9º Torneio Virtual de Química

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9º Torneio Virtual de Química

2017

3ª fase

LEIA ATENTAMENTE AS INSTRUÇÕES ABAIXO!

01) Esta prova contém questões objetivas e por questões discursivas (abertas).

02) A parte objetiva é composta por 10 (dez) questões com 04 (quatro) itens cada, sendo que apenas um deve ser assinalado. Todas estas questões devem ser respondidas.

03) A parte discursiva é composta por 06 (seis) questões abertas, dentre as quais cada participante deve escolher apenas 03 (três) questões para responder.

04) A parte objetiva do exame comporá 25 % da nota final do estudante no TVQ 2017, de modo que cada acerto de questão objetiva vale, nesta prova, 2,5 pontos dentre 100. As questões da parte discursiva, por sua vez, serão responsáveis pelos 75 % restantes da pontuação, de modo que cada uma delas vale, no máximo, 25 pontos.

05) Verifique se seu caderno de respostas contém 03 (três) folhas em branco, além da capa. Cada questão discursiva deve ser resolvida numa mesma folha de resposta, podendo ser utilizado o verso da folha. Não se deve, porém, responder a mais de uma questão em uma mesma página de resoluções.

06) Pode-se solicitar ao aplicador folhas adicionais para a resolução das questões discursivas, caso isto seja necessário.

07) Na última página desta prova, encontra-se uma tabela periódica.

08) A correção das questões será feita com base nos dados e valores de constantes disponibilizados em cada questão.

08) É permitido e recomendado o uso de régua e de calculadora científica não programável.

09) O participante deverá entregar ao aplicador somente o seu caderno de respostas, devidamente preenchido.

10) Esta prova tem duração de 4 horas. O aluno deverá permanecer em sala por, no mínimo, 1 hora desde o seu início.

11) É vetada a utilização de qualquer aparelho de comunicação durante a prova.

12) A prova é individual, sendo proibida qualquer forma de consulta.

O resultado final do TVQ 2017 será divulgado não antes de 28 (vinte e oito) de janeiro de 2018 (domingo), no site www.torneiovirtualdequimica.com.br.

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1 Questões Objetivas

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Concentração micelar crítica (CMC) é a menor concentração na qual ocorre a formação de micelas de um surfactante. Acima dessa concentração, o surfactante adicionado necessariamente formará micelas.

Dois experimentos foram realizados para determinar a CMC de uma dispersão de surfactantes aniônicos em água. Em (1) mediu-se a tensão superficial após sucessivas adições de surfactante e (2) adicionou-se uma quantidade de corante hidrofóbico e mediu-se a absorbância em função do aumento da concentração de surfactante. Os resultados para ambos os experimentos estão representados abaixo.

Considerando a formação de micelas com cerne hidrofóbico, avalie as seguintes sentenças:

I: Os dados experimentais indicados por losangos e triângulos, correspondem aos experimentos (1) e (2), respectivamente;

II: Apenas ocorrerá formação de micelas para concentração de surfactante acima de 6 mM;

III: Os experimentos resultam em valores muito próximos para a CMC;

IV: A adição de cloreto de sódio ao sistema deve diminuir a CMC.

São corretas as afirmações:

a) I e II b) I e III c) II e IV d) III e IV

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A pressão de vapor do benzeno é 74,7 Torr e do tolueno é 22,3 Torr. Uma determinada solução de benzeno e tolueno em um frasco fechado tem pressão de vapor de 46,00 Torr, formando uma mistura ideal. Considere que o sistema em questão está em equilíbrio térmico à 20 °C e analise as seguintes afirmações:

I: O sistema é composto por dois componentes e duas fases;

II: Quando o equilíbrio termodinâmico é atingido, os processos de evaporação e condensação deixam de ocorrer;

III: As proporções de benzeno e tolueno na fase líquida são respectivamente 0,45 e 0,55;

IV: As proporções de benzeno e tolueno na fase vapor são respectivamente 0,73 e 0,27.

São corretas as afirmativas:

a) I e II b) II e III c) I, III e IV d) III e IV 3

Um composto A é termodinamicamente instável e se decompõem em B vagarosamente.

