Gases Capítulo 09 tema de abertura: Atmosfera da Terra e seus gases A atmosfera terrestre é uma camada de gases que envolve a Terra e retida pela força da gravidade. A atmosfera terrestre protege a vida na Terra absorvendo a radiação ultravioleta solar, aquecendo a superfície por meio da retenção de calor (efeito estufa), e reduzindo os extremos de temperatura entre o dia e a noite. O ar seco contém, em volume, cerca de 78,09% de N2 nitrogênio, 20,95% de O2 oxigênio, 0,93% de argônio, 0,039% de CO2 gás carbônico e pequenas quantidades de outros gases, como metano, óxido nitroso e o ozônio. O ar contém uma quantidade variável de vapor de água, em média 1%. Uma conseqüência da presença da atmosfera, é a presença da pressão, que essa ocasiona, assim quanto maior a coluna, maior a pressãp, pois uma massa maior de ar exerce uma força maior. Em Santos a nivel do mar temos uma pressão atmosférica de 1 Atm, ou 1 Bar, ou 760mmHg.. 9 1. Características Físicas dos Gases Um gás apresenta as seguintes características: - Densidade; relativamente baixa - Volume; sensível as mudanças de temperatura e pressão, por isso é "compressível". - Difusão rápida, espalhando-se rapidamente, de forma a se distruibuir homogeneamente e preencher totalmente qualquer recipiente. 9 .2 Gas Real e Gás Ideal Os gases reais não se expandem infinitamente,. Isto se deve a que entre suas partículas, quer sejam átomos como nos gases nobres ou moléculas como no (O2) e na maioria dos gases, se estabelecem umas forças bastante pequenas, devido aos mudanças aleatórias de suas carga eletrostáticas, a que se chama forças de Van der Waals,(Dipolo induzido, D-induzido) Um gás ideal ou perfeito é um modelo idealizado, para o comportamento de um gás, é um gás teórico composto de um conjunto de partículas pontuais movendo-se aleatoriamente (movimento Browniano) e não interagindo. Assim, por exemplo, os gases nobres por serem compostos de moléculas monoatômicas e terem baixíssima reatividade, sobre tudo o hélio, têm um comportamento bastante próximo ao ideal. 01. (Unicamp - 2013 - 2 ªF) Na década de 1960, desenvolveu-se um foguete individual denominado “Bell Rocket Belt", que fez grande sucesso na abertura das Olimpíadas de 1984. Simplificadamente, esse foguete funciona à base da decomposição de peróxido de hidrogênio contido no compartimento 2, onde ele é estável. Abrindo-se a válvula 3, o peróxido de hidrogênio passa para o compartimento 4, onde há um catalisador. Nesse compartimento, o peróxido se decompõe muito rapidamente, de acordo com a equação abaixo: -1 H2O2(l) H2O (g) + ½ O2(g); ΔH= - 54 kJ mol O Botijão de Gás:: é o nome que se dá aos recipientes utilizados para a distribuição de GLP, também conhecido como gás de cozinha, sua venda foi em 30 de agosto de 1937, as dificuldades iniciais foram muitas, principalmente relacionadas à desconfiança do consumidor diante de um produto tão inovador e à garantia do suprimento de gás, sua capacidade completa contém em seu interior cerca de 85% de GLP em estado liquefeito e 15% em estado vapor. O GLP é formado por vários hidrocarbonetos sendo os principais o propano C3H8 e o butano. C4H10. a molécula de butano é mais pesada assim sua tendência em uma mistura é a de ficar depositada no fundo do recipiente de armazenagem.. O GLP não é corrosivo, poluente e nem tóxico, mas se inalado em grande quantidade produz efeito anestésico e também asfixia, pois empurra o gás respirável do ambiente em que se encontra. Por não possuir cor nem odor próprio, por motivo de segurança nele é adicionado a substância (Mercaptano ou Tiol) ainda nas refinarias, para facilitar sua detecção. Qual o gás que o ovo podre, que flutua, liberava ? É o H2S sulfeto de hidrogênio, gás, com odor de ovos podres e carne em decomposição (cadáver), em solução aquosa chamado de ácido sulfídrico.. Com base nessas informações, responda: a) No funcionamento do dispositivo há liberação ou absorção de energia? Justifique. b) Considerando a decomposição total de 68 quilogramas de peróxido de hidrogênio contidos no dispositivo, quantos metros cúbicos de gases são produzidos? Leve em conta que nas condiçoes de uso do dispositivo o volume molar gasoso é de 0,075 m3 mol-1. 