Baixe Apostila de Físico-Química e outras Notas de estudo em PDF para Química, somente na Docsity! ceteb - ca Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia Unidade de Camaçari ay o OZ N Curso: Processos Industriais Módulo: | Carga Horária: 60h. Docente: Janeide Reis Turno: Turma: Unica Discente: PDF processed with CutePDF evaluation edition www.CutePDF.com - Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia ceteb - ca, Unidade de Camaçari Sumário 1.Estudo geral dos gases ........... username remetem erraram casais a riram araras raatraraaarasa 1.1.Variáveis de estado e quantidade de substância. 1.2.Leis de Gases............ 1.3. Equação de Clapeyron.. 1.4. Relações entre gases. 1.5. Efusão e difusão de gases - Lei de Graham ......... 1.6. Misturas gasosas - pressão parcial (Lei de Dalton 2. Fundamentos da Termodinâmica... 3. Reações Químicas em solução Aquosa.. 4.Dispersões e Soluções. 4.1.Solução, dispersão coloidal e suspensão.. 4.2.Classificação das soluções... 4.3.Concentração de Soluções; Diluição de Soluções; Mistura de Soluçõe: 5.Propriedades coligativas das soluções 5.1.Pressão de vapor e mudança de estado. 5.2. Relações entre os efeitos coligativos. 6.Termoquímica ............ 6.1.Classificação: Reação exotérmica e reação endotérmica.. 6.2. Entalpia Padrão (AH? 6.3.Lei de Hess............ 6.4.Espontaneidade de uma reação. 7.Cinética Química; 8.Equilíbrio Químico; 9.Deslocamento de Equilíbrio. 10. Equilíbrio lônico.. 11.Pilhas e Eletrolise; Oxido-Redução .................. sesmarias 12.Radioatividade; Leis das Emissões Radioativas e Meia Vida e Vida Médi 13. Bibliografia... uses rsmeesmeeearmeeeaeer araras re remessas - Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia ceteb - ca, Unidade de Camaçari A lei de Chartes/Gay-Lussac estabelece que à pressão constante, o volume ocupado por uma massa gasosa é diretamente proporcional à temperatura absoluta. Transformações gasosas à pressão constante são chamadas de isobáricas. Se a temperatura do gás dobra, seu volume também dobrará. Se a temperatura do gás cair para metade, o volume também cairá para metade. V/T=cte. Portanto, para o caso de um gás que sai de T; e Vi e vai para T> e Vo, através de um processo isobárico... VilT = VolT> Outra constatação de Charles/Gay-Lussac é a de que à volume constante, a pressão exercida por uma massa de gás é diretamente proporcional à temperatura absoluta. Transformações gasosas à volume constante são chamadas de isocóricas ou isovolumétricas. P/T = cte. Portanto, para o caso de um gás que sai de T; e P+ e vai para T> e P>, através de um processo isovolumétrico... PilT; = PolTo - Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia cete b Ca Unidade de Camaçari To no As equações apresentadas acima se prestam a situações em que uma das variáveis do gás se mantém constante. Para o caso em que as três variáveis se modifiquem durante o processo temos a equação geral dos gases, que é obtida a partir das leis apresentadas anteriormente. Equação geral dos gases: É uma equação que relaciona as três variáveis de estado (pressão, volume e temperatura). Sua fórmula é P4V4/T; = PaVo/T>, sendo que os índices referem-se à ordem cronológica. Ela será sempre aplicada quando, em uma transformação, o gás sofrer variação em suas três variáveis de estado (pressão, volume e temperatura). PV k prvi prV2 (número de mols constante) —— E ou —TE—— T T T> ISOBÁRICA Vi Ne lei de Charles (pr=P2) T, - T. e Gay-Lussac , P, P, ; ISOCÓRICA - lei de Charles e (Vi = Vo) T, - To Gay-Lussac roi PrVi = povo lei de Boyle A lei de Avogadro se origina do fato de o tamanho das moléculas ser desprezível em relação às distâncias que as separam: volumes iguais de gases quaisquer, à mesma temperatura e pressão, possuem o mesmo número de moléculas. O volume molar foi definido como o ocupado por um mol de qualquer gás nas CNTP e é igual a 22,4 litros (independe do gás). - Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia cete b Ca Unidade de Camaçari 1.3. Equação de Clapeyron As leis de Boyle-Mariotte, Chares/Gay-Lussac e de Avogadro possibilitam a obtenção da equação de estado de um gás ou equação de Clapeyron que relaciona quantidade de mols de um gás com pressão, volume e temperatura, sendo R a constante universal dos gases perfeitos. onde R = 0,082 atm.L/mol.K ou 62,3 mmHg.L/mol.K (R pode ser dado em outras unidades) e n = número de mols. À escolha da unidade da constante R depende da unidade de pressão utilizada. Atividade 1. Determinar a pressão exercida por 9,6g de gás oxigênio, contidos em um recipiente com capacidade de 8,2 L a 270 C. R:0,9 2. Calcule a qual pressão, em atm, 4,40g de dióxido de carbono ocupam um volume de 44,8 L a 2730 C. R:0,09 3. Qual a massa molecular de 135g de uma substância gasosa que está dentro de um recipiente de 3 litros a uma pressão de 5 atm e a uma temperatura de 270 0? R: 221,4 4. Um dos poluentes mais comuns é o monóxido de carbono. Uma amostra contendo 4 mols desse gás exerce uma pressão de 2,46 atm a 270 C. Nessas condições, determine o volume ocupado, em litros, pelo gás. R:40 5. (Unaerp-SP) O argônio é um gás raro utilizado em solda, por arco voltaico, de peças de aço inoxidável. Qual a massa de argônio contida num cilindro de 9,84 L que, a 27º C, exerce uma pressão de 5 atm? R:80 6. Os sucos de frutas engarrafados encontrados nas prateleiras dos supermercados contém conservantes químicos, e um desses é o dióxido de enxofre (SO), substância gasosa nas condições ambientes. Recentemente, os jornais, rádios e as TVs anunciaram a retirada de muitos desses sucos do mercado, pelo fato de conterem um teor de conservante maior que o permitido oficialmente. Qual a quantidade (em mol) de dióxido de enxofre contido num recipiente de volume igual a 1,0 L sob pressão de 22,4 atm, mantido a 273K? R:1 7. Qual o volume de um balão contendo 44,0g de gás hélio, utilizado em parques de diversões ou em propaganda, num dia em que a temperatura é 32º C e a pressão do balão é 2,5 atm? R:110,04 8. (Cesgranrio-RJ) Num tanque de gás, havia 8,2 mê de oxigênio a -230 C e 2 atm de pressão. Tendo ocorrido um vazamento, verificou-se que a pressão diminuiu em 0,5 atm. Que massa de oxigênio foi perdida, em gramas, sabendo que a temperatura permaneceu constante? R:6400 - Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia cete b Ca Unidade de Camaçari 1.5.Efusão e difusão de gases - Lei de Graham Efusão de gases é a passagem de um gás por pequenos orifícios, para um ambiente externo de menor pressão. Difusão de gases é a mistura de gases quando colocados uns na presença de outros ou seja o movimento espontâneo de disseminação das moléculas de uma substância gasosa em outra substância, de modo a formar uma mistura homogênea. Também se considera difusão a passagem de uma substância gasosa através de uma parede porosa. Lei de Graham: As velocidades de efusão e de difusão são inversamente proporcionais às raízes quadradas de suas massas moleculares (ou de suas densidades). V=k. 1 vd De mesmo modo pode-se calcular a velocidade de difusão do gás A em relação ao gás B pela equação: Vi. [dg vo Va, Como a densidade para cada gás na mistura pode ser: p-Ma p-Mg d= — de= — RT RT PM, Wi NRT de onde vem Ya = —A Vo PM, Vo RT Quanto menor a massa molar do gás , maior será a sua velocidade de efusão e difusão. 1.6. Misturas gasosas - pressão parcial (Lei de Dalton) As soluções gasosas são aquelas em que o disperso em maior quantidade é um gás. Estudaremos neste tópico apenas as soluções gasosas em que todos os seus constituintes são gases; e chamaremos estas soluções de misturas de gases visto que quase sempre tais misturas constituem sistemas homogêneos ou unifásicos. - Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia cete b Ca Unidade de Camaçari É importante observar que todas as relações que vimos se referem à teoria do gás ideal e, portanto, dependem da quantidade de matéria (n) do gás, mas não dependem do tipo de substância gasosa, são de ordem quantitativa e não qualitativa. Sendo assim, as relações que valem para um Único tipo de gás valem igualmente para misturas gasosas qualquer que seja sua composição. Então a equação de Clapeyron para mistura de gases será escrita: PV=(m+ne+no).R.T ondencai =na+nB+ nc para os gases A, Be C. Fração molar, pressão parcial, pressão total, volume parcial e volume total Fração molar de um gás A numa mistura (Xa): Número de mols de A / número de mols de mistura. Xa=na/Nvua: XeB=np/Na; Xc=nc/M voa e onde Xa+Xs+Xc=1 Pressão parcial de um gás A numa mistura: Fração molar de A x pressão da mistura. É a pressão exercida pelo gás À como se ele estivesse sozinho na mistura. P4 =X, . Photal LEI DE DALTON: A pressão total de uma mistura gasosa é igual à soma das pressões parciais dos gases que compõem a mistura. Prota = Pa+ PB + pc + us. Para os gases A e B temos que: Gás A: PaV=na.R.T «(1 Gás B: PpV=np.R.T «AD Mistura de gases A e B (Pa+Pp).V=(na+ng).R.T ou seja Proal.V = Moral. RT (Im) Dividindo-se a equação I e II, respectivamente, pela equação III, temos: -PaV=na.R.T (1 PpV=np.R.T. «Il Pra. V = oa. R.T (MD) Pra. V = Moa - R.T (MD Pa. = na.