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referência à quantidade de matéria, e não à massa, assim como a dúzia representa uma quantidade determinada de elementos, e não a sua massa. Dessa forma, sabendo-se que o aumento de massa implica sempre o aumento proporcional da quantidade de matéria, chegou-se a uma constante chamada massa molar (M), que indica a massa por unidade de quantidade de matéria, ou grama por mol (g/mol). Por exemplo, a massa molar (M) da água está associada à sua massa molecular: MMH2O = 18 u, MH2O = 18 g/mol.
*MÓDULO 1*
Massa – Atômica, molecular, molar Três tipos de massa Para medir a massa de um átomo, algo fundamental para a realização de cálculos químicos, foi criada uma unidade de medida chamada unidade de massa atômica (u). Ela foi definida tendo como parâmetro o átomo do isótopo carbono-12 (12C), que tem massa atômica igual a 12. Dessa maneira, 1 u é igual a 1/12 da massa do átomo de carbono-12. A massa atômica (MA) indica quantas vezes a massa do átomo é maior que 1/12 da massa do 12C. Na tabela periódica pode-se encontrar facilmente a massa atômica dos elementos, mas ela é apenas uma média ponderada da massa dos isótopos que o constituem, isto é, quando o elemento é formado por vários isótopos diferentes. Por exemplo, o gás oxigênio (O2) é formado pelos isótopos oxigênio-16 (16O), oxigênio-17 (17O) e oxigênio-18 (18O). Esse elemento é formado pelos isótopos na seguinte proporção: 16O (99,76%), 17O (0,04%) e 18O (0,20%). A massa atômica do elemento oxigênio, então, é de 15,999 u, que é uma média aritmética ponderada, ou seja, que atribui um peso diferenciado e proporcional à ocorrência de cada isótopo na natureza. Já a massa atômica de um isótopo é praticamente igual ao seu número de massa. Para determinar a massa de uma molécula ou massa molecular (MM), é necessário somar as massas atômicas (MA) de todos os átomos que formam a molécula. Se uma molécula de água (H2O) é constituída por dois átomos de hidrogênio (MAH = 1 u) e um átomo de oxigênio (MAO = 16 u), temos que MMH2O = 1 u + 1 u + 16 u = 18 u. No caso de um íon simples, como a massa do elétron é praticamente desprezível, a massa do íon é igual à massa do átomo correspondente. Em um íon com mais de um átomo (poliatômico), sua massa é a soma das massas dos átomos que o formam. No caso de um íon-fórmula, a forma de cálculo é a mesma, mas se utiliza a expressão massa-fórmula (MF). Mesmo tendo métodos para calcular a massa atômica, os cientistas definiram uma nova grandeza. Ela se chama quantidade de matéria e sua unidade é o mol. Ela permite trabalhar com um número grande de entidades expressas em gramas (g) ou quilogramas (kg). Mol é a quantidade de matéria de um sistema que contém tantas entidades elementares quanto são os átomos contidos em 0,012 kg de carbono-12. Essas entidades elementares podem ser átomos, moléculas, íons, prótons, elétrons ou quaisquer outras. Sabendo-se que 1 g equivale à massa de 6,02 x 1023 unidades de massa atômica, podemos definir que 1 mol é a quantidade de matéria de um sistema que contém 6,02 x 1023 entidades elementares. A unidade mol sempre faz
EXEMPLO: A maior parte dos elementos químicos conhecidos tem isótopos. Um deles é o cloro (Cℓ), que possui o cloro-35 e o cloro-37. O elemento é formado pela proporção de 75% do cloro-35 e 25% do cloro-37, portanto: ELEMENTO CLORO
Genericamente, pode-se dizer que a massa atômica (MA) de um elemento é a média ponderada das massas de seus isótopos. No caso de um elemento hipotético A e seus isótopos A1, A2, etc., teremos a seguinte fórmula:
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Massa atômica é a unidade de medida que indica quantas vezes a massa do átomo é maior que 1/12 da massa do carbono-12 (12C). Ela é representada pela unidade de massa atômica (u). A massa atômica (MA) de um elemento é uma média ponderada da massa dos isótopos que o constituem. A MA de um isótopo é praticamente igual ao seu número de massa.
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A massa de uma molécula é a soma das massas atômicas de todos os átomos que constituem uma molécula. Nos íons simples, como a massa do elétron é desprezível, a massa do íon é igual à do átomo correspondente. Em um íon poliatômico, a massa do íon é a soma das massas dos átomos que o constituem. Nos íons-fórmula, a forma de cálculo é a mesma, mas se emprega a expressão massa-fórmula (MF).
Mol é a quantidade de matéria de um sistema que contém tantas entidades elementares quanto são os átomos contidos em 0,012 kg de carbono-12. A unidade mol sempre faz referência à quantidade de matéria, e não à massa.
Massa molar é a constante que indica a massa por unidade de quantidade de matéria, ou grama por mol (g/mol).
Constante de Avogadro é a constante química definida com base nos estudos do cientista italiano Amedeo Avogadro (1776-1856) sobre o número de moléculas de uma amostra gasosa e que só foi determinada experimentalmente no início do século XX. O valor da constante é 6,02 x 1023 mol–1.
O Centro de Isótopos Estáveis Ambientais é o único laboratório brasileiro credenciado para realizar esse tipo de análise. “Foi o que permitiu, nos últimos anos, colocar ordem no mercado brasileiro de vinhos e de vinagre”, afirma Waldemar Venturini, da Faculdade de Ciências Agronômicas da Unesp, também em Botucatu, que é parceiro do grupo nas pesquisas sobre bebidas. Depois do vinho e do vinagre, foi a vez de as cervejas produzidas no país entrarem na berlinda. O levantamento revelou uma situação menos problemática. Em apenas 6% dos produtos analisados se encontraram mais de 50% de etanol originário de cereais não maltados, como milho e arroz. Ainda assim, pondera o pesquisador, esse percentual representava, na época, mais de 60 milhões de litros por ano. Quimicamente falando, o etanol produzido na fermentação da cana é idêntico ao etanol originário da fermentação da uva ou de qualquer outra matéria-prima. Para saber quem é quem, os cientistas baseiam-se em propriedades físicas da matéria que remontam às origens do Universo. Aí entram os isótopos estáveis. Todos os átomos de carbono foram criados a partir do Big Bang. Mas, por uma pequena “falha de fabricação”, por assim dizer, nem todos têm a mesma massa. Precisamente 98,892% têm em seu núcleo seis prótons e seis nêutrons. É o chamado carbono-12, que por sua predominância na natureza representa o elemento na tabela periódica. A maioria dos átomos restantes, conhecidos como carbono-13, recebeu um nêutron a mais e ficou mais pesada. Diferentemente do carbono-14 (dois nêutrons a mais) – que é radioativo e não entra nessa conta –, os carbonos 12 e 13 são estáveis, de modo que a proporção deles não se altera com o tempo. Essa mesma “falha” ocorreu com os átomos de nitrogênio, oxigênio e hidrogênio, que também têm isótopos estáveis. Para entender as análises feitas em Botucatu, é preciso ter uma noção geral de como as proporções desses isótopos se modificam depois de passar pela maquinaria fotossintética das plantas. Os carboidratos produzidos pela cana, por exemplo, têm bem menos carbono-13 que sua matéria-prima, o gás carbônico captado pelo vegetal na atmosfera. Já no caso da uva, esse conteúdo é ainda menor. Isso ocorre porque as duas plantas têm ciclos fotossintéticos diferentes: no jargão da área, a cana é C4 e a uva é C3 (o código se refere ao número de átomos de carbono formados dentro do vegetal a partir do primeiro composto). Em outras palavras, são vias bioquímicas bem distintas. “Se o álcool tem origem numa planta C3 (cevada, uva e arroz, por exemplo), ele vai ter uma assinatura isotópica característica, diferente do álcool que veio de uma planta C4 (como a cana e o milho)”, diz Ducatti.
********** ATIVIDADES 1 ********** Texto para a questão 1.
Quem mexeu na minha cerveja? Atrás de fraudes no setor de bebidas, cientistas de Botucatu vão até o nível atômico dos produtos para desmascarar os que vendem milho por cevada
É de esperar que a cervejinha da happy hour venha da cevada, assim como o vinho tenha como matéria-prima exclusiva a uva. Mas nem todo produtor leva essa regra muito a sério, e toca a tomar cerveja de milho e arroz ou vinho de cana-de-açúcar pelo Brasil afora. Difícil de detectar pelos métodos químicos mais tradicionais, a fraude só começou a ser desmascarada recentemente, com o trabalho dos cientistas do Centro de Isótopos Estáveis Ambientais, do Instituto de Biociências da Unesp em Botucatu. As análises feitas no laboratório chefiado por Carlos Ducatti, a serviço do Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (Mapa), são uma pedra no sapato para os que têm planos de lucro fácil. O grupo desenvolveu métodos pioneiros no Brasil para identificar a origem do álcool em uma bebida. Em uma garrafa de vinho, por exemplo, é considerada fraude se a adição de açúcar à matéria-prima for superior a 30% – o que pode ser detectado pela proporção entre etanol de cana e de uva no conteúdo alcoólico total do produto. A mesma lógica se aplica ao ácido acético do vinagre. Na cerveja, a adulteração acontece quando o fabricante exagera na quantidade de milho ou arroz, substituindo o malte de cevada, que deve compor pelo menos 50% da matéria-prima, segundo a norma.
