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Apostila quimica2
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Apostila quimica2

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  • 1. Pré-Universitário Popular da UFF UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE Obs: a solubilidade de gases diminui com o aumento de DISCIPLNA: QUÍMICA II temperatura. A solubilidade de sólidos, geralmente, PROFESSORA: VANESSA aumenta com o aumento de temperatura. Índices CAPITULO I 1- soluto 2- solvente Soluções Aspectos Quantitativos Solução, dispersão coloidal e suspensão concentração (C) em g/L: Solução é toda mistura homogênea de duas ou mais substâncias. Onde: C = concentração (g/l); Classificação das soluções m1 = massa do soluto (g); V = Volume de solução (l ou ml). a) quanto ao estado físico: sólidas líquidas densidade (d) (g/L); (g/mL): gasosas b) quanto à condutividade elétrica: Onde: eletrolíticas ou iônicas d = densidade; não-eletrolíticas ou moleculares m = massa da solução; V = volume da solução, dada em l ou ml. c) quanto à proporção soluto/solvente: diluída não-saturada concentração em mol/L: saturada supersaturada Solubilidade e curvas de solubilidade Onde: Coeficiente de solubilidade M = Concentração em mol/l; n1 = número de mols de soluto; V = volume de solução (litros); É a quantidade máxima, em grama, de soluto m1 = massa de soluto (gramas); que se dissolve numa quantidade fixa de solvente a uma Mol = massa molar do soluto.. dada temperatura. Título (τ) porcentagem em massa: Solução saturada: é aquela que não consegue mais dissolver soluto, dada uma temperatura fixa, ou seja, atingiu o coeficiente de solubilidade. Onde: Solução insaturada: é aquela que ainda consegue mais T = título dissolver soluto, dada uma tempera-tura fixa, ou seja, m1 = massa do soluto ainda não atingiu o coeficiente de solubilidade. m2 = massa do solvente m1 + m2 = m (massa da solução). Solução supersaturada: é aquela que ultrapassou o coeficiente de solubilidade, são instáveis. Curvas de solubilidade: são gráficos que indicam como o coeficiente de solubilidade varia com a temperatura. Relação entre concentração e molaridade: C= Molaridade x M Relação entre concentração e titulo: C= 1000 . d . τ Quimica II 1
  • 2. Pré-Universitário Popular da UFF Exercícios Soluções 1- O processo de dissolução do oxigênio do ar na água é fundamental para a existência de seres vivos que habitam os oceanos, os rios e as lagoas. Esse processo pode ser representado pela equação: Algumas espécies de peixe necessitam, para sua sobrevivência, de taxas relativamente altas de oxigênio dissolvido. Peixes com essas exigências teriam maiores chances de sobrevivência: I - num lago de águas a 10° do que num lago a 25° , C C ambos a mesma altitude. a) Considerando apenas as substancias NaN03 e Pb(N03)2, II - num lago no alto da cordilheira dos Andes do que num qual delas e a mais solúvel em água, a qualquer lago situado na base da cordilheira, desde que a temperatura? temperatura da água fosse a mesma. III - em lagos cujas águas tivessem qualquer temperatura, b) Aproximadamente em qual temperatura a solubilidade desde que a altitude fosse elevada. do KCl e a do NaCl são iguais? c) Qual das substancias apresenta maior aumento de Qual(ais) afirmação(ões) é(são) correta(s)? solubilidade com o aumento da temperatura? d) Compare as solubilidades das substancias KN03 e 2- (UFR-RJ) Observe o gráfico a seguir e responda as NaN03 a 68° abaixo e acima dessa temperatura C, questões que o seguem. e) Qual a massa de uma solução saturada de NaN03 a 20° obtida a partir de 500 g de H 20? C 4- 420mL de uma solução aquosa foram preparados pela adição de certa massa de NaOH a 400mL de água. Determine a massa de soluto presente nessa solução. (Dados: Densidade da solução=1,19g/mL; densidade da água= 1,0g/mL) a) 0,29g/L b) 2,9g/L c) 0,029g/L d) 290g/L e) 0,58g/L 5- (UFF) Dissolveram-se 4,6g de NaCl em 500g de água “pura”, fervida e isenta de bactérias. A solução resultante foi usado como soro fisiológico na assepsia de lentes de contato. Aponte a opção que indica o valor aproximado em porcentagem, em peso, de NaCl existente nessa solução. a) 0,16% b) 0,32% c) 0,46% d) 0,91% e) 2,30% a) Qual a menor quantidade de água necessária para dissolver completamente, a 60° 120 g de B? C, 6- (Unioeste-PR) Calcular a massa de cloreto de bário, b) Qual a massa de A necessária para preparar, a 0 BaCl2, necessária para preparar 500 mL de solução de ° C,com 100 g de água, uma solução saturada (I) e ou tra concentração 0,5 mol/L. (Massas molares: Ba = 137 g/mol solução insaturada (II)? e Cl= 35,5 g/mol.) 3- 0 coeficiente de solubilidade de um sal e de 60 g por 7- (Cesgranrio-RJ) Se, numa análise de sangue, constata- 100 g de água a 80° Determine a massa em gramas C se a presença de 345 mg de sódio em 100 mL de plasma, desse sal, nessa temperatura, necessária para saturar 80 está correto afirmar que essa concentração, expressa em g de H20. O gráfico a seguir representa as curvas de mol/L, será igual a: solubilidade de varias substâncias: a) 0,30. b) 0,25. c) 0,20. d) 0,15. e) 0,10. 8- (UERJ) A hidroponia e uma técnica de cultivo de vegetais fora do solo. Os nutrientes são fornecidos através de uma solução contendo vários sais de fácil assimilação pelo vegetal. Para o preparo de 100 L de solução nutritiva, contendo -1 0,007 mol· L de nitrato de cálcio, a massa necessária deste sal, em gramas, e aproximadamente de: (Dados: N = 14, 0 = 16, Ca = 40.) a) 72. b) 102. c) 115. d) 164. Quimica II 2
  • 3. Pré-Universitário Popular da UFF 9- (UERJ) Um fertilizante de larga utilização é o nitrato de amônio, de fórmula NH4NO3. Para uma determinada cultura, o fabricante recomenda a aplicação de 1L de solução de nitrato de amônio de concentração 0,5mol/L por 2 m de plantação. A figura a seguir indica as dimensões do terreno que o agricultor utilizará para o plantio. Considerando que a densidade das soluções é de 1,0g/mL e que as soluções são formadas exclusivamente pelo soluto predominante e pela água, o produto que apresenta -1 a maior concentração em quantidade de matéria, mol . L , é: (A) soro (B) vinagre (C) água sanitária (D) água oxigenada Calcule a massa de nitrato de amônio, em quilogramas, 15- (UERJ- 2002) A hidroponia é uma técnica de cultivo de que o agricultor deverá empregar para fertilizar sua cultura, vegetais fora do solo. Os nutrientes são fornecidos através de acordo com a recomendação do fabricante. de uma solução contendo vários sais de fácil assimilação a) 120 b)150 c) 180 d) 200 pelo vegetal. Para o preparo de 100 L de solução nutritiva, contendo 1 10- (MACK-SP) 200mL de solução 24,0 g/L de hidróxido 0,007 mol.L - de nitrato de cálcio, a massa necessária de sódio são misturados a 1,3 litro de solução 2,08 g/L de deste sal, em gramas, é aproximadamente de: mesmo soluto. A solução obtida é então diluída até um (A) 72 (B) 102 (C) 115 (D) 164 volume final de 2,5 litros. Qual a concentração da solução após a diluição. 16- (UERJ-2006) Para estudar os processos de diluição e a) 26,0 g/L b) 13,0 g/L c) 3,0 g/L d) 5,0 g/L. e) 4,0 g/L. mistura foram utilizados, inicialmente, três frascos . contendo diferentes líquidos. 11- (UFES) Misturando 60,0 mL de solução de HCl de A caracterização desses líquidos é apresentada na concentração 2,0 mol/L com 40,0 mL de solução de HCl de ilustração abaixo. concentração 4,5 mol/L, obtém-se uma solução de HCl de concentração, em g/L, igual a : a) 3,0. b) 10,5. c) 36,5. d) 109,5. e) 365,0 12- (UERJ-1988) No rótulo de uma garrafa de água mineral, lê-se: A seguir, todo o conteúdo de cada um dos frascos foi transferido para um único recipiente. Considerando a aditividade de volumes e a ionização total dos ácidos, a mistura final apresentou uma concentração + -1 de íons H , em mol × L , igual a: (A) 0,60 (B) 0,36 (C) 0,24 (D) 0,12 17- (UERJ-2006)- Uma suspensão de células animais em um meio isotônico adequado apresenta voluma igual a 1L e concentração total de íons de sódio igual a 3,68 g/L. Nessa água mineral, a concentração de nitrato de sódio - A esse sistema foram acrescentados 3 L de água NaNO3 - em mol/L, corresponde a: destilada. -4 -4 -2 -2 (A) 1,0 x 10 (B) 2,0 x 10 (C) 4,0 x 10 (D) 8,5 x 10 Após o processo de diluição, a concentração total de íons sódio, em milimol/L, é de: 13-(UERJ-1999) Diluição é uma operação muito (A) 13,0 (B) 16,0 (C) 23,0 (D) 40,0 empregada no nosso dia-a-dia, quando, por exemplo, preparamos um refresco a partir de um suco concentrado. 18- (UERJ-2006)- A equação balanceada a seguir Considere 100mL de determinado suco em que a representa a reação de dupla-troca entre o nitrato de prata -1 concentração do soluto seja de 0,4mol. L . e o sulfeto de sódio, na qual é formado o sal insolúvel O volume de água, em mL, que deverá ser acrescentado sulfeto de prata. -1 para que a concentração do soluto caia para 0,04 mol. L , será de: (A) 1.000 B) 900 (C) 500 (D) 400 14- (UERJ-2000) Algumas soluções aquosas vendidas no comércio com nomes especiais são mostradas abaixo: Quimica II 3
  • 4. Pré-Universitário Popular da UFF Um experimento sobre análise quantitativa consistiu em Exemplo: gotejar uma solução de AgNO3 sobre uma solução de Qual a concentração de uma solução obtida pela Na2S, mantendo agitação constante. mistura de 500mL de solução de HCl 1 mol/L com 1500mL O volume da solução de AgNO3 gotejado, em mililitros, e a de solução 2 mols/L do mesmo soluto? massa de Ag2S obtida, em gramas, foram registrados no 500mL = 0,5L gráfico abaixo. 1500mL = 1,5L M' . V' + M'' . V'' = M . V 1 . 0,5 + 2 . 1,5 = M . 2 0,5 + 3 = M . 2 M = 3,5 / 2 M = 1,75 mols/L Com reação química Neste tipo de mistura, deve-se, através da reação química envolvida e dos números de mols dos participantes em cada solução, calcular-se: * a quantidade de mols de produtos formados; * a quantidade de mols de reagentes que possam ter permanecido sem reagir (excesso). A) Calcule a concentração da solução de AgNO3, em mol × −1 L . Conhecendo-se o volume final (que é a soma dos B) Indique o caráter da solução de sulfeto de sódio em volumes das soluções participantes), pode-se calcular a relação a seu pH e escreva uma equação química que concentração dos solutos participantes da solução final. comprova esse caráter. Exemplo 1 Diluição e Mistura de soluções Determinar a concentração em mols/L do reagente em Diluição excesso formado pela mistura 2 L de uma solução de HCl 2 mols/L com 1 L de outra solução de NaOH 1,5 mols/L. Diluir uma solução significa diminuir a sua concentração. O procedimento mais simples, geralmente A reação que ocorre é de neutralização... aplicado, para diluir uma solução, é a adição de solvente à NaOH + HCl => NaCl + H2O solução. 40 g 36,5 g 58,5 g 18 g Na diluição de soluções a massa de soluto, inicial e final, é a mesma, somente o volume é maior, logo, a concentração Calculando as quantidades de mols dos solutos de cada da solução será menor. Como a massa de soluto uma das soluções, multiplicando a concentração pelo permanece inalterada durante a diluição, pode-se volume... escrever: solução de NaOH C1.V1 = C2.V2 C . V = 1,5 . 1 = 1,5 mols Aplicando um raciocínio semelhante para a solução de HCl molaridade, obtém-se a expressão: C . V = 2 . 2 = 4 mols M1.V1 = M2.V2 Considerando que a reação ocorre na proporção de 1 mol de NaOH e 1 mol de HCl para originar 1 mol de NaCl, o Através das expressões obtidas para a diluição de NaOH será o reagente limitante e teremos na solução final soluções, pode-se observar que a concentração de uma ... solução é inversamente proporcional ao volume. 0 mols de NaOH (limitante) Mistura 2,5 mols de HCl (excesso) 1,5 mols de NaCl (produto) Sem reação química V=1L+2L=3L Na mistura de soluções a massa total do soluto e o M = n1/V= 2,5/3 = 0,83 mol/L volume da solução final, é igual à soma das massas dos solutos e dos volumes das soluções que foram misturadas. Desafio (UEM-PR) Qual será o volume, em mililitros (mL), de uma M'.V' + M''.V'' = M . V solução aquosa de hidróxido de sódio 0,10 mol/L necessário para neutralizar 25 mL de uma solução aquosa C' . V' + C'' . V'' = C . V de ácido clorídrico 0,30 mol/L? (Na= 23; O= 16; H=1; Cl= 35,5) Τ’ . V’ + T’’ . V’’ = T. V Quimica II 4