=Xa Pp.= np= Xp Poxa Neotal - Pia — Mtotal % em pressão parcial = fração molar em %: Deste modo, a pressão parcial pode ser expressa em porcentagem. % em pressão parcial = fração molar 100 10 - Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia ceteb - ca, Unidade de Camaçari Volume parcial de um gás A numa mistura: É o volume que teria o gás A se estivesse submetido à pressão (total) da mistura, à mesma temperatura. LEI DE AMAGAT: O volume total de uma mistura gasosa é igual à soma dos volumes parciais dos gases que compõem a mistura. Viotal = VA+ VB + VC +. Seguindo a mesma dedução acima, temos que: Va. = DA.=Xa YB.= ng= Xp Veotal Meotal Vital Motal Quando expressa em porcentagem, é também a porcentagem em volume do gás A na mistura. % em volume parcial = fração molar em %: % em volume parcial = fração molar 100 Massa molar aparente de uma mistura gasosa (Map) Sendo a massa total de uma mistura a soma de todas as massas e O Nota a soma de todos as quantidades de matéria de cada gás (n=m/M), a massa molar será M=m/n. Portanto Map = Mota / Niotal Densidade de uma mistura gasosa a uma pressão p e temperatura T: P-Map d= RT Atividade 1. 30 mL de gás metano, a 25º C, são aquecidos a 35º C, à pressão constante. Calcule o novo volume do gás. R:31 2. Uma amostra de nitrogênio gasoso ocupa 20 mL, a 27º C e à pressão de 800 mmHg. Que volume ocuparia a amostra a 0º C e 800 mmHg? R:18,2 3. Certa massa gasosa, mantida em um frasco fechado, tem pressão igual a 190 mmHg a 27º C. a qual temperatura (em º C) a pressão esse gás no frasco fechado será igual a 0,5 atm? R:327º C 4. Em um dia de invemo, à temperatura de 0º C, foi colocada uma amostra de ar, à pressão de 1,0 atm, em um recipiente de volume constante. Transportando essa amostra para um ambiente de 60º C, que pressão, em atm, ela apresentará? R:1,21 q - Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia ceteb - ca, Unidade de Camaçari APLICAÇÕES DO PRIMEIRO PRINCÍPIO DA TERMODINÂMICA ÀS TRANSFORMAÇÕES GASOSAS Transformação Isotérmica (AT=0): Ocorre a temperatura constante. * Pela 13 Lei da Termodinâmica: Q = AU + 0, porém AU =3/2n R AT e neste caso AU = 0, então Q =, indicando que todo calor trocado com o meio é transformado em trabalho. e é Em um sistema gasoso, se ocorrer uma expansão (processo endotérmico; Q>0) e realiza trabalho sobre ele (O >0). e é Em um sistema gasoso, se ocorrer uma contração (processo exotérmico; Q<0) e o meio realiza um trabalho sobre o sistema (ô < 0). Transformação Isovolumétrica (AV=0): Ocorre a volume constante. Ss e O sistema não realiza trabalho com o meio, pois não houve variação do volume do gás. Pela 1º Lei: Q=AU + 0; e neste caso ô= 0, então Q =AU = 3/2 n R AT. Ao ocorrer aumento na temperatura ocorrerá uma reação endotérmica e Q >0. Pressão Pa p= P, Vi Volume Transformação Isobárica (AP=0): Ocorre a pressão constante. “ PelatiLei: Q=AU +0; enestecasose T;> Ty, então AT>0€ AU=32nRAT>0 ocorrerá aumento na temperatura (reação endotérmica e Q > 0), indicando uma expansão 14 - Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia cete b Ca Unidade de Camaçari gasosa. Se T;> T», então AT<0 e AU =3/2n RAT <0 ocorrerá redução na temperatura (reação endotérmica e Q > 0), indicando uma expansão gasosa. T—" To P Pressão Vi Vo, Volume Transformação Adiabática: Q = 0, portanto não existe troca de calor com o meio ; Ss e Uma garrafa térmica é um sistema termicamente isolado, pois suas paredes não permitem que haja trocas de calor entre os líquidos colocados no seu interior e o meio extemo. AU=Q-ô SeQ=0 Conclusão: AU=-ô - Se 0>0 : AU<0; Expansão adiabática - Se ô<0 : AU >0; Compressão adiabática Transformação Cíclica: Ocorre uma expansão e uma compressão Ss e Quando o estado inicial coincide com o estado final (mesma pressão, volume e temperatura) AU=Q-6 AU=0 0=0 ô=A (Trabalho igual numericamente a área) P Expansão B O saldo do trabalho no ciclo é dado pela diferença do trabalho na expansão e compressão, qu é A Compressão a própria área do ciclo. 2º Lei da Termodinâmica: É impossível obtermos rendimento de 100% quando 2 fontes térmicas são envolvidas (quente e frio). O calor passa espontaneamente de um corpo de maior temperatura para outro de menor temperatura. No entanto, a passagem contrária é altamente improvável. Os processos naturais apresentam um sentido preferencial de ocorrência, tendendo sempre o sistema espontaneamente para um estado de equilíbrio. - Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia cete b Ca Unidade de Camaçari 3.Reações Químicas em Solução Aquosa Quando duas soluções são colocadas em contato, pode ocorrer uma reação química. Reagentes em proporção estequiométrica Conhecendo a composição e a concentração dessas soluções, podemos calcular a massa de reagentes e produtos envolvidos na reação. O cálculo estequiométrico é feito a base das leis de reações e executado com o auxílio das equações químicas correspondentes. Regras fundamentais: 1.Escrever a equação química 2.Acertar os coeficientes desta equação 3.Estabelecer uma regra de três entre a proporção estequiométrica da equação e a proporção dada no problema, obedecendo as relações de: Massa--smenceseenceoo massa ou Nº moles----=-=-=-=-— Nº moles Masga--=-e--cecrcemenvon Volume gasoso Volume gasoso -----------.----..- Volume gasoso Massa -----e.eemenoo número de moléculas Analise 0 exemplo: HsPOu(aq) + 3KOH ——* KPO + 30 Va=300 mL=0,3 L Vb= 150mL=0,15L Vfinal = (300+150) mL Ma=0,5 mól/L Mb= 3 mol/L Vfinal = 0,45 L na= 0,15 mol nb=0,45 mol HsPOu(aq) + 3KOH —* KPO + 30 Imál reagecom 3mols originando tmól e 3mols 0,15mól reagecom 0,45 mols originando xmól e ymol regra de três HoPOag) — KsPOs HoPOs(ag) —— 3H20 tmól originando 1 mól timól originando 3mól 0,15 mól originando xmól e x=0,15mol, 0,15mól originando y mole y= 0,45 mols Desta maneira, pode-se concluir que os reagentes foram todos consumidos. Agora utilizando estes dados podemos responder as questões a seguir: Qual a concentração em mol/L da solução final em relação : a) ao ácido? É zero b) abase? É zero - Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia cete b Ca Unidade de Camaçari 4.2.Classificação das soluções Quanto ao estado físico do solvente: Sólidas: ligas metálicas, tais como bronze (Cu+Sn) e latão (Cu+Zn); Líquidas: Podemos ter um sólido dissolvido em um líquido, ou então, dois líquidos dissolvidos entre si. São formados por uma ou mais substâncias dissolvidas (soluto) num líquido (solvente). Seus componentes não podem ser separados por filtração. Sua separação pode ocorrer usando outros processos físicos, tais como a destilação. Gasosas: ar atmosférico; Quanto à condutividade elétrica ou natureza do soluto: a eletrolíticas ou iônicas; capazes de conduzir corrente elétrica, graças aos seus íons livres em solução, solutos de sólidos iônicos ou soluto molecular que sofra ionização. *» não-eletrolíticas ou moleculares: não são capazes de conduzir corrente elétrica, pois não forma seus íons livres em solução. Coeficiente de solubilidade: é a quantidade de soluto que se encontra dissolvido em uma quantidade padrão (mínima) de solvente a uma determinada temperatura. Normalmente a quantidade de solvente mais usada é de 1009. Quanto à proporção soluto/solvente: Dependendo da quantidade de soluto em relação à quantidade de solvente (coeficiente de solubilidade), as soluções podem ser saturadas, insaturadas e supersaturadas * Solução saturada: é toda solução em que o soluto atinge o seu coeficiente de solubilidade na temperatura fomecida; * Solução saturada com corpo de fundo: é toda solução em que a quantidade de soluto dissolvida ultrapassa o coeficiente de solubilidade (ponto de saturação); Solução supersaturada: é quando excede a quantidade máxima de soluto a ser dissolvida de acordo com o coeficiente de solubilidade, sendo que o excesso de soluto é dissolvido por variação de temperatura. Solução insaturada: é toda solução em que a quantidade de soluto dissolvida não ultrapassa o coeficiente de solubilidade (ponto de saturação). Quando é conhecido o coeficiente de solubilidade de um soluto em várias temperaturas, é possível apresentar os seus valores em um gráfico que relaciona a solubilidade com a temperatura, que passaremos a denominar de curva de solubilidade. 19 - Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia ceteb - ca, Unidade de Camaçari Veja alguns exemplos: Csnacy = 369/1009 H,0 - 200€ São necessários 36g de NaCI (soluto) em 100g de água (solvente) para formar uma solução saturada a 209€. Csnaci = 35,79/1009 Hp0 - 00€ São necessários 35,79 de NaCl (soluto) em 100g de água (solvente) para formar uma solução saturada a 09€. 