Unesp Ciência, maio/2010.
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.1. (AED-SP)
.4. (FATEC-SP)
De que forma os isótopos do carbono auxiliam na descoberta de adulterações em bebidas alcoólicas?
Eugenol, o componente ativo do óleo do cravo-da-índia, tem massa molar 164 g/mol e fórmula empírica C5H6O. (Dadas as massas molares: C = 12 g/mol; H = 1 g/mol; O = 16 g/mol). A porcentagem em massa de carbono no eugenol é de aproximadamente:
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(A) 10,0%. (B) 36,5%. (C) 60,0%.
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.5. (ENEM-MEC)
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A figura a seguir mostra um fragmento da tabela periódica no qual estão indicados alguns elementos, suas respectivas massas atômicas e a fórmula do óxido comumente formado pelo elemento:
.2. (UFRGS) A “água pesada” é uma espécie de fórmula D2O, formada pela combinação entre deutério e oxigênio. O deutério é um isótopo do hidrogênio que apresenta um próton e um nêutron no núcleo. A partir dessas informações, considere as afirmações abaixo. I.
A massa molecular da água pesada é aproximadamente igual a 20 unidades de massa atômica.
II.
Volumes iguais de água pesada e água comum apresentam massas diferentes.
III.
A água pesada não apresenta interações moleculares do tipo dipolo-dipolo.
Está(ão) correta(s) a(s) afirmativa(s): (A) (B) (C) (D) (E)
Com base nesses dados, assinale a alternativa que contém, respectivamente, um valor plausível para a massa atômica e a provável fórmula do óxido do elemento identificado como X:
apenas l. apenas lI. apenas III. apenas I e II. I, ll e llI.
(A) 37,9; XO. (B) 41,0; XO. (C) 54,4; X2O.
.3. (FGV-SP) Na figura, é representado o espectro de massa dos isótopos naturais do elemento gálio.
(D) 55,9; X2O. (E) 72,6; X2O3.
.6. (UNESP) Os dados da tabela apresentam a composição elementar média de um humano adulto com 70 kg, considerando apenas os cinco elementos que estão presentes com mais de 1 kg. Elemento O C H N Ca
A abundância isotópica, em percentual inteiro, do isótopo do Ga-69, é: (A) (B) (C) (D) (E)
(D) 73,0%. (E) 86,0%.
Massa Molar (g mol–1) 16 12 1 14 40
g/70 kg de massa corpórea 43.500 12.600 7.000 2.100 1.050
Com base nos dados apresentados, pode-se concluir: (A) O número de átomos de N no corpo de um adulto corresponde a 30% do número de átomos de H. (B) H é o elemento que, isoladamente, contribui com o maior número de átomos. (C) Por ter maior massa molar, o elemento cálcio é o mais abundante no corpo humano.
50%. 55%. 60%. 65%. 70%. 117
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(D) Não é possível saber qual elemento é o mais abundante no corpo humano, pois todos formam moléculas. (E) Os átomos do elemento C, presentes no corpo humano, são diferentes daqueles átomos do elemento C que formam o CO2.
(A) Adão. (B) Bento. (C) Carlos e Bento.
.9. (ENEM-MEC) Durante uma tempestade, quando ocorrem descargas elétricas atmosféricas (raios), é aconselhável, como uma das medidas de segurança, que se entre em um automóvel. Essa recomendação deve ser levada em consideração porque
.7. (ENEM-MEC) Utilize a tabela seguinte e responda à questão. Minerais na polpa de açaí em mg/100g de polpa desidratada Sódio 56,4 Potássio 932,0 Cálcio 286,0 Magnésio 174,0 Ferro 1,5 Cobre 1,7 Zinco 7,0 Fósforo 124,0
(A) o automóvel é uma “gaiola” metálica e impede a circulação de corrente elétrica em seu interior. (B) uma descarga elétrica não pode atingir o automóvel, que está completamente isolado do solo pelos pneus. (C) a antena do rádio do automóvel funciona como um para-raios. (D) o metal do automóvel atrai as cargas elétricas do raio, que são anuladas pelos elétrons livres presentes no ferro. (E) todos os automóveis apresentam fio-terra para descarga elétrica.
Um estudante tomou um suco preparado com 100 g de polpa desidratada de açaí. Considere que 90% do cálcio contido na bebida são armazenados no organismo, na forma de fosfato de cálcio, Ca3(PO4)2. Dadas as massas molares (g/mol): Ca = 40, O = 16, P = 31, a massa de fosfato de cálcio que poderá ser formada é, aproximadamente: (A) 0,29 g. (B) 0,52 g. (C) 0,67 g.
H3
(D) 0,96 g. (E) 1,90 g.
H2
Confrontar interpretações científicas com interpretações baseadas no senso comum, ao longo do tempo ou em diferentes culturas.
.10. (ENEM-MEC) Os seres humanos têm enfrentado o problema da preservação de alimentos por séculos. Confira algumas soluções encontradas:
********** ATIVIDADES 2 ********** C1
(D) Carlos. (E) Diogo.
Compreender as ciências naturais e as tecnologias a elas associadas como construções humanas, percebendo seus papéis nos processos de produção e no desenvolvimento econômico e social da humanidade. Associar a solução de problemas de comunicação, transporte, saúde ou outro com o correspondente desenvolvimento científico e tecnológico.
.8. (ENEM-MEC)
I.
os egípcios e os romanos envolviam pedaços de carne em uma quantidade de sal extraído da água do mar;
II.
os índios americanos amarravam fatias de bisão e de veado no alto de uma tenda fechada, sobre uma fogueira colocada no centro da tenda;
III.
os colonos americanos armazenavam alimentos perecíveis em cavernas e fontes.
Comparando essas soluções com os métodos modernos de preservação dos alimentos, pode-se considerar que
Quatro novos empregados de uma empresa que constrói estradas de ferro souberam que ela iria construir uma nova ferrovia. Conversando sobre a finalidade das juntas de dilatação (espaço deixado entre os trilhos), surgiram opiniões diferentes entre eles: Adão: acha desnecessária a existência das juntas de dilatação porque não acredita que, com o calor, os trilhos aumentem de tamanho. Bento: acha que o trilho aumenta de tamanho porque ele sente calor quando está quente e se encolhe quando está frio. Carlos: acha que o trilho aumenta de tamanho porque as partículas do ferro crescem quando está quente e que diminuem quando está frio. Diogo: acha que o trilho aumenta de tamanho, com o calor, porque as partículas de ferro vibram mais, e diminuem com o frio, porque vibram menos.
(A) os métodos modernos não incorporaram nenhuma das soluções apontadas em I, II ou III. (B) embora com mais tecnologia e apesar de usarmos outros métodos, ainda hoje recorremos à refrigeração, conforme já faziam os colonos americanos. (C) até hoje, nenhum método é totalmente eficaz para a conservação de alimentos, apesar de toda a tecnologia aplicada. (D) apesar de usarmos outros métodos, ainda hoje fazemos o mesmo que os índios americanos, mas abandonamos o princípio de conservação usado pelos egípcios. (E) a despeito do nosso avanço tecnológico, não foram introduzidos métodos de conservação baseados em princípios diferentes dos utilizados nos exemplos apresentados.
A interpretação cientificamente correta é a de 118
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possível utilizar-se das transformações com o intuito de obter calor. Para dar um exemplo do dia a dia, a queima do gás butano (C4H10), presente no GLP (gás liquefeito de petróleo) em fogões de nossa cozinha, permite utilizar a energia liberada na combustão para cozinharmos (transformarmos) os alimentos. O ramo da Química que estuda a energia associada às reações químicas é a Termoquímica. Ela se ocupa da avaliação quantitativa das variações térmicas que ocorrem nas reações químicas. Existem dois tipos de reação termoquímica: as exotérmicas, que liberam calor; e as endotérmicas, que absorvem calor. Para exemplificar uma reação química exotérmica, que libera energia em forma de calor, veja a seguir a equação que representa a combustão do etanol:
*MÓDULO 2*
Termoquímica – Estudo do calor Fogo transformador A base da maior parte das atividades humanas foi construída por meio da evolução de nossa capacidade de lidar com os elementos da natureza e, principalmente, de manipulá-los e transformá-los de acordo com as nossas necessidades. Dessa forma, dominar o fogo foi um dos primeiros grandes feitos da humanidade. Ao manipular o fogo, o homem percebeu ser possível transformar as matérias e substâncias. A partir daí, evoluiu no decorrer dos séculos e hoje sabemos que as transformações envolvem energia. O Sol é a maior fonte de energia primária disponível em nosso planeta. Seu potencial está presente e fica armazenado em diversos elementos naturais. Porém, a forma de armazenagem mais importante e que permite a perpetuação da vida no planeta é realizada pelas plantas que fazem fotossíntese. Ao nos alimentarmos, permitimos que o organismo promova a quebra das substâncias ingeridas com uma série de reações químicas, que permitem a liberação e absorção da energia contida nos alimentos. A principal fonte dessa energia provém das moléculas de glicose (C6H12O6) produzidas pelas plantas na fotossíntese. A energia do Sol é preservada nas ligações químicas entre os átomos de carbono, hidrogênio e oxigênio da glicose. Ao quebrar essas moléculas, nosso organismo absorve parte dessa energia, que serve de combustível à manutenção da vida. Essa mesma relação está presente na utilização dos combustíveis usados na obtenção da energia necessária para o funcionamento de máquinas, veículos e todos os utensílios que contribuem para a existência humana. Assim, quando empregamos os derivados de petróleo ou o etanol extraído da cana-de-açúcar para movimentar os veículos, estamos promovendo reações químicas que permitem a quebra das moléculas que compõem esses combustíveis, liberando sua energia para ser transformada em capacidade de movimento e de trabalho. Mas nem só da quebra de moléculas nos valemos para obter energia. Também temos a capacidade de transformar energia cinética em energia elétrica, como no exemplo das usinas hidrelétricas, nas quais o potencial de energia gerado pelo movimento das águas represadas é convertido em eletricidade pela aplicação da física. O homem possui ainda a capacidade de aproveitar a energia contida nos átomos. É o caso da produção de eletricidade nas usinas nucleares. É importante saber que a maioria das transformações químicas é acompanhada de variações energéticas relacionadas à energia contida nas ligações químicas que permitem a formação das substâncias. Assim, é
C2H6O(I) + 3 O2(g) 2 CO2(g) + 3 H2O(I) + 1369 kJ (quilojoules, sendo que o joule é a unidade de representação de energia).