  • 5. Pré-Universitário Popular da UFF 4- (UFRJ) A sacarina, que tem massa molecular 183 e Exemplo 2 fórmula estrutural: (Fuvest) Misturam-se 50 mL de solução aquosa 0,10 mol/L de ácido sulfúrico com 50 mL de solução aquosa 0,40 mol/L de hidróxido de sódio. Completada a reação: a) O meio estará básico ou ácido? Justifique. b) Qual é a concentração em mol/L, do ácido ou da base remanescente? Indique os cálculos. H2SO4 + 2 NaOH => Na2SO4 + 2 H2O 98 g 80 g 142 g 36 g Cálculo do número de mols dos solutos nas soluções... solução de H2SO4 É utilizada em adoçantes artificiais. Cada gota de certo adoçante contem 4,575mg de sacarina. Foram C . V = 0,10 . 0,05 = 0,005 mols adicionadas, a um recipiente contendo café com leite, 40 gotas desse adoçante, totalizando um volume de 200 mL. Corrigindo a concentração considerando os dois a) Determine a molaridade da sacarina nesse recipiente. hidrogênios ionizáveis do ácido sulfúrico...0,01 mols. b) Quantos mililitros de café com leite devem ser adicionados ao recipiente para que a concentração da solução de NaOH sacarina se reduza a 1/3 da concentração inicial? C . V = 0,40 . 0,05 = 0,02 mols 5- (UERJ) Um laboratorista dispõe de solução 2M de H2S04 e precisa de uma solução 5M desse ácido. Teremos na solução final: a) Determine que volume da solução inicial ele deve diluir para obter 200 mL da solução desejada solução desejada. 0 mols de H2SO4 (limitante) b) Calcule a massa em gramas de H2S04 presente nos 0,01 mols de NaOH (excesso) 200mL da solução desejada. 0,01 mols de Na2SO4 (produto) c) Determine a concentração da solução inicial em V = 0,05 + 0,05 = 0,1 L gramas/litro. (H = 1,0 = 16, S = 32.) A solução será básica pois temos um excesso de 0,01 mols desta com relação ao ácido. CAPITULO II Calculando a concentração da base remanescente... Propriedades Coligativas C(mol/L) = 0,01 mol / 0,1 L = 0,1 mol/L Propriedades coligativas são propriedades de uma Exercícios solução que dependem da concentração de partículas do Diluição e Mistura soluto e não da sua natureza. Cada uma dessas propriedades depende da diminuição da 1- (Vunesp-SP) O volume final, em L, de tendência de escape das moléculas do solvente pela suco diluído obtido a partir de 300 mL de adição das partículas do soluto. suco de tangerina de alto teor de polpa, As propriedades coligativas incluem o abaixamento da seguindo rigorosamente a sugestão de pressão do vapor, elevação do ponto de ebulição, preparo, é: abaixamento do ponto de congelação e pressão osmótica. Sugestão de preparo: Agite bem antes de usar. Misture 1 parte de suco com 5 Pressão máxima de vapor partes de água. Conteúdo do frasco 1.000 ml. É a pressão exercida por seus vapores quanto estes estão a) 0,9. b) 1,0. c) 1,5. d) 1,8. e) 2,3. em equilíbrio dinâmico com o líquido. Quando um líquido é aquecido em recipiente aberto, no seu interior formam-se bolhas constituídas do vapor do 2- Em 200 mL de solução aquosa de iodeto de potássio de líquido. concentração 10 g/L, foi adicionada água suficiente para Para que essas bolhas escapem do líquido, é necessário completar 5,0 L de solução. Determine a concentração em que sua pressão seja, no mínimo, igual à pressão g/L da nova solução. atmosférica. Quanto mais volátil de uma substância maior é a sua 3- (UnB-DF) A partir de uma solução de hidróxido de sódio pressão de vapor, a uma mesma temperatura, líquidos na concentração de 25 g/L, deseja-se obter 125 mL dessa mais voláteis têm maior pressão de vapor, ou seja, entram solução na concentração de 10 g/L. Calcule, em mililitros, em ebulição antes. o volume da solução inicial necessário para esse processo. Resumindo: maior pressão de vapor implica atingir o ponto Despreze a parte fracionaria de seu resultado, caso exista. de ebulição mais rápido Quimica II 5
  • 6. Pré-Universitário Popular da UFF Líquidos diferentes possuem pressões de vapor diferentes, dissolução de um soluto não-volátil. consequência das maiores ou menores forças de atração entre as moléculas dos líquidos. Locais situados ao nível do mar, têm pressão atmosférica p° = PMV do solvente puro. maior e a temperatura de ebulição é maior do que em p = PMV do solvente na solução. locais com maior altitude em onde a pressão atmosférica é p° > p menor. Assim o tempo de cozimento dos alimentos aumenta quando a pressão externa diminui. 1° Lei de Raoult: Adotou-se como pressão normal : 760 mmHg ou 1 atm. P=p° 2 x Pressão de vapor dos sólidos X2= fração molar do solvente na solução A maioria dos sólidos, possui pressão de vapor Calculo do abaixamento absoluto: praticamente nula. Sólidos como naftalina e iodo apresentam pressão de O abaixamento da PMV é: ∆p = p° – p vapor alta, ambos sólidos sublimam, passam do estado sólido para o vapor. ∆p depende da temperatura. Nesta sublimação também ocorre um equilíbrio dinâmico entre o sólido e o vapor, existindo nesse momento a Abaixamento Relativo da PMV do Solvente: pressão máxima de vapor. A temperatura de fusão (também chamada ponto de fusão) ∆p/p° = (p° – p)/p° de uma substância é aquela em que pressão de vapor do sólido é igual a do líquido. A temperatura de fusão é ∆p/p independe da temperatura. sempre igual à de solidificação (também chamada temperatura de congelamento ). 2° Lei de Raoult: O ponto de fusão sofre uma variação muito pequena com a pressão externa, para a maioria das substâncias sólidas, ∆p/p° = X 1 um grande aumento na pressão provoca um pequeno aumento na temperatura de fusão. Para soluções diluídas utiliza-se a 3° Lei de Raoult : Curiosidades Cálculo do ∆p/p = Kt . W As panelas de pressão são projetadas para reter boa ∆p/p = Kt . W parte do vapor de água, aumentando a pressão interna. A água permanece líquida, acima de 100° C e, em virtu de da Kt = M2/1000 é a constante tonométrica; alta temperatura, os alimentos cozinham mais rápido. W= 1000m1/m2M1 é a molalidade da solução. • A água ferve sem necessidade de aquecimento em grandes altitudes. A 27.000m de altitude, a II) Ebulioscopia água entra em ebulição a 100° C. • Quando patinamos no gelo, de fato os patins Ebulioscopia é o estudo da elevação do ponto de ebulição deslizam sobre uma fina camada de água líquida, de um solvente, provocada pela adição de um soluto não- essa camada se forma devido à pressão exercida volátil, à pressão externa constante. pelas lâminas dos patins, pressão essa que Como vimos um líquido ferve à temperatura na qual sua provoca a fusão do gelo. pressão de vapor é igual à pressão atmosférica. • Peixe-gelo: existente em águas geladas da Caso seja necessário reduzir a temperatura de ebulição de Antártida, apresenta ausência de glóbulos um liquido, basta diminuir a pressão exercida sobre ele. vermelhos pois forçaria o coração- vive em H2O Ao se adicionar um soluto (não volátil e molecular) à água geladas pois maior a quantidade de O2 dissolvido. pura, a temperatura de ebulição do solvente na solução aumenta. I) Tonoscopia t° = temperatura de ebulição do líquido puro. te = temperatura de inicio de ebulição da solução. Como vimos a pressão de vapor aumenta com o aumento te > t° da temperatura. Quando a pressão de vapor se iguala a pressão atmosférica, o líquido entra em ebulição. A elevação será: ∆te = te - t° Quanto mais volátil o líquido, maior será sua pressão de vapor, assim a pressão de vapor de um líquido indica sua Cálculo de ∆te (Lei de Raoult) volatilidade. A pressão de vapor de uma solução a cada temperatura Para soluções moleculares, temos: diminui como resultado da presença de um soluto e assim é necessário aquecer a solução a uma temperatura mais ∆te = Ke . W alta, a fim de alcançar seu ponto de ebulição, ou seja, ao 2 adicionar soluto à solução a temperatura de ebulição Ke= R.Te /1000.Lv diminui. Tonoscopia é o estudo do abaixamento da pressão R= constante universal dos gases perfeitos~2cal/kmol máxima de vapor de um solvente, provocado pela T= temperatura absoluta de ebulição do solvente puro (k) Quimica II 6
  • 7. Pré-Universitário Popular da UFF Lv= calor latente de vaporização do solvente puro (cal/g) a) Quanto à permeabilidade - Membranas permeáveis: são membranas que deixam III) Crioscopia difundir o solvente e o soluto. - Membranas semipermeáveis: são membranas que Também conhecida como Criometria, a Crioscopia estuda deixam difundir apenas o solvente, impedindo a difusão do a diminuição do ponto de congelamento de um líquido soluto. causado pelo soluto não-volátil. A fórmula que permite - Membranas impermeáveis: são membranas que não calcular essa propriedade é a seguinte: deixam difundir nem o solvente e nem o soluto. ∆tc = T0 - T, b) Quanto à origem onde: - Membranas naturais: são membranas de origem animal ou vegetal, como o pergaminho, o papel de celofane e a ∆tc= efeito crioscópico bexiga de porco. As membranas naturais não são T0 = temperatura de congelamento do solvente puro empregadas no estudo dos fenômenos osmóticos quando T = temperatura de congelamento do solvente na solução se exige precisão nos resultados, uma vez que não são perfeitamente semipermeáveis e deixam difundir tambem A Crioscopia pode ser explicada assim: quando se pequenas quantidades de soluto. adiciona um soluto não-volátil a um solvente, as partículas - Membranas artificiais: são membranas de origem deste soluto dificultam a cristalização do solvente dando industrial e são mais usadas devido a sua origem à propriedade descrita. Exemplo: o ponto de semipermeabilidade ser mais perfeita. A membrana de congelamento da água pura é inferior ao da água poluída, Traube-Pfefffer é uma das mais importantes e consiste de por quê? A água poluída possui partículas não-voláteis que um cilindro de porcelana porosa impregnado de dificultam o congelamento deste líquido, já a água ferrocianeto de cobre II. purificada, isenta de qualquer corpo estranho, chega à cristalização mais rapidamente. Expressão matemática pV = nRT ou pV = nRT ∆tc = Kc . W 2 Kc= R.Tc /1000.Lf Exercícios Propriedades Coligativas R= constante universal dos gases perfeitos~2cal/kmol T= temperatura absoluta de ebulição do solvente puro (k) 1 . (Ufal) Um líquido entra em ebulição quando: Lf= calor latente de fusão do solvente puro (cal/g) a) passa da fase líquida para a fase gasosa. b) sua pressão de vapor é maior que a pressão IV) Osmometria ou Osmoscopia atmosférica. c) sua pressão de vapor se iguala à pressão atmosférica. A osmometria estuda a pressão osmótica de soluções. d) sua temperatura é maior que a do ambiente. Osmose é a denominação dada ao fenômeno da difusão e) sua temperatura é a mesma que a do ambiente. do solvente através de membranas. Inicialmente, vamos separar um copo de Becker em dois 2. (Vunesp) A variação das pressões de vapor de HCCI3 e compartimentos com uma membrana semipermeável. C2H5CI com a temperatura é mostrada no gráfico. Coloca-se, em seguida, água num compartimento e Considerando a pressão de 1 atm: solução saturada de açúcar no outro, de maneira que o nível dos líquidos seja o mesmo. Após alguns minutos, podemos observar que o nível no compartimento com a solução saturada e açúcar é mais alto, enquanto o compartimento com água está mais baixo que o início. Nessa experiência, vê-se que a água passou, através da membrana, para o compartimento de açúcar. Esta passagem de água através da membrana semipermeável é denominada de osmose. Se a experiência for realizada utilizando-se duas soluções de açúcar de diferentes concetrações, pode-se verificar que ocorre a difusão do solvente da solução mais diluída para a mais concentrada. Osmose é a passagem de um solvente para uma solução mais concentrada deste mesmo solvente através de uma a) a que temperatura cada substância entrará em membrana semipermeável. ebulição? A osmose sempre ocorre através de uma membrana b) qual o efeito da adição de um soluto não-volátil sobre semipermeável do solvente em direção ao soluto ou da a pressão de vapor dessas substâncias? solução mais diluída para a solução mais concentrada. 3. Considerando as substâncias do exercício anterior, qual Classificação de membranas a temperatura de ebulição de cada uma em uma cidade em que a pressão atmosférica seja 500 mmHg? Quimica II 7
