Apostila quimica2

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Apostila quimica2

  1. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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

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