260 240 220 200 180 160 14 120 100 so so ao 20 o 9/100g de H20 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 400 Temperatura ('C) Analisando o gráfico, é possível perceber que qualquer ponto situado à esquerda da curva irá representar a condição de supersaturação e qualquer ponto à direita representará a condição de insaturação. Além disso, é importante observar que todo ponto situado na curva indica que a solução está saturada. Atividade A tabela a seguir refere-se a solubilidade de uma determinada substância nas respectivas temperaturas: Temperatura (*C) | 9/1009 de H20 30 60 50 70 70 90 Uma solução saturada desse sal foi preparada, utilizando-se 2009 de água a 70º C e a seguir foi resfriada a 30º C. com base nessas informações, responda: 20 - Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia cete b Ca Unidade de Camaçari 1. Qual a massa de precipitado que irá se formar? 2. Qual a massa da solução final? 3. Para dissolver 40g dessa substância a 50º C, qual deverá ser a massa de água necessária? 4. (Fuvest-SP) Quatro tubos contêm 20 mL de água cada um a 20º C. Coloca-se nesses tubos dicromato de potássio (K>Cr207) nas seguintes quantidades: Tubo A Tubo B Tubo C Tubo D [ Massa de K-Cro07 1,0 3,0 5,0 7,0 A solubilidade do sal, a 20º C, é igual a 12,59/100 mL de água. Após agitação, em quais tubos coexistem, nessa temperatura, solução saturada e fase sólida? 5. (PUC-RJ) A tabela abaixo mostra a solubilidade de vários sais, à temperatura ambiente, em 9/100 mL: Substância 9/100 mL de HO Nitrato de prata 260 Sulfato de alumínio 160 Cloreto de sódio 36, Nitrato de potássio 52 Brometo de potássio 64 Se 25 mL de uma solução saturada de um desses sais forem completamente evaporados, e o resíduo sólido pesou 139, qual era o sal? Rinitrato de potássio 6. (UEL-PR) A 109 C a solubilidade do nitrato de potássio é de 20,09/100g de H20. Uma solução contendo 18,0g de nitrato de potássio em 50,09 de água a 25º C é resfriada a 10º C. Quantos gramas do sal permanecem dissolvidos na água? 7. (FEI-SP) Tem-se 500g de uma solução aquosa de sacarose (C12H22011), saturada a 50º C. Qual a massa de cristais que se separam da solução, quando ela é resfriada até 30º 0? R:55,6 Dados: Cs a 30º C = 2209/100g de HO e Cs a 50º C = 2609/1009 de HO 8. (EEM-SP) Evapora-se completamente a água de 40g de solução de nitrato de prata, saturada, sem corpo de fundo, e obtêm-se 15g de resíduo sólido. Qual é o coeficiente de solubilidade do nitrato de prata para 100g de água na temperatura da solução inicial ? R:Cs=609/100g H>0 4.3.Concentração de Soluções; Diluição de Soluções; Mistura de Soluções; Unidades de concentração das soluções De acordo com a IUPAC, a quantidade de matéria deve ser expressa em mols. Nas soluções, a concentração pode ser determinada em mols, massa ou volume. O que realmente importa é estabelecer uma comparação entre a quantidade de soluto e a quantidade de solvente ou de solução. Os tipos mais comuns de concentração são: 21 - Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia cete b Ca Unidade de Camaçari Fração molar do solvente (X2): É a relação entre o número de mols do solvente (n2) e o número de mols da solução (n2) Atividade 01. Calcular as frações molares do soluto e do solvente em uma solução que contém 1179 de cloreto de sódio dissolvidos em 324g de água. R: 0,1 e 0,9 02. (FURRN adaptado) Qual a fração molar do soluto e do solvente de uma solução preparada tomando-se 3 mols de glicose e 97 mols de água? R: 0,03 e 0,97 03. Qual a fração molar do componente B numa mistura contendo 4g de A (M=20g/mol) e 8,49 de B (M=28g/mol)? R: 0,6 04. (U.F.Fluminense-RJ) Uma solução contém 18g de glicose (CsH:206), 24,0g de ácido acético (C>H:02) e 81,0g de água. Qual a fração molar do ácido acético na solução? R: 0,08 05. (Faap-SP) Uma solução aquosa de NaCl apresenta 11,7% em peso de soluto. Determine as frações molares do soluto e do solvente nessa solução. R: 0,0392 e 0,9608 Concentração molal ou molalidade (W): Éa relação entre o número de mols do soluto (n1) e a massa, em kg, do solvente. nm my W=— So W=——— fra him Atividade 01. Calcular a molalidade da solução formada utilizando-se 171g de sacarose (C12H22011) dissolvidos em 400g de água. R: 1,25 02. Determinar a massa de água, em gramas, que deve ser utilizada para dissolver 0,2 mol de cloreto de sódio e originar uma solução 0,4 molal. R: 5009 * : K z : z *s* Densidade absoluta (d): é a razão estabelecida entre a massa e o volume dessa solução. Assim, se a densidade de uma solução é de 10g/L, isso significa que cada litro de solução apresenta massa de 10g. d=2 V 24 - Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia ceteb - ca, Unidade de Camaçari Calcular a densidade absoluta de uma solução que apresenta massa de 50g e volume de 200 cm3. d=? m=50g V=2000mê Relação entre as unidades de concentração e densidade C= Dom = Cxy Y T=U sm =mxT m hudr = Dom = bar xy x Mp Relação entre concentração comum e título Ce rom = Gxv “o tmxT CY > IC e C=dxT m T=Leom,=mxT m Relação entre molaridade e título Mr= DL om = Mto Ay x w maT > dr xy = —5> es br xhy = dixT 1 T=U smy-m«T m Relação entre molaridade e concentração comum tm Mir= o em = Ir oh xy my 4 My x > Ihirxm = 0 ny os MED = CosMrxM=C Cem -Cey Relação final C= dxT= Mex, Atividade 01. Uma solução de ácido clorídrico, de densidade 1,2 kg/L, contém 40% em massa, de HCI. Qual a massa de água, em gramas, existente em 1 L de solução do ácido, nessa concentração? R:720g 25 - Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia cete b Ca Unidade de Camaçari 02. (PUC-PR) A solução aquosa de NaOH (soda cáustica) é um produto químico muito utilizado. Uma determinada indústria necessitou usar uma solução com 20% em massa de hidróxido de sódio, que apresenta uma densidade de 1,2 kg/L. Qual a molaridade da solução? R: 6M 08. O soro caseiro, recomendado para evitar a desidratação infantil, consiste em uma solução aquosa de cloreto de sódio (3,5 g/L) e de sacarose (11 g/L). Qual a concentração molar do cloreto de sódio nessa solução? R: 0,06M 04. Num refrigerante do tipo “cola”, foi feita uma análise química que determinou uma concentração de íons fosfato (PO?) igual a 0,15 g/L. Qual a concentração de íons fosfato, em mols por litro, nesse refrigerante? R: 1,57x10ºM 05. (Cesgranrio-RJ) Num exame laboratorial, foi recolhida uma amostra de sangue, sendo o plasma separado dos eritrócitos, ou seja, deles isolado antes que qualquer modificação fosse feita na concentração de gás carbônico. Qual a concentração em g/L, sabendo-se que a concentração de CO», neste plasma, foi de 0,025 mol/L? R: 1,1 06. Considerando que o conteúdo de ácido acético existente no vinagre é de aproximadamente 3% em peso e que a densidade do vinagre é 1 g/mL, qual a molaridade do ácido acético existente em um litro de vinagre? R: 0,5M Diluição de soluções: Diluir uma solução nada mais é do que acrescentar solvente a essa solução, alterando a relação soluto/solvente. Considerando que a massa do soluto é a mesma, alterando apenas o volume da solução, podemos ter as seguintes fórmulas: Maj x] = hdi x E CixY=0p x Toxmy = TE xme É importante considerar que em toda diluição a concentração final será sempre menor que a concentração inicial. Atividade 01. A uma amostra de 100 mL de hidróxido de sódio 20g/L foi adicionada água suficiente para completar 500 mL. Qual a concentração, em g/L, dessa nova solução? R: 4 g/L 02. (Vunesp-SP adaptado) Qual o volume, em mL, de uma solução de ácido sulfúrico 15 mol/L necessário para preparar 500 mL de uma solução aquosa de ácido sulfúrico de concentração 3 M? R:100 mL 03. Qual a molaridade de uma solução de hidróxido de sódio, que foi obtida adicionando-se 80 mL de água a 20 mL de outra solução de concentração 0,1M? R: 0,02M 04. (Osec-SP) Preparam-se 100 mL de uma solução contendo 1 mol de cloreto de potássio (KCI). Tomaram-se, então, 50 mL dessa solução e juntaram-se 450 mL de água. Qual a molaridade da solução final? R: 1M 26 - Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia ceteb - ca, Unidade de Camaçari Exercício resolvido 01. Juntando-se 200 mL de ácido sulfúrico 0,3M e 100 mL de hidróxido de potássio 1,2M. Pergunta-se quais serão as molaridades da solução final em relação ao ácido, à base e ao sal formado. HS + 2K0H 5 KSO + 2H20 imol 2mols tmol 2mols Calculando o número de mols de cada reagente: HoS0q 5 Mr = Mo a- E => ny = 0,08mol on este = Ds 42 = sn, = 042mal v A HSO + 2KOH5 KSO + 2Hh0 tmol 2mols t'mol 2mols 0,06mol 0,12mol 0,06mol | 0,12mol Molaridade final do HoSO, > zero Molaridade final do KOH > zero Molaridade final do K:SO4 Eos0q tir = 5 pr = DOS yr = 0amoiil 7 T+ Atividade 01. Qual será a molaridade da solução final com relação ao sal formado, quando junta-se 0,3L de ácido clorídrico 0,4M e 0,2L de hidróxido de sódio 0,6M? R: 0,24M 02. (FFC-BA) A 1L de solução 0,1M de hidróxido de sódio adiciona-se 1L de solução de ácido clorídrico 0,1M. Qual será o valor da massa sólida quando a solução resultante for levada à secura até que a mesma seja formada? R: 5,859 03. (UFRN) Cada crê de leite de magnésia contém 0,089 de Mg(OH)>. Quantos mols de HCI do suco gástrico são neutralizados quando uma pessoa ingere 15cmº de leite de magnésia? R: 4x10-2 mol. 04. (UFF-RJ) Se 40 ml de HCI 1,6M e 60 mL de NaOH 2M são misturados, quais concentrações molares de Na”, CI e OH são encontradas, respectivamente, na solução resultante? R: 1,2;0,64;0,56. 