  • 8. Pré-Universitário Popular da UFF 4. O gráfico abaixo representa as curvas de pressão de CAPITULO III vapor de três soluções aquosas A, B e C em função da temperatura. Termoquímica Ramo da química que estuda a energia associada a uma reação química. O calor de Reação é o calor 'liberado' ou 'absorvido' por uma reação e pode ser medido em joules ou calorias, a unidade aceita pelo SI ( Sistema Internacional de Unidades ) é o Joule. Em outras palavras é o estudo das quantidades de calor liberadas ou absorvidas durantes as reações químicas. 1 caloria (cal) = 4,184 joule (J) 1 quilocaloria (kcal) = 1000 cal 1 quilojoule (KJ) = 1000J. Classificação das reações a) Qual a temperatura de ebulição dessas soluções em Reação exotérmica Santos (pressão atmosférica 760 mmHg)? b) Qual a pressão atmosférica do local em que a solução • Reações que se realizam com liberação de A entra em ebulição a 60°C? energia (calor). • Reagentes -> Produtos + calor liberado 5. Considere duas donas-de-casa, uma em Santos e outra • em Campos do Jordão. Ambas colocam um ovo para A + B → C + CALOR cozinhar usando o mesmo volume de água e recebendo a mesma quantidade de calor (fogões idênticos). H2(g) + ½ O 2(g) → H2O(ℓ) + 285,8 kJ Admitindo a mesma temperatura ambiente, em que cidade o ovo cozinhará mais depressa? Justifique. Reagentes Produto Calor liberado (Dados: Santos: altitude O m, nível do mar; Campos do Jordão: altitude 1600m) Reação endotérmica 6- Uma massa de 64g de uma substância X foi dissolvida • Reações que se realizam com absorção de em 260g de benzeno, originando uma solução cuja energia (calor) pressão de vapor é igual a 80 mm Hg. Determine a massa • Reagentes + calor absorvido -> produtos molar de X, sabendo que na mesma temperatura a • pressão de vapor do benzeno é igual a 88 mm Hg. (MM do A + B + CALOR → C benzeno = 78g/mol) NH4NO3(s) + H2O(ℓ) + 26,2kJ → NH4+ + NO3- 7- Considere uma solução contendo17,1g de sacarose Reagentes Calor Produtos (PM=3420) em 180g de água (PM= 18). Determine a absorvido pressão de vapor dessa solução a 20°C, em atm: ou (Dado: Pressão de vapor da água a 20°C = 17,5 mm Hg) NH4NO3(s) + H2O(ℓ) → NH4+ + NO3- – 26,2kJ 8- Dissolvem-se 171,0g de sacarose em 930,0g de H20, Reagentes Produtos Calor obtendo-se um abaixamento da temperatura de absorvido congelação de 1°C. A massa de etanol que deve ser adicionada na mesma quantidade de água para se obter Entalpia (∆H) um abaixamento de 6°C será? (Dados: Kc da água : 1,86°C;MM: C: 12; H:1; O: 16; Corresponde ao conteúdo total de energia de cada sacarose(C12H22O11); etanol (C2H6O) substancia que participa de uma transformação. A pressão constante a Quantidade de Calor (Q) liberada ou 9- Uma solução de soluto não-ionico tem pressão osmótica absorvida em uma transformação é igual em módulo à Variação de Entalpia (∆H): igual à 16,4 atm, à 47°C : ( Dados: R= 0,82 atm.L/kmol). Responda: a) Qual a molaridade da solução? Q = ∆H = Hprodutos – Hreagentes b) Qual a sua concentração, sabendo-se que MM do soluto é igual a 200? Exotérmica 10- Calcule a pressão de vapor a 20°C de uma solução de 3,84g de naftaleno(C10H8) dissolvido em 28,86g de benzeno(C6H6),sabendo que a pressão de vapor do benzeno é igual a 74,7mm Hg a 20°C. Deve-se considerar que o naftaleno não sofre mudança de estado. (Dados: MM C6H6: 78g; C10H8: 128g) Quimica II 8
  • 9. Pré-Universitário Popular da UFF I - C(s)+H2O(g) → CO(g)+H2(g) ∆H=31,4kcal II - CO(g)+1/2O2(g) → CO2(g) ∆H=-67,6kcal III – H2(g)+1/2O2(g) → H2O(g) ∆H=-57,8kcal De acordo com a variação de entalpia, podemos afirmar: a) I é endotérmica, II e III exotérmicas. b) I e III são endotérmicas, II exotérmica. c) II e III são endotérmicas, I exotérmica. d) I e II são endotérmicas, III exotérmica. e) II é endotérmica e I e III exotérmicas. A + B → C ∆H<0 H2(g) + ½ O 2(g) → H2O(ℓ) ∆H= - 285,8 kJ 2- (FATEC) As reações químicas que envolvem energia são classificadas, quanto à liberação de calor, em reações Endotérmica exotérmicas e endotérmicas. Chama-se variação de entalpia (∆H) a quantidade de calor que podemos medir, sob pressão constante, em uma reação química. Dadas as reações: I. H2(g) + 1/2 O2(g) → H2O(g) ∆H = - 68,3 kcal/mol II. H2O(g) → H2(g) + 1/2 O2(g) ∆H = + 68,3 kcal/mol podemos afirmar que: a) a reação II é exotérmica e a I é endotérmica. b) a reação I é exotérmica e a II é endotérmica. c) as duas reações são exotérmicas. d) as duas reações são endotérmicas. e) as duas reações liberam calor. A + B → C ∆H>0 + - NH4NO3(s) + H2O(ℓ) → NH4 + NO3 ∆H = + 26,2kJ Fatores que influenciam nas reações químicas Entalpia nas mudanças de estado físico • Os estados físicos dos reagentes e produtos: substâncias no estado sólido provocam variações de entalpia maiores do que no estado líquido; e estas, maiores do que no estado gasoso. Exemplo: • Estado alotrópico de reagentes e produtos: cada estado alotrópico tem um valor de entalpia distinto. Exemplo: O diamante possui em sua estrutura cristalina, mais, entalpia, ou conteúdo de calor “acumulado” do que a grafite; por ocasião da queima, essa quantidade adicional de conteúdo de calor é liberada, o que explica o maior ∆H da segunda reação. Como regra geral podemos dizer que a forma cristalina de entalpia maior é mais reativa; a de entalpia menor é mais estável, e mais abundante quando ocorre na natureza. Logo poderemos concluir que: - a grafite é mais estável que o diamante; - o enxofre rômbico é mais estável é mais estável que o monoclínico; - o fósforo vermelho é mais estável que o branco. Desafio Influência da dissolução 1- (UNITAU) Observe as seguintes equações A dissolução de uma solução de soda cáustica (NaOH) na termoquímicas: água á acompanhada por aquecimento, sendo assim Quimica II 9
  • 10. Pré-Universitário Popular da UFF poderemos dizer que se trata de uma dissolução diminuição de volume (verificando através do aumento ou exotérmica. diminuição do número total de moléculas gasosas durante Dissolvendo tiossulfato de sódio (Na2S2O3) em água, a a reação). solução fica gelada. Uma importante aplicação dos calores de dissolução são “Um aumento de pressão desloca o equilíbrio no sentido as compressas de emergência, usadas como primeiro- de menor volume”. socorro em contusões sofridas, por exemplo, durante “Uma diminuição de pressão desloca o equilíbrio no práticas esportivas. Exemplos de substâncias que podem sentido de maior volume”. ser utilizadas são CaCl2(s) e NH4NO3(s), cuja dissolução em N2(g) + 3H2(g) <==> 2NH3(g)* água é representada, respectivamente, pelas equações Se repentinamente for diminuído o volume do termoquímicas: recipiente à temperatura constante, as quantidades de N2, H2 e NH3 não são imediatamente afetadas, entretanto, as CaCl2(s) + aq CaCl2(aq) ∆H = -82,7 kJ/mol concentrações aumentam. Neste caso, o equilíbrio se NH4NO3(s) + aq NH4NO3(aq) ∆H = +26,3 kJ/mol desloca para a direita; é formado mais NH3, e menos N2 e H2 estarão presentes depois de restabelecido o equilíbrio. Influência da temperatura A resposta do sistema deve estar vinculada à concentração. De que maneira o princípio de Le Châtelier Nesse caso o princípio de Le Chatelier diz que: explica a formação de mais NH3 neste equilíbrio? O equilíbrio é deslocado para a direita porque assim será “Um aumento de temperatura desloca o equilíbrio reduzido o número total de moléculas, e portanto, a no sentido endotérmico (sentido que absorve o calor pressão total no recipiente. A diminuição do volume de fornecido)”. uma mistura de gases aumentará a pressão total (Lei de “Uma diminuição da temperatura desloca o Boyle). Neste caso, porém, o aumento de pressão é equilíbrio no sentido exotérmico (sentido que repõe o calor minimizado pela diminuição do número de moléculas de retirado)”. gás. Note, entretanto, que depois do equilíbrio ser N2(g) + 3H2(g) <==> 2NH3(g)* ∆H = -92,2 kJ restabelecido, embora esteja presente mais NH3 e menos o que poderia ser rescrito como H2 e N2, as concentrações de todos os três aumentaram, N2(g) + 3H2 <==> 2NH3(g)* + 92,2 kJ como consequência da diminuição de volume do Assim, a reação à direita é exotérmica e a da recipiente. esquerda é endotérmica. A adição de calor a este Nem sempre uma variação no volume do equilíbrio causa uma deslocamento para a esquerda. A recipiente provocará um deslocamento no equilíbrio num reação endotérmica (para a esquerda) consome parte do sistema gasoso em equilíbrio. Por exemplo no equilíbrio: calor adicionado para produzir mais N2 e H2 a partir de 2HI(g) <==> H2(g) + I2(g)* NH3, e desta maneira a temperatura aumenta menos do o número de moléculas de gás é igual nos dois lados da que se poderia esperar. A temperaturas mais altas, as equação, o sistema em equilíbrio não responde a uma concentrações de equilíbrio de [N2] e [H2] são maiores e a diminuição de volume, à temperatura constante. Neste de [NH3] é menor. Com a diminuição da temperatura há caso não existe mecanismo para minimizar o aumento de uma inversão de todos os efeitos citados, uma vez que é pressão, portanto, nenhum deslocamento é produzido pela favorecida a reação exotérmica. É produzido calor que variação de volume do recipiente. A variação da pressão compensa parcialmente aquele retirado do sistema. também não exerce influência sobre os equilíbrios não- gasosos. Influência do catalisador Um aumento na pressão do sistema desloca a reação para o lado que tiver menos moléculas. Em cinética um catalisador diminui a energia de Uma diminuição na pressão do sistema desloca o ativação e, por isso aumenta a velocidade da reação. equilíbrio para o lado que tiver mais moléculas. Quando a reação é reversível, a influência do catalisador se faz sentir no sentido da reação direta como Equação Termoquímica na reação inversa. Aumentando por igual as velocidades das reações É a equação química à qual acrescentamos a direta e inversa, o catalisador diminui o tempo necessário entalpia da reação e na qual mencionamos todos os para se atingir o equilíbrio, isto é, não altera o rendimento fatores que possam influir no valor dessa entalpia. do processo. Influência da pressão (25◦C; 1atm) A pressão praticamente não influencia nos calores Casos Particulares das Entalpias (ou calores) das de reação de sólidos e líquidos. Mesmo em reações com reações gases a influencia é muito pequena, tornando-se perceptível somente em pressões elevadíssimas. Porém Estado Padrão nas questões relacionadas com equilíbrio químico observamos a influência da pressão. Por convenção, chama-se estado padrão às O aumento ou a diminuição da pressão sobre um seguintes condições: sistema em equilíbrio irá deslocá-lo quando na reação - temperatura de 25◦C; existem gases e ela se processa com aumento ou - pressão de 1 atm; Quimica II 10
  • 11. Pré-Universitário Popular da UFF - forma alotrópica ou cristalina e estado físico mais estável e comum do elemento ou do composto. Exemplos: CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O + calor A substância simples no estado padrão (isto é, na CH2S + 6 F2 → CF4 + 2 HF + SF6 + calor forma alotrópica mais estável, no estado físico usual, a 25◦C e 1atm) tem entalpia igual a zero. Entalpia de neutralização É a variação de entalpia verificada na neutralização 1mol de um ácido por 1 mol de uma base, supondo todas as ◦ substâncias em diluição total ou infinita, a 25◦C e 1atm. Entalpia padrão de formação de uma substância (∆H f) HCl(aQ)+ NaOH(aq) → NaCl(aq) + H2O(l) ∆H= -13,84 kcal/mol É a variação de entalpia verificada na formação de 1 mol de uma substância, a partir das substâncias simples Energia de ligação correspondentes, admitindo-se todas no estado padrão. A entalpia de formação da água, formada por hidrogênio e É a variação de entalpia verificada na quebra de 1 mol de oxigênio, é equivalente a entalpia da reação de hidrogênio uma determinada ligação química, supondo-se todas as diatômico com oxigênio diatômico, ambos gasosos: substâncias no estado gasoso, a 25° e 1atm. C A quebra de ligações é sempre um processo endotérmico; H2 ( g ) + ½ O 2 ( g ) ==> H2O( l ) ∆fH0 = - 285,5 kJ/mol portanto ∆H é sempre positivo. 23 Calcule o ∆H da reação: C2H4 (g) + H2 (g) --> significa que a formação de 1 mol de água ( 6,02 . 10 C2H6 (g) , dadas as energias de ligação em kcal: moléculas = 18 gramas ), no estado líquido, a partir das espécies elementares hidrogênio e oxigênio à temperatura C = C ... 146,8 kcal/mol de 298 K e 1 atm libera 285,5 kJ/mol de energia calorífica. C - C ... 83,2 kcal/mol C - H ... 98,8 kcal/mol A entalpia de formação das espécies químicas H - H ... 104,2 kcal/mol elementares, nas mesmas condições, é arbitrada como sendo zero. Exemplos: • Hidrogênio: H2 (g) • Hélio: He (g) • Carbono: C (cr) (grafite) • Nitrogênio: N2 (g) • Oxigénio: O2 (g) • Flúor: F2 (g) • Cloro: Cl2 (g) • Bromo: Br2 (l) • Iodo: I2 (s) • Fósforo: P (vermelho) • Enxofre: S (rômbico) É importante obedecer rigorosamente à definição dada no ∆H = 4 . 98,8 + 1 . 146,8 + 1 . 104,2 + 6 . ínicio, para evitar certos erros comuns, como, por exemplo: a) C(diamante) + O2→ 1 CO2 (? 98,8) + 1 . (? 83,2) ∆H = ? 29,8 kcal b) N2 (g) + 3H2(g) → 2NH3 c) CaO + CO2 → 1 CaCO3(s) Lei de Hess Entalpia de combustão de uma substância A variação de entalpia (quantidade de calor liberada ou absorvida) numa reação química depende apenas do É a variação de entalpia verificada na combustão total de 1 estado inicial e final da reação. mol de uma determinada substância, supondo-se no De acordo com o Princípio da Conservação da Energia, estado padrão todas as substâncias envolvidas nessa esta não pode ser criada, nem destruída, apenas combustão. transformada. Combustão ou queima é uma reação química exotérmica Suponha as seguintes transformações: entre uma substância (o combustível) e um gás (o comburente), usualmente o oxigênio, para liberar calor. Em uma combustão completa, um combustível reage com um comburente, e como resultado se obtém compostos resultantes da união de ambos, além de energia. De uma forma geral: CxHy + (x+y/4)O2 → xCO2 + (y/2)H2O Quimica II 11
