Dados 1. Massa atômicas aproximadas de alguns elementos: Elemento Massa (u.m.a)

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Dados

1. Massa atômicas aproximadas de alguns elementos: Elemento Massa (u.m.a)

H C C O N Ca O 16,00 S 32,00 Ca 40,00 Pb 207 2. Outras informações: 1 F = 9,65 . 104_C

R = 8,31 l J/(mol . K) = 0,0821 atm . L/(mol . K) 1 Ci = 3,70 . 1010 _Bq

Questão 1

Um composto de fórmula molecular AB5 é constituído por elementos que pertencem ao mesmo período de um determinado gás nobre. Tal gás nobre apresenta a mesma distribuição eletrônica que um íon de um dado nuclídeo X. Sabe-se ainda que o nuclídeo contém 21 prótons, 21 elétrons e 24 nêutrons.

O elemento A é não-metálico e não pertence ao grupo dos calcogênios. Nas CNTP, A encontra-se no estado sólido e existe como molécula diatômica.

Responda e justifique:

a) a que período os elementos e pertencem? b) qual é a carga do íon do nuclídeo?

e) o composto AB5 é covalente ou iônico?

d) os elementos e pertencem a quais grupos ou famílias? e) qual é o nome do composto AB5?

f) qual é a forma geométrica do composto AB5, considerando o modelo de repulsão dos pares de elétrons da camada de valência?

g) quais são os orbitais híbridos necessários ao elemento para acomodar os pares de elétrons no arranjo geométrico do item anterior?

Resolução:

a) X: z = 21 , logo sua distribuição eletrônica é: s² s² p6 s² p6 s² d1

1 2 2 3 3 4 3

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X

3: s²1 2s²2p63s²3p6

Logo o gás nobre é do 3º período, portanto A e B são elementos do 3º período

b) A carga do íon X deve ser 3+, pois a configuração de X3 equivale à de um gás nobre.

c) O caráter do composto é predominantemente covalente, já que as ligações se formam por meio de orbitais híbridos. Note, também, que A é não metálico e B forma molécula diatômica; logo B é covalente. Concluímos, com isso, que AB5 é covalente.

d) Observando as propriedades:

A – sólido nas CNTP e sofre hibridação

B – gás diatômico nas CNTP e não é calcogênio

Assim as opções convenientes são:

A – família do Nitrogênio B – halogênio

e) Como A e B são do 3º período, A é o fósforo e B é o cloro. AB₅ PCl₅ que tem nome: Pentacloreto de fósforo.

f) A possui 5 elétrons na camada de valência. B tem 7 elétrons na camada de valência. A sofre hibridação e abriga 12 elétrons na camada de valência.

Projeto Rumo ao ITA Página 3 g)

É necessário abrigar 5 elétrons. Uma hibridação sp_x não seria suficiente, pois abrigaria no máximo 3 elétrons. Assim é necessário um orbital d: sp d₃

Questão 2

Um determinado metal forma dois óxidos distintos, nos quais as percentagens em massa de oxigênio são 32,0% e 44,0%. Determine a massa atômica do metal.

Resolução:

Fórmula dos óxidos: x M O₂ e _{M O2 y} O, O, .x % , , x , m m x x m .y % , , y , m m y y m  _{     }  _            1 2 16 0 32 0 68 0 04 17 16 2 16 112 0 44 2 24 0 22 16 2 11

Daí, segue que:

x x y , y x y 112     17 0 6 3 5 11

Logo substituindo nas equações iniciais: y=5 e x=3 são os menores inteiros possíveis.

Logo substituindo nas primeiras equações:

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Questão 3

O gás obtido pela completa decomposição térmica de uma amostra de carbonato de cálcio com 50,0% de pureza é recolhido em um recipiente de 300 mL a 27,0 °C. Sabendo-se que a pressão no recipiente é de 1,66 MPa, determine:

a) a massa de gás produzido, admitindo que seu comportamento seja ideal; b) a massa da amostra utilizada.

Resolução:

Trata-se da reação de calcinação do carbonato de cálcio:

( s) ( s) (g )

CaCO

₃





CaO



CO

₂

a) O comportamento do gás é ideal, portanto:





m m . , PV .R.T , . . . . , . m g , g MM ,   _{1 66 10}6 _{300 10} 6  _{8 31 300} 44 1 66 _{8 8} 44 8 31 

b) A reação está na proporção 1:1 entre o carbonato de cálcio e o gás formado, gás carbônico.