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Absorvendo energia: quando nos alimentamos, permitimos que nosso organismo promova a quebra das substâncias ingeridas por meio de uma série de reações químicas que provocam a liberação e absorção da energia contida nos alimentos.
Termoquímica é o ramo da Química que estuda a energia associada às reações químicas. Ela se ocupa da avaliação quantitativa das variações térmicas que ocorrem nas reações.
Existem dois tipos de reação termoquímica: as exotérmicas, que liberam calor; e as endotérmicas, que absorvem calor.
O valor energético dos alimentos é simbolizado pelas calorias contidas. Por definição, uma caloria (1 cal) equivale à quantidade de calor necessária para aquecer 1 grama de água de 14,5 ºC para 15,5 ºC (portanto, 1 ºC).
Entalpia é o conteúdo global de energia (em forma de calor) existente em um sistema termodinâmico. Representada pela letra H, a unidade de expressão da entalpia é o joule (J).
Primeira lei da termodinâmica: a energia do Universo é constante.
A variação de entalpia ( H) equivale à quantidade de calor medida nas reações químicas em um sistema: H (variação de entalpia) = Hp (entalpia dos produtos) – Hr (entalpia dos reagentes).
A entalpia-padrão de formação corresponde ao calor liberado ou absorvido na formação de 1 mol de determinada substância a partir da forma mais estável dos componentes que lhe deram origem, dentro de condições ambientais padronizadas: a 25 ºC de temperatura e a 1 atm de pressão.
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Lei de Hess: a variação de entalpia em uma reação depende somente do estado inicial dos reagentes e do estado final dos produtos, independentemente dos estados intermediários.
********** ATIVIDADES 1 ********** Texto para as questões de 1 a 3.
A entalpia-padrão de combustão (ou H0c) equivale à variação de energia (calor) liberada na combustão de 1 mol de moléculas da substância combustível em sua forma mais estável, a 25 ºC e sob a pressão de 1 atm.
O uso de aditivos nos combustíveis e lubrificantes dos veículos com motor a explosão é uma forma eficiente de prolongar a vida útil das peças, que sofrem os efeitos danosos da oxidação.
Velocidade das reações: cada transformação ocorrida a partir das reações químicas possui uma velocidade. Algumas são muito rápidas, outras são lentas e quase imperceptíveis.
Para medirmos a velocidade média (Vm) de uma reação química, devemos calcular a razão entre a variação da quantidade ( Q) da substância participante na transformação e o tempo ( t) gasto no processo. Dessa forma: Vm = Q/ t, sendo: Q = Qfinal – Qinicial; e t = tfinal – tinicial.
Colisões: para que qualquer reação química ocorra, é preciso que as substâncias envolvidas estejam em contato e sofram colisões.
Energia de ativação (Ea) é aquela utilizada para ativar (dar início) a uma reação química.
O aumento da temperatura provoca a elevação da energia cinética (velocidade de movimentação) das moléculas. Assim, quanto maior o movimento, mais possíveis se tornam as colisões entre partículas, o que amplia a capacidade de reação entre as substâncias e, portanto, aumenta a velocidade das transformações químicas.
Concentração dos reagentes: quanto maior ela for, maior a possibilidade de haver reação entre substâncias, ampliando a velocidade da transformação química.
Pressão sobre os gases: ao aumentarmos a pressão de um sistema em que há reação química envolvendo pelo menos um reagente gasoso, o número de colisões das moléculas do gás é ampliado.
Superfície de contato: entre as substâncias sólidas, quanto maior a sua superfície de contato com um reagente, maior a velocidade de transformação química.
Catalisadores são substâncias que contribuem e aumentam a velocidade das reações químicas. A transformação química auxiliada por um catalisador é chamada de catálise.
A ciência dos fogos de artifício Os desenhos multicoloridos no céu são uma maravilhosa questão de Química
AGÊNCIA DE NOTÍCIAS DO ACRE
Toda reação química é acompanhada de variações energéticas. A produção de luz e calor é um desses efeitos, que são facilmente exemplificados pelo espetáculo da queima de fogos de artifício
Ouve-se um assovio distante, até ocorrer a explosão em cores. O céu escuro fica estampado com riscos azuis, faíscas vermelhas, estrelinhas de ouro e chuva de prata. Surpreendem, então, luzes brancas como as de um raio e sons que imitam trovões. Esse espetáculo se repete nos aniversários de cidades, em finais de Copa do Mundo ou nas entradas do Ano-Novo. Os fogos de artifício são velhos convidados nas grandes celebrações, desde que os chineses, inventores da pólvora, começaram a utilizar tiros coloridos de morteiros, há cerca de mil anos, para anunciar a vitória nas guerras. Mas só recentemente os cientistas começaram a desvendar o esplendor dessa antiga forma de comemorar. O interesse dos pesquisadores não é gratuito. Os princípios dos fogos de artifício valem para desenvolver desde sinalizadores de emergência mais eficientes até propulsores para os modernos ônibus espaciais. Tudo, em suma, é uma questão de controlar o processo da combustão, porque há maneiras e maneiras de uma substância queimar. Para que os fogos produzam determinado efeito visual, é necessário obter certa temperatura da chama e calcular a dosagem exata de gás liberado durante a combustão. Para isso, os fogueteiros não devem errar na proporção dos componentes químicos. Quando um ingrediente entra na quantidade errada, o que se queria como um leque de faíscas esverdeadas, por exemplo, pode se transformar em um borrão cor de laranja. As receitas de fogos de artifício são cheias de truques, e as fórmulas são mantidas em segredo e passadas de geração em geração. O que facilita o sigilo, comum no mundo inteiro, é o fato de a indústria 120
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pirotécnica ser artesanal. Ao que consta, em 1242, o monge inglês Roger Bacon (1220-1292) desvendou a fórmula do explosivo oriental, mas preferiu escrevê-la em código, por considerá-lo perigoso. Na época, um destino idêntico foi dado às receitas de fogos, encarados como obra de feiticeiros. De qualquer modo, Bacon deve ter anotado, com símbolos estranhos, que para obter 100 gramas de pólvora são necessários 75 gramas de salitre, 15 gramas de carvão e 10 gramas de enxofre. Os fabricantes de fogos ainda acrescentam na mistura goma-laca ou breu, que servem como um ligante. Se isso não for feito, ao rasparem entre si, os grãos de pólvora podem disparar a combustão. A ignição ocorre quando a energia de alguma fonte – combustível, fricção, impacto ou até raios laser – quebra as ligações químicas de uma mistura pirotécnica como a pólvora. Assim, formam-se novas ligações entre os átomos, criando substâncias mais estáveis, isto é, com menos energia. Nessa transformação, a energia liberada ativará a camada seguinte do grão de pólvora, e assim por diante. A pólvora é ideal para a pirotecnia porque incendeia dispensando o oxigênio do ar. Esse gás essencial à combustão já está contido no salitre de sua composição. Portanto, é natural que, quanto mais pólvora contenha, mais tempo dure e mais forte seja a combustão dos fogos de artifício.
vegetal. Uma reação para a combustão da pólvora é representada por: 2KNO3 + S + 3C K2S + N2 + 3CO2 Marque a resposta com a(s) frase(s) correta(s). I.
Na combustão da pólvora, o enxofre sofre oxidação e o potássio não tem seu estado de oxidação alterado.
II.
O nitrato de potássio é solúvel em água, enquanto o enxofre e o carvão não o são. Sendo assim, é possível remover o nitrato de potássio da pólvora por adição de água, seguida de filtração e evaporação do solvente.
III.
Quando se dissolve o nitrato de potássio em água, ocorre um abaixamento de temperatura indicando uma dissolução exotérmica.
IV.
Segundo a reação descrita, 202 g de nitrato de potássio reagindo com 32 g de enxofre e 36 g de carvão geram um volume de aproximadamente 89,6 L nas CNTP.