  • 12. Pré-Universitário Popular da UFF que é exatamente a entalpia da reação se queimássemos diretamente o carbono a dióxido de carbono. Consequências da Lei de Hess - As equações termoquímicas podem ser somadas como se fossem equações matemáticas. - Invertendo uma equação termoquímica, devemos trocar o sinal do ∆H. A transformação do reagente A em produto B pode - Multiplicando (ou dividindo) uma equação termoquímica ocorrer por dois caminhos: por um número diferente de zero, o valor de ∆H será • direto, com variação de entalpia D H1, também multiplicado ou dividido por esse número. • em etapas, do reagente A para o intermediário C, com variação de entalpia D H2, e daí para o Exercícios produto B, com calor de reação D H3. Termoquímica Como a energia não pode ser criada nem destruída, então: D H1 = D H2 + D H3 1- Sendo o ∆H de formação do óxido de cobre II igual a - Caso esta igualdade não se verifique, teríamos perdido ou 37,6 kcal/mol e o ∆H de formação do óxido de cobre I igual ganho energia, contrariando o Princípio da Conservação. a -40,4 kcal/mol, determine o ∆H da seguinte reação: Cu2O(s) + ½ O 2(g)→2CuO(s) Típica tabela para construção de um ciclo de Hess: 2- O gráfico a seguir pertence a um tipo de reação 0 Composto ∆f termoquímica, identifique a reação e justifique utilizando CH4(g) -75 equações e ∆H: O2(g) 0 CO2(g) -394 H2O(l) -286 0 0 Usando estes dados ∆Hf a ∆Hc para a reação abaixo pode ser encontrada: CH4(g)+ 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l)  ∆Hc + (-75) + 0= -394+2x-286 0 ∆Hc -75= -966 0 -1 ∆Hc = -891KJ.mol Podemos utilizar como exemplo simples da aplicação da Lei de Hess a reação de oxidação do carbono. É possível 3- Calcule a energia envolvida na reação: que o carbono se combine com um único átomo de oxigênio, formando o monóxido de carbono: 2 HI(g) + Cl2(g) → I2(g) + 2 HCl(g) Expresse o resultado em kcal/mol de HI(g). Indique se a O monóxido de carbono é combustível, isto é, ele pode se reação é exotérmica ou endotérmica. Dados : combinar com outro átomo de oxigênio, produzindo dióxido de carbono; por este motivo, ocorre a reação de Tipo de Energia de ligação combustão: ligação (kcal/mol) H-Cl 103 H-I 71 Se somarmos estas duas equações (como se elas fossem Cl-Cl 58 equações algébricas), poderíamos também, segundo a Lei I-I 36 de Hess, somar as entalpias de reação: 4- Experimentalmente observa-se que, quando se dissolve etanol na água, há aumento da temperatura da mistura. Com base nesse fato, demonstre ou refute a seguinte Continuando a utilizar regras análogas às empregadas na afirmação: “ A dissolução do etanol em água é um álgebra, podemos eliminar todos os elementos que processo endotérmico”. aparecem nos dois membros da equação - neste caso, 5- Um passo no processo de produção do ferro metálico, eliminamos o . Fe(s), é a redução do óxido ferroso (FeO) com monóxido de carbono (CO). Somando e , podemos anotar 1 mol deste gás, e o resultado final será: FeO(s) + CO(g) → Fe(s) + CO2 ∆H= x Quimica II 12
  • 13. Pré-Universitário Popular da UFF Utilizando as equações termoquímicas fornecidas a seguir: Fe(s) + 1/2 O2(g) → FeO(s) ∆H = -64 kcal/mol Fe2O3(s) + 3CO(g) → 2Fe(s) + 3CO2(g) ∆H= -25kJ 2 Fe(s) + 3/2 O2(g) → Fe2O3(s) ∆H = -196 kcal/mol 3FeO(s) + CO2(g) → Fe3O4(s) + CO(g) ∆H= -36kJ 2Fe3O4(s) + CO2(g) → 3Fe2O3(s) + CO(g) ∆H= +47kJ determine o calor liberado a 298K e 1atm na reação: Determine o valor de x: 2 FeO(s) + 1/2 O2(g) → Fe2O3(s). 6- A cabeça do palito de fósforo contém uma substância chamada trissulfeto de tetrafósforo. Este composto inflama 10 - A entalpia da reação (I) não pode ser medida na presença de oxigênio, ocorrendo, à pressão normal, a diretamente em um calorímetro porque a reação de liberação de uma quantidade de calor de 3677 kJ por mol. carbono com excesso de oxigênio produz uma mistura de A reação referente ao processo está representada a monóxido de carbono e dióxido de carbono gasosos. As seguir: entalpias das reações (II) e (III), a 20° e 1 atmo sfera, C estão indicadas nas equações termoquímicas a seguir: P4S3(s) + 8O2(g) → P4O10 + 3 SO2(g) (I) 2C(s) + O2(g) → 2CO (g) Calcule a entalpia padrão de formação do P4S3(s) , - considerando a seguinte tabela: (II) C(s) + O2(g) → CO2 (g) ∆ H=-394 kJ.mol - Composto ∆H (kJ mol ) -1 (III) 2CO(g) + O2(g) → 2CO2 (g) ∆ H=-283 kJ.mol P4O10 -2940,0 a) Calcular a entalpia da reação ( I ) nas mesmas SO2 -296,8 condições. b) Considerando o calor envolvido, classificar as reações 7- O elemento químico tungstênio, de símbolo W, é muito (I), (II) e (III). utilizado em filamentos de lâmpadas incandescentes comuns. Quando ligado a elementos como carbono ou CAPITULO IV boro, forma substâncias quimicamente inertes e duras. O carbeto de tungstênio, WC(s) , é muito utilizado em Cinética ponteiras de ferramentas como furatrizes, esmeris, lixas para metais etc. É o estudo da velocidade das reações químicas e dos Essa substância pode ser obtida pela reação: fatores que influem nessa velocidade. C(graf) + W (s) → WC(s) A partir das reações a seguir, calcule o ∆H de Velocidade de uma reação formação para o WC(s) . Velocidade Média Dados: É o quociente da variação da molaridade de um dos W (s) +3/2O2(g) → WO3(s) ∆Hcombustão = -840 kJ /mol reagentes (ou produtos) da reação pelo intervalo de tempo C(graf) + O2(g) → CO2(g) ∆Hcombustão = -394 kJ /mol em que essa variação ocorre. WC(s) + 5/2O2(g)→WO3(s) + CO2(g) Hcombustão = -1196 kJ /mol V = | variação da quantidade de uma substância (mol/L) | ¸ 8- O alumínio é utilizado como redutor de óxidos, no intervalo de tempo. processo denominado aluminotermia, conforme mostra a equação química: Exemplo: N2 + 3H2 → 2NH3 8 Al(s) + 3 Mn3O4(s) → 4 Al2O3(s) + 9Mn(s) V = | variação da quantidade de NH3 (mol/L) | ¸ intervalo de tempo. Observe a tabela: Considerando que a concentração de NH3 passe de 20 mol/L para 32,5 mol/L do 5° para o 10° minuto da re ação, diremos que a velocidade média da reação, em relação ao NH3, foi: V = | 32,5-20,0 | / 10-5. V= 2,5 mol/L.min Vm= ∆[NH3]/∆t Segundo a equação acima, para a obtenção do Mn(s), a Vm= - ∆[reagente]/∆t ou Vm= - ∆[produtos]/∆t variação de entalpia, na temperatura de 298 K, em Kj, é Aa + bB → cC de: Vm reação = VmA/a + VmB/b + VmC/c (A) – 282,5 (B) – 2515,3 (C) – 3053,1 (D) – 10827,1 (E) -5288,3 Condições para a ocorrência de reações 9- A partir das entalpias padrão das reações de oxidação Teoria das colisões do ferro dadas abaixo: Quimica II 13
  • 14. Pré-Universitário Popular da UFF Em todas as reações, os átomos que formam os reagentes se rearranjam, originando os produtos. No entanto, nem Quanto maior a temperatura, maior será a velocidade da todos os choques entre as partículas que compõem os reação, para reações endotérmicas.A influência da reagentes dão origem a produtos (choques não-eficazes). temperatura na velocidade de uma transformação química Os choques que resultam quebra e formação de novas pode ser analisada observando o comportamento das ligações são denominados de eficazes ou efetivos. moléculas reagentes. Aumentar a temperatura significa No momento em que ocorre o choque em uma posição aumentar a energia cinética das moléculas, ou seja, favorável, forma-se uma estrutura intermediária entre os aumentar a velocidade das moléculas. Em vista disso, regentes e os produtos, denominada complexo ativado. durante o século XIX, o cientista Van't Hoff enunciou a lei Para que a reação ocorra é necessário que haja colisão de que a cada 10ºC elevados na temperatura de uma entre as moléculas, que essas tenham orientação reação, a velocidade da mesma duplica. Muitas reações favorável e energia suficiente (Energia de Ativação) para obedecem esta regra, no entanto, quando os reagentes que se forme o produto. são gases, a velocidade pode até triplicar. Energia de ativação Catalisadores Complexo ativado: é o estado intermediário (estado de São substâncias capazes de acelerar uma reação sem transição) formado entre reagentes e produtos, em cuja sofrerem alteração. Os catalisadores não alteram o ∆H da estrutura existem ligações enfraquecidas presentes nos reação. regentes) e formação de novas ligações (presentes nos produtos). É a energia mínima necessária para a formação do complexo ativado. A energia de ativação (Ea) é sempre igual à diferença entre a energia do complexo ativado e a dos reagentes. Portanto, quanto maior a energia de ativação de uma reação, menor será a velocidade dessa reação e vice-versa: De uma maneira geral, podemos representar as reações químicas pelos gráficos a seguir: Exotérmica Concentração Aumentando a concentração dos reagentes, aumentará a velocidade da reação. Podemos dizer que o aumento da concentração dos reagentes tende a aumentar a velocidade da transformação química, ou seja, quanto maior a concentração dos reagentes, maior velocidade da transformação química. Um aumento da superfície de Endotérmica contato aumenta a velocidade de reação. Pressão Com o aumento da pressão, aumenta a probabilidade de ocorrerem colisões efetivas. E, conseqüentemente, aumenta a velocidade da reação. Notar que a pressão só influencia quando tiver pelo menos uma substância gasosa como reagente, um aumento de pressão num sistema em reação implica um contato maior entre os reagentes, pois o volume do sistema diminui, desse modo, haverá um numero maior de partículas reagentes por unidade de volume ( a concentração Influência na rapidez das reações aumenta), o que possibilita um maior número de colisões entre as partículas. Consequentemente a velocidade da Os principais fatores que alteram a rapidez das reações reação se torna maior. O efeito da pressão é considerável são: superfície de contato, temperatura, catalisadores e apenas quando substâncias na fase de agregação gasosa concentração de reagentes. participam da reação. Um exemplo é uso da panela de pressão para acelerar o cozimento dos alimentos. É Superfície de contato importante lembrar que, para o fator pressão, ao menos um dos reagentes deve gasoso. O exemplo da panela de Quanto maior a superfície de contato dos reagentes, pressão tem influência da temperatura, além da pressão. maior a rapidez da reação. Porém, os dois fatores juntos tendem a aumentar muito mais a velocidade da reação (cozimento). Temperatura Lei da velocidade Quimica II 14
  • 15. Pré-Universitário Popular da UFF determine o que significa cada um dos aspectos Para uma dada reação genérica aA + bB → cC, temos a numerados no gráfico da energia em função do caminho seguinte expressão da lei da velocidade: da reação. Calcule a variação de entalpia da reação. x y V= k[A] .[B] V= velocidade K= constante da velocidade [A] e [B] concentração molar X e y componentes determinadas experimentalmente, denominados ordem da reação. Reação elementar Quando a reação ocorre em uma única etapa, dizemos 3- (FAFI - MG) No diagrama abaixo, qual o valor da que se trata de uma reação elementar; nesse caso, os energia de ativação correspondente (em Kcal) ? expoentes x e y correspondem aos coeficientes estequiométricos a e b. a b V= k[A] .[B] - Ordem da reação em relação a A=a - Ordem da reação em relação a B=b - Ordem total da reação = a+b No entanto, a grande maioria das reações não é elementar, ou seja, ocorre em mais de uma etapa. O conjunto de etapas por meio das quais ocorre uma reação é denominado de mecanismo de reação. Genericamente, temos: CAPITULO V 2A + B → A2B Eletroquímica - Mecanismo: Óxido-redução Etapa lenta A + A→ A2 É o estudo do mecanismo da transferência de Etapa rápida A2 + B → A2B elétrons. Neste tipo de reação, a equação da velocidade é Perde elétron Ganha elétron determinada pela etapa lenta do mecanismo de reação. Oxidação redução Logo, a equação da velocidade será: -Oxidação: é a perda de elétron; -Redução: é o ganho de elétron. 2 V= k[A] [A] ou V= k[A] Número de oxidação (Nox): Exercícios Cinética É o número de elétrons que um átomo ganha ou perde durante um processo de oxi-redução. 1- (Unicamp) Observe os diagramas 1 e 2 representativos de uma mesma reação química. • Nox fixo: -Família: 1A (Hi, Li,Na, K, Rb, Cs, Fr)= 1+ -Família: 2A (Be, Mg, Ca,Sr, Ba, Ra)= 2+ -Família: 6A (O, S, Se, Te, Po)= 2- -Família: 7A ( F, Cl, Br,I, At)= 1- *-Ag=1+ *-Zn, Ca= 2+ *-Al= 3+ Para cada curva do diagrama 1 há uma curva • Cálculo do Nox correspondente no diagrama 2. Quais curvas representam 1- Substância simples: nox=zero a reação na presença de um catalisador? Explique. Ex: H2, O2, O3, P4, S8. 2- Íon simples: nox=carga 2+ 1- 3+ 2- (U.F. Uberlândia) Em relação ao gráfico de energia em Ex: Mg , F , Al função do caminho de uma reação química hipotética, 3- Substância composta: å nox=zero Quimica II 15