𝐴 → 𝐵

A reação também ocorre mediada por catalisadores mantendo-se a ordem de reação. O resultado para o estudo da variação da concentração de A em função do tempo está apresentado abaixo para a reação catalisada e não-catalisada.

(Dica: caso seja necessário, utilize ln(2) = 0,69)

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Considere os valores de constante de velocidade k1 e k2 iguais a 1 e 1,38 s^-1 e analise as sentenças abaixo:

I: Assumindo que a decomposição de A catalisada e não-catalisada são reações elementares, pode-se afirmar que ambas reações são de primeira ordem;

II: O tempo para decomposição total de A equivale ao dobro do tempo de meia vida reacional para a mesma reação;

III: Os tempos reacionais de meia vida para as reações catalisada e não-catalisada por enzimas correspondem a 0,5 e 0,69 s, respectivamente;

IV: A curva 1 corresponde a reação catalisada, enquanto a curva 2 corresponde a curva da reação não-catalisada.

São corretas as afirmações:

a) I e II b) I e III c) II e III d) III e IV 4

Um estudante de química recebeu cinco soluções desconhecidas de concentração de 1 mM e foi desafiado a identificá-las dentre seis compostos possíveis: SrCl2, CH3COOK, KOH, Na2CO3, Ba(NO3)2 e C6H12O6.

Para fazer a identificação, o estudante recebeu um pH-metro, um bico de Bunsen e um fio de Ni-Cr limpo cuja chama era azul. Os valores de pH e cores da chama das cinco soluções foram registrados na tabela a seguir.

Solução pH Cor da chama

1 7,0 Vermelha

2 7,0 Azul

3 7,0 Verde

4 10,5 Amarela

5 11 Violeta

6 8 Violeta

a) SrCl2, CH3COOK, KOH, Na2CO3, Ba(NO3)2 e C6H12O6

b) SrCl2,C6H12O6, Ba(NO3)2, Na2CO3, KOHe CH3COOK c) KOH, C6H12O6, SrCl2, Na2CO3, Ba(NO3)2 e CH3COOK d) SrCl2,Na2CO, Ba(NO3)2, C6H12O6. ,KOH e CH3COOK 5

Em um laboratório encontrou-se um frasco com rótulo “Composto X”. O técnico, Sr. Alceno, do laboratório ficou responsável por fazer a identificação do composto para realizar o descarte da substância.

Os seguintes testes foram feitos:

i) Solubilidade: o composto em questão possui baixa solubilidade em água, sendo que a solubilidade aumenta após adição de algumas gotas de ácido clorídrico;

ii) pH: o pH de uma solução aquosa contendo Composto X é aproximadamente 10;

iii) Ignição: a queima do composto produz uma chama fuliginosa;

iv) Bromação: a adição do Composto X em uma solução contendo Br2 promove a descoloração da água de bromo.

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Com base nos resultados desses testes conclui-se que o Composto X é:

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Sr. Alceno, durante um experimento de destilação de uma mistura azeotrópica entre A e B, cujo comportamento está representado no diagrama de fases abaixo, teve a ideia de coletar amostras da solução saindo do condensador ao longo da destilação.

Alceno resolveu analisar a composição das amostras, em que XB é a fração molar do componente B na mistura e XB´ é a fração molar de B nas amostras analisadas. Considere que XB0 é a fração inicial de B na mistura a ser destilada e que durante todo o tempo do experimento a solução a ser destilada ainda continha as componentes A e B.

Seja t0=0 o tempo inicial em que se começou a se observar condensação no condensador. Com base

nas informações acima e nos seus conhecimentos de química, identifique qual é a curva correspondente a XB’ das amostras ao longo do tempo do experimento obtida pelo técnico.

a)

b)

c)

d)

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A molécula de quinino, representada abaixo, é um composto que pode ser extraído de cascas de algumas espécies de plantas da família das Rubiáceas, cujas propriedades medicinais estão sendo estudadas para tratamento de malária, lúpus e alguns tipos de artrite. Assim como outros alcaloides, o quinino apresenta forte gosto amargo e, portanto, também é utilizado em algumas bebidas, como água tônica.

Suponha que um químico tenha uma mistura impura de quinino e que ele deseja realizar extrações líquido- líquido para tentar purificar o composto em questão.

Para isso ele pensou em quatro condições, representadas abaixo.