40 Não esqueça!: Cap 2 Densidade é a massa m total em (g) dividido pela volume dado em (cm3l). m d= total V Não esqueça!: Cap 4 Número de mol é a massa m em (g) dividido pela massa molar Mm em (g/mol). n= m Mmolar Não esqueça!: Cap 8 Concentração Pode ser a Comum «C» dada em massa m em gramas (g) dividido pelo volume V em litros(l): m C= soluto Vsolvente Pode ser a Molar «M» dada em nº de mol «n» em (mols) dividido pelo volume V em litros(l).. n M= soluto Vsolvente 4 .2 Transformações Regra do Octeto físicas de Gases 9 .3 As soluções podem se apresentar em três estados da matéria, neste cápitulo estudaremos as líquidas., essas soluções são compostas por dispersos (solutos) ., como moléculas ou íons envolvido em sólidos, líquidos ou gases que atuam como dispersantes (solventes que existentes em maior quantidade na solução). PINICIAL.VINICIAL PFINAL . VFINAL = Constante= TFINAL TINICIAL VF VI PI PF = = Ti Ti TiF TiF Lei de Boyle Lei de Gay-Lussac Lei de Charles Transformações Transformações Transformações Isotérmicas, isso é a Báricas, isso é a Pressão Isovolumétricas, ou Isocóricas, Temperatura T=constante isso é a Volume V=Cte P = constante PIVI = PFVF A Lei Geral dos Gases: Soluções Sólidas: uma liga metálica de cobre com estanhoque é uma mistura de substâncias P.V = Constante=n.R T Volume Molar Gasoso: P.V = n.R.T É o volume ocupado por 1 mol uma determinada condição de Pressão e temperatura, se essa varias o Vm P.Vm = 1.R.T 04. (Unicamp - 2007 - 2 ªF Adap) dos gás variará. .As frutas são produtos agrícolas de grande importância comercial Exercícios e n u t r i c i o n a l . . . s e u 02. (Unicamp - 2012 - 2 ªF) Recentemente a Prefeitura de São Paulo ameaçava a m a d u r e c i m e n t o p o d e s e r fechar as portas de um centro comercial por causa do excesso de gás metano controlado artificialmente com os em seu subsolo. O empreendimento foi construído nos anos 1980 sobre um gases, etileno C2H4 ou acetileno lixão e, segundo a CETESB, o gás metano poderia subir à superfície e, C 2 H 2 , um processo conhecido eventualmente, causar explosões. desde 1940. a) Uma propriedade que garante a ascensão do metano na atmosfera é a sua c) Os dois gases apresentados no densidade. Considerando que os gases se comportam como ideais, e que a texto, sob mesma condição de massa molar média do ar atmosférico é de 28,8 g mol-1, justifique esse t e m p e r a t u r a e p r e s s ã o , comportamento do metano em relação ao ar atmosférico. têmdensidades muito próximas, b) Na época do acontecimento, veiculou-se na imprensa que, “numa mistura mas um deles é mais denso. Qual é com o ar, se o metano se encontra dentro de um determinado percentual (5% a o mais denso? Justifique sua 15% em volume quando em ar ambiente com 21% de oxigênio) e existe uma resposta. faísca ou iniciador, a explosão irá ocorrer”. Partindo-se do ar atmosférico e de 05. (Unicamp - 2006 - 1 ªF Adap) A utilização do gás natural veicular (GNV) já é uma realidade nacional no transporte de passageiros e mercadorias. a) No Capitulo 5 b) Nos postos de abastecimento, os veículos são comumente abastecidos até que a pressão do seu tanque atinja 220 atmosferas. Considerando que o tanque do veículo tenha uma capacidade de 100 litros, qual deveria ser o volume do tanque se essa mesma quantidade de gás fosse armazenada à pressão de uma atmosfera, e à mesma temperatura? 41 metano gasoso, seria possível obter a mistura com a composição acima mencionada, pela simples mistura desses gases? Justifique. 