b) 5x10
16
c) 2x10
-18
d) 4x10
-17
e) 1x10
22. (ENEM) O funcionamento de uma usina
nucleoelétrica típica baseia-se na liberação de
energia 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.
23. (ENEM) 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
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
es
tá-se
tornando
uma
necessidade
inquestionável.
24.
(UERJ)
Em
1982,
foi
produzido,
sinteticamente, em reator atômico, o elemento
radioativo meitnério de símbolo Mt, cujo número
atômico é 109 e número de massa do isótopo
mais estável é 266. O elemento foi produzido de
acordo com a reação nuclear representada pela
equação a seguir:
209
83 Bi
56
+ 26 Fe
264
109 Mt
+X
A partícula X produzida de acordo com a equação
acima é
a) Próton
b) Elétron
c) Nêutron
d) Pósitron
25. (UnB – DF) “Ao capturar um nêutron, um
átomo de urânio pode sofrer um processo de
fissão, que resulta na desintegração de seu
núcleo. Formam-se assim dois elementos mais
leves (por exemplo, bário de criptônio), com
emissão simultânea de 2,5 nêutrons, em média,
por núcleo.”
(“ O Funcionamento do Reator”. ln: Ciência Hoje, nº32, vol.6)
Com o auxílio do texto, julgue os itens seguintes.
(1) Os átomos de bário e criptônio são isótopos
do átomo de urânio que os originou.
(2) No processo de fissão nuclear citado, é
também possível a formação de átomos de
massa maior do que a do átomo de urânio.
(3) A emissão de 2,5 nêutrons, em média, por
núcleo significa que podem estar ocorrendo
reações que produzirão 3 nêutrons e reações que
170
produzirão 2 nêutrons.
171
Curso Pré-Universitário Popular – UFJF
26. (UNICAMP) Entre o doping e o desempenho
do atleta, quais são os limites? Um certo “β
bloqueador”, usado no tratamento de asma, é
uma das substâncias proibidas pelo Comitê
Olímpico Internacional (COI), já que provoca um
aumento de massa muscular e diminuição de
gordura. A concentração dessa substância no
organismo pode ser monitorada através da
análise de amostras de urina coletadas ao longo
do tempo de uma investigação.
O gráfico mostra a quantidade do “β bloqueador”
contida em amostras da urina de um indivíduo,
coletadas periodicamente durante 90 horas após
a ingestão da substância. Este comportamento é
válido também para além das 90 horas. Na escala
de quantidade, o valor 100 deve ser entendido
como sendo a quantidade observada num tempo
inicial considerado arbitrariamente zero.
a) Depois de quanto tempo a quantidade
eliminada corresponderá a 1/4 do valor inicial,
ou seja, duas meias-vidas de residência da
substância
no
organismo?
b)
Suponha que o doping para esta substância
seja considerado positivo para valores acima
–6
-1
de 1,0 x 10
g.mL
de urina (1
micrograma por mililitro) no momento da
competição.
Numa amostra coletada 120 horas após a
competição,
foram
encontrados
15
microgramas de “β bloqueador” em 150 mL
de urina de um atleta. Se o teste fosse
realizado em amostra coletada logo após a
competição, o resultado seria positivo ou
negativo? Justifique.
27. (FUVEST) O isótopo 14 do carbono emite
radiação β, sendo que 1 g de carbono de um
vegetal vivo apresenta cerca de 900 decaimentos
β por hora – valor que permanece constante, pois
as plantas absorvem continuamente novos
14
átomos de C da atmosfera enquanto estão
Professor Carlos Eduardo
Físico- Química
β por hora por grama de carbono. Assim, essa
ferramenta deve datar, aproximadamente, de
a) 19 100 a.C.
d) 7 400 a.C.
b) 17 100 a.C.
e) 3 700 a.C.
c) 9 400 a.C.