I: Água e éter dietílico.

II: Água, HCl e éter dietílico.

III: Água, Na2CO3 e éter dietílico.

IV: Água e clorofórmio.

Indique em qual fase, 1 ou 2 como indicado no diagrama do funil de separação acima, teremos uma maior concentração das moléculas de quinino em cada uma das condições acima.

a) I -1, II - 2 , III - 1 , IV - 1;

b) I -2, II - 1 , III - 2 , IV - 1;

c) I -2, II - 2 , III - 2 , IV - 2;

d) I -1, II - 1 , III - 1 , IV - 2;

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A seguir temos os pKa’s de dois indicadores ácido- base diferentes, assim como uma curva de titulação ácido-base.

Indicador pKa

Fenolftaleína 9,30 Alaranjado de Metila 3,46

Suponha que você trabalhe em um laboratório de análises, e que o Sr. Alceno precisa realizar esta titulação ácido-base, mas esqueceu qual indicador utilizar. Seria quimicamente correto afirmar que:

a) Apenas a fenolftaleína pode ser utilizada para a titulação em questão.

b) Apenas o Alaranjado de metila pode ser utilizado na titulação em questão.

c) Ambos os indicadores são igualmente bons para que se identifique o ponto final da titulação em questão.

d) Ambos os indicadores podem ser utilizados na titulação em questão, mas recomenda-se o uso de fenolftaleína, pois um de seus estados é incolor, tornando-se assim mais fácil detectar o ponto final da titulação.

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Em um tubo fechado, foram colocados volumes de acetona e água, sem que houvesse mistura, de modo a obter o mesmo nível de líquido para ambos os solventes. O sistema foi mantido à temperatura constante. Após um longo período de tempo, ao observarmos novamente as condições do sistema, notamos que:

a) O nível do frasco que contém água aumentou, enquanto o nível do frasco que contém acetona diminuiu b) O nível de ambos os frascos permaneceu constante

c) A entropia do sistema diminuiu d) A energia interna do sistema diminuiu 10

Fuzeon, também conhecido como efuvirtida, é um fármaco altamente complexo que faz parte de uma nova classe de substâncias anti-HIV denominada inibidores de fusão. Sua atividade farmacológica consiste em impedir o contato entre a superfície da célula e a do vírus, evitando a transferência de material genético.

Com relação às classes de biomoléculas, é possível classificar este fármaco como um:

a) Peptídeo b) Polissacarídeo c) Ácido Nucléico d) Proteoglicano

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6 Questões Discursivas

11- Química de Aminoácidos

Aminoácidos são compostos orgânicos que contém os grupos funcionais amina (-NH2) e ácido carboxílico (-COOH) ligados a um átomo de carbono, além de uma cadeia lateral (R) que é específica para cada aminoácido.

Dos mais de 500 aminoácidos conhecidos, apenas 20 fazem parte do nosso código genético, constituindo todas as proteínas sintetizadas pelo nosso corpo. Proteínas e peptídeos não apenas catalisam a grande maioria das reações que ocorrem em nossas células, mas controlam virtualmente todos os processos celulares; desta forma, são amplamente estudadas por químicos, biólogos, médicos, farmacêuticos e diversos outros profissionais.

a-) Sr. Alceno, um técnico de laboratório bastante descuidado, recebeu amostras de 3 diferentes aminoácidos (glicina, tirosina e ácido aspártico), todas com aspecto de sólido branco. Alceno identificou seus frascos como

“aminoácido A”, “aminoácido B” e “aminoácido C”, mas no dia seguinte já havia esquecido qual aminoácido correspondia a cada letra. Para não perder suas amostras, o técnico resolveu caracterizá-las a partir de uma titulação potenciométrica. (6 pontos)

A partir das curvas de titulação e dos valores de pKa apresentados, identifique a curva de titulação correspondente a cada aminoácido.

Glicina Tirosina Ácido Aspártico

Aminoácido pKa -NH3+ pKa -CO2H pKa cadeia lateral

Glicina 9.78 2.35 ---

Tirosina 9.21 2.20 10.46

Ácido aspártico 9.90 1.99 3.90

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b-) A Focalização isoelétrica é uma técnica amplamente utilizada para separar moléculas carregadas, principalmente proteínas e peptídeos, com base no seu ponto isoelétrico (pI). Seu funcionamento baseia-se na aplicação de um campo elétrico em um gel que possui um gradiente de pH.