(A) (B) (C) (D) (E)
Somente II. Il e lV. III e IV. I e II. I, II e IV.
.5. (ENEM-MEC)
Superinteressante, São Paulo, jan. 2010.
A energia geotérmica tem sua origem no núcleo derretido da Terra, onde as temperaturas atingem 4.000 ºC. Essa energia é primeiramente produzida pela decomposição de materiais radiativos dentro do planeta. Em fontes geotérmicas, a água, aprisionada em um reservatório subterrâneo, é aquecida pelas rochas ao redor e fica submetida a altas pressões, podendo atingir temperaturas de até 370 ºC sem entrar em ebulição. Ao ser liberada na superfície, à pressão ambiente, ela se vaporiza e se resfria, formando fontes ou gêiseres. O vapor de poços geotérmicos é separado da água e é utilizado no funcionamento de turbinas para gerar eletricidade. A água quente pode ser utilizada para aquecimento direto ou em usinas de dessalinização.
.1. (AED-SP) Quais são as formas de controle empregadas para que a reação em fogos de artifício produza o efeito desejado? ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________
.2. (AED-SP) Qual é a fórmula básica empregada para a produção de 100 gramas de pólvora? ___________________________________________________
Roger A. Hinrichs e Merlin Kleinbach. Energia e meio ambiente. Ed. ABDR (com adaptações).
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Depreende-se das informações acima que as usinas geotérmicas
.3. (AED-SP)
(A) utilizam a mesma fonte primária de energia que as usinas nucleares, sendo, portanto, semelhantes os riscos decorrentes de ambas. (B) funcionam com base na conversão de energia potencial gravitacional em energia térmica. (C) podem aproveitar a energia química transformada em térmica no processo de dessalinização. (D) assemelham-se às usinas nucleares no que diz respeito à conversão de energia térmica em cinética e, depois, em elétrica. (E) transformam inicialmente a energia solar em energia cinética e, depois, em energia térmica.
Quais as reações que ocorrem com a pólvora dos fogos de artifício assim que é iniciada sua ignição? ___________________________________________________ ___________________________________________________ ___________________________________________________
.4. (UFSC, adaptada) Um dos principais componentes dos fogos de artifício é a pólvora, composta de aproximadamente 75% de nitrato de potássio, 13,5% de enxofre e 11,5% de carvão 121
___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________
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(A) (B) (C) (D) (E)
.6. (FATEC-SP, adaptada) Os carboidratos são uma importante fonte de energia. Nas células, as moléculas de monossacarídeos são metabolizadas: C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + energia Cada grama de açúcar metabolizado libera 4 kcal de energia. A massa de oxigênio consumida, em gramas, quando a “queima” desse açúcar metabolizado liberar 1.200 kcal é: (A) (B) (C) (D) (E)
.9. (FUVEST-SP) Pode-se calcular a entalpia molar de vaporização do etanol a partir das entalpias das reações de combustão representadas por
300. 320. 400. 800. 1.800.
C2H5OH(I) + 3 O2(g) 2 CO2(g) + 3 H2O(I) H1 C2H5OH(g) + 3 O2(g) 2 CO2(g) + 3 H2O(g) H2 Para isso, basta que se conheça, também, a entalpia molar de (massas molares (g/mol): H = 1; C = 12; O = 16)
(A) (B) (C) (D) (E)
.7. (INEP-MEC) Numa cozinha, ocorrem: I.
gás queimando em uma das “bocas” do fogão e
II.
água fervendo em uma panela.
vaporização da água. sublimação do dióxido de carbono. formação da água líquida. formação do etanol líquido. formação do dióxido de carbono gasoso.
.10. (ENEM-MEC) A duração do efeito de alguns fármacos está relacionada à sua meia-vida, tempo necessário para que a quantidade original do fármaco no organismo se reduza à metade. A cada intervalo de tempo correspondente a uma meia-vida, a quantidade de fármaco existente no organismo no final do intervalo é igual a 50% da quantidade no início desse intervalo. O gráfico acima representa, de forma genérica, o que acontece com a quantidade de fármaco no organismo humano ao longo do tempo.
Com relação a esses processos, pode-se afirmar que: (A) (B) (C) (D) (E)
gasolina, GLP e gás natural. gás natural, gasolina e GLP. gasolina, gás natural e GLP. gás natural, GLP e gasolina. GLP, gás natural e gasolina.
I e II são exotérmicos. I é exotérmico e II é endotérmico. I é endotérmico e II é exotérmico. I é isotérmico e II é exotérmico. I é endotérmico e II é isotérmico.
.8. (ENEM-MEC) Nas últimas décadas, o efeito estufa tem-se intensificado de maneira preocupante, sendo esse efeito muitas vezes atribuído à intensa liberação de CO2 durante a queima de combustíveis fósseis para geração de energia. O quadro traz as entalpias-padrão de combustão a 25 ºC ( ) do metano, do butano e do octano.
F. D. Fuchs e Cher l. Wannma. Farmacologia Clínica. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan,1992, p. 40.
À medida que aumenta a consciência sobre os impactos ambientais relacionados ao uso da energia, cresce a importância de se criar políticas de incentivo ao uso de combustíveis mais eficientes. Nesse sentido, considerando-se que o metano, o butano e o octano sejam representativos do gás natural, do gás liquefeito de petróleo (GLP) e da gasolina, respectivamente, então, a partir dos dados fornecidos, é possível concluir que, do ponto de vista da quantidade de calor obtido por mol de CO2 gerado, a ordem crescente desses três combustíveis é
A meia-vida do antibiótico amoxicilina é de 1 hora. Assim, se uma dose desse antibiótico for injetada às 12 h em um paciente, o percentual dessa dose que restará em seu organismo às 13 h 30 min será aproximadamente de (A) (B) (C) (D) (E) 122
10%. 15%. 25%. 35%. 50%.
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.11. (UEL-PR)
********** ATIVIDADES 2 **********
Uma solução aquosa de peróxido de hidrogênio (H2O2), de concentração 0,1 mol/L, decompõe-se quando em solução alcalina, a 20 ºC, segundo a equação:
C7
H24
O acompanhamento da velocidade de decomposição do peróxido de hidrogênio nessas condições é representado pelo gráfico abaixo à esquerda:
Apropriar-se de conhecimentos da Química para, em situações-problema, interpretar, avaliar ou planejar intervenções científico-tecnológicas. Utilizar códigos e nomenclatura da Química para caracterizar materiais, substâncias ou transformações químicas.
.13. (ENEM-MEC) O ácido tartárico (DI-HIDROXIBUTANODIOICO), com a fórmula estrutural,
é encontrado nas uvas e é de grande utilização na fabricação de vinhos, por ser um acidulante orgânico natural. Baseando-se nas informações, molecular do ácido tartárico.
Em um segundo experimento, o acompanhamento cinético da decomposição do H2O2, nas mesmas condições de pH, resultou no gráfico acima à direita.
(A) C4H2O (B) C4H6O6
Analisando os dois gráficos, pode-se afirmar, a respeito da concentração inicial de H2O2 e da temperatura no segundo experimento, que (A) (B) (C) (D) (E)
H25
[H2O2] inicial = 0,1 mol/L e T = 20 ºC. [H2O2] inicial = 0,2 mol/L e T > 20 ºC. [H2O2] inicial = 0,2 mol/L e T = 20 ºC. [H2O2] inicial = 0,2 mol/L e T < 20 ºC. [H2O2] inicial = 0,3 mol/L e T > 20 ºC.
a
fórmula
(E) C4H2O6
Caracterizar materiais ou substâncias, identificando etapas, rendimentos ou implicações biológicas, sociais, econômicas ou ambientais de sua obtenção ou produção.
.14. (ENEM-MEC) Muitas pessoas associam a palavra ácido a substâncias químicas que corroem materiais e que são prejudiciais à saúde. Para mostrar que tal associação é equivocada, basta lembrar que são classificados como ácidos (A) (B) (C) (D) (E)
.12. (UERJ, adaptada) A sabedoria popular indica que, para acender uma lareira, devemos utilizar inicialmente lascas de lenha e só depois colocarmos as toras. Em condições reacionais idênticas e utilizando massas iguais de madeira em lascas e em toras, verifica-se que a madeira em lascas queima com mais velocidade. O fator determinante para essa maior velocidade da reação é o aumento da: (A) (B) (C) (D) (E)
(C) C4H5O (D) C4HO
indique
vinagre e suco de laranja. leite e sabão em pó. bicarbonato de sódio e vaselina. sal de cozinha e açúcar. sabão e detergente.
H26
pressão. temperatura. concentração. superfície de contato. catalisador.
Avaliar implicações sociais, ambientais e/ou econômicas na produção ou no consumo de recursos energéticos ou minerais, identificando transformações químicas ou de energia envolvidas nesses processos.
.15. (ENEM-MEC) Em determinadas regiões do Brasil, é comum, no inverno, queimar certa quantidade de álcool no banheiro para mantê-lo aquecido durante o banho. Esse procedimento é perigoso, pois
________________________________________________
(A) a combustão do álcool produz o monóxido de carbono, que é um gás venenoso. (B) o álcool, em contato com o vapor d’água, produz um gás inflamável. (C) o álcool é um combustível inorgânico e, por este motivo, libera substâncias tóxicas. (D) a combustão do álcool é lenta e, por isso, produz muita fuligem. (E) o álcool sofre ação do gás carbônico produzido, aumentando o risco.