29 - Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia cete b Ca Unidade de Camaçari 5.Propriedades Coligativas de soluções São propriedades relacionadas apenas ao número de partículas dispersas numa dada solução, independentemente da natureza destas partículas. Durante o estudo de cada uma das propriedades coligativas, será necessário sempre comparar o comportamento da solução com o respectivo solvente puro. Para ilustrar um exemplo de tal comparação, verifique que ao se aquecer água pura, ao nível do mar, a temperatura de ebulição da água (solvente puro) é igual a 100º C. No entanto, quando se aquece uma solução aquosa de cloreto de sódio, percebe-se que o ponto de ebulição da água sofre um aumento. A elevação do ponto de ebulição da água na solução aquosa foi ocasionada pela presença do soluto. Com isso, percebe-se que a adição de um soluto sempre irá produzir efeitos em algumas propriedades físicas de um solvente, que são: aumento do ponto de ebulição, diminuição do ponto de congelamento, diminuição da pressão de vapor, aumento da pressão osmótica. Tais efeitos são conhecidos como efeitos coligativos, que dependem exclusivamente da concentração (quantidade) de partículas que se encontram dispersas em um solvente. Os efeitos coligativos definem as quatro propriedades coligativas importantes que serão apresentadas em nosso estudo. Estes fenômenos químicos são classificados em: abaixamento da pressão de vapor do solvente (tonoscopia); elevação da temperatura de ebulição do solvente (ebuliometria); abaixamento da temperatura de congelação do solvente (crioscopia) e pressão osmótica (osmometria). 5.1.Pressão de vapor e mudança de estado Pressão de vapor : é a pressão do vapor de A no equilíbrio líquido (A)-vapor (A), a uma dada temperatura. Quanto maior é a pressão de vapor a uma mesma temperatura, mais volátil é o líquido. Um líquido entra em ebulição à temperatura em que a sua pressão de vapor iguala-se à pressão exterior. Assim, a 100ºC a água tem pressão de vapor igual a 1 atm. Portanto, sob 1 atm a água entra em ebulição a 100ºC. * A maioria dos sólidos funde-se com expansão de volume. O gelo é uma das poucas exceções, fundindo-se com contração de volume. * O PF do gelo aumenta com a diminuição da pressão, e vice-versa. Para a maioria dos sólidos, o PF aumenta com o aumento da pressão, e vice-versa. *» O PE de todas as substâncias aumenta com o aumento da pressão, e vice-versa. * As variações dos PF são insignificantes com a variação da pressão, porque no equilíbrio sólido-líquido não há participante gasoso. 30 - Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia cete b Ca Unidade de Camaçari * As variações dos PE são significativas com a variação da pressão, porque no equilíbrio líquido- vapor há participante gasoso. A pressão de vapor depende da TEMPERATURA e da NATUREZA DO LÍQUIDO. Se as moléculas estão presas fortemente ao líquido, a vaporização é difícil e a pressão de vapor é pequena. Mas se, ao contrário, as moléculas estão presas fracamente no líquido, a vaporização ocorre facilmente e a pressão de vapor é grande. Por exemplo, veja que a 20ºC, a PMV da água é 17,5 mmHg, enquanto que a PMV do álcool etílico é 44 mmHg. Dessa forma, podemos concluir que o álcool é mais volátil que a água. Para quaisquer líquidos, quanto maior a temperatura, maior a capacidade de vaporização e maior a pressão de vapor. No equilíbrio, a velocidade de condensação iguala a 4 Lia velocidade de vaporização, isto é, o número de moléculas EE que deixam o líquido fica igual ao número de moléculas que retomam para o líquido. A pressão máxima de vapor «aa! ou pressão de vapor do equilíbrio costuma ser indicada apenas por pressão de vapor. Propriedades físicas de uma substância “e Pressão de vapor aumenta com a elevação de temperatura. “e Temperatura de ebulição: temperatura na qual a pressão máxima de vapor é igual à pressão ambiente, e Temperatura de fusão: geralmente aumenta com o aumento de pressão; no caso da água, diminui. Pressão de vapor aumenta com a elevação de temperatura. Para um mesmo líquido, a PMV aumenta à medida que aumenta a temperatura. Por exemplo, a 27ºC, a PMV da água é 26 mmHg, e a 47%, é 79 mm Hg. pressão de vapor d'água (mmHg) 79 17,5 temperatura (ºC) 31 - Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia cete b Ca Unidade de Camaçari 5.2. Relações entre os efeitos coligativos: verificados numa solução com a adição de um soluto não volátil diminui a pressão máxima de vapor e a temperatura de fusão e eleva a temperatura de ebulição Tonoscopia ou tonometria: representa o estudo do abaixamento da pressão máxima de vapor (PMV) de um solvente quando se adiciona a ele um soluto não-volátil. Em relação à pressão de vapor de um solvente puro, pode-se dizer que sempre ela será maior do que a pressão de vapor de uma solução. Pressão(mmHg) <— Solvente puro P Solvente na solução nono e G: temperatura(C) A diferença entre a pressão máxima de vapor do solvente puro e a pressão máxima de vapor do solvente em solução denomina-se abaixamento da pressão máxima de vapor. O abaixamento da pressão de vapor provocado pela adição de um soluto não-volátil pode ser calculado por meio da seguinte expressão, conhecida como Lei de Raoult. A dt ha . - ha, Poty aWui 22. 2 Mi PorP ia (Im Po Bo TODO É M, xmo Do 000 CM, xmo Ap Pop y Po Do Atividade 01. Em uma solução foram dissolvidos 150g de sacarose (M,=342 g/mol) em 750g de água. Sabe-se que a pressão de vapor da água pura no local onde se encontra a solução é igual a 190 mmHg. Calcular o abaixamento relativo da pressão máxima de vapor, o abaixamento absoluto da pressão de vapor e a pressão máxima de vapor da solução. R: 0,01; 1,9 mmHg e 188,1 mmHg 02. No preparo de uma solução são dissolvidos 159 de uréia (CON>H4) em 450g de água, numa determinada temperatura. Calcule a pressão de vapor da água na solução, nessa temperatura, considerando que a pressão de vapor da água pura seja igual a 23,54 mmHg. R=23,3 mmHg 34 - Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia ceteb - ca, Unidade de Camaçari Ebuliometria ou ebulioscopia: é o estudo da elevação da temperatura de ebulição de um solvente quando se adiciona a ele um soluto não-volátil. O soluto não-volátil atrapalha a evaporação das moléculas, roubando-lhes energia cinética.Em relação ao ponto de ebulição de uma solução, é possível afirmar que ele sempre será maior que o ponto de ebulição do solvente puro. pressão de vapor (mmHg) solvente solução temperatura (ºC) to Com a variação da pressão externa, ocorre variação da temperatura de ebulição. Se tomarmos um solvente puro e uma solução, observaremos que a solução ferverá a uma temperatura superior à temperatura de ebulição do solvente. O aumento da temperatura de ebulição, após adicionarmos soluto, denomina-se elevação da temperatura de ebulição. a | água + glicose | Assim pode-se afirmar que: “Quanto maior a quantidade de partículas dispersas em uma solução, maior será o seu ponto de ebulição.” RT? my RT? my nTe =Ke xwWy ATE = —— T-T, E-CEM SEC moLy My O STO, Mamo RT, msi At =t,,=K;W e K,=— onde K, = constante ebuliométrica do solvente t, = tde ebulição do solvente e 1', = t de início da ebulição do solvente 35 - Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia cete b Ca Unidade de Camaçari W =molalidade da solução; T?= temp. termodinâmica de ebulição do solvente; L, =calor latente de vaporização do solvente. Uma solução tem ponto de ebulição variável, pois, à medida que o solvente vaporiza, a concentração da solução restante aumenta, fazendo com que a temperatura de ebulição aumente. Atividade 01. Calcular a temperatura de ebulição de uma solução que contém 60g de glicose (CeH:206) dissolvidos em 500g de água, sabendo que a temperatura de ebulição da água pura é de 100º Ce a constante ebuliométrica é de 0,520 C/molal. R=100,3460 C 02. Que massa de uréia (CON>H4) deve ser dissolvida em 200g de água para que a temperatura de ebulição da solução seja igual a 100,26º C? Dado: Kz=0,520 C/molal R=6g 03. Uma solução de 16g de CaBr> em 800g de água eleva de 0,13ºC o ponto de ebulição dessa solução. Qual o grau de dissociação do brometo de cálcio? Dado: Ke=0,520C/molal R=75% 04. Calcular a temperatura de ebulição de uma solução que contém 42,6g de sulfato de sódio (NazS04), dissolvidos em 240g de água, sabendo que a constante ebulioscópica da água é de 0,520C/molal e que o grau de dissociação do sal é de 30%. R=101,040 C 05. Em 40g de um certo solvente, cuja constante ebuliométrica é igual a 5º C/molal, foram dissolvidos 2,67g de um composto molecular, provocando um aumento de 1,250 C na temperatura de ebulição do solvente. Calcule a massa molecular do soluto e a molalidade da solução. R: 267 e 0,25 molal. Criometria ou crioscopia: é o estudo do abaixamento do ponto de congelamento (temperatura de solidificação) de um solvente quando se adiciona a ele um soluto não-volátil. Em relação ao ponto de congelamento de uma solução, é possível afirmar que a solução apresentará sempre ponto de congelamento menor do que o do solvente puro. RT my pTê my aTe = Ko xW ATo = Em To Te FÉ mo c-bexWx Sáic mL Mm, 20 IDOL; CM, xm; xi 36 - Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia cete b Ca Unidade de Camaçari semipermeável. Podemos utilizar a osmose reversa para obter a dessalinização das águas dos oceanos, já que a pressão osmótica da água do mar é da ordem de 30 atm. Se aplicarmos uma pressão superior a 30 atm, o fluxo osmótico será revertido e poderemos obter água potável. Exercícios resolvidos Uma solução aquosa apresenta, num volume de 300 ml, 4g de NaOH e 1,179 de NaCl. Admitindo os solutos 100% dissociados, calcule a pressão osmótica dessa solução a 270C. = 0,082 = 300 x 2 NaoH =av=nsRaT sas Do= &xOnor=MDxi=a- 73 => a=164aim MT = 0,062 x 300 = 2 Na! = ny ne Ts as0a = Da 0082300 i= a 1 73 => n=3,28aim n=16,4+3,28 = a =18,bBatm Dadas as soluções aquosas: 1) Glicose 0,5M 1) Uréia 1,0M HI) NaCl 0,5M (0=100%) Iv) CaCl 0,5M (0:=100%) a)Qual delas entrará em ebulição sob uma temperatura maior? bjcoloque-as em ordem crescente, de acordo com suas temperaturas de congelação. c)Em qual delas a pressão osmótica será maior? Para resolver o exercício, calcule o produto Mr.i. A solução com maior valor de Mr.i terá ponto de ebulição maior, ponto de congelação menor e maior pressão osmótica. Veja só: Solução Mr i Mr Glicose 0,5M 0,5 Uréia 1,0M 1 NaCl 0,5M («=100%) 1 CaCl 15 a) a solução IV terá efeitos coligativos mais intensos. Por exemplo, maior ponto de ebulição; b) Quanto maior o produto Mr.i, mais intenso será o efeito crioscópico, ou seja, menor o ponto de congelação da solução. Portanto, a ordem crescente das temperaturas de congelação é: IV<lll=llel; 39 - Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia cete b Ca Unidade de Camaçari c) Quanto maior o produto Mr.i, maior será a pressão osmótica. Portanto, a solução IV terá a maior pressão osmótica. **Pode-se concluir que soluções com o mesmo produto Mr.i possuirão efeitos coligativos de mesma intensidade. Assim, as soluções Il e Ill tem a mesma pressão de vapor, fervem e congelam na mesma temperatura e possuem a mesma pressão osmótica (soluções isotônicas). Qual deverá ser a concentração molar de uma solução de cloreto de cálcio - CaCl> (0:=100%) tal que seja isotônica de uma solução 0,9M de NaCl (.=100%) na mesma temperatura? CaCk 0=100%; Mr=?;i=3 P=Mr.RTi P=Mr.RT.3 Pra Pa SM xEZT43-09xR«T4? 0 xRxzTx2 NaCl 0.=100%; Mr=0,9M; |=2 P=Mr.R.Ti Mr = RxTx3 = Mr = 0,8M P=0,9.R.T.2 Atividade 01. A pressão osmótica do sangue na temperatura do corpo, 370 C, é de 7,62 atm. Considerando todos os solutos do sangue como sendo moleculares, calcule a molaridade total do sangue. R=0,3M 02. Eventualmente, a solução 0,3M de glicose é utilizado em injeções intravenosas, pois tem pressão osmótica próxima à do sangue. Qual a pressão osmótica, em atm, da referida solução, a 3700? R=7,626 atm 083. Sabe-se que 2,89 de um composto orgânico são dissolvidos em benzeno, fornecendo 500 mL de uma solução molecular que, a 27º C, apresenta pressão osmótica igual a 2,46 atm. Qual a massa molar do composto orgânico? R=56 6.Termoquímica É a parte da Química que estuda as variações de energia que acompanham as reações químicas. Entalpia de um sistema (H): É o calor trocado à pressão constante. Não é possível determinar diretamente a entalpia de cada substância participante de uma reação, mas podemos determinar experimentalmente a variação de entalpia (AH), que ocorre numa reação química. A variação de entalpia é medida nas transformações químicas, utilizando a seguinte fórmula: AH= Hp - Hr, sendo que Hp é a entalpia dos produtos e Hr é a entalpia dos reagentes. Fatores que afetam a variação de entalpia Temperatura : O valor de AH varia sensivelmente com a temperatura em que se deu a reação. Se uma reação ocorre a uma temperatura X, obtém-se um AHx. 40 - Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia cete b Ca Unidade de Camaçari Pressão: Para reações envolvendo substâncias gasosas, o valor de AH varia de modo significativo a pressões na ordem de 1000 atm. Porém, não é necessária levar em conta a variação de entalpia no valor de AH, já que as reações são feitas sob pressão atmosférica normal (1 atm). Quantidade de reagentes e produtos: Se a quantidade de reagentes, por exemplo, for dobrada, a quantidade de calor irá dobrar também. 1H + 1 Cbg —» 2HCly AH=-44,2 kcal 2Hgy + 2 Chy —» 4HClg AH=-88,4 kcal Fase de agregação:a energia das substâncias aumenta progressivamente à medida que elas passam da fase sólida para líquida e a fase gasosa(mais energética). 2Hgy + 1 Og —» 2H0y AH=-68,3kcal 2Hgy + 1O0g —» 2H0g AH=-578kcal Numa reação exotérmica, quanto menos energética for a fase de agregação dos produtos formados, maior será a energia liberada. Quanto mais energética for a fase de agregação dos produtos formados, menor será a energia liberada, pois a energia ficará retida no produto. A AH de síntese de H>0(), é em módulo maior que a H>0(g). Variedade alotrópica: Em uma reação exotérmica ocorre que se o reagente na forma alotrópica mais estável (menos energético) obtém-se menor quantidade de energia liberada. Cegratita + Org —» COzg AH=-94,00 kcal Crdiamante) + Ozg — COzg) AH =-94,45 kcal Presença de solvente: Quando dissolvemos uma substância em um solvente qualquer, ocorre liberação de energia na forma de calor. 1H + 1 Cbkg —» 2HCly AH=-44,2 kcal 1H + 1 Cho > 4HCly AH=-884kcal (cada 1 mol de HCl dissolvido em água libera 18 kcal) 6.1.Classificação: Reação exotérmica e reação endotérmica Reação exotérmica: É aquela que libera energia na forma de calor ou é aquela em que o calor é considerado "produto" da reação. As reações de combustão liberam energia para o ambiente. A solidificação e a condensação são mudanças de estado físico que liberam calor. [Entalpia dos produtos] < [Entalpia dos reagentes) AH<O A entalpia dos produtos é menor que a dos reagentes, ou seja, apresenta AH<0. Pode ser representada de várias formas: A + E SAB + calor A + Bo SAB AH=-xcalor A + Bo - cal = AB 41 - Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia cete b Ca Unidade de Camaçari equivalente-grama de uma base. Para soluções aquosas diluídas, verifica-se que o calor de neutralização de ácidos fortes com bases fortes é aproximadamente 13,7 kcal. 1 Egacdo(ay + 1 Eg basta — 1 Egsaitay + H20 AH) neutralização HBrçag + NaOH aço => NaBr ag) + 2H504p AH = 137 kcal A constância do valor da variação de entalpia não é assim tão surpreendente, porque, quando ácidos e bases fortes estão suficientemente diluídos, a reação que ocorre é apenas de H+ com OH. Evidentemente que, em se tratando de ácidos e bases fracos, o grau de ionização ( o ) já não se aproxima dos 100% e o valor do AH foge do valor previsto. Energia de ligação é a energia absorvida na quebra de 1 mol de ligação no estado gasoso. A principal aplicação prática é permitir o cálculo da variação de entalpia de reações, conhecendo-se as energias de ligações. Veja esse exemplo, reagindo gás hidrogênio e cloro, formando cloridreto. Ho + Cy > 2H H-H+ CI-Ci>2H-€] energias de ligação H-H= 404kcalímol Cl- Cl = +58 kcalimol H- Cl=+103kcal/mol reagentes > absorvem enemgia (+) Lembre - se que produtos => liberam energia (=) Hz + Ca > 2H +104 +58 2x-03 +152 - 206 AM = -dákcal ou - 22kcalímol 44 - Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia cete b Ca Unidade de Camaçari EXERCÍCIO RESOLVIDO Calcular a variação de entalpia na reação: CH4 + 202 > CO» + 2H>0, utilizando as entalpias de formação, em kcal/mol: CH4=-17,9; C02=-94,1 e H20=-68,8. Resolução: considere a entalpia de formação como seuvalor caso estejano produto einverta o sinal, casoesteja no reagente ENTALPIA DE FORMAÇÃO = REAGENTE : SINAL CONTRÁRIO = PRODUTO :MESMO SINAL cH4 + 204 > CO, + 2H50 +179 0 2x0 -94 2x-B83 +178 -220b AH = 22 rkcal Reação exotérmica 6.3.Lei de Hess Lei de Hess ou lei dos estados inicial e final - Hess determinou em 1840 a seguinte lei: "A variação de entalpia envolvida numa reação química, sob determinadas condições experimentais, depende exclusivamente da entalpia inicial dos reagentes e da entalpia final dos produtos, seja a reação executada em uma única etapa ou em várias etapas sucessivas". O AH de uma reação só depende dos estados inicial e final e não depende dos estados intermediários. O calor total liberado ou absorvido nas reações sucessivas: A5 B e B5 C é igual ao calor liberado ou absorvido na reação A > C. Outra maneira de dizer a mesma coisa é que o calor liberado ou absorvido na reação A > C não depende do número de estados intermediários. Lembre-se que, ao multiplicar ou dividir os coeficientes de uma reação termoquímica por um número qualquer, deve-se multiplicar ou dividir o valor de AH desta reação pelo mesmo número. Atividade 01. Calcule a AH da reação de formação do metano, dadas as reações abaixo em condições padrão: Ho + 4% Oy —» HOy AH! =-68,3 kcal fláguay * Craft + Og * CO AHº=-94,0kcal CH + 2020) — COzg +2H0p AHº=-212,8 kcal 45 - Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia cete b Ca Unidade de Camaçari 02. A partir das reações abaixo, a 25ºC e 1 atm, calcule o calor de sublimação dos iodo nestas condições. Hg + bs —> Hg AH =+6,2 kcal 1H + 1 Ixg 2Hlg AH =+6,2 kcal 