Utilizando os valores de pKa fornecidos no item anterior, determine a carga total do dipeptídeo Asp-Gly nas seguintes condições (Dica: não ocorrem protonações nem desprotonações na ligação peptídica nesta faixa de pH):

i) pH 3,0 ii) pH 7,0 iii) pH 12,0

Em seguida, determine se a região do gel em se encontra este peptídeo na focalização isoelétrica é ácida, básica ou neutra, justificando sua resposta. (11 pontos)

c-) Aminoácidos com grupos laterais não ionizáveis podem ser considerados como aminoácidos dipróticos, possuindo as formas protonada (H2A⁺), de zwitterion (HA) e desprotonada (A^-). A partir do equilíbrio correspondente à saída do primeiro próton, calcule o pH de uma solução feita a partir de 0,010 mol/L de prolina na forma H2A⁺. (Dado: Ka1 = 1,0 x 10^-2). Considere que Ka1 é muito maior que Ka2. (8 pontos)

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12- Teoria De Bandas: Diferença Entre Materiais Condutores, Semicondutores E Isolantes

No estudo da condutividade dos sólidos, diversos modelos foram criados para explicar algumas propriedades observadas, como o comportamento com a mudança de temperatura e a cor.

Paul Drude, em 1900, propôs o chamado modelo do Elétron Livre, em que explicava a condutividade elétrica a partir da aplicação da Teoria Cinética dos Gases para o transporte de elétrons.

Entretanto, seu modelo só se aplicava aos metais, falhando, entre outras coisas, na explicação da condutividade eletrônica para isolantes e semicondutores. Como podemos observar pelo seguinte gráfico, o comportamento da resistência em relação à temperatura é contrário para os metais e semicondutores, relação que não podia ser explicada pelo modelo.

a-) Explicite como o modelo do Elétron Livre de Drude pode explicar a variação da condutividade dos metais com a variação da temperatura, caracterizando a estrutura metálica. (6 pontos)

Depois que ficou claro que o modelo de Drude falhava para diversas situações, novos modelos foram desenvolvidos.

Discutiremos a seguir como a Teoria das Bandas explica a condutividade eletrônica tanto para os metais quanto para os semicondutores e isolantes.

Pela Teoria do Orbital Molecular, temos que, para os átomos em uma molécula, a combinação de seus N orbitais atômicos gera N orbitais moleculares (níveis permitidos de energia) e a energia para realizar as transições eletrônicas é correspondente à diferença entre HOMO e LUMO. A Teoria de Bandas considera que para um sólido, que contém aproximadamente 10²³átomos/mol, também ocorre a sobreposição dos N orbitais de seus átomos, resultando em níveis de energia permitidos tão próximos que na verdade constituem uma banda. O esquema a seguir ilustra como ocorre a combinação dos orbitais:

Formação de bandas num sólido: (a) átomo isolado; (b) sistema de alguns átomos; (c) um mol de átomos.

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Assim, são formadas bandas de energia permitida separadas por bandas proibidas. O chamado band-gap (ΔEg) corresponde à diferença de energia das bandas dos elétrons de valência, chamadas de Banda de Valência e Banda de Condução, que podemos associar ao HOMO e LUMO de uma molécula, respectivamente.

Voltando a discussão aos metais, semicondutores e isolantes, o band-gap deve ser superado para que ocorra a condução, ou seja, a condutividade de um sólido é dependente da energia necessária à transição dos elétrons da Banda de Valência à Banda de Condução, sendo assim, do ΔEg.

b-) Tendo em vista os conceitos elucidados acima, o exemplo de diagrama para os metais e os seus conhecimentos, esboce um diagrama de bandas para sólidos semicondutores e outro para os isolantes. (5 pontos)

c-) Podemos aplicar o conceito de band-gap para explicar algumas propriedades de materiais conhecidos como, por exemplo, o grafite e o diamante. Relacione a cor destes dois sólidos com a faixa de comprimento de onda absorvido por cada um e, consequentemente, com o band-gap associado à cada estrutura, assimilando sua característica isolante ou semicondutora. (7 pontos)

d-) Assumindo que o comportamento de um diodo emissor de luz (Light-emitting diode ou LED em inglês) pode ser representado pelo sistema de bandas de condução e bandas de valência, na qual a luz emitida é decorrente de um processo de transição de um portador de carga, promovido pelo potencial elétrico, entre a banda de condução até a banda de valência. Com base no modelo supracitado explique a relação entre voltagem aplicada e coloração do LED presente na tabela abaixo (7 pontos):