Logo:   ( g ) ( g ) : : : x :

CaCO mol g CaO mol g

CaCO g CaO , g                                3 2 3 2 1 100 1 44 8 8  _x 880 _20g 44

Como 20 g é 50 % da amostra, temos que a amostra inicial possuía massa igual a 40 g.

Questão 4

Uma amostra de um determinado elemento Y tem seu decaimento radioativo representado pelo gráfico a seguir:

Projeto Rumo ao ITA Página 5 90 80 60 70 50 40 30 20 10 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Tempo (min) M a s s a ( g )

Determine o número de átomos não desintegrados quando a atividade do material radiotivo for igual a 2,50 Ci.

Resolução:

A equação que fornece o tempo de meia vida de um decaimento radioativo é dada por:

ln

/

ln

t

_{1 2}



_2

  

2

180

Transformando a unidade de atividade em Bequerel, o número representará a quantidade de desintegrações por segundo:

Ci , . 10Bq

1 3 7 10

,  Ci , . 6. , . 10Bq37 4Bq

2 5 2 5 10 3 7 10 10

4

Temos que a atividade é igual à velocidade de decaimento radioativo:

dY atividade

Y Y

dt     

Assim, a quantidade de átomos não desintegrados é:

. Y ln , 180 37₁₀4 45 37₁₀4 2 4 0 69

Y



2 40 10

,

.

7

átomos

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Questão 5

Em um balão contendo ácido sulfúrico concentrado foram colocados 1,250 mols de tolueno. A seguir foram gotejados 10,0 mols de ácido nítrico concentrado, mantendo o sistema sob agitação e temperatura controlada, o que gerou uma reação cuja conversão de tolueno é de 40%. Ao final do processo, separou-se todo o produto obtido.

Ao produto da reação acima foram acrescentados 7,50 g de uma substância A, de peso molecular 150 g e 14,8 g de outra substância B, de peso molecular 296 g. A mistura foi dissolvida em 2,00 X 103 g de um solvente orgânico cuja constante crioscópica é 6,90°C Kg/mol.

Determine a variação da temperatura de solidificação do solvente orgânico, considerando que o sólido obtido e as substâncias S e B não são voláteis e não reagem entre si.

Resolução: (i)

Vamos considerar apenas o TNT como produto da reação, visto que há excesso de ácido nítrico.

Vamos calcular o número de mols de tolueno que reagem? n1 250 0 4 0 5, . ,  , mol

Logo, necessita-se de 1,5 mols de HNO₃ , o que mostra o excesso dessa substância. Portanto,

TNT

n 0 5, mol (pela proporção estequiométrica) (ii) Calcular A

n

e B

n

A A A B B B m , n , mol M m , n , mol M  _{  }    _{  }  7 50 0 05 150 14 8 0 05 296

(iii) Como as propriedades dependem apenas da quantidade em mol dissolvida no solvente, podemos escrever (compostos moleculares):

A B TNT c solvente(kg) n n n , t K.W , . , . m     6 90 6 90 0 6 2

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c

t , C

  _{2 07}0

Há um abaixamento relativo de ,2 070Cna temperatura de solidificação do solvente.

Questão 6

Para a reação A + B  C foram realizados três experimentos, conforme a tabela abaixo: Experimento [A] mol/L [B] mol/L Velocidade de reação mol/(L.min) I 0,10 0,10 2,0 x 10-3 II 0,20 0,20 8,0 x 10-3 III 0,10 0,20 4,0 x 10-3 Determine:

a) a lei da velocidade da reação acima; b) a constante de velocidade;

c) a velocidade de formação de C quando as concentrações de A e B foram ambas 0,50 M.

Resolução: a) _{v k.[A] .[B]} a b



 







a b I a b II b a III v k.[A] .[B] v k. [A] . [B] v k.[A] . [B]  _  _     2 2 2 Mas: III I b a b II I v .v b v .v . ² a  _{    }         2 2 2 1 4 2 2 2 1 a b I I v , . v k.[A] .[B] k , .L.(mol.min) [A].[B] , . ,      2 0 10 3 _{0 2} 1 0 1 0 1 Logo a lei da velocidade é dada por:





mol v , .[A].[B]. L.min  0 2 b) _k _{, .L.(mol.min)}1 0 2

Projeto Rumo ao ITA Página 8 c) [A] , M _{v , . , . , , .} mol [B] , M L.min    _{  }  _  2 0 50 0 2 0 5 0 5 5 0 10 0 50

Questão 7

Os eletrodos de uma bateria de chumbo são de Pb e PbO2. A reação global de descarga é Pb + PbO2 + 2H2S04  2PbSO4 + 2H2O. Admita que o “coeficiente de uso” seja de 25,0 %. Este coeficiente representa a fiação do Pb e PbO2 presentes na bateria que são realmente usados nas reações dos eletrodos.