  • 16. Pré-Universitário Popular da UFF Ex: H2SO4 , SO4 4- Íon composto: O Br se oxida, pois tem nox = 1- no primeiro membro e nox 1- 2- Ex: NO3 , SO4 = 0 no segundo. Esta oxidação envolve 1 elétron e como sua atomicidade no NaBr é igual a 1, temos ... Reações de óxido-redução ∆oxid = 1 x 1 = 1 O Mn se reduz, pois tem nox = 4+ no primeiro membro e 2+ - Cu → Cu + 2e nox = 2+ no segundo. Esta redução envolve 2 elétrons e como sua atomicidade no MnO2 é igual a 1, temos ... 0 +2 ∆red = 2 x1 = 2 Invertendo os coeficientes obtidos ... A semi-reação em que ocorre perda de elétrons é 2 NaBr + 1 MnO2 + H2SO4 => MnSO4 + Br2 + denominada reação de oxidação. H2O + NaHSO4 Os demais coeficientes são obtidos por tentativas ... 1+ - 2 Ag + 2e → Ag 2 NaBr + 1 MnO2 + 3 H2SO4 => 1 MnSO4 + 1 Br2 + 2 H2O + 2 NaHSO4 +1 0 Os coeficientes iguais a 1 foram colocados somente por questões de evidência, uma vez que os mesmos são A semi-reção em que ocorre ganho de elétrons é dispensáveis. denominada reação de redução. Exemplo 2 Nesse caso, o cobre (Cu) sofre oxidação e é denominado Uma mesma substância contém os átomos que se oxidam agente redutor, pois, ao ceder elétrons aos íons de prata e também os que se reduzem + (Ag ), provoca sua redução. + Os íons prata (Ag ) sofrem redução e agem como agente NaOH + Cl2 => NaClO + NaCl + H2O oxidante, pois ao receberem elétrons do cobre (Cu), provocam sua oxidação. Os átomos de Cl no Cl2 tem nox igual a zero. No segundo membro temos Cl com nox = 1+ no NaClO e Cl com nox = Para essa reação, temos: 1- no NaCl. Como a única fonte de Cl na reação é o Cl2, a reação pode ser reescrita assim ... Cu: perde elétrons → sofre oxidação → agente redutor NaOH + Cl2 + Cl2 => NaClO + NaCl + H2O + Ag : ganha elétrons → sofre redução → agente oxidante Como o Cl2 vai ser o elemento de partida tanto para a oxidação quanto para a redução, a atomicidade nos dois Balanceamento das equações das reações de óxido- processos será igual a 2. A oxidação envolve mudança do redução nox do Cl de zero para 1+, ou seja, um elétron. Assim ... ∆oxid = 1 x 2 = 2 Quando um átomo perde elétrons, ele se oxida e o seu A redução envolve a mudança do nox do Cl de zero para nox aumenta. Quando um átomo ganha elétrons, ele se 1-, ou seja, um elétron. Assim ... reduz e o seu nox diminui. ∆red = 1 x 2 = 2 Simplificando temos ... ∆oxid = ∆red = 1 oxidação, nox aumenta => NaOH + 1 Cl2 + 1 Cl2 => NaClO + NaCl + H2O 5- 4- 3- 2- 1- 0 1+ 2+ 3+ 4+ 5+ Os demais coeficientes são obtidos por tentativas ... 4 NaOH + 1 Cl2 + 1 Cl2 => 2 NaClO + 2 NaCl + 2 <= redução, nox diminui H2O Finalmente ... Os processos de oxidação e redução são sempre 4 NaOH + 2 Cl2 => 2 NaClO + 2 NaCl + 2 H2O simultâneos. Exemplo 3 A igualdade na quantidade dos elétrons na redução e na A água oxigenada atuando como oxidante oxidação é a base do balanceamento de reações pelo método de óxido-redução. FeCl2 + H2O2 + HCl => FeCl3 + H2O Regras para o balanceamento No primeiro membro, o oxigênio da água oxigenada tem nox = 1-, já no segundo membro, no H2O, tem nox = 2-. 1º) Determinar, na equação química, qual espécie se oxida Isto caracteriza uma redução envolvendo 1 elétron. Como e qual se reduz. a atomicidade do oxigênio na substância de partida (H2O2) 2º) Escolher os produtos ou reagentes para iniciar o é igual a 2 ... balanceamento. ∆red = 2 x 1 = 2 3º) Determinar o nox de cada espécie e suas variações. No primeiro membro, o ferro do FeCl2 tem nox = 2+, já no 4º) Os coeficientes das demais substâncias são segundo membro, no FeCl3, tem nox = 3+. Isto caracteriza determinados por tentativas, baseando-se na conservação uma oxidação envolvendo 1 elétron. Como a atomicidade dos átomos. do ferro na substância de partida (FeCl2) é igual a 1 ... ∆oxid = 1 x 1 = 1 Exemplo 1 Invertendo os coeficientes ... NaBr + MnO2 + H2SO4 => MnSO4 + Br2 + 2 FeCl2 + 1 H2O2 + HCl => FeCl3 + H2O + NaHSO4 H2O Quimica II 16
  • 17. Pré-Universitário Popular da UFF Os demais coeficientes da equação são obtidos por tentativas ... a) I b) II c) III d) IV e) V 2 FeCl2 + 1 H2O2 + 2 HCl => 2 FeCl3 + 2 H2O 5- (UFSE) Calcule o número de oxidação do cloro nos compostos: Exemplo 4 a) HCl b) HClO c) HClO2 d) Ba(ClO3)2 e) Al(ClO4)3 A água oxigenada atuando como redutor 6- (MACK) Assinale o número de oxidação INCORRETO: KMnO4 + H2O2 + H2SO4 => K2SO4 + MnSO4 + a) Li = -1 b) N = +5 c) S = -2 d) Cl = -1 e) Sr = +2 H2O + O2 7- (GV) Os números de oxidação do cromo nos compostos O Mn no MnO4, no primeiro membro, possui nox = 7+. No K2Cr2O7, K2CrO4 e Cr2(SO4)3 são respectivamente: segundo membro, no MnSO4, o Mn tem nox = a 2+. Este a) 6, 4, 3 b) 3, 4, 3 c) 6, 6, 3 d) 3, 3, 3 e) 6, 3, 6 processo é uma redução envolvendo 5 elétrons. Como a atomicidade do Mn na substância de partida (KMnO4) é igual a 1, temos ... Pilha ∆red = 5 x 1 = 5 No primeiro membro temos o oxigênio com dois nox Eletroquímica diferentes: nox = 1- na água oxigenada e nox = 2 - no H2SO4 e KMnO4 A Eletroquímica é a parte da química que estuda o Como o O2 é gerado a partir da água oxigenada, ela será a relacionamento entre a corrente elétrica e as reações substância de partida. O oxigênio no primeiro membro, na químicas: água oxigenada tem nox = 1-. No segundo membro o oxigênio, no O2 tem nox igual a zero. Isso caracteriza uma - Produção de corrente elétrica, através de uma reação oxidação com variação de um elétron. Como a atomicidade química: pilha do oxigênio na substância de partida (H2O2) é igual a 2, temos ... - Ocorrência de uma reação química pela passagem da ∆oxid = 1 x 2 = 2 corrente elétrica: eletrólise Invertendo os coeficientes, temos ... 2 KMnO4 + 5 H2O2 + H2SO4 => K2SO4 + MnSO4 Para melhor entender a eletroquímica, vamos recordar + H2O + O2 algo sobre oxidação e redução. Os demais coeficientes são obtidos por tentativas ... 2 KMnO4 + 5 H2O2 + 3 H2SO4 => 1 K2SO4 + 2 - Oxidação: Quando uma espécie química perde elétrons MnSO4 + 8 H2O + 5 O2 na reação. Exercícios - Redução: quando uma espécie química recebe elétrons Óxido-redução na reação. 1- (UFSC) O número de oxidação do calcogênio (O, S, Se, A Série da Reatividade Química Te, Po) nos compostos H2O2, HMnO4, Na 2O4 e F2O são respectivamente: Analisando em conjunto os resultados obtidos na a) –1, -2, -2, -0,5 b) –1, -2, -0,5, +2 c) –2, -2, -2, -2 seqüência anterior de experiências verificamos que existe d) –0,5, +2, -1, +2 e) –1, -0,5, +1, +2 uma determinada ordem para que a reação ocorra, isto é, não basta simplesmente juntar duas espécies químicas: 2- (UFES) Considere o composto químico fosfato de cálcio, um metal e uma solução. A natureza impõe condições para também chamado de ortofosfato de cálcio. Em relação a que haja reação entre um determinado par de metal/catíon. ele, marque a opção INCORRETA: (Ca = 40, P = 31, O = 16) Nas experiências que descrevemos, observamos que: a) sua fórmula contém 13 (treze átomos); · Al cede elétrons ao Zn ; b) a massa de seu mol é de 310 g; · Zn cede elétrons ao Cu ; c) o número de oxidação do fósforo é +5; · Cu não cede elétrons ao Zn . d) o composto é um sal normal; e) o cálcio substitui os dois hidrogênios ionizáveis do Podemos dispor esses metais em uma seqüência que ácido de origem. indique a preferência em ceder elétrons, ou, como é chamada, uma série de reatividade química. 3- Explique porque a frase d é certa ou errada. Pilha 4- (ITA) Dadas as substâncias abaixo, em qual delas o nº de oxidação do manganês é máximo? Pilha é qualquer dispositivo no qual uma reação de I. MnO2 oxirredução espontânea produz corrente elétrica. II. Mn III. MnSO4 Cátodo é o eletrodo no qual há redução (ganho de IV. K2MnO4 elétrons). É o pólo positivo da pilha. V. KMnO4 Quimica II 17
  • 18. Pré-Universitário Popular da UFF Ânodo é o eletrodo no qual há oxidação (perda de eletrodo de cobre, já o eletrodo de cobre será corroído, elétrons). É o pólo negativo da pilha. pois o zinco está se transformando em íons que irão para a solução de sulfato de zinco. Os elétrons saem do ânodo (pólo negativo) e entram no A pilha de Daniell pode ser escrita por: cátodo (pólo positivo) da pilha. Zn0 + Cu2+(aq) --> Zn2+(aq) + Cu0 ou Pilhas comerciais Zn | Zn2+ || Cu2+ | Cu onde, || representa a ponte salina. * Pilha seca comum (Leclanché) Toda pilha possui um potencial, ou seja, produz uma * Pilha alcalina comum voltagem, sendo este potencial medido na pilha. (No caso * Pilha de mercúrio das pilhas comerciais, que se usam em rádios, controles * Bateria de níquel-cádmio remotos e brinquedos, a voltagem, geralmente é de 1,5V, * Bateria de chumbo só variando o tamanho de reserva das pilhas. Tamanhos: * Pilha de combustível A,AA, D, etc.) O potencial da pilha pode ser dado, de uma maneira Representação convencionada pela IUPAC simplificada por: E = Emaior - Emenor , sendo Emaior e Emenor, os potenciais padrões de redução de cada semi equação. Ânodo/Solução do ânodo//Solução do cátodo/Cátodo Potencial padrão é medido em relaão ao hidrogênio, que teve por convenção, a denominação de potencial padrão Pilha de Daniell de Hidrogênio, que vale 0V. É a partir dp potencial de uma pilha, que se sabe se a Em 1836, John Frederick Daniell construiu uma pilha reação ocorre ou não. Quando a variação de potencial da com eletrodos de cobre e zinco, mas cada eletrodo ficava em uma cela individual, o que aumentava a eficiência da pilha, E, é maior que zero a reação é espontânea. pilha, pois ela possuia um tubo que ligava as duas cubas, Quando o potencial é negativo, a reação não ocorre este tupo foi chamado de ponte salina. Esta pilha ficou espontaneamente e quanto maior for o potencial, positivo, conhecida como pilha de Daniell. maior será a eficiência da pilha. A partir disso é possível verificar alguns fatos que ocorrem no nosso dia-a-dia e são explicados pelas reações eletroquímicas. Eletrodo padrão Eletrodo padrão é aquele no qual as concentrações das substâncias em solução é igual a 1 mol/L e a temperatura é de 25°C. No caso de um gás participar do eletrodo, sua pressão deve ser igual a 1 atm. Por convenção, o potencial padrão de eletrodo do hidrogênio é igual a zero e o seu potencial padrão de redução é igual a zero: + - 2H + 2e ® H2 Catodo é o eletrodo positivo, é o eletrodo onde ocorre a 0 E red = 0 (convenção) redução, ocorre ganho de elétrons, já anodo é o eletrodo A IUPAC eliminou o termo potencial de oxidação. Sempre negativo, é o eletrodo onde ocorre oxidação, ocorre perda deve ser usada a expressão potencial de redução. de elétrons. A medida do potencial padrão de redução de um dado Nesta pilha é possível verificar as semi-equações da eletrodo padrão é feita medindo-se a ddp de uma pilha reação. padrão na qual uma das semipilhas é um eletrodo padrão 2+ - 0 Cu +2e --> Cu(s) de hidrogênio e a outra é o eletrodo padrão cujo E red se 2+ - o íon cobre (Cu ) da solução é reduzido por 2 e que vem quer medir. da corrente elétrica. • Quanto maior for o E red, mais fácil será a 0 2+ - Zn(s) --> Zn + 2e redução e mais forte será o oxidante. 2+ - o zinco é oxidado, formando íon zinco (Zn ) e 2 e . Estes • Quanto menor for o E red, mais difícil será a 0 elétrons serão os responsáveis pela geração da corrente redução e mais fraco será o oxidante. elétrica do sistema (pilha). • Quanto maior for o E red, mais difícil será a 0 2+ - 0 Cu + 2e --> Cu oxidação e mais fraco será o redutor. 0 2+ - • Quanto menor for o E red, mais fácil será a Zn --> Zn + 2e 0 __________________ oxidação e mais forte será o redutor. 0 2+ 2+ 0 Zn + Cu --> Zn + Cu Com o desenvolvimento da reação, ocorrerá formação de cobre metálico, que se depositará na superfície do Quimica II 18
  • 19. Pré-Universitário Popular da UFF + a) o potencial de redução do Ag /Ag° é maior do que o do +2 fluxo de elétrons Zn /Zn° . → + b) ocorre transferência de elétrons do Ag para Zn° . + reação espontânea c) O Zn° atua como oxidante e o Ag como redutor. (DG < 0) d) o Zn° é menos redutor do que Ag° . 0 0 + MENOR E red MAIOR E red e) ocorre a eletrólise do Ag e do Zn° . fluxo de elétrons ¬¾¾¾¾¾¾¾¾ 3- Dados os potenciais - padrão de redução: reação não- Al+3 + 3e- → Al E0= -1,66 V espontânea (DG > 0) Fe+2 + 2e- → Fe E0= -0,44 V +3 +2 A ddp da pilha Al; Al ; Fe ; Fe, em condições - padrão é: a) 2,10 V b) 1,32 V c) 1,22 V d) 1,08 V e) 0,88 V Corrosão 4- O esquema adiante representa uma célula voltaica com Corrosão do ferro eletrodos de alumínio e cobalto. 3 Reação global: 2Fe + /2O2 + xH2O → Fe2O3 · xH2O ferrugem Proteção contra a corrosão * Ferro galvanizado (ferro revestido de zinco) * Lata (ferro revestido de estanho) * Ferro com plaquetas de Zn ou Mg presas na superfície e que funcionam como eletrodo de sacrifício Exercícios Pilha 1- O funcionamento de uma pilha de combustível é baseado nas semi-reações a seguir, cada uma delas representada com o respectivo potencial padrão de 0 redução, E : Observe a seguir as semi-reações e seus potenciais padrão de redução: +3 - 0 Al + 3e → Al (E = -1,66V) +2 - 0 Co + 2e → Co (E = -0,28V) No caso de a célula estar em funcionamento, pode-se afirmar que: I - A força eletromotriz (F.E.M) da cédula será 1,38 volts. II - O agente redutor da célula será o Al. III - O agente oxidante da cédula será o Co. IV - O fluxo de elétrons na cédula se dará do eletrodo de alumínio para o cobalto. V - A solução de Co(NO3)2 se concentrará. As pilhas do futuro Candidata a fonte de energia limpa destinada aos veículos Assinale a opção que indica apenas as afirmativas do futuro. - 0 corretas: 2H2O(l) + 2e → H2(g) + 2OH- (aq) E =-0,828 V a) I e III. b) II e III. c) IV e V. d) I, II e IV. e) II, IV e V. 1/2O2(g) + H2O(l) + 2e- → 2OH-(aq) E0=0,401V Levando-se em conta estas informações, afirma-se: 5- Considere as semi-reações e os respectivos potenciais padrões de eletrodo constantes da tabela e a pilha a I) A reação global da pilha de combustível é: H2(g) +1/2O2(g) seguir: → H2O(l) II) O hidrogênio sofre oxidação no processo. III) A diferença de potencial desta pilha de combustível, em condição padrão, é igual a 1,229V. Estão corretas as afirmações: a) I, apenas. b) II, apenas. c) I e II, apenas. d) II e III, apenas. e) I, II e III. 2- Para recuperar prata de soluções aquosas contendo + íons Ag , costuma-se adicionar zinco metálico às soluções, pois a transformação é espontânea. Pode-se concluir então que: + +2 2Ag + Zn° → 2Ag° + Zn É espontânea. Pode-se concluir então que: Assinale a alternativa correta: Quimica II 19