Dado: tempo de meia-vida do 14C = 5 700 anos
28. (FGV) O isótopo de massa 226 do elemento
químico rádio (22688Ra) é produzido naturalmente
238
a partir do decaimento radioativo do
92 U.
Os números de partículas alfa e beta emitidas
para a
obtenção de um átomo de 22688Ra a partir do
238
92U são, respectivamente,
vivas. Uma ferramenta de madeira, recolhida num
sítio arqueológico, apresentava 225 decaimentos
172
(A) 2 e 3.
(B) 3 e 1.
(C) 3 e 2.
(D) 3 e 3.
(E) 4 e 1.
29 (Mackenzie) Em 2010 uma cápsula de um
isótopo radioativo X foi encontrada por um perito
da CNEN (Comissão Nacional de Energia
Nuclear) durante a varredura de um galpão
abandonado. Ao analisar essa cápsula, o perito
observou que a mesma havia sido lacrada em
1990 com 80 g do referido isótopo. Em seguida, a
cápsula foi encaminhada a um laboratório
especializado e, após análises realizadas,
verificou-se que ainda restavam 2,5 g do isótopo
radioativo no interior da mesma. Assim, o perito
concluiu que se tratava de um isótopo com a
meia-vida de aproximadamente
a) 2 anos.
d) 8 anos.
b) 4 anos.
e) 10 anos.
c) 6 anos.
30. (PUC-Campinas) As reações nucleares das
bombas atômicas são iniciadas e mantidas pelos
nêutrons. Por exemplo, um núcleo de plutônio
físsil, Pu, quando é atingido por um nêutron,
quebra, gerando energia e outros nêutrons. Na
reação de fissão de plutônio
a quantidade de nêutrons
corretamente a lacuna é
(A) 1
(D) 4
(B) 2
(E) 5
(C) 3
que
completa
31. (PUC-Campinas) A Era Atômica foi marcada
por várias descobertas. Entre elas, a cisão do
núcleo de urânio realizada pelos físicos alemães
Otto Hahn e Fritz Strassman, em 22 de dezembro
de 1922. A equação que representa esse
processo é
O número de nêutrons para o elemento urânio,
nessa equação é
(A) 235
(D) 90
(B) 143
(E) 20
173
Curso Pré-Universitário Popular – UFJF
(C) 92
Professor Carlos Eduardo
Físico- Química
http://www.brasilescola.com/fisica/fissaonuclear.htm
http://www.if.ufrj.br/teaching/radioatividade/fnebo
mba.html
http://www.coladaweb.com/quimica/quimicanuclear/
http://www.alunosonline.com.br/quimica/periodomeiavida.html
Gabarito
1.
2.
3.
4.
5.
6.
a
e
d
a
e
a) 1200mg
60
b) Os 750mg de
Co que restaram
correspondem a 6,25% da amostra inicial.
7. e
13. a
131
8. a) Xe
14. 140 dias
9. c
15. e
10. e
16. b
11. b
17. b
12. e
18. e
235
19. A) A retirada do U empobrece o minério
235
de urânio. O U é físsil podendo ser usado como
“combustível” nuclear para obtenção de energia.
238
U
b) 92
20. d
21. b
22. c
26. a) Depois
passado 60 horas.
b)
27. C
28. c
29. b
234
90 Th
4
+ 2
23. d
24. c
25. Falso, falso, verdadeiro.
de duas meias-vidas terão
30. e
31. b
BIBLIOGRAFIA
USBERCO, J.; SALVADOR, E.: Química. 5°
edição. São Paulo: Saraiva, 2002. Volume único.
FELTRE, R.: Fundamentos da Química. 2°edição.
São Paulo: Moderna, 1996. Volume único.
- PERUZZO, F.M.; CANTO, F.M.: Química: na
abordagem do cotidiano. 4° edição. São Paulo:
Moderna, 2010. Volume 2.
- LISBOA, J.C.F.: Química. 1° edição. São Paulo:
Edições SM, 2010. Volume 2.