*Anotações*
123
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H27
.17. (ENEM-MEC)
Avaliar propostas de intervenção no meio ambiente aplicando conhecimentos químicos, observando riscos ou benefícios.
A combustão da gasolina nos motores de automóveis produz uma série de gases como dióxido de carbono, monóxido de carbono, óxidos de nitrogênio e hidrocarbonetos. Na camada mais baixa da atmosfera, ou seja, na troposfera, tais gases participam de inversas reações químicas que geram outras substâncias poluentes, como o ozônio, que é gerado a partir de hidrocarbonetos e de óxidos de nitrogênio.
.16. (ENEM-MEC) “Dê-me um navio cheio de ferro e eu lhe darei uma era glacial”, disse o cientista John Martin (1935-1993), dos Estados Unidos, a respeito de uma proposta de intervenção ambiental para resolver a elevação da temperatura global; o americano foi recebido com muito ceticismo. O pesquisador notou que mares com grande concentração de ferro apresentavam mais fitoplâncton e que essas algas eram capazes de absorver elevadas concentrações de dióxido de carbono da atmosfera. Esta incorporação de gás carbônico e de água (H2O) pelas algas ocorre por meio do processo de fotossíntese, que resulta na produção de matéria orgânica empregada na constituição da biomassa e na liberação de gás oxigênio (O2). Para essa proposta funcionar, o carbono absorvido deveria ser mantido no fundo do mar, mas como a maioria do fitoplâncton faz parte da cadeia alimentar de organismos marinhos, ao ser decomposto devolve CO2 à atmosfera.
Com o uso de conversores catalíticos (catalisadores) nos escapamentos, todos esses gases são convertidos em dióxido de carbono, vapor de água e nitrogênio. Sendo assim, o emprego desses conversores (A) diminui a formação de ozônio na troposfera. (B) elimina a emissão de gases estufa para a atmosfera. (C) diminui os buracos da camada de ozônio da estratosfera. (D) elimina a poluição do ar causada por veículos automotores. (E) aumenta a interferência ambiental dos gases poluentes.
Os sete planos para salvar o mundo. Galileu, n.º 214, maio/2009 (com adaptações).
.18. (ENEM-MEC)
Considerando que a ideia do cientista John Martin é viável e eficiente e que todo o gás carbônico absorvido (CO2, de massa molar igual a 44 g/mol) transforma-se em biomassa fitoplanctônica (cuja densidade populacional de 100 g/m2 é representada por C6H12O6, de massa molar igual a 180 g/mol), um aumento de 10 km2 na área de distribuição das algas resultaria na
A queima de combustíveis em usinas termelétricas produz gás carbônico (CO2), um dos agentes do efeito estufa. A tabela mostra a relação de emissão de CO2 gerado na queima de alguns combustíveis para produzir uma mesma quantidade de energia. Combustível Carvão mineral Lenha Gás natural
(A) emissão de 4,09 x 106 kg de gás carbônico para a atmosfera, bem como no consumo de toneladas de gás oxigênio da atmosfera. (B) retirada de 1,47 x 106 kg de gás carbônico da atmosfera, além da emissão direta de toneladas de gás oxigênio para a atmosfera. (C) retirada de 1,00 x 106 kg de gás carbônico da atmosfera, bem como na emissão direta de toneladas de gás oxigênio das algas para a atmosfera. (D) retirada de 6,82 x 105 kg de gás carbônico da atmosfera, além do consumo de toneladas de gás oxigênio da atmosfera para a biomassa fitoplanctônica. (E) emissão de 2,44 x 105 kg de gás carbônico para a atmosfera, bem como na emissão direta de milhares de toneladas de gás oxigênio para a atmosfera a partir das algas.
CO2 gerado* 2 10 1
*quantidades relativas, considerando-se o valor unitário para o gás natural
A substituição do carvão mineral pelo gás natural nas usinas termelétricas reduziria a taxa de emissão de CO2 em (A) (B) (C) (D) (E)
1%. 5%. 10%. 50%. 100%.
________________________________________________ *Anotações*
________________________________________________ *Anotações*
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São sólidos.
*MÓDULO 3*
Conduzem corrente elétrica apenas em solução aquosa ou no estado líquido (quando fundidos).
Ligações químicas
Apresentam elevados pontos de fusão e de ebulição.
Uma ligação química ocorre quando há atração entre os átomos. Em cada ligação as partículas positivas são atraídas pelas partículas negativas. Se um dos átomos perde elétrons, o outro deve ganhar elétrons para que os átomos possam adquirir cargas elétricas opostas e se atrair, estabelecendo uma ligação entre eles.
Exemplos: cloreto de sódio (NaCℓ), iodeto de potássio [KI], cloreto de magnésio (MgCℓ2).
Ligação metálica
Os metais são formados por redes gigantes de átomos que se unem por meio da ligação metálica. Esse tipo de ligação propriedades dos metais:
explica
as
principais
Conduzem corrente elétrica. São brilhantes e maleáveis transformados em lâminas).
(podem
Apresentam alta condutibilidade temperatura de fusão elevada.
térmica
ser e
Exemplos: ferro (Fe), cobre (Cu), alumínio (Aℓ). Figura 2 As cargas elétricas opostas mantêm os íons do Na+ e do Cℓ unidos.
Ligação covalente
É a ligação que ocorre entre átomos de não metais. Átomos de elementos não metálicos unem-se pelo compartilhamento de um, dois ou três pares de elétrons. Esse tipo de ligação é chamado covalente, e as substâncias formadas são denominadas moléculas.
As ligações covalentes podem ser polares ou apolares. Se a ligação ocorrer entre átomos iguais, é chamada de ligação covalente apolar, e se a ligação ocorrer entre átomos diferentes, é chamada de ligação covalente polar.
Esse tipo de ligação explica as principais propriedades dos compostos moleculares:
Figura 1 Representação da ligação metálica da prata.
Ligação iônica
É a ligação que ocorre entre átomos de metais e não metais. Átomos de elementos metálicos se unem a átomos de elementos não metálicos por meio da transferência de elétrons.
Podem ser sólidos, líquidos ou gasosos. Não conduzem corrente elétrica nos estados sólido e líquido.
Os metais doam elétrons transformando-se em cátions (íons metálicos carregados positivamente), e os não metais ganham elétrons transformando-se em ânions (íons de não metais carregados negativamente).
Apresentam baixos pontos de fusão e de ebulição. Exemplos: hidrogênio (H2), água (H2O), dióxido de carbono (C02), cloro (Cℓ2).
Em um composto iônico no estado sólido, os cátions e os ânions estão ordenados regularmente, originando um agregado chamado retículo cristalino ou cristal iônico. Esse tipo de ligação explica as propriedades dos compostos iônicos:
Forças intermoleculares
principais
125
Do mesmo modo que existem forças de atração entre átomos de cargas opostas, existe também
___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________
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atração entre as moléculas. Essas interações só são possíveis devido à atração entre a extremidade com caráter positivo de uma molécula e a extremidade com caráter negativo de outra molécula.
Existem três tipos de forças de atração entre as moléculas: Moléculas
Interações intermoleculares
Polares
Dipolo-dipolo ou dipolo permanente-dipolo permanente Ligações (pontes) de hidrogênio
Apolares
Dipolo instantâneo-dipolo induzido
O conjunto das forças intermoleculares é chamado de forças de van der Waals.
Figura 3 Ligações de hidrogênio na água.
Moléculas apolares Intensidade das forças intermoleculares
São moléculas que não apresentam dipolos e cujas cargas elétricas se encontram distribuídas homogeneamente por toda a sua extensão.
Em uma molécula, os elétrons dos átomos estão em contínuo movimento. Num determinado instante, pode haver mais elétrons em um lado da molécula do que no outro, fazendo com que surjam nesse momento um polo elétrico parcial negativo e um polo elétrico parcial positivo.
Comparando moléculas com tamanhos e massas parecidos, pode-se dizer que: as interações dipolo instantâneo-dipolo induzido representam as menores forças intermoleculares. as interações dipolo permanente-dipolo permanente representam forças intermoleculares intermediárias.
Como exemplo, podemos destacar a atração entre as moléculas de gás hidrogênio (H2). Os dois átomos da molécula apresentam a mesma eletronegatividade, mas com o movimento dos elétrons surgem os dipolos instantâneos.
as interações por ligações de hidrogênio representam as forças intermoleculares mais intensas.
Moléculas polares
São moléculas que apresentam dipolos elétricos. O átomo mais eletronegativo da molécula atrai os elétrons para si, fazendo com que surja uma carga elétrica parcial negativa e, ao redor do átomo menos eletronegativo, surja uma carga elétrica parcial positiva.
Forças intermoleculares e ponto de ebulição
Exemplo disso é a atração entre as moléculas do cloreto de hidrogênio (HCℓ). O cloro é mais eletronegativo que o hidrogênio. Logo, sobre o cloro surge a carga parcial negativa e, sobre o hidrogênio, a carga parcial positiva.
Comparando substâncias com o mesmo tipo de interação intermolecular, quanto maior o tamanho da molécula (maior massa molecular), maior o ponto de ebulição.
