Resposta
Questão 8
Na reciclagem de plásticos, uma das primeiras etapas é a separação dos diferentes tipos
de materiais. Essa separação pode ser feita
colocando-se a mistura de plásticos em líquidos de densidades apropriadas e usando-se o
princípio do “bóia, não bóia”. Suponha que
um lote de plásticos seja constituído de polipropileno (PP), polietileno de alta densidade
(PEAD), poliestireno (PS) e cloreto de polivinila (PVC), cujas densidades são dadas na tabela.
Material
Densidade (g/cm3 )
PP
0,90 – 0,91
PEAD
0,94 – 0,96
PS
1,04 – 1,08
PVC
1,22 – 1,30
a) Cálculo da massa de etanol na mistura:
0,78 kg etanol
1 000 l etanol ⋅
= 780 kg etanol
1 l etanol
1442443
densidade
Cálculo da massa de água na mistura:
1 kg água
1 000 l água ⋅
= 1 000 kg água
1 l água
14243
densidade
Portanto, a massa da mistura é de 1 780 kg. Podemos calcular sua densidade da seguinte forma:
1 780 kg
m
d =
⇒d =
⇒ d = 0,89 kg/ l
V
2 000 l
ou
d = 0,89 g/cm 3
Portanto, a mistura não é adequada. Como tanto
o PP como o PEAD possuem densidades superiores à da mistura, os dois irão se depositar, não
podendo ser separados.
b) A estrutura que se repete no PVC é representada por:
O esquema de separação desses materiais é:
A presença do átomo de cloro faz com que o polímero possua forças intermoleculares mais intensas e, portanto, uma maior densidade.
Outro fator que contribui para a maior densidade
do PVC é que o cloro possui massa molar maior
que a do carbono e do hidrogênio.
Questão 9
a) Para a separação PP – PEAD, foi preparada
uma solução misturando-se 1000 L de etanol
com 1000 L de água. Ela é adequada para esta
separação? Explique, calculando a densidade
da solução. Suponha que os volumes são aditivos. Dados de densidade: água = 1,00 kg/L e
etanol = 0,78 kg/L.
b) Desenhe um pedaço da estrutura do PVC e
explique um fator que justifique a sua densidade maior em relação aos outros plásticos
da tabela.
Íons bário, Ba2 + , são altamente tóxicos ao organismo humano. Entretanto, uma suspensão aquosa de BaSO4 é utilizada como contraste em exames radiológicos, pois a baixa
solubilidade desse sal torna-o inócuo. Em um
episódio recente, várias pessoas faleceram
devido à ingestão de BaSO4 contaminado com
BaCO 3 . Apesar do BaCO 3 ser também pouco
solúvel em água, ele é tóxico, pois reage com
o ácido clorídrico do estômago, liberando
Ba2 + .
química 2
Suponha que BaSO4 tenha sido preparado a
partir de BaCO 3 , fazendo-se a sua reação
com solução aquosa de H2 SO4 , em duas combinações diferentes:
I. 2,0 mol de BaCO 3 e 500 mL de solução
aquosa de H2 SO4 de densidade 1,30 g/mL e
com porcentagem em massa de 40%.
II. 2,0 mol de BaCO 3 e 500 mL de solução
3,0 mol/L de H2 SO4 .
a) Explique, utilizando cálculos estequiométricos, se alguma das combinações produzirá
BaSO4 contaminado com BaCO 3 .
b) Calcule a massa máxima de BaSO4 que
pode se formar na combinação II.
gráfico mostra os dados obtidos para duas
concentrações diferentes de ácido: curva A
para HCl, 2 mol/L, e B para HCl, 1 mol/L.
Em ambos os casos, foi usada a mesma massa de magnésio.
Resposta
A equação que representa o preparo de BaSO4 :
BaCO3(s) + H 2 SO4(aq) →
→ BaSO4(s) + H 2O( l) + CO2(g)
Análise das combinações:
~
~ ⋅ 1,3 g soluçao ⋅
nI = 500 mL soluçao
~
1 mL soluçao
1442443
densidade
40 g H 2 SO4 1 mol H 2 SO4
⋅
~ ⋅ 98 g H SO ≅ 2,65 mol H 2 SO4
100
g soluçao
4
1442443 14422443
% em massa
m. molar
~ ⋅ 3 mol H 2 SO4 =
nII = 0,5 L soluçao
~
1 L soluçao
1442443
~
concentraçao
= 1,5 mol H 2 SO4
a) Analisando a proporção estequiométrica dada
pela equação (1 : 1), na combinação I sobrará
aproximadamente 0,65 mol de H 2 SO4 , logo o
BaSO4 produzido não estará contaminado com
BaCO3 . Entretanto, na combinação II, sobrará
0,5 mol de BaCO3 contaminando o BaSO4 produzido.