03. (Unicamp - 2008 - 2 ªF) Após a limpeza do banheiro, Rango foi à sala e removeu todos os móveis e, de tão feliz e apaixonado, começou a cantarolar: “Beijando teus lindos cabelos, Que a neve do tempo marcou... Estavas vestida de noiva, Sorrindo e querendo chorar...” De repente, volta à realidade lembrando que tinha que limpar aquela sala de 50 m2 e de 3 m de altura, antes que Dina voltasse. “Hoje a temperatura está em 32 ºC e a pressão atmosférica na sala deve ser, aproximadamente, 4 vezes o valor da minha pressão arterial sistólica (180 mmHg ou aproximadamente 21.000 Pa), sem medicação. Ah, se eu fosse tão leve quanto o ar dessa sala!”, pensava Rango... a) “Se o ar se comporta como um gás ideal, quantos mols dessa mistura gasosa devem estar presentes aqui nasala?” b) “Se minha massa corpórea é de 120 kg, e eu acho que estou fora do peso ideal, então, se eu tivesse a mesma massa que o ar dessa sala, eu estaria melhor? Por quê?”. Dados: constante dos gases = 8,314 Pa m3 mol-1 K-1, T/ K = 273 + t / ºC; o ar é composto de, aproximadamente, 78% em massa de nitrogênio, 21% de oxigênio, 1,0 % de argônio. Polímeros Capítulo 10 01. (Unicamp - 2014 - 2 ªF) O policarbonato representado na figura abaixo é um polímero utilizado na fabricação de CDs e DVDs. O policarbonato, no entanto, foi banido da fabricação de mamadeiras, chupetas e vários utensílios domésticos, pela possibilidade de o bisfenol A, um de seus precursores, ser liberado e ingerido. De acordo com a literatura científica, o bisfenol A é suspeito de vários malefícios para a saúde do ser humano. a) Em contato com alguns produtos de limpeza e no aquecimento em micro-ondas, o policarbonato pode liberar unidades de bisfenol A que contaminam os alimentos. Sabendo-se que um fenol tem uma hidroxila ligada ao anel benzênico, escreva a estrutura da molécula do bisfenol A que poderia ser liberada devido à limpeza ou ao aquecimento do policarbonato. b) Represente a fórmula estrutural do fragmento do polímero da figura acima, que justifica o uso do termo “policarbonato” paraesse polímero. 02. (Unicamp - 2012 - 2 ªF) A questão ambiental relativa ao destino de plásticos utilizados é bastante antiga e algumas propostas têm sido feitas para contornar esse problema. A mais simples é a queima desses resíduos para aproveitamento da energia, e outra é o seu reuso após algum tratamento químico. Para responder aos itens a e b, considere a estrutura abaixo como um fragmento (C10H8O4) representativo do PET. a) Levando em conta a equação de combustão completa do fragmento do PET, calcule a energia liberada na queima de uma garrafa PET de massa igual a 48 gramas. b) No tratamento químico da embalagem PET com solução de hidróxido de sódio ocorre uma reação de hidrólise que remove uma camada superficial do polímero, e que permite a reutilização da embalagem. Com base nessas informações complete a equação química de hidrólise do fragmento de PET, no espaço de respostas. Dados de entalpia de formação em kJ mol-1: fragmento = -476; CO2 = -394; H2O = -286. 03. (Unicamp - 2010 - 2 ªF) Marcas Esmaecidas - Gel feito de látex natural é a mais recente promessa para combater rugas. Um teste preliminar realizado com 60 mulheres de idade próxima a 50 anos indicou uma redução de 80% das rugas na região da testa e dos olhos, após quase um mês de uso diário de um gel antirrugas feito de látex da seringueira. Esses dados são parte de uma reportagem sobre farmacologia, divulgada pela Revista n°157. a) O látex natural, a que se refere o texto, é uma dispersão coloidal de partículas de polímeros que, após coagulação, leva à formação da borracha natural. A partir da estrutura dos monômeros fornecidos no espaço de resposta, represente dois polímeros do látex, usando 4 monômeros em cada representação. b) Calcule a massa molar (g mol-1) de um látex cuja cadeia polimérica, para efeito de cálculo, é constituída por 10.000 unidades do monômero. 