Comparando substâncias com massas moleculares próximas, quanto mais intensas as forças intermoleculares, maior o ponto de ebulição.
As ligações de hidrogênio ocorrem entre moléculas polares quando um átomo muito eletronegativo (flúor, oxigênio ou nitrogênio) de uma molécula atrai o átomo de hidrogênio (pouco eletronegativo) de outra molécula. São as interações mais intensas entre os diferentes tipos de forças intermoleculares. São exemplos a atração que existe entre as moléculas de água (H20), a atração entre moléculas de fluoreto de hidrogênio (HF) e a atração entre moléculas de amônia (NH3).
Figura 4 Ponto de ebulição dos hidretos das famílias 14, 15, 16 e 17.
126
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.4. (UFC-CE)
*********** ATIVIDADES ***********
As forças intermoleculares são responsáveis por várias propriedades físicas e químicas das moléculas, como, por exemplo, a temperatura de fusão. Considere as moléculas de F2Cl2 e Br2.
.1.*(UFRJ) Um professor decidiu decorar seu laboratório com um “relógio de Química” no qual, no lugar das horas, estivessem alguns elementos, dispostos de acordo com seus respectivos números atômicos, como mostra a figura.
a)
Quais as principais forças intermoleculares presentes nessas espécies? _______________________________________________
b)
Ordene essas espécies em ordem crescente de temperatura de fusão. _______________________________________________
Indique a fórmula mínima e o tipo de ligação do composto eletricamente neutro que é formado quando o relógio do professor marca: a)
.5. (PUC-RJ) Observe a Tabela 1. Dessa tabela faça um gráfico relacionando os pontos de ebulição dos compostos listados com suas respectivas massas molares. Do gráfico, deduza o valor esperado para o ponto de ebulição da água (massa molar igual a 18) e complete a Tabela 2 com o valor encontrado. Explique, então, a diferença observada entre o valor deduzido do gráfico e o assinalado como valor real (100 0C).
nove horas. _______________________________________________
b)
sete horas e cinco minutos. _______________________________________________
.2.*(UNESP) Linus Pauling, falecido em 1994, recebeu o Prêmio Nobel de Química em 1954, por seu trabalho sobre a natureza das ligações químicas. Através dos valores das eletronegatividades dos elementos químicos, calculados por Pauling, é possível prever se uma ligação terá caráter covalente ou iônico.
Tabela 1 Fórmula H2S H2Se H2Te
Com base nos conceitos de eletronegatividade e de ligação química, pede-se: a)
Massa molar 34 81 130
Ponto de ebulição (0C) 60 41 2
Tabela 2
Identificar dois grupos de elementos da tabela periódica que apresentam, respectivamente, as maiores e as menores eletronegatividades.
Valor esperado Valor real
_______________________________________________
Fórmula
Massa molar
H2O
18
H2O
18
Ponto de ebulição (0C)
100
b) Que tipo de ligação apresentará uma substância binária, formada por um elemento de cada um dos dois grupos identificados?
________________________
_______________________________________________
________________________
________________________ ________________________
.3. (UNICAMP-SP)
________________________
Observe as seguintes fórmulas eletrônicas (fórmulas de Lewis):
________________________ ________________________ ________________________ ________________________ ________________________
Consulte a classificação periódica dos elementos e escreva as fórmulas eletrônicas das moléculas formadas pelos seguintes elementos: a)
fósforo e hidrogênio.
b)
enxofre e hidrogênio.
c)
flúor e carbono.
.6. (UNICAMP-SP) Considere três substâncias: CH4, NH4 e H20 e três temperaturas de ebulição: 373 K, 112 K e 240 K. Levando-se em conta a estrutura e a polaridade das moléculas dessas substâncias, pede-se: 127
___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________
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a) Correlacionar as temperaturas de ebulição às substâncias.
átomos. Sendo assim, o número total de elétrons que circundam cada átomo de F, na molécula F, é:
_______________________________________________ b)
(A) 18. (B) 14.
Justificar a correlação que você estabeleceu. _______________________________________________
(C) 12. (D) 10.
(E) 2.
.10. (UFPE) Considerando os seguintes haletos de hidrogênio HF, HCℓ, e HBr, pode-se afirmar que:
.7. (PUC-SP)
(A) (B) (C) (D)
a molécula mais polar é HF. a molécula mais polar é HCℓ. todos os três são compostos iônicos. somente HF é iônico, pois o flúor é muito eletronegativo. (E) somente HBr é covalente, pois o bromo é um átomo muito grande para formar ligações iônicas.
Analise as propriedades físicas na tabela abaixo: Condução de corrente elétrica
Amostra
Ponto de fusão (0C)
Ponto de ebulição (0C)
A 25 0C
A 100 0C
A
801
1.413
Isolante
Condutor
B
43
182
Isolante
—
C
1.535
2.760
Condutor
Condutor
.11. (INEP-MEC) O alumínio e o cobre são largamente empregados na produção de fios e cabos elétricos. A condutividade elétrica é uma propriedade comum dos metais. Este fenômeno deve-se:
Segundo a tabela, as substâncias A, B e C podem apresentar estados físicos diferentes devido ao tipo de ligação. Conclui-se então que o composto iônico, o molecular e o metálico são respectivamente: (A) A, B, C. (B) B, C, A.
(C) C, A, B. (D) C, B, A.
(A) à presença de impurezas de ametais que fazem a transferência de elétrons. (B) ao fato de os elétrons nos metais estarem fracamente atraídos pelo núcleo. (C) à alta afinidade eletrônica desses elementos. (D) à alta energia de ionização dos metais. (E) ao tamanho reduzido dos núcleos dos metais.
(E) A, C, B.
.8. (INEP-MEC) O conhecimento das estruturas das moléculas é um assunto bastante relevante, já que as formas das moléculas determinam propriedades das substâncias, como odor, sabor, coloração e solubilidade.
.12. (PUC-MG) Analise o gráfico, que apresenta as temperaturas de ebulição de compostos binários do hidrogênio com elementos do grupo 16 (coluna 6A), à pressão de 1 atm.
As figuras apresentam as estruturas das moléculas CO2, H2O, NH3, CH4, H2S e PH3.
Quanto às forças intermoleculares, a molécula que forma ligações de hidrogênio (pontes de hidrogênio) com a água é: (A) H2S. (B) CH4.
(C) NH3. (D) PH3.
A partir das informações apresentadas, é incorreto afirmar que:
(E) CO2.
(A) a substância mais volátil é o H2S, pois apresenta a menor temperatura de ebulição. (B) a água apresenta maior temperatura de ebulição, pois apresenta ligações de hidrogênio. (C) todos os hidretos são gases à temperatura ambiente, exceto a água, que é líquida. (D) a 100 0C, a água ferve, rompendo as ligações covalentes antes das intermoleculares.
.9. (INEP-MEC) Cada átomo de F (Z = 9) possui 7 elétrons na camada de valência. Átomos de F não são estáveis nas condições ambiente de P e T. Unem-se facilmente formando a molécula F2, com ligação por 1 par de elétrons entre os 128
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.13. (CFT-CE) Considerando os seguintes elementos: hidrogênio (Z = 1), sódio (Z = 11), carbono (Z = 6) e enxofre (Z = 16), é correto afirmar que: (A) a ligação formada entre átomos de carbono e enxofre é iônica. (B) a ligação formada entre hidrogênio e sódio é covalente. (C) o composto formado por hidrogênio e enxofre tem fórmula molecular S2H. (D) o composto formado por sódio e enxofre é sólido em condição ambiente. (E) o composto CH4, formado entre carbono e hidrogênio, é polar.
.14. (UFRS, adaptada) Nas substâncias CO2, CaO, C e CsF, os tipos de ligações químicas predominantes são, respectivamente: (A) (B) (C) (D) (E)
covalente, iônica, covalente e iônica. covalente, covalente, metálica e iônica. iônica, covalente, covalente e covalente. iônica, iônica, metálica e covalente. covalente, covalente, covalente e iônica.
.15. (UFU-MG) A molécula apolar que possui ligações polares é: (A) CH3Cℓ.
(B) CHCℓ3.
(C) Cℓ2.
(D) CCℓ4.
.16. (UNESP) Qual a fórmula do composto formado entre os elementos 20Ca40 e 17Cℓ35 e qual a ligação envolvida? (A) CaCℓ, iônica. (B) CaCℓ, covalente. (C) CaCℓ2, iônica.
(D) CaCℓ2, covalente. (E) Ca2Cℓ, iônica.
.17. (UNESP, adaptada) Considere os seguintes compostos, todos contendo cloro:
BaCℓ2 ; CH3Cℓ ; CCℓ4 e NaCℓ. Sabendo que o sódio pertence ao grupo 1, o bário ao grupo 2, o carbono ao grupo 14, o cloro ao grupo 17 da tabela periódica e que o hidrogênio tem número atômico igual a 1: a) transcreva a fórmula química dos compostos iônicos e identifique-os, fornecendo seus nomes. _______________________________________________ b) apresente a fórmula estrutural para os compostos covalentes e identifique a molécula que apresenta o momento dipolar resultante diferente de zero (molécula polar). _______________________________________________ 129
___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________
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reação só acontece se a substância simples for formada por elementos mais reativos que os da composta.