03. A obtenção do etano a partir do acetileno ocorre por meio da hidrogenação desse composto: CH>(9+2H2() —> CoHo (g) Conhecidas as entalpias de combustão de: CoH» (g; - 310,6 kcal/mol Ho g: - 68,3 kcal/mol CoHe (9): - 372,8 kcal/mol pode-se dizer que a variação de entalpia da reação acima representada, em kcal, é: a)+62,2b)-62,20)+744d)-744e)+3728 Resolução: AH= E (Ho )reagentes - £ (Hc )produtos-= [1 (- 310,6) +2 (-68.3)]-[1 (-372.8]] =- 74,4 kcal 04. Uma das mais importantes reações que ocorre num conversor catalítico, usado nos canos de escapamento dos automóveis e que ajuda a reduzir a poluição atmosférica, é a combustão do monóxido de carbono: 2CO(g) + O 2(9) — 2 CO 2(g) Conhecidas as variações de entalpia das reações: 2C(9 + 02 —— 2 CO(g AH =- 220,8kJ Ce + 024) ——— CO (2) (9) AH = -393,8 kJ conclui-se que a entalpia de combustão do CO(g) é, em kJ/mol, igual a: a) - 86,5 b) - 173,0 c) - 283,4 d) - 566,8 e) - 614,6 Altemativa c 6.4.Espontaneidade de uma reação Entropia é uma grandeza termodinâmica relacionada com o grau de desordem dos sistemas (aumenta com a temperatura). maior desordem —» maior entropia menor desordem — menor entropia Sa(g) > Sa (1) > Sa (s) 46 Cc ete b - ca Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia =—""2"00. Unidade de Camaçari Vy, Va, Va, Vanlrea ão)=[ 4 |=[. =[ 5 | são)=| 1|=| 3[-| 2 1 A[N,]) [1 A[H,] | 1 4[NH) reação) = ar [37 ar 2 aro Dada a equação genérica :aA (y + bB(g —» cC(g) 1 A[4] | 1 4[B] | 1 Alc] reação) = [qr [Ar Fc” Ar Fatores que influenciam na velocidade da reação: v A temperatura — O aumento da temperatura faz com que aumente a velocidade da reação. Ex.:Um comprimido efervescente reage amais rápido com água quente do que com a água fria. No refrigerador, a velocidade de decomposição de alimentos por microorganismos é diminuída pela diminuição da temperatura. A concentração das soluções — o aumento da concentração de um reagente geralmente torna a reação mais rápida. O estado de divisão de um líquido quando em reação em sistema heterogêneo - uma maior superfície de contato do sólido com o reagente líquido produz maior velocidade de reação. Ex.: O comprimido triturado reage mais rapidamente com a água. Natureza dos reagentes - Quanto maior o número de ligações a serem rompidas nos reagentes e quanto mais forte forem estas ligações, mais lenta será a reação e vice-versa. Pressão: Se aumentarmos a pressão (diminuindo o volume, por exemplo), aumentamos o número de colisões e, portanto, a velocidade da reação. Ex.: panela de pressão. Aumentando a pressão, haverá um aumento na temperatura de ebulição da água dentro da panela, possibilitando assim um cozimento mais rápido do alimento imerso. Presença (concentração e forma física) de um catalisador: Catalisador: espécie química que acelera a velocidade de uma reação química. Os catalisadores atuam reduzindo a energia de ativação, e por consequência, aumentando a velocidade. Inibidor: espécie química que, juntamente com as moléculas reagentes, faz com que estas reajam a uma velocidade menor. São utilizados como conservantes de alimentos, pois eles retardam a reação de decomposição. Por exemplo, podemos citar na margarina, a ação do conservante EDTA cálcico dissódico. 49 - Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia cete b Ca Unidade de Camaçari Ativador espécie química que, juntamente com o catalisador e as moléculas reagentes, faz com que estas reajam a uma velocidade ainda maior do que se estivessem apenas com o catalisador. Veneno: espécie química que, juntamente com o catalisador e as moléculas reagentes, faz com que estas reajam a uma velocidade menor do que se estivessem apenas com o catalisador. ——» Inibidor >» Veneno x, é SAN /— DX» Catalisador [=> Ativador ou á DON Promotor g R É Quanto menor a curvatura, malor a velocidade da reação. 7.3. Energia de ativação: É o valor mínimo de energia que as moléculas dos reagentes devem possuir para que uma colisão entre elas seja eficaz. Quanto maior for a energia de ativação, mais lenta será a reação. A energia de ativação deve ser entendida como uma dificuldade para ocorrer a reação. Quanto menor a energia de ativação, mais fácil será para a reação acontecer. São reações que necessitam de pouca energia para que ocorram: são reações rápidas. Quando colisão entre as partículas dos reagentes ocorre co orientação favorável e com energia igual ou superior à energia de ativação, forma-se uma estrutura instável e pa a a intermediária entre reagentes e produtos, chamado e formam uma partícula instável chama- i da complexo ativado. complexo ativado. Análise gráfica da energia de ativação 50 ceteb - ca Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia Unidade de Camaçari —————00. Reação exotérmica AH< 0. | Energia kcal/mol E,= energia dos reagentes (r) E Complexo ativado E,= energia do complexo ativado (CA) E,= energia dos produtos (p) b=energia de ativação da reação direta c=variação de entalpia (AH= Hp — Hr) Caminho da reação O valor (b) da energia de ativação é maior na endotérmica do que na exotérmica. 4 Energia (kcal/mol) Reação endotérmica: AH>0 E,= energia dos reagentes (r) E>= energia do complexo ativado (CA) E;= energia dos produtos (p) b=energia de ativação da reação direta Caminho da reação c=variação de entalpia (A H= Hp — Hr) Conclui-se que quanto maior a energia de ativação, menor será a velocidade de reação. Exercícios resolvidos 1.Indique os números que representam a variação de entalpia e a energia de ativação da reação direta. CE) e Caminho da reação Resposta: Reação direta é a reação da esquerda para a direita. Dessa forma, A é o reagente e Bé o produto. A energia de ativação da reação direta é o 2 e variação de entalpia, o 4. 51 - Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia cete b Ca Unidade de Camaçari temperatura. Para dada reação, a constante de velocidade depende fundamentalmente da temperatura, isto é, variando a temperatura, varia o valor de k. Quando um dos reagentes se encontra no estado sólido, ou líquido em excesso, sua concentração não aparece na equação da Lei da ação das massas: 1N220,4 +COzg —NazCO a v=k[CO2] ts Os expoentes a e b na expressão de cálculo da velocidade instantânea, na verdade, são determinados experimentalmente. Existem reações que ocorrem em várias etapas, e a mais lenta determina a velocidade da reação. Por exemplo: 4HBr + 04 52H20 + 2By feetapa (lenta) :HBr + Os — HOOEr 2ºetapa (rápida) HOOBr + HBr = 2HBrO Sºetapa (rápida) :2HBrO + 2HBr =+2H50 + 2Br, v=k[HBr][05] Assim, os expoentes serão iguais aos coeficientes da equação balanceada somente para reações elementares, que ocorrem em uma única etapa. A ordem de uma reação é dada pela soma dos expoentes aos quais estão elevadas as concentrações na fórmula da velocidade: - 3 : a Nx +3Hzg 2a v=k [No [Ho 2 reação de 4º ordem 1a tag 2H v=k[Ha Cio] reação de 2º ordem Meia-vida Tempo necessário para reagir a metade da quantidade de uma substância. * A desintegração radioativa é reação de 1º ordem. A meia-vida é constante e não depende da quantidade do radioisótopo. Catálise e catalisador Catálise é uma reação na qual toma parte um catalisador. Catalisador é uma substância que aumenta a velocidade de uma reação, permanecendo inalterado qualitativa e quantitativamente no final da reação. A ação do catalisador é abaixar a energia de ativação, possibilitando um novo caminho para a reação. O abaixamento da energia de ativação é que determina o aumento da velocidade da reação. Catálise homogênea :Catalisador e reagentes constituem uma só fase. 54 - Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia cete b Ca Unidade de Camaçari Catálise heterogênea :Catalisador e reagentes constituem duas ou mais fases (sistema polifásico ou mistura heterogênea). Enzima é uma proteína que atua como catalisador em reações biológicas. Caracteriza-se pela sua ação específica e pela sua grande atividade catalítica. Apresenta uma temperatura ótima, geralmente ao redor de 37ºC, na qual tem o máximo de atividade catalítica. Autocatálise: Quando um dos produtos da reação atua como catalisador. No início, a reação é lenta e, à medida que o catalisador (produto) vai se formando, sua velocidade vai aumentando. 