04. (Unicamp - 2009 - 2 ªF) Um maiô produzido com material polimérico foi utilizado pela maioria dos competidores de natação em Beijing. Afirma-se que ele oferece uma série de vantagens para o desempenho dos nadadores: redução de atrito, flutuabilidade, baixa absorção de água, ajuste da simetria corporal e melhoria de circulação sanguínea, entre outras. O tecido do maiô é um misto de náilon e elastano, esse último, um copolímero de poliuretano e polietilenoglicol. a) A cadeia do poliuretano a que se refere o texto está parcialmente representada abaixo. Preencha os quadrados com símbolos atômicos, selecionados entre os seguintes: H, F, U, C, N, O, Sn. b) O náilon, que também forma o tecido do maiô, pode ser obtido por reações entre diaminas e ácidos dicarboxílicos, sendo a mais comum a reação de hexametilenodiamina e ácido adípico. De acordo com essas informações, seria possível utilizar o ácido lático, citado na questão nº 3, para se preparar algum tipo de náilon? Justifique. 42 Respostas do Capitulo 9 GASES Q01 a)Há liberação de energia. Como mostra a equação termoquímica, a entalpia da reação tem sinal negativo, o que significa que é uma reação que libera energia (exotérmica). b) H2O2(l) 1 H2O (g) + ½ O2(g) 34 g ([1,0+0,5] x 0,075 m3) 68.000 g (68 kg) V, então V= (68.000 x 1,5 x 0,075) / 34 V = 225 m3 é o volume prod. de gases Q02 a) Considerando o ar atmosférico e o metano (CH4) como gases ideais, vale a equação de estado PV = nRT, que pode ser modificada para d = M P/ R T , em que M é a massa molar do gás. A massa molar média do ar é 28,8 g mol-1, enquanto a do metano é 16 g mol-1, o que significa que o metano é menos denso (1,8 vezes menor) que o ar e que, portanto, ascende na atmosfera. b) Não seria possível obter a mistura com a composição descrita, já que o ar tem cerca de 21% em volume de oxigênio. Portanto, ao misturá-lo com o metano puro, a porcentagem de oxigênio na mistura só poderia ficar menor que 21%. Q03 a) P V = n R T = 4 x 21.000 x (50x3) = n 8,314 x 305 n = 4.969 mol. b) Em 100 gramas de ar há 78 g de N2, 28 g de O2 e 1 g de Ar. Assim, a quantidade em mol dos gases em 100 g de ar é: N2 = 78/28= 2,786, O2 = 21/32 = 0,656 e Ar = 1/40 = 0,025 mols. A quantidade total de mols em 100 g de ar = (2,786 + 0,656 + 0,025) = 3,467 mols Assim, 100 g 3,467 mols mar 4969 mols mar ~ 143 kg Logo, Rango seria mais pesado ainda se sua massa fosse igual à do ar daquela sala. Q04 c) O etileno é mais denso: acetileno: C2H2 M = 26 g mol-1 etileno: C2H4 M = 28 g mol-1 Considerando os gases como ideais: PV= nRT n/V = P/RT = m/(VxMm) = P/RT = d/Mm = P/RT, e, portanto, a densidade d será: d = (Mm)P/ RT. Assim, como a massa molar (Mm) do etileno é maior que a do acetileno, sua densidade é, também, maior. Q05 b) O P1 V1 = P2 V2 220 x 100 = 1 x V2 V2 = 22.000 litros; volume do tanque Respostas do Capitulo 10 POLÍMEROS Q01 a)Aestrutura do Bisfenol A é: b) a estrutura do carbonato é: Q02 a)AA equação química da combustão do fragmento é: C10H8O4 + 10 O2 10 CO2 + 4 H2O ∆combH = ƩHfprodutos – Ʃhfreagentes= {10x (-394) + 4 x (-286)} – {(-476)+4x{0}} -1 ∆combH = -4608 kJ mol 4698 kJ 192 g ( 1 mol de C10H8O4) Energia 48 g ........................................Energia por garrafa = -1152 kJ b) Duas possiveis reações de hidrólise Q03 a) Dois exemplos de polimerização: (existem outras) b) A fórmula molecular do monômero é: C5H8. Portanto, sua massa molar é igual a (5x12 + 8x1) = 68 g/mol A massa molar do polímero é igual a 10.000(nº de monomeros) x 68 = 680.000 g mol-1 Q04 a) ao lado: b) Não. O ácido lático não poderia ser . usado para produzir um tipo de náilon, pois conforme o texto da questão, a reação requer um ácido dicarboxílico e o ácido lático é um ácido monocarboxílico.. 43