*MÓDULO 4*
Reações inorgânicas
Em uma reação química ocorre a transformação de substâncias com determinadas propriedades iniciais (reagentes) em outras com propriedades diferentes (produtos). As principais reações envolvendo as funções inorgânicas são classificadas em reações de adição (síntese), de decomposição (análise), de deslocamento (simples troca), de dupla troca e reações em solução aquosa.
metal alcalino > alcalino-terroso > Aℓ > Zn > Fe > H > Cu > Ag > Pt > Au
Reatividade dos não metais: F > O > Cℓ > Br > I > S > P > H Exemplos: Fe (s) + CuSO4 (aq) FeSO4 (aq) + Cu (s) Cℓ2 (g) + MgBr2 (s) MgCℓ2 (s) + Br2 (g) Zn (s) + HCℓ (aq) ZnCℓ2 (aq) + H2 (g)
Reações de adição (ou síntese)
Reatividade dos metais:
Ocorrem quando duas ou mais substâncias reagem, formando uma substância mais complexa. Exemplos:
Figura 3 O zinco é corroído pelo ácido clorídrico porque ele é mais reativo que o hidrogênio: Zn (s) + 2 HCℓ (aq) ZnCℓ2 (aq) + H2 (g)
Reações de dupla troca
Ocorrem quando duas substâncias compostas reagem e trocam elementos entre si, produzindo duas novas substâncias.
Nesse tipo de reação pode ocorrer liberação de gás, formação de precipitado (composto insolúvel) ou formação de uma substância mais estável em relação aos reagentes (H2O, por exemplo).
Figura 1 Reação entre o magnésio metálico e o oxigênio do ar.
Exemplos:
Reações de decomposição (ou análise)
NaCℓ (aq) + AgNO3 (aq) AgCℓ (s) + NaNO3 (aq) HCℓ (aq) + NaOH (aq) NaCℓ (aq) + H2O (ℓ)
Ocorrem quando uma substância é decomposta em duas ou mais substâncias de estruturas mais simples.
Também chamada de reação de neutralização.
Exemplos:
Figura 4 Reação entre o nitrato de chumbo e o iodeto de potássio. Figura 2
Reações em solução aquosa
Reações de deslocamento (ou simples troca)
Ocorrem quando uma substância simples reage com uma substância composta e consegue deslocar um dos elementos da substância composta. Esse tipo de 130
As reações em solução aquosa ocorrem devido à presença de íons livres. Esses íons podem se associar formando substâncias insolúveis (precipitado) ou pouco ionizadas. Podemos
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Em reações com não metais formam-se hidretos gasosos, que são moleculares e de caráter ácido. H2 + Br2 2 HBr H2 + S H2S
representar essas reações por meio de uma equação iônica (equação em que são representados os íons que participam da reação). Exemplos: Equação completa: NaCℓ (aq) + AgNO3 (aq)
Obs.: O hidrogênio reage com o oxigênio, formando água, que não tem caráter ácido: 2 H2 + O2 2 H2O
AgCℓ (s) + NaNO3 (aq)
Equação iônica: Na+ (aq) + Cℓ (aq) + Ag+ (aq) + NO3 (aq) AgCℓ (s) + Na+ (aq) + NO3 (aq)
Em reações com metais formam-se hidretos sólidos, iônicos e de caráter básico. 2 K + H2 2 KH (hidreto de potássio) Ba + H2 BaH2 (hidreto de bário)
Equação iônica simplificada: Ag+ (aq) + Cℓ (aq)
AgCℓ (s)
Reações com a água
Reação de neutralização do ácido clorídrico com hidróxido de sódio
Metais alcalinos e alcalino-terrosos reagem com água formando os respectivos hidróxidos e liberando gás hidrogênio. 2 K + 2 H2 O 2 KOH + H2 Ba + 2 H2O Ba(OH)2 + H2
Equação completa: HCℓ (aq) + NaOH (aq)
NaCℓ (aq) + H2O (ℓ)
Equação iônica: H+ (aq) + Cℓ (aq) + Na+ (aq) + OH (aq) Na+ (aq) + Cℓ (aq) + H2O (ℓ)
Indicadores ácido-base
Algumas substâncias apresentam a propriedade de mudar de cor na presença de uma solução ácida ou básica. A acidez ou basicidade da solução é dada pelo pH (escala que varia de 0 a 14).
Equação iônica simplificada: H+ (aq) + OH (aq)
H2O (ℓ)
Reações importantes
CaO (s) + 2 H+ (aq)
Ca2+ (aq) + H2O (ℓ)
Solução básica: pH entre 7,1 e 14 (quanto mais próximo de 14, maior o caráter básico).
Neutralização da acidez (presença de HCℓ) do estômago com bicarbonato de sódio HCℓ (aq) + NaHCO3 (s)
Solução ácida: pH igual a 0 a pH próximo de 7 (quanto mais próximo de 0, maior o caráter ácido).
Adição de cal (óxido de cálcio) no solo para diminuir a acidez
Coloração em meio básico
Ponto de viragem intervalo de pH
Alaranjado de metila
Vermelho
Amarelo
3,1-4,4
Tornassol
Vermelho
Azul
4,5-8,3
Fenolftaleína Amarelo de alizarina
Incolor
Vermelho
8,3-10,0
Amarelo
Violeta
10,1-12,0
Neutralização da acidez da chuva pela adição de hidróxido de cálcio: H2SO4 (aq) + Ca(OH)2 (aq) CaSO4 (s) + 2 H2O (ℓ)
*********** ATIVIDADES ***********
Reações com oxigênio
.1. (UFMG) Você sabe como são pressurizadas as bolas de tênis? Antes que as duas partes da bola sejam seladas, pequenas quantidades de NH4Cℓ e NaNO2 são colocadas dentro de cada uma das metades. O calor utilizado para selar essas duas partes provoca as seguintes reações:
O oxigênio é um não metal bastante reativo que reage com quase todos os elementos químicos. Essas reações produzem vários tipos de óxidos. Exemplos: 2 Cu + O2 2 CuO (óxido básico que, em presença da água, forma a base correspondente) 2 CuO + H2O 2 Cu(OH)2 (hidróxido de cobre II) S + O2 SO2 (óxido ácido que, em presença da água, forma o ácido correspondente) SO2 + H2O H2SO3 (ácido sulfuroso)
Coloração em meio ácido
Redução dos efeitos da chuva ácida em centro urbano Formação da chuva ácida: S (s) + O2 (g) SO2 (g) 2 SO2 (g) + O2 (g) 2 SO3 (g) 2 SO3 (g) + H2O (ℓ) H2SO4 (aq)
Indicador
NaCℓ (aq) + H2O (ℓ) + CO2 (g)
a)
I.
NH4Cℓ + NaNO2
II.
NH4NO2
NH4NO2 + NaCℓ
N2 (g) + 2 H2O (ℓ)
Que gás é responsável pela pressurização da bola? _______________________________________________
Reações com hidrogênio
b)
O hidrogênio reage com metais e não metais formando os hidretos.
Que classificação cada reação poderia receber? _______________________________________________
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.2. (UFBA)
I.
Zn + Pb(NO3)2
Quando se corta cebola, às vezes se sente um ardor nos olhos. Sabe-se que a cebola ao ser cortada libera o gás dióxido de enxofre. Esse gás reage com o gás oxigênio presente no ar formando o trióxido de enxofre que, em contato com a água (no olho), produz o ácido sulfúrico, que é o responsável pela sensação de ardor nos olhos.
II.
FeS + 2HCℓ
III.
2 NaNO3
2 NaNO2 + O2
IV.
N2 + 3 H2
2 NH3
Além de obedecer às leis ponderais, as reações químicas ainda necessitam atender a determinadas condições. A partir dessas considerações, assinale o correto.
___________________________________________________
.3. (UNICAMP-SP)
(A) Os ácidos sempre reagem com metais produzindo sal e liberando hidrogênio gasoso. (B) Ao reagir com o carbonato de cálcio, o ácido clorídrico produz, ao final, gás carbônico e água. (C) Só ocorrerá reação de síntese se juntarmos substâncias simples. (D) Em todas as reações de análise ocorre oxirredução.
Acidente espalha carga tóxica em Paulínia Capotamento de caminhão com 14 toneladas de nitrato de amônio próximo ao Rio Jaguari mobiliza defesa civil de três cidades. Correio Popular, Campinas, 19 abr. 1997.
Escreva a fórmula do composto em questão. _______________________________________________
.8. (UFRN) Nas cinco equações químicas enumeradas abaixo, estão representadas reações de simples troca, também chamadas reações de deslocamento:
b) Equacione e balanceie a reação entre um ácido e uma base que produza esse composto. _______________________________________________
.4. (UFRS)
II.
BaCℓ2 + Y
III.
Zn + 2 HCℓ
Para que as reações acima fiquem corretamente equacionadas, X, Y e W devem ser, respectivamente: (D) CaO2, K2CrO4 e Cℓ2. (E) CaO2, H2CrO4 e H2.
(A) 3, 4 e 5. (B) 2, 3 e 5.
.5. (UFMG)
P2O5 + 3 H2O
III.
AgNO3 + NaCℓ
IV.
CaO + CO2
V.