8. Equilíbrio químico É uma reação reversível na qual a velocidade da reação direta é igual à da reação inversa e, consequentemente, as concentrações de todas as substâncias participantes permanecem constantes. Características do equilíbrio químico: Ss e Só pode ser atingido em sistemas fechados Em sistemas fechados, toda reação química é reversível Propriedades macroscópicas como densidade, cor, concentração, massa, permanecem constantes. A velocidade da reação direta é igual à velocidade da reação inversa. Ss e Ss e Ss e Como ocorre o equilíbrio químico: No início da reação, a velocidade da reação direta é máxima pois, a concentração de reagentes é máxima. A quantidade de reagentes vai diminuindo e a velocidade da reação direta diminui. Os produtos vão sendo formados e a reação inversa se inicia. A velocidade da reação inversa vai aumentando, a medida que a quantidade de produtos aumenta. Num instante Te, as velocidades das reações direta e inversa se igualam. O equilíbrio foi atingido. Gráfico das reações direta e inversa em função do tempo Velocidade À Va Te ' Tempo Constante de equilíbrio: Quando as duas reações reversíveis atingem o equilíbrio, o estado de equilíbrio é definido pela constante de equilíbrio Kc. 55 - Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia cete b Ca Unidade de Camaçari reagentes S produtos aA +bB 5 cC+dD [CH [DI K. [AF [BP Kc não varia com a concentração nem com a pressão, mas varia com a temperatura. Quanto maior o Ke, maiores são as concentrações dos produtos em relação às dos reagentes, no equilíbrio. Quanto menor o Ke, menores são as concentrações dos produtos em relação às dos reagentes, no equilíbrio. Equilíbrios gasosos homogêneos A velocidade de reações que envolve gases pode ser expressa em função das pressões parciais de seus reagentes. reagentes & produtos aA +bB S cC+dD (po) (po)º (pa): (ps)? Kp= Ko (RT) onde An=(c+d)-(a+b) Equilíbrios heterogêneos: Os participantes sólidos não entram na expressão do Kc nem do Kp (se houver). Cs +COrg S 2009 (poo)? K=—— Pooz Princípio de Le Chatelier: Quando se exerce uma ação sobre um sistema em equilíbrio, ele desloca-se no sentido que produz uma minimização da ação exercida. 56 - Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia cete b Ca Unidade de Camaçari Solução básica: [0H] > 107 e [H+]< 107 pOH<7epH>7(25ºC) Quanto menor o pH, mais ácida e menos básica é a solução. Quanto maior o pH, menos ácida e mais básica é a solução. "pH" é um termo que expressa a intensidade da condição ácida ou básica de um determinado meio. É definido como o cologarítmo decimal da concentração efetiva ou atividade dos íons hidrogênio. pH=-log [n+]e portanto [h+]= 10 pH A determinação do pH é uma das mais comuns e importantes no contexto da química da água. No campo do abastecimento de água o pH intervém na coagulação química, controle da corrosão, abrandamento e desinfecção. O padrão de potabilidade em vigor no Brasil, preconiza uma faixa de pH entre 6,5 e 8,5. No âmbito do tratamento de água residuárias por processos químicos ou biológicos o pH deve ser mantido em faixas adequadas ao desenvolvimento das reações químicas ou bioquímicas do processo. No tratamento de lodos de estações de tratamento de esgotos, especificamente através da digestão anaeróbia, o pH se constitui num dos principais fatores de controle do processo. Exercícios resolvidos 01. Considere o equilíbrio No(g) + Oo) E > 2NOç onde Ke= 4,1x10 (a 1700º C) e Kc=3,6x10% (a 2200º C). Responda se a formação do NO é exotérmica ou endotérmica. Resolução: Pelos dados do problema percebemos que, aumentando a temperatura, aumenta o Kc; consequentemente, aumenta a produção de NO, isto é, o equilíbrio se desloca para a direita. Conclui-se, então, que este é o sentido endotérmico. 02. Refrigerantes possuem grande quantidade de gás carbônico dissolvido. A equação abaixo representa, simplificadamente, o equilíbrio envolvendo este gás em solução aquosa: COxg + Ho0q € 2 HCO; (aq) + H'(aq) A dissolução de gases em líquidos é favorecida pelo aumento da pressão e diminuição da temperatura. Por outro lado, a concentração de íons hidrogênio no estômago é elevada. À luz desses fatos, explique a eructação (arroto) provocado pela ingestão do refrigerante. Resolução: O arroto ocorre quando o gás carbônico é expulso do estômago; isto é favorecido pela acidez do estômago (O H+ desloca o equilíbrio para a esquerda) e pela maior temperatura do estômago em relação ao refrigerante. 59 - Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia ceteb - ca, Unidade de Camaçari Atividade 01. Dado o equilíbrio: Fe + H20(9 UU FezOa6s + Hoy, determine em que sentido haverá deslocamento se: a)adicionarmos Ha ao sistema; bjretirarmos H>O(g do sistema; cjaumentarmos a pressão sobre o sistema. 02. Temos um sistema em que se estabelece o equilíbrio: CO(g + H20(9) 1 COz(g) + Hat) E H= - 10 kcal. Queremos aumentar a concentração de H>0(g nesse sistema. O que devemos fazer com a temperatura? 08. Dada a reação PClsç U 1 PClsg + Cy , que absorve 39,5 kcal/mol quando decorre da esquerda para a direita. Descreva o que ocorrerá quando: a)aumentarmos a pressão; b)diminuirmos a temperatura; cjacrescermos uma certa quantidade de gás cloro 04. Dado o equilíbrio: No(g + Ha(g) UU NHsg) UH= -11 kcal/mol, determine o que ocorrerá com as concentrações dos participantes quando: a)aumentarmos a temperatura do sistema; b)aumentarmos a pressão sobre o sistema. 05. Verifique se uma variação de pressão sobre o sistema influencia igualmente ou não os seguintes equilíbrios: Sistema |: lag) + Ha(g 11 Hlg e sistema Il: I>(5) + Haçg DO Hlg) 06. Dado o equilíbrio: SOzg + O2g) 11 SOag 1H < 0, determine o que ocorrerá com a concentração do SOstg quando: a)aumentarmos a pressão sobre o sistema; bjretirarmos 02) do sistema; c)adicionarmos SO ao sistema; d)aumentarmos a temperatura do sistema. 07. Temos o seguinte equilíbrio CO + H20) UU COzg + Hzg E H= -10 kcal. Queremos aumentar a concentração de CO2( nesse equilíbrio. Para isso ocorrer, devemos fazer o que? 60 - Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia cete b Ca Unidade de Camaçari 08. Há dois sistemas gasosos em equilíbrio, cujas constantes de equilíbrio são dadas pelas expressões le Il: [Ha 0P ela É [NCIÉIO,] [CH a IH, S]Ê 1 o [8a Ha * cm Nessas condições: ajescreva a equação química para cada um dos sistemas em equilíbrio; b)qual será o efeito do aumento de pressão sobre cada um dos sistemas? 09. A constante de equilíbrio em termos de pressão (Kp) para o sistema COw+ 2H —CHO(g é 1,5x10% atm2 e 3,1x104 atm2, a 260º C e 300º C, respectivamente. O processo de síntese indicado é exotérmico? Justifique. 10. Dada a equação da reação: 2802 + Ozg 1 U 28039 1 H=-46 kcal, aumentando a temperatura do sistema, justifique o que acontecerá com o valor da constante de equilíbrio do processo. Efeito do íon comum: A adição de uma substância que produz o íon igual a um existente no sistema irá provocar o deslocamento do equilíbrio no sentido de consumo deste íon. Quando adicionado a um ácido (HA), um sal com o mesmo ânion (A') produz: * diminuição do grau de ionização de HA ou enfraquecimento de HA; * diminuição da [H+], portanto aumento do pH da solução. O íon comum não altera a constante de ionização do ácido. Quando adicionado a uma base (BOH), um sal com o mesmo cátion (B*) produz: diminuição do grau de ionização de BOH ou enfraquecimento de BOH; diminuição da [OH], portanto diminuição do pH da solução. O íon comum não altera a constante de ionização da base. Solução tampão Uma solução tampão mantém o pH aproximadamente constante quando a ela são adicionados íons H+ ou íons OH”. As soluções tampão têm grande importância biológica. Exemplos: HCOs!/H>COs e HPOs2/H>PO«, responsáveis pela manutenção do pH do sangue. Sais de ácidos fracos e bases fortes (como o NaCN) em solução aquosa dão hidrólise do ânion. 61 Cc ete b - ca Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia ———e Unidade de Camaçari 11.2. Eletrólise Eletrólise é uma reação de oxi-redução não-espontânea produzida pela passagem da corrente elétrica. Cátodo da cela eletrolítica é o eletrodo negativo, isto é, ligado ao pólo negativo do gerador. Nele ocorre sempre uma reação de redução. Ânodo da cela eletrolítica é o eletrodo positivo, isto é, ligado ao pólo positivo do gerador. Nele sempre ocorre uma reação de oxidação. Pólo positivo Pólo negativo Pilha cátodo ânodo Célula eletrolítica ânodo cátodo Na eletrólise em solução aquosa de sais de metais alcalinos (Nar, K+...), alcalino-terrosos (Ca?*, Ba?+...) e de alumínio (A), a descarga no cátodo não é a dos respectivos cátions, mas ocorre segundo a equação: 2H,0 +2e' — H>+ 2(0H)" Nas eletrólises em solução aquosa e com ânodo inerte (Pt ou grafite) de sais oxigenados (SO42”, NOs”, PO4º”...) não há a descarga dos respectivos ânions oxigenados, mas ocorre a descarga segundo a equação: HO > 2H+ +40, +27 O ânion F”, embora não seja oxigenado, comporta-se como os ânions oxigenados em relação à descarga no ânodo. Nas eletrólises em solução aquosa com ânodo de metal não-inerte M (prata ou metal mais reativo que a prata), a descarga que ocorre no ânodo é segundo a equação: M5 Mx + xe” Ag 5 Ag'+e Cu > Cu? + 2e” Purificação eletrolítica do cobre: Faz-se a eletrólise de CuSO, em solução aquosa usando como cátodo um fio de cobre puro e como ânodo um bloco de cobre impuro. Nesse processo, precipita a lama anódica que contém impurezas de Au, Ag, Pt, etc., da qual são posteriormente extraídos esses metais. Galvanoplastia: Douração, prateação, niquelação, cromeação, etc., feitas por via eletrolítica. Aplicações da eletrólise e Obtenção de metais (Al, Na, Mg) “ Obtenção de NaOH, Hz e Cb 64 - Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia cete b Ca Unidade de Camaçari Ss $ o Purificação eletrolítica de metais Ss $ o Galvanoplastia Leis da eletrólise Com isso é possível definir a 12 e 2º lei de Faraday: 1º lei 5> A massa que se forma em um eletrodo é