b) Cálculo da massa de BaSO4 formada na combinação II:
1 mol BaSO4 233 g BaSO4
⋅
=
1,5 mol H 2 SO4 ⋅
1
H SO4 1 mol BaSO4
144
42444
3 1mol
4422443
1442443
nII
m. molar
eq. química
= 349,5 g BaSO4
Questão 10
Foi feito um estudo cinético da reação
Mg + 2H + → Mg2 + + H2 , medindo-se o volume de H2 desprendido em função do tempo. O
a) Usando o gráfico, explique como varia a
velocidade da reação com o tempo. Por que as
duas curvas tendem a um mesmo valor?
b) Deduza a ordem da reação com relação à
concentração do ácido, usando os dados de velocidade média no primeiro minuto da reação.
Resposta
a) O gráfico mostra o volume produzido de gás hidrogênio em função do tempo de reação transcorrido. As inclinações das curvas (∆VH 2 /∆t) fornecem as velocidades das reações que são proporcionais às [H + ] nas soluções. Ambas as inclinações decrescem no decorrer do tempo indicando,
assim, que as velocidades diminuem à medida
que as reações se processam.
O volume de gás hidrogênio tende a um mesmo
valor, pois ambas as experiências partem da mesma massa inicial de magnésio que pode constituir
o reagente limitante.
b) Cálculo das velocidades médias no primeiro
minuto:
∆VH 2
Curva A: v =
= 30 cm 3 /min
∆t
∆VH 2
Curva B: v =
= 15 cm 3 /min
∆t
Considerando uma lei de velocidade genérica
como v = k [H + ] x , podemos comparar as curvas A
e B da seguinte forma:
v A k[H + ] Ax
=
v B k[H + ]Bx
Sabendo que [H + ] = [HCl],
30 k(2) x
=
⇒ 2 =2x ⇒ x = 1
15 k(1) x
Logo, a reação é de primeira ordem com relação
a [H + ].
química 3
Questão 11
As vitaminas C e E, cujas formas estruturais
são apresentadas a seguir, são consideradas
antioxidantes, pois impedem que outras
substâncias sofram destruição oxidativa, oxidando-se em seu lugar. Por isso, são muito
utilizadas na preservação de alimentos.
na-se pouco solúvel. Desse modo, a sua ação antioxidante perde eficiência.
b) No processo de regeneração da vitamina E
ocorrem as seguintes semi-reações:
Vit. E (oxidada) + n e −
red .
Vit. E (regenerada)
Vit. C
Vit. C (oxidada) + n e −
Assim sendo, o melhor antioxidante (redutor) é a
vitamina C, pois é aquela que sofre oxidação no
processo de regeneração. Numa reação de oxidorredução espontânea, como a de regeneração
da vitamina E, a espécie que sofre redução terá
maior potencial de redução. Neste caso, a
semi-reação II terá o maior E redução.
oxi .
Questão 12
A vitamina E impede que as moléculas de lipídios sofram oxidação dentro das membranas da célula, oxidando-se em seu lugar. A
sua forma oxidada, por sua vez, é reduzida
na superfície da membrana por outros agentes redutores, como a vitamina C, a qual
apresenta, portanto, a capacidade de regenerar a vitamina E.
a) Explique, considerando as fórmulas estruturais, por que a vitamina E é um antioxidante adequado na preservação de óleos e
gorduras (por exemplo, a margarina), mas
não o é para sucos concentrados de frutas.
b) Com base no texto, responda e justifique:
– qual das duas semi-reações seguintes, I ou
II, deve apresentar maior potencial de redução?
I. Vit. C (oxidada) + ne −
Vit. C
II. Vit. E (oxidada) + ne −
Vit. E
– qual vitamina, C ou E, é melhor antioxidante (redutor)?
Resposta
a) A vitamina E é um antioxidante adequado na
preservação de óleos e gorduras devido à sua
solubilidade nestes lipídeos. Essa característica
da vitamina E decorre da existência de longas
cadeias apolares constituídas somente de átomos
de C e H, de modo que entre as moléculas de vitamina E e as moléculas dos óleos e gorduras estabelecem-se as forças de Van der Waals. Essas
interações intermoleculares tornam a vitamina E
solúvel em um meio como a margarina e assim
permitem a sua ação antioxidante adequada.