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13- Elementos do Grupo 15 da Tabela Periódica e Suas Propriedades

Os dois primeiros elementos do grupo 15 da tabela periódica, Nitrogênio e Fósforo, são considerados macronutrientes devido a sua importância em grande parte das biomoléculas nas mais diversas formas de vida conhecidas. Assim como outros elementos de grande importância biológica, como Carbono, Oxigênio, Potássio, Cálcio, dentre outros, suas propriedades físico-químicas permitem que eles assumam papéis distintos na manutenção das estruturas celulares e em diversas rotas bioquímicas e mecanismos de regulação.

Com base nos seus conhecimentos de química sobre as propriedades dos átomos de Nitrogênio, Fósforo e Arsênio, responda os seguintes itens:

a) Considere os seguintes oxoânions , NO3-, PO43- e AsO43-. Represente a estrutura de Lewis para cada um desses ânions, determine sua geometria molecular e o número de oxidação dos átomos centrais. (2,5 Pontos)

b) Sobre o ânion fosfato, PO43-, e seu monoéster metílico correspondente, PO3OCH32-, responda:

i) Estudos já demonstraram que no ânion fosfato todas ligações P-O apresentam mesmo comprimento de ligação. Explique tal observação. (5 Pontos)

ii) No caso do monoéster metílico do ânion fosfato, PO3OCH32-, foram identificados dois comprimentos de ligação diferentes entre os oxigênios e o átomo central de fósforo, sendo eles 1,507 Å e 1,597 Å . Justifique a existência dos dois comprimentos de ligação na molécula em questão. Adicionalmente represente a estrutura molecular do PO3OCH32- e indique que comprimentos de ligação correspondem a cada ligação na estrutura desenhada, justificando as escolhas realizadas. (5 Pontos)

c) Observe a seguinte reação representada abaixo:

i) Represente a estrutura molecular das espécies A, B e C. (2,5 Pontos)

ii) A substituição do fósforo por um átomo de arsênio no composto inicial faz com que a reação de formação de A’, como representado abaixo, seja 10⁵ vezes mais rápida que a formação de A. Sabendo que as ligações P-O em ésteres derivados do fosfato apresentam comprimento de ligação entre 1,5 e 1,54 Å, enquanto as ligações As- O em ésteres derivados do arsenato apresentam comprimentos de ligação entre 1,68 e 1,71 Å, racionalize a maior velocidade de formação de A’ do que seu correspondente A. (5 Pontos)

d) Devido a propriedades semelhantes , muitas das biomoléculas baseadas em fósforo também podem apresentar suas correspondentes de arsênio. Alguns cientistas acreditam que em certos organismos em condições muito específicas , como baixa acessibilidade a sais de fósforo em meios ricos em arsênio, poderiam produzir uma versão

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das cadeias de DNA nas quais os grupos fosfato que ligam as riboses seriam substituídos por grupos arsenatos, como representado na figura abaixo.

Considerando que a estabilidade química do DNA é essencial para a manutenção da vida como conhecemos, explique porque é pouco plausível a existência de formas de vida baseadas em arsênio ao invés do fósforo. (5 Pontos)

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14- Ciclo de Born Haber

A tabela abaixo mostra os valores de entalpia de rede a 25 °C para diversos compostos iônicos

Composto ΔHrede (kJ/mol) Composto ΔHrede (kJ/mol)

MgS 3406 LiBr 818

CaS 3119 NaBr 751

SrS 2974 KBr 689

BaS 2832 AgBr 903

a-) Observando os dados referentes às energias de rede dos diversos compostos apresentados na tabela acima, explique qual é a tendência para aumento ou decréscimo dos valores de ΔHrede. Explique a discrepância do AgBr em relação aos outros compostos da mesma coluna. (4 pontos)

b-) Compare, dizendo quem tem a maior energia de rede dentre os seguintes pares de compostos iônicos, e diga os motivos de sua escolha:

i) MgO e BaO (2 pontos) ii) BeCl2 e CaCl2 (2 pontos) iii) LiF e NaF (2 pontos)

c-) Por motivos termodinâmicos experimentais, não é possível calcular empiricamente valores de ΔHrede, para isso utiliza-se a somatória de passos teóricos, para poder determinar tal valor, chamado ciclo de Born-Haber. As etapas envolvidas no cálculo são: energia associada a afinidade eletrônica, energia de ionização, entalpia padrão de formação do sal e entalpia de formação dos átomos na fase gasosa.