diretamente proporcional à quantidade de carga que atravessa o circuito. Logo: m=k.Q m= massa de substância produzida; k= constante de proporcionalidade; Q= quantidade de carga em C 2º lei >A massa que se forma em um eletrodo é diretamente proporcional ao equivalente de oxi-redução da substância. Logo: m=k.E m= massa de substância produzida; k= constante de proporcionalidade; E= equivalente de oxi- redução. Equivalente de oxi-redução: É a massa de um elemento que perde ou ganha um mol de elétrons. Veja o exemplo: 1 mol do metal cobre (Cu) perde 2 moles de elétrons e forma um mol de cátions bivalentes (Cu*2), conforme o processo : Cu > Cu? + 2e tmol 2mols E= nessa meat > Dessa forma, teremos para o cobre o seguinte raciocínio: considerando que a nó ce carma . : 2. E35 massa molar do Cu é 63,5 e que o Nox é +2, então: E = 5, 31759 Levando em consideração o enunciado das duas leis de Faraday, a massa de substância produzida em um eletrodo poderá ser calculada por meio das seguintes relações: - ExQ - Exixt m:=DD e m==——— ses00 96500 Equivalente eletroquímico (Eq): é a quantidade de substância eletrolisada ou depositada, quando se faz passar uma carga de 1 C na solução. Cubas em série: Sabendo-se que 1F eletrolisa 1E, quando o circuito for em série, poderemos concluir que, como a carga que circulará para cada eletrodo será a mesma para todos os eletrodos, o número de equivalentes formado será o mesmo em todos os eletrodos. Como a carga que passa nos eletrodos é a mesma: m Nej=heg=Meg =Neg COMOing=T posts qõ= To 65 - Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia cete b Ca Unidade de Camaçari Isso também pode ser aplicado às pilhas. O número de equivalentes que aparece no cátodo é igual ao que desaparece no ânodo. Exercícios resolvidos 01. Na reação 2H* 4287 Hay à participação de 1 mol de elétrons fornecerá qual volume de gás hidrogênio , medido nas CNTP? + - 2H + 27 > H 2%) 2mols 2mols Imol 1 mol ----------—- 22 4L tmols — Amol 1 mol v Svat2L 02. Calcule o volume de hidrogênio liberado a 270C e 700 mmHg pela passagem de uma corrente de 1,6 A durante 5 min por uma cuba contendo hidróxido de sódio. == = C=1fx(5xAM) = 0 =4805 3H* + 087 > Ha 2x965000 --- 224 4B0C == === tg va = DDESAL (E57mb) Povo PROMO, TEOX557 Ol = W = E5,/5mL To T 23 300 03. Uma peça de bijuteria recebeu um banho de prata (prateação) por meio de um processo eletrolítico. Sabendo-se que nessa deposição o Ag+ reduz-se a Ag e que a quantidade de carga envolvida no processo é de 0,01F, qual é a massa de prata depositada? Re solução Agt + 7 > Ag 1 1 imo! tmol TF-- 1089 Op -- == —- Mag > Mag = 1089 04. Numa pilha de flash antiga, o eletrólito está contido numa lata de zinco que funciona como um dos eletrodos. Que massa de zinco é oxidada a Zn*2 durante a descarga desse tipo de pilha, por um período de 30 minutos, envolvendo uma corrente de 5,36x 10! A? 66 - Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia cete b Ca Unidade de Camaçari Q=izst =Q=4z5z60 = Q=120006 Cut? + 27 5 Cu 2x 96500C - ---- 6359 12000 - === === - m mo= 039489 D5g-=== === = 000 000o 100% 039489 Cu puro === - == ——— P P=7805% 12.Radioatividade É a propriedade que os núcleos atômicos instáveis possuem de emitir partículas e radiações eletromagnéticas, para se transformarem em outros núcleos mais estáveis. Esse fenômeno espontâneo é chamado de reação de desintegração radioativa ou reação de transmutação ou reação de decaimento. Uma reação química afeta apenas os elétrons da camada mais externa, enquanto que uma reação nuclear altera os núcleos atômicos dos elementos envolvidos, sendo muito mais difícil controlar e executar esse tipo de reação. Para exemplificar melhor, uma reação de combustão de 12g de carvão liberam 94 kcal de energia, que permite elevar de 20º C para 100º C, 1175g de água (1,17 L de água). A reação nuclear correspondente a bomba de hidrogênio (1H! + 1Hº > 2He%) libera 5x108 kcal, para cada 4g de hidrogênio. Essa quantidade de calor permite elevar de 209 C para 100º C, 6250 t de água (6,25x10ºg — 6.223.404 L de água). Tipo de partículas: Partícula alfa (2044): São todas as partículas de carga positiva, sendo formadas por dois prótons e dois nêutrons, conhecida também como núcleo de hélio. Mal conseguem atravessar uma folha de papel, sendo a partícula com menor poder de penetração. Sua velocidade é aproximadamente de 1/1 da velocidade da luz; Partícula beta (1º): São todas as partículas de carga negativa que possuem origem no núcleo (Saem do núcleo), na forma de elétrons com massa desprezível. Atravessam uma folha de papel, mas é detida por uma lamina de alumínio com espessura de imm. Seu poder de penetração e, portanto, maior que o da partícula o. Sua velocidade é aproximadamente 1 da velocidade da luz; Radiação gama (of): Não são partículas, mas ondas eletromagnéticas semelhantes à luz, porém, de comprimento de onda muitíssimo menor e, portanto, de energia muito mais elevada. Atravessam tanto o papel quanto a lamina de alumínio mas é detida por uma placa de chumbo com espessura de 8 mm. Dessa forma, representam o perigo máximo do ponto de vista 69 - Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia cete b Ca Unidade de Camaçari fisiológico. Sua velocidade é igual à velocidade da luz. Na radioatividade natural, elas sempre estão acompanhadas das partículas o ou P. Leis da radioatividade: 1º Lei ou Lei de Soddy: “Quando um elemento radioativo emite uma partícula «x, dá origem a um novo elemento que possui número de massa 4 unidades menor e número atômico 2 unidades menor que o elemento original”. Pode ser representado da seguinte forma: zXA 5 2008 + zoVAd 2º Lei ou Lei de Soddy, Fajans e Russel: “Ao emitir uma partícula , um elemento químico origina um novo elemento com mesma massa atômica porém com número atômico acrescido de uma unidade”. Pode ser representado da seguinte forma: 2XA DB! + zavA A soma dos índices superiores e inferiores do primeiro membro é igual à soma dos índices superiores e inferiores do segundo membro. Atividade 1. Complete as reações nucleares, utilizando a tabela periódica: a) 4H 5 He3+ b) NS +p5C2+ 0) 19K94n 54708 + d) NH + SON+ 2. Indique os números atômicos e os números de massa dos elementos que completam as reações de transmutação a seguir: a) qUs+2n5D b) qUZ S4B+Q ) coNp3 5 3B+T ) wX8B+2n5Da+Y o d 3. O elemento radioativo natural ooTh232, após uma série de emissões ct e , converte-se em um isótopo, não radioativo, estável, do elemento s>Pb2%8, Qual o número de partículas q e emitidas após este processo? R:6e4 4. Sabendo que o átomo g2U2% emite três partículas at e duas partículas f, determine o número atômico e o número de massa do átomo do elemento resultante. R:88 e 223 5. Um átomo de um elemento radioativo s2X23º sofre desintegração, transformando-se em soY207 Qual é o número de partículas ce B? R:8e 10 70 - Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia cete b Ca Unidade de Camaçari 6. — (Vunesp-SP) O alumínio poder ser transformado em fósforo pelo bombardeamento com núcleos de hélio, de acordo com a equação: 13AB7 + 2H4 > yPX + n. Determine os valores de Xe Y. R:30 e 15 7. (Unirio) Um radioisótopo emite uma partícula a e posteriormente uma partícula 3, obtendo-se ao final o elemento 91Pa234, Qual o número de massa e o número atômico do radioisótopo original? R:238 e 92 8. —(UESC-BA) Considere-se a transformação do nuclídeo goTh28t no nuclídeo gsRn2!s. Determine quantas partículas a e 3 são emitidas nesta transformação? R:3 e 2 9. (PUC-PR) Supondo que um elemento Y, de massa atômica 238 e número atômico 92, emita, em sequência, 3 partículas a e uma partícula f, qual a massa atômica e o número atômico do elemento químico resultante do processo? R: 226 e 87 « Tempo de meia-vida ou período de semi-desintegração (P) : É o tempo necessário para desintegrar a metade dos átomos radioativos existentes em uma dada amostra. Período ou meia-vida D [? = 0,74 |ou Período ou meia-vida D |p = o t=m.p Vida-média (Vm): É, estatisticamente, uma estimativa de tempo para que todos os átomos desse elemento sejam desintegrados. gm « * “0 Constante radioativa (C): Indica a fração de átomos desintegrados na unidade de tempo. Matematicamente pode-se provar que a vida-média é o inverso da constante radioativa: gm = 1]. € Velocidade de desintegração (V): Éa relação entre o número de átomos que sofreu desintegração por emissão de partículas a e/ou P e o número de átomos iniciais em um intervalo de tempo. ) jp = &2 Atividade 01. (UFU-MG) Preparam-se 8mg do radioisótopo a4Po?t8, cuja meia-vida é 3,1 minutos. Restará apenas img após quanto tempo? R:9,3 (Mack-SP) Um elemento radioativo tem um período de meia-vida igual a 20 minutos. Dada uma certa quantidade deste elemento, após quanto tempo sua radioatividade se reduzirá para 25% da atual? R:40 * Fusão nuclear; É a união de núcleos pequenos formando núcleos maiores e liberando grande quantidade de energia. Para ocorrer fusão nuclear é necessária uma temperatura muito elevada, pelo menos na ordem de 10 milhões de graus Celsius. O sol é uma imensa bola de hidrogênio onde a temperatura é mn