2 H2O
Sn (NO3)4 (aq) + 2 Cu (s)
2 AuCℓ (aq) + Mg (s)
(C) 1, 2 e 3. (D) 1, 3 e 4.
No texto abaixo, adaptado do romance Grande sertão: veredas, de Guimarães Rosa, o jagunço Riobaldo Tatarana descreve, em linguagem literária, a ocorrência de um curioso fenômeno que ele observou.
ZnCℓ2 + H2 2 H3PO4 AgCℓ + NaNO3
A pois, um dia, num curtume, a faquinha minha, que eu tinha, caiu dentro de um tanque; era só caldo de casca-de-curtir, barbatimão, angico, lá sei que taninos. — Amanhã eu tiro... — falei comigo. Porque era de noite, luz nenhuma eu não tinha. Ah, então saiba: no outro dia, cedo, a faca, o ferro dela, estava roída, quase por metade, carcomido por aquela aguinha escura e azeda, toda quieta, pouco borbulhando. Deixei, mais pra ver... Sabe o que foi? Pois, nessa mesma tarde, da faquinha, só se achava o cabo... O cabo — por não ser de frio metal, mas de chifre de veado galheiro.
CaCO3
2 H2 + O2
É considerada reação de decomposição e deslocamento, respectivamente: (A) I e II. (B) Il e V.
ZnCℓ2 (aq) + H2 (g)
.9. (UFRN)
Considere as equações: II.
3 NiCℓ2 (aq) + 2 Aℓ (s)
Analisando essas equações, com base na ordem decrescente de reatividades mostrada a seguir: Mg > Aℓ > Zn > Fe > Ni > H > Sn > Cu > Ag > Au, pode-se prever que devem ocorrer espontaneamente apenas as reações de número:
ZnCℓ2 + W
Zn + 2 HCℓ
2) 3 Ni (s) + 2 AℓCℓ3 (aq)
5) 2 Au (s) + MgCℓ2 (aq)
BaCrO4 + 2 KCℓ
I.
Fe(NO3)2 (aq) + 2 Ag (s)
4) Sn (s) + 2 Cu (NO3)2 (aq)
X + CO2
(A) CaC2, H2CrO4 e H2S. (B) CO, H2CrO4 e Cℓ2. (C) CaO, K2CrO4 e H2.
1) Fe (s) + 2 AgNO3 (aq) 3) Zn (s) + 2 HCℓ (aq)
Observe a sequência de reações: CaCO3
(D) I, III, II e IV. (E) II, I, IV e III.
.7. (UECE)
___________________________________________________
I.
FeCℓ2 + H2S
(A) I, II, III e IV. (B) III, IV, I e II. (C) IV, III, I e II.
No texto acima foram descritas duas reações químicas. Escreva as equações balanceadas citadas.
a)
Zn(NO3)2 + Pb
(C) III e IV. (D) IV e II.
(E) V e I.
.6. (UFRJ) A sequência que representa, respectivamente, reações de síntese, análise, simples troca e dupla troca é: 132
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Considerando que o líquido citado (caldo de casca-decurtir) continha bastante tanino (ácido tânico) dissolvido, a reação química (corrosão do ferro pelo ácido) descrita acima foi do tipo:
b)
(A) síntese. (B) dupla troca.
.13. (UFES)
_______________________________________________
(C) deslocamento. (D) decomposição.
Considerando o esquema a seguir, indique as espécies formadas em A, B, C, D, E e F, e a forma – solvatada (aq), líquida (ℓ), sólida (s) ou gasosa (g) – em que elas se apresentam.
.10. (UFES) Quando o mineral magnesita, composto principalmente de carbonato de magnésio, é tratado com ácido clorídrico, observa-se uma efervescência e desprendimento de um gás inodoro. Qual a alternativa que indica corretamente o gás que é liberado nessa reação? (A) H2CO3 (B) Cℓ2
(C) H2 (D) CO2
Escreva a equação química que representa a reação verificada no frasco III.
(E) O2
.11. (ENEM-MEC) O aumento do pH de uma solução pode ser feito pela adição de cal viva, isto é, óxido de cálcio. A reação da cal viva com água, seguida da reação com ácido clorídrico, pode ser representada pelas seguintes equações químicas:
___________________________________________________ ___________________________________________________
CaO (s) + H2O (ℓ) (1) (1) + 2 HCℓ (aq) (2) + 2 H2O (ℓ)
.14. (FUVEST-SP) Em um experimento introduz-se ar atmosférico, não poluído, no sistema esquematizado a seguir:
As substâncias 1 e 2 são, respectivamente: (A) (B) (C) (D) (E)
carbonato de cálcio e perclorato de cálcio. hidróxido de cálcio e perclorato de cálcio. hidróxido de cálcio e cloreto de cálcio. peróxido de cálcio e cloreto de cálcio. hidróxido de cálcio e hipoclorito de cálcio.
.12. (UNICAMP-SP) Para se manter a vela acesa, na aparelhagem a seguir esquematizada, bombeia-se ar, continuadamente, através do sistema.
Depois de o ar passar por algum tempo, o que se observa: a1) na solução de Ba (OH)2? ___________________________________________________ a2) no cobre aquecido? ___________________________________________________ b1) Escreva as equações químicas correspondentes às observações. ___________________________________________________ a)
O que se observará no frasco III, após um certo tempo?
b2) Que gases são recolhidos no final?
_______________________________________________
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II.
.15. (ENEM-MEC) Ferramentas de aço podem sofrer corrosão e enferrujar. As etapas químicas que correspondem a esses processos podem ser representadas pelas equações: Fe + H2O + 1/2 O2 Fe(OH)3 + n H2O
Com base nos dois experimentos realizados, é correto afirmar que os frascos 1, 2, 3 e 4 contêm, respectivamente, soluções aquosas de:
Fe(OH)2
Fe(OH)2 + 1/2 H2O + 1/4 O2
Fe(OH)3
(A) ácido clorídrico, nitrato de prata, cloreto férrico e carbonato de sódio. (B) cloreto férrico, ácido clorídrico, nitrato de prata e carbonato de sódio. (C) ácido clorídrico, cloreto férrico, nitrato de prata e carbonato de sódio. (D) ácido clorídrico, nitrato de prata, carbonato de sódio e cloreto férrico. (E) carbonato de sódio, cloreto férrico, nitrato de prata e ácido clorídrico.
Fe(OH)3 + n H2O (ferrugem)
Uma forma de tornar mais lento esse processo de corrosão e formação de ferrugem é engraxar as ferramentas. Isso se justifica porque a graxa proporciona: (A) lubrificação, evitando o contato entre as ferramentas. (B) impermeabilização, diminuindo seu contato com o ar úmido. (C) isolamento térmico, protegendo-as do calor ambiente. (D) galvanização, criando superfícies metálicas imunes. (E) polimento, evitando ranhuras nas superfícies.
.18. (UFG-GO) Como fonte de energia, termelétricas utilizam carvão mineral, o qual, no Brasil, contém quantidades apreciáveis do mineral pirita, FeS2.
.16. (FUVEST-SP)
Qual poluente é gerado na queima desse carvão?
Hidrogênio reage com nitrogênio formando amônia. A equação não balanceada que representa essa transformação é: H2 (g) + N2 (g)
a substância contida no frasco 1 não reagiu com a substância contida no frasco 3.
(A) CO2 (B) Fe2O3
NH3 (g)
(C) H2S (D) S2
(E) SO2
.19. (UFPE)
Outra maneira de escrever essa equação química, mas agora balanceando-a e representando as moléculas dos três gases, é:
Considere as reações químicas abaixo: 1) 2 K (s) + Cℓ2 (g) KCℓ (s) 2) 2 Mg (s) + O2 (g) 2 MgO (s) 3) PbSO4 (aq) + Na2S (aq) PbS (s) + NaSO4 (s) 4) CH4 (g) + 2 O2 (g) CO2 (g) + 2 H2O (ℓ) 5) SO2 (g) + H2O (ℓ) H2SO4 (aq)
(A) (B)
Podemos afirmar que: (A) (B) (C) (D) (E)
(C) (D) (E)
todas estão balanceadas. 2, 3 e 4 estão balanceadas. somente 2 e 4 estão balanceadas. somente 1 não está balanceada. nenhuma está corretamente balanceada, porque os estados físicos dos reagentes e produtos são diferentes.
.20. (UFPI) A reação de X com Y é representada abaixo. Indique qual das equações melhor representa a equação química balanceada.
.17. (ENEM-MEC) Em uma bancada de laboratório encontram-se 4 frascos, numerados de 1 a 4. Cada um deles contém apenas uma das quatro soluções aquosas das seguintes substâncias: nitrato de prata (AgNO3), cloreto férrico (FeCℓ3), carbonato de sódio (Na2CO3) e ácido clorídrico (HCℓ), não necessariamente na ordem apresentada. Um estudante, com o objetivo de descobrir o conteúdo de cada frasco, realizou alguns experimentos no laboratório de química, à temperatura ambiente, e verificou que: I.
(A) 2X + Y2
2XY
(B) 6X + 8Y
6XY + 2Y
(C) 3X + Y2
3XY + Y
(D) X + Y (E) 3X + 2Y2
XY 3XY + Y2
a substância contida no frasco 1 reagiu com a substância contida no frasco 4, produzindo efervescência. 134
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