O caderno de laboratório do técnico Sr. Alceno foi parcialmente danificado por ácido sulfúrico derramado. Neste caderno, se encontravam os registros de um experimento em que foi empregado o ciclo de Born-Haber para um sal de Halogênio. Os dados recuperados do caderno encontram-se na tabela abaixo:

Processo Energia (kJ/mol)

Atomização do metal 148

Atomização do halogênio 159

Afinidade eletrônica do halogênio -328

Entalpia de formação do sal (ΔHfo) -1123

Entalpia de rede (ΔHrede) -2962

Faça o ciclo de Born-Haber para um sal genérico (MXn) e ache a equação analítica desse processo. (5 pontos)

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d-) A tabela a seguir apresenta as energias de ionização de alguns metais. O sal MXn possui um destes metais como cátion na sua estrutura cristalina. Pelo ciclo de Born-Haber, determine o cátion do sal estudado. (5 pontos)

Composto E1 (kJ/mol) E2 (kJ/mol) Composto E1 (kJ/mol) E2 (kJ/mol)

Li 520 7297 Be 899 1759

Na 496 4562 Mg 738 1450

K 419 3051 Ca 590 1145

Rb 403 2633 Sr 549 1064

Cs 376 2234 Ba 503 965

e-) O sal estudado foi formado a partir da reação do metal com o ácido do halogênio, como descrito na reação genérica.

M (s)+ n HX (aq) = MXn (aq) + 1/2n H2 (g)

Sabe-se que foram formados, nessa reação, 17,43 L de H2, e gerando 44,42 gramas do sal. O experimento foi realizado à 25 °C e a pressão de 1 bar. Determine o ânion do sal. (5 pontos)

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15- A História do Número de Avogadro

O Número de Avogadro é a quantidade de átomos de Carbono-12 em 12 gramas de carbono. Esse valor é de extrema importância no contexto da química, pois conecta o mundo microscópico (quantidade de átomos) com a massa, propriedade que é facilmente mensurável em laboratório.

O valor desse número foi determinado várias vezes ao longo da história, cada vez com um experimento diferente.

A primeira vez que chegou-se próximo a um valor para o Número foi em 1865. Neste ano Loschmidt publicou seu trabalho, que estimava o diâmetro de moléculas gasosas em um gás ideal. Com seus resultados, pode-se calcular o Número de Avogadro.

Loschmidt estimou o diâmetro de moléculas gasosas usando o conceito de percurso livre médio, que é a distância média que uma partícula percorre antes de se chocar com outra, em um gás. Foi aproximado o diâmetro de uma molécula gasosa pela relação abaixo:

𝑑 = 8𝑉_𝑙 𝑉_𝑔𝑙

em que d é o diâmetro da molécula, Vl é o volume do gás liquefeito, Vg é o volume do gás à CNTP, e l é o percurso livre médio da molécula, à CNTP.

Para chegar à tal relação, Loschmidt aproximou o volume de todos as moléculas do gás como o seu volume liquefeito, as moléculas como sendo esferas perfeitas, e o gás como sendo ideal.

Com tal modelagem, e após certas passagens matemáticas, calculou-se a constante de Avogadro como sendo 4,11 x 10²². Apesar da discrepância com o valor aceito atualmente, 6,02 x 10²³, essa determinação foi importante pois nos deu uma ideia do quão pequeno o mundo microscópico realmente é.

a-) Indique, com base na modelagem utilizada, a discrepância entre valor encontrado do número de Avogadro e o valor do número aceito atualmente. (6 pontos)

Outra determinação histórica do Número de Avogadro, com uma exatidão maior, foi feita utilizando-se dados de dois trabalhos de Rutherford, um de 1908 com Geiger, e o segundo de 1911 com Boltwood.