  • 20. Pré-Universitário Popular da UFF a) na ponte salina os elétrons migram do eletrodo de prata cobre, hidrogênio, níquel, ferro, zinco e manganês, analise para o eletrodo de chumbo as afirmativas a seguir: b) o eletrodo e prata é o ânodo c) a diferença de potencial da célula é 0,54V I - espécies químicas situadas antes do hidrogênio têm + +2 d) a equação global da pilha é: Pb + 2 Ag → Pb + 2Ag caráter anódico em relação as que os seguem. e) o pólo negativo da pilha é o eletrodo de prata II - a maior diferença de potencial (ddp) na série é entre os elementos zinco e manganês; 6- Uma pilha "recarregável" alcalina de uso comercial é III - a energia química da pilha Zn-Ni é maior do que da formada pelos elementos químicos níquel e cádmio. pilha Zn-Fe. Participam também o hidróxido de níquel (III) e o hidróxido Dentre as afirmativas acima marque a opção correta: de potássio. Os potenciais padrão de redução das semi- a) apenas I é verdadeira. b) apenas II é verdadeira. reações envolvidas são os seguintes: c) I e II são verdadeiras. d) II e III são verdadeiras. +2 - 0 Cd + 2e → Cd E = -0,4 volt e) apenas III. +3 - +2 Ni + 1e → Ni E = 1,0 volt Considerando os dados acima, é CORRETO afirmar que: 10- Freqüentemente, os avanços tecnológicos são (01) A diferença de potencial da pilha Ni-Cd vale 0,6 volt. originados de descobertas científicas básicas. Por (02) Na pilha Ni-Cd o metal cádmio é o agente redutor dos exemplo, a descoberta da bateria de lítio viabilizou o uso +2 íons Ni . dos marca-passos cardíacos, possibilitando, assim, o (04) O fluxo de elétrons, no circuito externo, vai do eletrodo prolongamento da vida humana sem, entretanto, ter sido de cádmio para o eletrodo de hidróxido de níquel(III). concebida para tal. Dentre as vantagens das baterias de +3 (08) Durante a descarga da pilha os íons Ni sofrem lítio, incluem-se sua pequena dimensão, baixo peso e oxidação. elevado conteúdo energético. Considerando as semi- 0 +2 +2 (16) A reação global da pilha é: Cd + 2Ni → Cd + reações a seguir, para fins comparativos, assinale a +3 2Ni . alternativa correta. + - 0 (32) A pilha cessará seu funcionamento quando o potencial Li (aq) + e → Li(s) E = - 3,05 V 0 +2 - 0 de redução do Cd for igual ao potencial de redução do Zn (aq) + 2e → Zn(s) E = - 0,76 V +3 Ni . a) O zinco metálico é oxidado espontaneamente na presença do íon lítio. 7- Uma bateria de carro é, basicamente, constituída de b) O lítio metálico é um agente redutor mais forte do que o placas de chumbo metálico e placas de chumbo recobertas zinco metálico. com óxido de chumbo (IV), em uma solução de H2SO4. c) O íon lítio e o zinco metálico, em solução eletrolítica, Esta equação representa o funcionamento de uma bateria: formam uma célula galvânica. + Considerando-se essas informações, é INCORRETO d) O potencial padrão da redução de dois mols de íons Li , afirmar que: é - 6,10 V. a) os elétrons migram, na descarga, do eletrodo de Pb e) Dentre os metais alcalinos, o lítio possui a mais elevada para o eletrodo de PbO2. energia de ionização. b) o óxido PbO2 sofre redução no processo de descarga. c) o pH da solução de uma bateria que está descarregando CAPITULO VI aumenta. d) os elétrons migram, na descarga, do eletrodo de PbO2 Equilíbrio Químico para o eletrodo de Pb. 8- Pesquisas têm mostrado que os resíduos de Quando uma reação química direta (A + B ------> C + D) e - dessalinizadores contêm alto teor de cloreto (Cl ) que inversa (C + D ------> A + B) ocorrem simultaneamente, podem, por processo industrial eletroquímico, usando uma chamamos esta reação de uma reação reversível. Numa fonte de corrente elétrica, gerar cloro (Cl2) para reação com reversibilidade representamos com uma dupla desinfecção de água de abastecimento. A reação direta no seta (↔). sistema acontece conforme segue-se: O equilíbrio é atingido quando a velocidade da reação direta se iguala a velocidade da reação inversa. - - 2Cl (aq) + 2H2O(l) → Cl2(g) + H2(g) + 2OH (aq) Constante de equilíbrio c d → [C] [D] Analise as afirmativas quanto ao processo eletroquímico e aA + bB ← cC + dD Kc = ———— marque a opção correta. a [A] [B] b a) O processo industrial é de natureza galvânica. b) O cloro é obtido no cátodo. Equilíbrio homogêneo c) Os elétrons fluem do cátodo para o ânodo. d) O cloro é obtido da reação de oxidação. 2 SO3(g) ↔ 2 SO2(g) + O2(g) e) A reação secundária de formação do hidrogênio acontece no ânodo. 2 Kc = [SO2] · [O2]/ [SO3] 9- Pilhas são dispositivos nos quais energia química é H2(g) + I2(g) ↔ 2HI(g) convertida em energia elétrica, através de reações de oxiredução. Sendo dada a série eletroquímica em ordem 2 Kc = [HI] / [H2]·[I2] crescente de reatividade como se segue: ouro, prata, Quimica II 20
  • 21. Pré-Universitário Popular da UFF 2 Equilíbrio heterogêneo Kc = [NH3] / [N2] ·[H2] Em equilíbrios heterogêneos substâncias sólidas e líquidas Kc diminui (solventes) não aparecem na expressão da constante de equilíbrio. N2(g) + O2(g) ↔ 2NO(g) ∆H>0 C(s) + O2(g) ↔ CO2(g) Aumento da temperatura- desloca o equilíbrio no sentido endotérmico Kc = [CO2] / [O2] 2 Kp = [NO] / [N2] ·[O2] CaO(s) + CO2(g) ↔ CaCO3(s) Kc aumenta Kc = 1/ [CO2] Equilíbrio e pressão Observações Um aumento da pressão desloca o equilíbrio para a reação - Kc não varia com a concentração nem com a pressão, que ocorre com contração de volume. mas varia com a temperatura. Uma diminuição da pressão desloca o equilíbrio para a - Quanto maior o Kc, maiores são as concentrações dos reação que ocorre com expansão de volume. produtos em relação às dos reagentes, no equilíbrio. 2NO(g) + O2(g) ↔ 2NO2(g) Equilíbrio e concentração 2 2 5 Kc = [NO2] / [NO] ·[O2] = 6,45*10 Um aumento da concentração de um participante desloca o equilíbrio no sentido da reação em que este participante - Quanto menor o Kc, menores são as concentrações dos é consumido. produtos em relação às dos reagentes, no equilíbrio. Uma diminuição da concentração de um participante desloca o equilíbrio no sentido da reação em que este N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g) participante é formado . 2 3 -3 Kc = [NH3] / [N2]·[H2] =2,37*10 Equilíbrio e catalisador Constante de equilibrio em termos de pressão O catalisador não desloca equilíbrio, apenas diminui o tempo necessário para atingi-lo. Substâncias gasosas aparecem na expressão da constante de equilíbrio em termos de pressões Constante de ionização de ácidos e bases parciais(Kp). →  + CH3COOH ← CH3COO + H 2NO(g) + O2(g) ↔ 2NO2(g) 2 2  Kp = [NO2] / [NO] ·[O2] [CH3COO] [H ] + Ka = ———————— - Relação entre KP e Kc [CH3COOH] ∆n Kp = Kc(RT) (∆n= variação do número de mol)  NH3 + H2O→ NH4 + OH + ← Princípio de Le Chatelier +  [NH4 ] [OH] Quando se exerce uma ação sobre um sistema em Kb = —————— equilíbrio, ele desloca-se no sentido que produz uma [NH3] minimização da ação exercida. o.b.s: H2O não entra na expressão de constantes de equilíbrio em solução aquosa. (fuga ante a força) Cada etapa da ionização tem sua constante, representada Equilíbrio e temperatura por K1, K2, K3, ..., sendo K1 > > K2 > > K3 > > ... No caso dos poliácidos, a [H+] pode ser considerada como Um aumento da temperatura desloca o equilíbrio para a proveniente só da primeira etapa da ionização (K1). reação endotérmica. Quanto maior for a constante Ka ou Kb, maior será a força Uma diminuição da temperatura desloca o equilíbrio do ácido ou base. para a reação exotérmica (lei de van't Hoff). Lei da diluição de Ostwald N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g) ∆H<0 α2 Aumento da temperatura- desloca o equilíbrio no K= —— · |eletrólito|inicial sentido endotérmico 1−α Quimica II 21
  • 22. Pré-Universitário Popular da UFF Para eletrólito fraco → (1 − α ) = 1. Portanto: K = + + α 2|eletrólito|inicial. pH : - log [ H ]= log 1/ [ H ] O grau de ionização de um eletrólito aumenta com a a) suco de limão -2 diluição ou com a diminuição da concentração em mol/L de pH: - log [10 ] eletrólito. pH : - . –2 log [10] + Diluindo um ácido fraco, aumenta o mas diminui a [H ]. pH : + 2 . log [10] Diluindo uma base fraca, aumenta o mas diminui a [OH].  pH : + 2 .1 pH : 2 Equilíbrio iônico da água b)água do mar -8 pH : - log [10 ] pH: - . - 8 . log[10] pH: + 8 .1 pH: +8 Você já percebeu que se o expoente do log for negativo, o pH será positivo c)leite de magnésia -10 pH: - log [ 10 ] pH: - . –10. log[10] pH: + 10 . 1 pH: +10 De maneira semelhante, podemos determinar o pOH (potencial hidroxiliônico) de uma solução: - - pOH: - log [OH ]= log 1/ [OH ] Na água e nas soluções neutras, a 25ºC, temos: pH = pOH= 7 e pH + pOH= 14 Produto iônico da água Considerando o equilíbrio da água: + - Indicadores de pH H2O(l) ↔ H (aq) + OH (aq) Sua constante de ionização corresponde ao Kw e é Um indicador de pH, também chamado indicador ácido- expressa por: base, é um composto químico que é adicionado em +  -7 -7 14 Kw = [H ] [OH] = (10 )·(10 )= 10 (25°C) + - pequenas quantidades a uma solução e que permite saber Na água, as concentrações de H e OH são sempre se essa solução é ácida ou alcalina. Normalmente, em da iguais, independentemente da temperatura; por esse adição do indicador de pH, a cor da solução varia, motivo, a água é neutra. Quaisquer soluções aquosas em +  dependo do seu pH. que [H ] = [OH] em que serão neutras. Os indicadores de pH, são frequentemente, ácidos ou Em soluções ácidas ou básicas notamos que: + bases fracas. Quando adicionados a uma solução, os Que quanto maior a [H ] mais ácida é a solução. + - - indicadores de pH ligam-se aos íons H ou OH . A ligação Quanto maior a [OH ] mais básica é a solução. a estes ions provoca uma alteração da configuração eletrônica dos indicadores, e consequentemente, altera- Escala de pH lhes a cor. Dada a subjectividade em determinar a mudança de cor, O termo pH (potencial hidrogênionico) foi os indicadores de pH não são aconselháveis para introduzido,em 1909,pelo bioquímico dinamarquês determinações precisas de pH. Um medidor de pH é Sorensen,com o objetivo de facilitar seus trabalhos no frequentemente usado em aplicações onde é necessária controle de qualidade de cervejas. uma rigorosa determinação do pH da solução. O cálculo do pH pode ser feito por meio das Os sucos de alguns vegetais e outras plantas podem expressões: funcionar como indicadores de pH, ou seja, de quão ácido Quimica II 22
  • 23. Pré-Universitário Popular da UFF ou básico é uma substância. Por exemplo, ao cozinhar + - uma couve vermelha até ficar macia, se adicionado o suco HCl → H + Cl liberado a um ácido, tal como o vinagre, o mesmo tornar- 0,1 mol/L → 0,1 mol/L + -1 se-á vermelho. Já em uma base, como a amônia, o suco [H ] = 0,1 mol/L = 10 mol/L tende a tornar-se azul ou verde. Outros vegetais como a pH = 1 beterraba, podem realizar o mesmo processo. Os indicadores de pH são frequentemente usados em Outros ácidos (α< 100%) titulações em experiência de Química Analítica ou de Solução de H3CCOOH 0,1 mol/L Bioquímica para determinar a extensão de uma reação α= 1% + - Química. H3CCOOH→ H + H3CCOO Na tabela seguinte estão representados alguns dos 0,1 mol/L → 0,1 mol/L α=100% indicadores de pH mais comuns num laboratório. Os X α= 1% indicadores normalmente exibem cores intermediárias a X=0,001 mol/L + -3 valores de pH dentro do intervalo de mudança. Por [H ] = 0,001 mol/L = 10 mol/L exemplo, o vermelho de fenol tem uma cor laranja entre pH pH = 3 6,6 e pH 8,0. O intervalo de mudança pode variar ligeiramente, dependendo da concentração do indicador e Soluções básicas da temperatura a que é usado. Nesse tipo de solução, o íon predominante característico é o OH-. Assim, devemos conhecer sua concentração em mol/L para em seguida determinar o pOH da solução. Bases fortes (considerar α= 100%) Solução de NaOH 0,1 mol/L + - NaOH → Na + OH 0,1 mol/L → 0,1 mol/L - -1 [OH ] = 0,1 mol/L = 10 mol/L pOH = 1 pH= 1 Outras bases (α< 100%) Solução de NH4OH 2 mol/L α= 0,5% + - NH4OH→ NH 4 + OH 2 mol/L → 2 mol/L α=100% X α= 0,5% X=0,01 mol/L + -2 [H ] = 0,01 mol/L = 10 mol/L pOH = 2 pH= 12 Hidrólise salina É o processo em que os íons provenientes de um sal reagem com água. + A reação de hidrólise de um cátion genérico (C ) com água pode ser representada pela equação a seguir: + + C + H2O ↔ COH + H - + - Determinação da [H ] e da [OH ] nas soluções A reação de hidrólise de um ânion genérico (A ) com a Soluções de ácidos e bases fortes água que pode ser representada pela equação a seguir: - - Soluções ácidas A + H2O ↔ HA + OH Nesse tipo de solução, o íon predominante Acidez e basicidade das soluções aquosas dos sais + característico é o H . Assim, devemos conhecer sua concentração em mol/L para em seguida determinar o pH Hidrólise salina de ácido fraco e base forte da solução. KCN(aq) + HOH(l) ↔ KOH(aq) + HCN(aq) Ácidos fortes Base forte ácido fraco (considerar α= 100%) (dissociada) (não-ionizado) Solução de HCl 0,1 mol/L Quimica II 23