No caso dos sucos concentrados de frutas, como
o solvente (água) é muito polar, a vitamina E tor-
Ácido maléico e ácido fumárico são, respectivamente, os isômeros geométricos cis e trans,
de fórmula molecular C4 H4O4. Ambos apresentam dois grupos carboxila e seus pontos de
fusão são, respectivamente, 130o C e 287o C .
a) Sabendo que C, H e O apresentam as suas
valências mais comuns, deduza as fórmulas
estruturais dos isômeros cis e trans, identificando-os e explicando o raciocínio utilizado.
b) Com relação aos pontos de fusão dos isômeros, responda qual tipo de interação é
rompida na mudança de estado, explicitando
se é do tipo inter ou intramolecular. Por que
o ponto de fusão do isômero cis é bem mais
baixo do que o do isômero trans?
Resposta
a) Levando-se em conta:
• as valências dos átomos presentes;
•
•
a fórmula molecular C4 H4O4 ;
a existência de isomeria espacial geométrica.
Temos:
química 4
b) Durante a fusão somente ocorrem rupturas das
interações intermoleculares, que no caso em
questão são denominadas ligações (pontes) de
hidrogênio.
A explicação para a diferença de PF entre os isômeros é:
• No isômero cis do ácido butenodióico (maléico)
a proximidade das hidroxilas (— OH) das carboxilas permite também a ocorrência de ligações
(pontes de hidrogênio) intramoleculares. Assim, o
número de interações intermoleculares é menor.
Como somente as intermoleculares são rompidas
durante a fusão, a energia necessária é menor e,
em conseqüência, temos um menor PF.
• No outro isômero as posições das ligações
muito polares (— OH) levam à ocorrência de ligações de hidrogênio exclusivamente intermoleculares. Na fusão, essas interações devem ser rompidas levando a uma maior necessidade de energia, isto é, maior PF.
Questão 13
Ácido acético e etanol reagem reversivelmente, dando acetato de etila e água.
Ácido acético (l) + etanol (l)
acetato de etila (l) + água (l)
A 100o C, a constante de equilíbrio vale 4.
a) Calcule a quantidade, em mol, de ácido
acético que deve existir no equilíbrio, a
100o C, para uma mistura inicial contendo
2 mol de acetato de etila e 2 mol de água.
b) Partindo-se de 1,0 mol de etanol, para que
90% dele se transformem em acetato de etila,
a 100o C, calcule a quantidade de ácido acético, em mol, que deve existir no equilíbrio.
Justifique sua resposta com cálculos.
Resposta
a) Com os dados do problema, podemos construir
uma tabela:
CH 3 COOH ( l) + CH 3 CH 2 OH
(l)
CH 3 COOCH 2 CH 3( l) + H 2 O ( l)
i:
−
−
2 mols
r:
+ x mol
+ x mol
−x mol
−x mol
e:
x mol
x mol
(2 − x) mol
(2 − x) mol
2 mols
Podemos calcular o valor de x pela equação da
constante de equilíbrio, lembrando que neste
caso o K c independe do volume:
Kc =
4 =
[CH 3COOCH 2CH 3 ] ⋅ [H 2O]
[CH 3COOH] ⋅ [CH 3CH 2OH]
(2 − x) 2
⇒
x2
⇒ 3x 2 + 4x − 4 = 0
de onde vem x = −2 (não convém) ou x ≅ 0,67 .
Portanto, temos, aproximadamente, 0,67 mol de
ácido acético no equilíbrio.
b) Novamente, podemos construir uma tabela:
CH 3 COOH ( l)
+ CH 3 CH 2 OH
(l)
CH 3 COOCH 2 CH 3( l)
+ H 2 O ( l)
i:
y mol
1 mol
−
−
r:
0,9 mol
0,9 mol
0,9 mol
0,9 mol
e:
(y − 0,9) mol
0,1 mol
0,9 mol
0,9 mol
Podemos calcular o valor de y pela equação da
constante de equilíbrio (neste caso, K c independe
do volume):
[CH 3COOCH 2CH 3 ] ⋅ [H 2O]
Kc =
[CH 3COOH] ⋅ [CH 3CH 2OH]
4 =
0,9 2
⇒
(y − 0,9) ⋅ 0,1
⇒ 0,81 = 0,4y − 0,36 ⇒
⇒ y = 2,925
Portanto, há 2,925 − 0,9 = 2,025 mol de ácido
acético no equilíbrio.