Calcule:

a) a massa mínima de chumbo em quilogramas (incluindo todas as formas em que se encontra esse elemento) que deve existir numa bateria para que ela possa fornecer uma carga de 38,6 x 104 _C; b) o valor aproximado da variação de energia livre da reação, sendo de 2,00 V a voltagem média da bateria quando fora de uso.

Resolução:

a)As reações nos eletrodos são:

Pb Pb e PbO H SO e SO PbSO H O      _{ }         2 2 2 2 4 4 4 2 2 2 2 2

1 mol de Pb nos fornece 2 mols de elétrons. A carga pedida é de 38 6 10, . 4C4 96500.



C



, ou seja, a carga de 4 mols de elétrons.

Logo necessitaremos de 2 mols de Pb efetivos. Como o coeficiente de uso é de 25% , necessitaremos de 8 mols de Pb em cada eletrodo.

8 mols de Pb = 8. 207 g = 1656 g

Logo necessitaremos de 3312 g de chumbo (incluindo todas as formas em que se encontra esse elemento)

b)   G n.E.F 2 2 96500. .  386000J,

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Questão 8

Os náilons são polímeros usualmente empregados na forma de fios, úteis na fabricação de cordas, tecidos, Linhas de pesca etc. Um dos mais comuns é o náilon-66, resultante da reação de polimerização entre a hexametilenodiamina (1,6-diamino-n-hexano) e o ácido adípico (ácido hexanodióico). Com base nesta informação, determine a fórmula mínima do náilon-66.

Resolução:

A reação de formação polimérica é a seguinte:

A formula é dada por:



C H N O_{12 22 2 4}



_nC H NO_{6 11 2} A formula mínima pedida é:

C H NO

_{6 11 2}

Questão 9

Dispondo apenas de carvão, óxido de cálcio, água, sódio metálico e cloretos de alquila convenientes, além de condições apropriadas de temperatura e pressão:

a) descreva uma possível rota de obtenção do menor alquino dissubstituído, contendo em sua estrutura apenas átomos de carbono e hidrogênio, sendo um dos átomos de carbono assimétrico; b) determine a fórmula estrutural plana e a nomenclatura IUPAC do alquino em questão.

Projeto Rumo ao ITA Página 10 Resolução:

a) O menor alcino que atende às condições é:

Procederemos da seguinte maneira:

1)

CaO

_{( s)} 

₃

C

_{(graf )}





CaC

_{2( s)}



CO

_{(g )}

2)

_CaC

_{2( s)} 

₂

_{H O}

_{2 ( l)}





_{C H}

_{2 2( s)} 

_Ca(OH)

_{2(aq )}

3)

HC CH



_{(g )} 

2

Na

_{( s)}





Na





C





C





Na

 

H

_{2(aq )}

4)

b) Sua nomenclatura IUPAC é: 4-metil-2-hexino

Questão 10

Um pró-fármaco é uma substância farmacologicamente inativa, que geralmente é convertida no fármaco ativo dentro do organismo do paciente através de uma transformação en7imtica. Um medicamento é ministrado por via oral na forma de pró-fármaco quando se deseja baixar a sua toxidez, melhorar sua solubilidade, facilitar a sua passagem pela membrana celular ou, simplesmente, evitar que seja destruído pelas enzimas do trato gastrintestinal antes de atingir seu alvo.

A talampicilina é um exemplo de pró-fármaco do antibiótico ampicilina, largamente empregado contra bactérias gram-negativas e gram-positivas. Por ser menos polar que a ampicilina, a

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talampicilina é facilmente absorvida pelas paredes do intestino e cai na corrente sanguínea, onde é transformada em ampicilina por enzimas chamadas esterases conforme a reação a seguir:

C H _NH2 O N H H O N H S O O O O Talampicilina

H-Enzima _{Ampicilina + Enzima} O O

Com base nas informações acima, pede.se: a) a fórmula estrutural da ampicilina;

b) a função orgânica gerada na estrutura da ampicilina pela biotransformação da talampicilina; c) as funções orgânicas nitrogenadas presentes na estrutura da talampicilina,

d) o numero de carbonos assimétricos presentes na molécula de talampicilina; e) os heteroátomos presentes na estrutura da ampicilina.

Resolução:

Os carbonos assimétricos estão assinalados em vermelho, e as funções nitrogenadas em verde. a)

b) ácido carboxílico

c) amida e amina

d) 5