  • 24. Pré-Universitário Popular da UFF - A presença de OH justifica a basicidade da solução (pH > Solubilidade (Kps) 7). A hidrólise foi do íon proveniente do ácido fraco. Sulfato de -6 CaSO4 9 x 10 Hidrólise salina de ácido fraco e base fraca Cálcio Hidróxido de -6 Ca(OH)2 4 x 10 NH4CN(aq) + HOH(l) ↔ NH4OH(aq) + HCN(aq) Cálcio Base fraca ácido fraco Ortofosfato de -29 (Praticamente não-ionizado) Ca3(PO4)2 2 x 10 Cálcio Sulfato de -10 Ao compararmos as constantes do ácido (Ka) e BaSO4 1 x 10 Bário (Kb), temos: Hidróxido de -33 -10 -5 Al(OH)3 1 x 10 HCN: Ka = 4,9*10 NH4OH: Kb = 1,8*10 Alumínio Sulfeto de -27 Como o Kb é maior que o Ka, a base esta mais Cds 8 x 10 Cádmio ionizada que o ácido; por isso a solução é ligeiramente básica. É importante lembrar que: Assim, soluções aquosas desse tipo de sal originam soluções ligeiramente ácidas ou básicas, Os valores do Kps permanecem constantes dependendo do Ka ou Kb: somente em soluções saturadas de eletrólitos pouco solúveis. Ka>Kb = solução ligeiramente ácidas (pH<7) Se a dissociação iônica for endotérmica, e se Kb>Ka = solução ligeiramente básicas (pH>7) aumentarmos a temperatura, este aumento acarretará em um aumento de solubilidade, portanto, o valor do Kps Hidrólise salina de ácido forte e base forte aumentará. Se a dissolução for exotérmica acontecerá o contrario do citado anteriormente. Podemos então concluir NaCl(aq) + HOH(l) ↔ NaOH(aq) + HCl(aq) que a temperatura altera o valor do Kps. Base forte ácido forte (dissociados) A unidade de medida do Kps é o mol/L Na+ + Cl- + HOH(l) ↔ Na+ + OH- + H+ + Cl- Efeito do íon comum Nesse caso, não ocorreu hidrólise, pois tanto o cátion como o ânion são provenientes de base e ácidos A concentração de um dado íon em uma reação fortes. A solução final é neutra (pH=7). iônica pode ser aumentada pela adição de um composto que produza aquele íon por dissociação. OBS: primeiro caso - se a concentração total do íon comum for Bases fortes são formadas por metais das famílias 1A e 2ª. apenas um pouco maior da que a proveniente apenas do Bases fracas são formadas por outros metais e o NH4OH. composto original o efeito será pequeno. Quanto mais solúvel mais forte será a base com exceção do NH4OH. segundo caso - se a concentração do íon comum for Ácido depende do grau de ionização: α>50% (forte); muito aumentada (ex. pela adição de um sal moderado (5% <α<50%); α<5% (fraco). completamente dissociado) o efeito será muito grande. Produto de solubilidade AgCl(s)↔ Ag+(aq) + Cl-(aq) Tomando um eletrólito qualquer, AaBb temos que a sua dissociação iônica é: Com adição de HCl o deslocamento segue para formação AaBb <--> aA+b + bB-a do AgCl “O produto de solubilidade é o produto das Kps= ↓[Ag+]·[Cl-]↑ concentrações em mol/L dos íons existentes em uma Exemplo: solução saturada, estando cada concentração elevada ao Considere- se a solubilidade de 13mg/L de CaCO3 em coeficiente do íon na equação de dissociação iônica”. água a 25ºC. Determine o produto de solubilidade do Ou seja, seguindo a equação de dissociação iônica acima CaCO3, a essa temperatura. (MM CaCO3= 100g/mol) temos que: Kps = [A+b]a . [B-a]b 13mg/L= 13 · 10-3g/L Os valores do kps são constantes para cada substancia, a uma determinada temperatura. Veremos alguns exemplos: n=13 · 10-5mol/L Em soluções aquosas e a 25ºC, +2 - +2 - 2 1 – CaF2 <--> Ca + 2F , Kps = [Ca ]. [F ] = 4,9 x 10 -11 CaCO3 ↔ Ca+2 + CO3-2 +2 -2 +2 -2 2 – FeS <--> Fe + S , Kps = [Fe ] . [S ] = 5 x 10 -18 13 · 10-5mol/L 13 · 10-5mol/L 13 · 10-5mol/L Kps = [Ca2+] · [CO3-2]= 1,69 · 10-8 Abaixo veremos uma tabela dos valores do Kps de algumas substâncias comuns: A equação abaixo é estritamente aplicável somente para Nome Fórmula Produto de soluções altamente diluídas: Quimica II 24
  • 25. Pré-Universitário Popular da UFF + - Kps = aA .aB Portanto, quando a concentração do íon iodeto é cerca de + - aA e aB são as atividades dos íons que é dada por a = um milionésimo da concentração do íon cloreto, o cloreto fa.C onde fa é o coeficiente de atividade e C é a de prata precipita. Se a concentração inicial de ambos os concentração . íons, cloreto e iodeto, for 0,1 M, o cloreto de prata - -6 precipitará quando [I ] = 0,1 x 1,4 x 10 = 1,4 x - 7 10 M ; sendo o peso molecular do iodo = 126,90 e a -1 para soluções aquosas altamente diluídas fa =1 e a=C molaridade M= m(g) / PMxV(L) M x PM = g.L substituindo + - -7 -1 logo Kps=CA .CB os valores 1,4x10 x 126,90 = 1,8 x 10- 5 g L . Portanto, é teoricamente possível obter-se uma separação Separações quantitativas quase completa. A separação será possível, na prática, se for possível detectar o ponto em que a precipitação de Precipitação fracionada - Quando os produtos de iodeto está quase completa. Isto pode ser feito por dois solubilidade de dois sais pouco solúveis, tendo um íon modos: comum, diferem suficientemente, um sal precipitará quase completamente antes que o outro comece a se separar. (a)pelo uso de um indicador de adsorção (b)pelo método potenciométrico com um eletrodo de prata. Consideramos, até aqui, o princípio do produto de solubilidade relacionado com a precipitação de um sal Para uma mistura de brometo e iodeto, pouco solúvel. Estenderemos agora os nossos estudos ao [I-] = KpsAgI = 1,7 x 10-16 = __1____ caso em que se podem formar dois sais solúveis. Para KpsAgBr 3,5 x 10-13 2,0 x 103 simplificar, estudaremos a situação que se apresenta quando um agente precipitante‚ adicionado a uma solução A precipitação do brometo de prata ocorrerá quando a 3 contendo dois ânions que, ambos, formem sais pouco concentração do íon brometo em solução for de 2,0x10 solúveis com o mesmo cátion. vezes a do iodeto. Nessas condições, a separação do brometo será quase tão completa quanto o é no caso de Ex: quando uma solução de nitrato de prata ‚ adicionada a cloreto e iodeto e poderá ser efetuada com uma exatidão uma solução que contenha íons cloreto e iodeto. As aceitável, com o auxílio de indicadores de adsorção. questões que se apresentam são: Exercícios (a) qual dos dois sais precipitará primeiramente; Equilíbrio Químico (b)estará o primeiro sal completamente precipitado antes que o segundo comece a reagir com o reagente? 1- Em um recipiente de um litro foi adicionado um mol de uma substância gasosa A, que imediatamente passou a Os produtos de solubilidade do cloreto e do iodeto de prata sofrer uma reação de decomposição. As concentrações -10 -16 são, respectivamente, 1,2 x10 e 1,7 x 10 ; molares de A foram medidas em diversos momentos e AgCl Ag+ + Cl- KpsAgCl = [Ag+] x [Cl-] = 1,2 x10-10 verificou-se que, a partir do décimo minuto, a sua + [Ag ] = KpsAgCl (1) concentração se tornava constante, conforme os dados [Cl-] registrados no gráfico a seguir. AgI Ag+ + I- KpsAgI = [Ag+] x [I-] = 1,7 x10-16 + [Ag ] = KpsAgI (2) [I-] É evidente que o iodeto de prata, sendo menos solúvel, precipitará primeiramente, porque o seu produto de solubilidade será excedido em primeiro lugar. O cloreto de + prata precipitará quando a concentração do íon Ag exceder o valor da razão KpsAgCl = 1,2 x 10-10 quando os dois sais precipitarão simultaneamente. A decomposição de A ocorre segundo a equação: - - [Cl ] [Cl ] Quando o cloreto de prata começar a precipitar, os íons prata estarão em equilíbrio com ambos os sais, e as Calcule a constante de equilíbrio Kc. equações (1) e (2) estarão simultaneamente satisfeitas, combinando (1) com (2) teremos 2- A figura a seguir apresenta a variação da entalpia ao longo do caminho de uma reação. [Ag+] = KpsAgCl = KpsAgI (3) [Cl-] [I-] [Ag ] = _[I ] = KpsAgI = 1,7 x10-16 = 1,42 x 10-6 (4) + - [Cl-] KpsAgCl 1,2 x10-10 Quimica II 25
  • 26. Pré-Universitário Popular da UFF n(O2) = 0,5 × 0,15/2 = 0,0375 mol Quantidade de produto formado: n(H2O) = 0,075 mol Teremos, em mols: 2H2(g) + O2(g) → 2H2O(g) 0,15 0,7 0 (início) a) Determine o valor da entalpia desta reação, - 0,075 - 0,075/2 + 0,075 (durante) classificando-a como endotérmica ou exotérmica. 0,075 0,6625 0,075 (equilíbrio) b) Explique qual o efeito de um catalisador sobre a energia de ativação e sobre a entalpia da reação. [H2] = n/V = 0,075/0,50 = 0,15 mol/L [O2] = n/V = 0,6625/0,50 = 1,325 mol/L 3- (Unesp 2008) Dada a reação exotérmica: [H2O] = n/V = 0,075/0,50 = 0,15 mol/L 6- Na atmosfera, uma das reações que inicia a produção 2H2O2(aq) → 2 H2O(l) + O2(g), da chuva ácida, objeto de preocupação de ambientalistas, é a alteração que favorece a formação dos produtos é a elevação da 2SO2(g) + O2(g) → 2SO3(g), ∆H < 0 a) temperatura. b) pressão parcial de O2. c) concentração de H2O. d) pressão. Podemos afirmar, corretamente, que: e) concentração de H2O2. a) Se as pressões parciais de SO2(g) e SO3(g) forem iguais Gabarito: e em um determinado estado de equilíbrio, o valor numérico da pressão parcial de O2(g) é igual ao valor numérico de 4- (Puc MG 2008) Uma reação química está em equilíbrio Kp. químico quando a proporção entre as quantidades de b) Diminuindo a temperatura do sistema em equilíbrio, sem reagentes e produtos se mantém constante ao longo do alteração de volume, a concentração de SO3(g) aumenta tempo. O sulfato de zinco em solução aquosa saturada até ser atingido um novo estado de equilíbrio. está em equilíbrio com os íons sulfato e zinco na reação a c) Aumentando a pressão sobre o sistema, sem variação seguir. +2 -2 de temperatura, a quantidade de SO3(g) diminui até ser Zn (aq) + SO4 (aq) →ZnSO4(s) atingido um novo estado de equilíbrio. Admitindo que a solução permaneça saturada, assinale a d) Adicionando-se um catalisador ao sistema em equilíbrio, ação que provocará alteração do valor da constante de sem alteração de temperatura, a concentração de SO3(g) equilíbrio. diminui até ser atingido um novo estado de equilíbrio. a) Aumento da temperatura. b) Adição de água. Gabarito: d c) Adição de CuSO4. d) Retirada de ZnSO4. Gabarito: a CAPITULO VII 5- (Ufla 2008) De acordo com o Princípio de Le Chatelier, Radioatividade quando um sistema em equilíbrio sofre alguma modificação em parâmetros, como pressão, temperatura Existem na Natureza alguns elementos fisicamente ou concentração, as proporções de reagentes e produtos instáveis, cujos átomos, ao se desintegrarem, emitem se ajustam, de maneira a minimizar o efeito da alteração. energia sob forma de radiação. Dá-se o nome Considerando essa reação em equilíbrio, responda: radioatividade justamente a essa propriedade que tais 2H2(g) + O2(g) → 2H2O(g) + calor átomos têm de emitir radiação. a) Calcule a constante de equilíbrio para a reação quando O urânio-235, o césio-137, o cobalto-60, o tório-232 a pressão parcial de H2 for 1 atm, a pressão parcial de O2 são exemplos de elementos fisicamente instáveis ou for 1 atm e a pressão parcial de H2O for 0,5 atm. radioativos. Eles estão em constante e lenta b) Se adicionarmos 0,15 mol de H2 e 0,7 mol de O2 ao desintegração, liberando energia através de ondas recipiente de 0,50 L e deixarmos a mistura atingir o eletromagnéticas (raios gamas) ou partículas subatômicas equilíbrio a 25 ° observamos que 50 % do H 2 foi C, com altas velocidades (partículas alfa, beta e nêutrons). consumido. Qual é a composição final dessa mistura em -1 Esses elementos, portanto, emitem radiação mol L ? constantemente. Gabarito: A radioatividade foi descoberta pelos cientistas no a) Kp = 0,25 final do século passado. Até aquela época predominava a idéia de que os átomos eram as menores partículas de b) Quantidades iniciais: 2 qualquer matéria e semelhantes a esferas sólidas. A n(H ) = 0,15 mol descoberta da radiação revelou a existência de partículas n(O2) = 0,7 mol menores que o átomo: os prótons e os nêutrons, que n(H2 O) = 0 mol compõem o núcleo do átomo, e os elétrons, que giram em torno do núcleo. Essas partículas, chamadas de Quantidades de reagentes consumidos: subatômicas, movimentam-se com altíssimas n(H2) = 0,5 × 0,15 = 0,075 mol velocidades. Quimica II 26
  • 27. Pré-Universitário Popular da UFF Descobriu-se também que os átomos não são todos iguais. O átomo de hidrogênio, por exemplo, o mais simples de todos, possui 1 próton e 1 elétron (e nenhum nêutron). já o átomo de urânio-235 conta com 92 prótons e 143 nêutrons. Quimica II 27
  • 28. Pré-Universitário Popular da UFF Características das emissões 210 210 Ex.: 83 Bi → -1β° + 84Po 1) Alfa: As partículas Alfa, por terem massa e carga A 0 A elétrica relativamente maior, podem ser facilmente detidas, Z R → -1β + Z+1S até mesmo por uma folha de papel; elas em geral não conseguem ultrapassar as camadas externas de células 210=0+210 mortas de 1 pessoa viva sendo assim praticamente 83= -1+84 inofensivas. Entretanto pode ocasionalmente, penetrar no organismo através de um ferimento ou por aspiração, Transmutações provocando, nesse caso lesões grave. Tem baixa velocidade comparada a velocidade da luz(20 000 KM/s). Quando um elemento químico emite espontaneamente uma radiação e se transforma em outro 2) Beta: As partículas Betas são capazes de penetrar elemento, dizemos que aconteceu uma transmutação cerca de1 centímetro nos tecidos, ocasionando danos à natural. Quando as transmutações são obtidas por pele mais não aos órgãos interno, a não ser que sejam bombardeamento de núcleos estáveis com partículas α, engolidas ou aspiradas. Tem alta velocidade, prótons, nêutrons, etc., são chamadas transmutações aproximadamente 270 000KM/s. artificiais. A primeira delas foi obtida por Rutherford: 14 4 17 1 3) Gama: Assim como os raios x, os raios gama são 7 N + 2α → 2O + +1p extremamente penetrantes, sendo detido somente por uma parede de concreto ou metal. T em altíssima velocidade 14+4=17+1 que se iguala a velocidade da luz (300 000 KM/s). 7+2=8+1 Para identificar cada uma das emissões radioativas, Outro exemplo de transmutação artificial foi a Rutherford usou uma tela fluorescente de acordo com o descoberta do nêutron por Chadwick (1932): esquema: 9 4 12 1 4 Be + 2α → 6C + 0n - A emissão que desviou para a placa negativa é positiva (partícula alfa). 9+4 = 12+1 - A emissão que foi atraída pela placa positiva apresenta 4+2 = 6+0 carga negativa (partícula beta). - A emissão que não sofreu alteração na sua trajetória não Exemplo: tem cargas (onda eletromagnética ). 237 O elemento netúnio (93Np ), após a emissão de sete OBS: As emissões gama não apresentam massa (por isso partículas alfa e quatro partículas beta transforma-se em não chamamos de partícula), sua velocidade é muito alta bismuto. Equacione a reação nuclear mencionada. logo não interagem com a matéria, daí seu alto poder de 237 4 0 A penetração. A partícula α penetra na mão até 0,05 cm, a 93 Np → 7 2α + -1β + ZBi partícula β até 1,5 cm, já a emissão γ atravessa completamente. 237= 7*4 + 4*0 + A A= 209 Leis da radioativiade 93= 7*2 + 4*(-1) + Z Z= 83 1ª Lei da Radioatividade – Frederick Soddy Quando um núcleo emite partícula alfa, seu número atômico diminui de duas unidades e seu número de massa diminui de 4 unidades. A 4 A-4 Z X → 2α + Z-2Y 235 4 231 Ex.: 92 U → 2α + 90Th 2º Lei da Radioatividade- Soddy Fajans- Russel Quando um núcleo emite partícula β, seu número atômico aumenta de uma unidade e seu número de massa não se altera. 1 1 0 0 n → +1P + -1e + 0ν antineutrino Quimica II 28
  • 29. Pré-Universitário Popular da UFF Penge 1 No tubo 1, ocorreu a formação de um precipitado, Química 2 identificado como PbS, que, após ser lavado e secado, Professora: Vanessa apresentou 2,39 g de massa. 1- (UFRJ-1997) - As regiões mais favoráveis para a Determine a concentração de H2S na amostra de gás, obtenção de cloreto de sódio a partir da água do mar são expressa em mol/L. as que apresentam grande intensidade de insolação e ventos permanentes. Por esse motivo, a Região dos Lagos Penge 2 do Estado do Rio de Janeiro é uma grande produtora de Química 2 sal de cozinha. Professora: Vanessa Considerando que a concentração de NaCl na água do mar é 0,5M, determine quantos quilogramas de NaCl, no 1- (UFRJ) máximo, podem ser obtidos a partir de 6000L de água do mar. 2- (UFRJ-2008) - O gráfico a seguir representa a solubilidade de CO2 na água em diferentes temperaturas. Após a dissolução, o CO2 reage com a água segundo a equação: O Grito de Satanás nas Melancias in “Zé Limeira, Poeta do Absurdo” Orlando Tejo “Possantes candeeiros a carbureto iluminam a sala espaçosa pintada a óleo, refletindo a luz forte nas lentes escuras que protegem os grandes olhos firmes do poeta, sob as grossas pestanas negras”. Após o uso de uma lanterna a carbureto, removeram-se 7,4g da base resultante da reação do carbeto de cálcio com a água. Observe a equação: Ca(OH)2 + 2HCl → CaCl2 + 2 H2O Determine a molaridade de uma solução saturada de CO2 Determine o volume de uma solução aquosa, que o em água a 10 C. contém 1 mol/L de HCl, necessário para reagir totalmente com essa quantidade de base. 3- (UFRJ- 2006)- Uma amostra de 10 L de um gás contendo N2, H2S, CH4 e CO2 foi borbulhada através de 2- (UFRJ) Calcule o volume de água, em litros, que deve dois tubos, em seqüência, como ilustra a figura a seguir.O ser removido de 1000 L da solução de NaCl a 50 g/L para tubo 1 continha uma solução aquosa de nitrato de que ela atinja a concentração de 250 g/L e possa ser chumbo(II) e o tubo 2, uma solução aquosa de hidróxido reaproveitada no processo. de bário. Todo o H2S presente na amostra reagiu no tubo Para efeito de cálculo, despreze a variação de densidade 1. das soluções salinas. 3- Uma massa de 64g de uma substância X foi dissolvida em 260g de benzeno, originando uma solução cuja pressão de vapor é igual a 80 mm Hg. Determine a massa molar de X, sabendo que na mesma temperatura a pressão de vapor do benzeno é igual a 88 mm Hg. (MM do benzeno = 78g/mol) Quimica II 29
  • 30. Pré-Universitário Popular da UFF Penge 3 Penge 4 Química 2 (Físico-Química) Química 2 (Físico-Química) Professora: Vanessa Professora: Vanessa 1- (UFRJ) A figura a seguir apresenta a variação da 1- A equação a seguir representa um processo de entalpia ao longo do caminho de uma reação. obtenção do antranilato de metila, largamente utilizado como flavorizante de uva em balas e chicletes. a) Determine o valor da entalpia desta reação, Esse processo, realizado em condições adequadas, atinge classificando-a como endotérmica ou exotérmica. o estado de equilíbrio após um determinado período de b) Explique qual o efeito de um catalisador sobre a energia tempo. de ativação e sobre a entalpia da reação. Com o objetivo de aumentar o rendimento na produção desse flavorizante, foram propostas as seguintes ações: 2- (UFRJ) I – aumento da temperatura II – aumento da pressão III – adição de água IV – retirada de água Quais são as duas ações mais adequadas para esse objetivo? Justifique: 2- Uma área agrícola, próxima a um lago, precisa ser adubada antes do início do plantio de hortaliças. - O esquema abaixo indica as medidas do terreno a ser plantado. Os dois lados paralelos distam 10 km e os três ângulos obtusos indicados são congruentes. 3- (UFRJ) - Para corrigir a elevada acidez do solo, o produto recomendado foi o calcário (CaCO3), na dosagemde 5 2 g/m de solo. - Para a adubação do terreno, emprega-se um pulverizador com 40 m de comprimento, abastecido por um reservatório 3 de volume igual a 2,16 m , que libera o adubo à vazão 3 constante de 1.200 cm /s. Esse conjunto, rebocado por um trator que se desloca à velocidade constante de 1 m/s, está representado na figura abaixo. - A partir do início da adubação, a qualidade da água do lago passou a ser avaliada com regularidade. Quimica II 30
  • 31. Pré-Universitário Popular da UFF Determine a quantidade de matéria necessária para 3- As reações de oxirredução I, II, III, descritas abaixo, 2 corrigir a acidez do solo, em mol de CaCO3, por km de compõem o processo de produção do gás metano a partir área a ser plantada: do carvão, que tem como subproduto o dióxido de carbono. 3- Calcule a energia envolvida na reação: Nessas reações, o carvão está representado por C(s) em sua forma alotrópica mais estável. 2 HI(g) + Cl2(g) → I2(g) + 2 HCl(g) Expresse o resultado em kcal/mol de HI(g). Indique se a reação é exotérmica ou endotérmica. Dados: Tipo de Energia de ligação ligação (kcal/mol) H-Cl 103 Entre as vantagens da utilização do metano como H-I 71 combustível estão a maior facilidade de distribuição, a Cl-Cl 58 queima com ausência de resíduos e o alto rendimento I-I 36 térmico. O alto rendimento térmico pode ser observado na seguinte Penge 5 equação termoquímica: Química 2 (Físico-Química) Professora: Vanessa 1- No metabolismo das proteínas dos mamíferos, a uréia, Considere as entalpias de formação das substâncias a representada pela fórmula (NH2)2CO, é o principal produto seguir: nitrogenado excretado pela urina. O teor de uréia na urina pode ser determinado por um método baseado na hidrólise da uréia, que forma amônia e dióxido de carbono. Na tabela abaixo são apresentadas as energias das ligações envolvidas nessa reação de hidrólise. Escreva a equação termoquímica que representa a produção do metano a partir do carvão. Penge 6 Química 2 (Físico-Química) Professora: Vanessa 1- Aparelhos eletrônicos sem fio, tais como máquinas Através da equação a seguir determine a variação de fotográficas digitais e telefones celulares, utilizam, como –1 entalpia correspondente a sua hidrólise, em kJ.mol . fonte de energia, baterias recarregáveis. Um tipo comum de bateria recarregável é a bateria de níquel-cádmio, que (NH2) 2CO + H2O 2 NH3 + CO2 fornece uma d.d.p. padrão de 1,25 V e cujos componentes apresentam baixa solubilidade em água. 2- O trióxido de enxofre é um poluente secundário, A ilustração abaixo representa uma dessas baterias. formado a partir da oxidação do dióxido de enxofre, poluente primário, em presença do oxigênio atmosférico. Considere as seguintes entalpias-padrão de formação a 25 ºC e 1 atm: -1 SO2 = – 296,8 kJ × mol -1 SO3 = – 394,6 kJ × mol Determine a variação de entalpia da reação de oxidação do dióxido de enxofre, através da equação a seguir. SO2 (g) + ½ O 2 (g) →SO3 (g) Quimica II 31
  • 32. Pré-Universitário Popular da UFF Admita que: - a reação global desta bateria seja representada pela equação - a semi-reação de oxidação apresente um potencial igual a 0,76 V e que seja representada pela equação Escreva a equação que representa a semi-reação de redução e seu respectivo potencial padrão. 2- O clássico processo Haber de produção de amônia, cujo rendimento é de 80% em condições ótimas, está representado na equação abaixo. Identifique o frasco em que ocorre reação química espontânea e escreva a respectiva equação. A equação a seguir representa um processo alternativo de produção de amônia, que tem como reagentes gás natural, 2- As manchas escuras que se foram sobre objetos de vapor d’água e ar atmosférico. O rendimento deste prata são, geralmente, películas de sulfeto de prata (Ag2S) processo é de 20% em condições ótimas. formadas na reação da prata com compostos que contêm enxofre e que são encontrados em certos alimentos e no ar. Para limpar a prata, coloca-se o objeto escurecido em uma panela de alumínio com água e detergente. O detergente retira a gordura da mancha e do alumínio facilitando a reação do alumínio da panela com o sulfeto Admita comportamento ideal dos gases e vapores de prata, regenerando a prata, com o seu brilho envolvidos característico. Os dois processos apresentam baixíssimas velocidades de a) Escreva a equação de reação de “limpeza da prata” conversão a 25ºC. Para aumentar essas velocidades, a referida no texto. temperatura deverá ser alterada. Indique o tipo de alteração necessário e seu efeito sobre o rendimento de ambos os processos. b)Com base no processo de “ limpeza da prata” descrito, podemos construir um pilha de alumínio e prata, de acordo 3- O bócio é uma inchação provocada por uma disfunção com o esquema a seguir: tireoidiana decorrente da carência de iodo. A legislação atual exige que cada quilograma de sal comercializado contenha 0,01 g de iodeto (I-), geralmente na forma de iodeto de sódio (NaI). Calcule: A) a porcentagem da massa de sódio em 1 mol de iodeto de sódio; B) a massa de iodeto de sódio, em gramas, que deverá estar contida em 127 kg de sal, em cumprimento à Escreva a semi-reação que ocorre no catodo legislação. 3- Na eletrólise de uma solução aquosa de sulfato cúprico, Penge 7 tem-se a seguinte redução catódica: Química 2 (Físico-Química) Professora: Vanessa Cu2+ + 2e- → Cu 2+ 1- Os quatro frascos apresentados a seguir contêm Quantos mol de íons de Cu são reduzidos por uma soluções salinas de mesma concentração molar, a 25°C. quantidade de eletricidade igual a 1,0 faraday? Em cada frasco, encontra-se uma placa metálica mergulhada na solução. Quimica II 32
  • 33. Pré-Universitário Popular da UFF Bibliografia 1- Química: Físico-Química – Feltre, Ricardo 2 série - 2 grau 2- Fundamentos da Química- Feltre, Ricardo Volume Único - 1 série - 2 grau 3- Química -volume único- Usberco e Salvador Autores: Usberco e Salvador 4- Fundamentos de Fisico-quimica - Castellan, Gilbert 5- Química geral e reações químicas- Kotz, John C. Volumes 1 e 2 Quimica II 33