O primeiro trabalho consistia na contagem de partículas alfa emitidas por um sal de rádio. Foi determinado que um sal específico de rádio emitia 1,36 x 10¹¹ partículas alfa por segundo. Já o segundo trabalho foi sobre o volume de hélio liberado por esse mesmo sal de rádio, que foi determinado como sendo 156 cm³ por ano, valor medido nas CNTP.

b-) Com os dados experimentais dos trabalhos de Rutherford, calcule o Número de Avogadro. Explicite o cálculo feito, e atente-se à quantidade de algarismos significativos utilizados. (7 pontos)

A mais atual medição do Número de Avogadro, e a que forneceu o valor com maior precisão, foi a feita no Avogadro Project. A partir do volume de uma esfera de silício, e conhecendo o arranjo dos átomos de silício na esfera e o raio do átomo de silício, determinou-se a quantidade de átomos que a esfera continha. Com o valor da massa da esfera e o peso molecular do silício, é possível calcular o valor do Número de Avogadro.

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O arranjo de empacotamento do silício é conhecido como cúbica do diamante, pois é também presente na estrutura desse cristal. No arranjo, cada átomo está ligado com quatro outros, distribuídos tetraedricamente ao redor do átomo central, como mostrado na figura a seguir (Considere todos os átomos como sendo silício):

c-) Determine a quantidade de átomos em uma cela unitária cúbica do diamante. (5 pontos)

d-) Com os dados da tabela a seguir, determine o número de Avogadro. Explicite o cálculo feito, e atente-se à quantidade de algarismos significativos utilizados. (7 pontos)

Aresta de cela unitária (pm) 543,10

Volume da esfera (cm³) 431,06

Massa da esfera (kg) 1,0001

Peso molecular do silício-28 (u) 27,977

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16- Determinação do Kps de um composto iônico

Imagine que você realiza um experimento em laboratório com a finalidade de determinar o Kps do Cloreto de Chumbo (II). Para isso, você executa as seguintes etapas:

1- Pesa 1 grama de cloreto de chumbo (II) em uma balança analítica e adiciona-o a 50 ml de água destilada em um béquer. Você percebe que parte do sólido foi dissolvido, mas parte permanece no fundo do béquer.

2- Você filtra a solução e adiciona 15,00 g de Zinco metálico, fazendo com que o Chumbo em solução precipite na forma metálica.

3- A seguir você retira os metais da solução, lava-os e pesa-os, obtendo a massa de 15,1148 g totais de metais.

4- Para confirmar seus resultados, você evapora todo o líquido, obtendo um sal.

Sobre o experimento responda:

a-) Explique, na etapa 2, porquê é necessário filtrar a solução antes de adicionar Zinco metálico? Escreva reação entre o Zinco metálico e os ions de chumbo presentes na solução. (5 pontos)

b-) Usando os dados obtidos, calcule a concentração de íons Pb²⁺ e Cl^-em solução logo após a dissolução feita na etapa 1. Calcule o Kps do Cloreto de Chumbo (II). (5 pontos)

c-) Qual é o sal obtido na etapa 4? Quantos gramas desse sal restou após a evaporação do líquido? (5 pontos) d-) Represente graficamente o produto das concentrações de Pb²⁺ e Cl^- como uma função matemática (traçando uma curva) e explique qual é o tipo de solução que existe em um ponto abaixo da curva, acima da curva e sobre a curva. (5 pontos)

e-) Exemplifique um fator ambiental que pode afetar o resultado do experimento. (5 pontos) Dados de massas molares:

- Cloreto de chumbo(II): 278,1 g/mol - Chumbo: 207,2 g/mol

- Zinco: 65,38 g/mol

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H1 hydrogen

1.008 [1.0078, 1.0082]

1 18

Li3 lithium

6.94 [6.938, 6.997]

Be4 beryllium

9.0122

Na11 sodium 22.990

Mg12 magnesium

24.305 [24.304, 24.307]

K19

potassium 39.098

Ca20

calcium 40.078(4)

Rb37

rubidium 85.468

Sr38 strontium

87.62

Sr38 strontium

87.62

Cs55 caesium

132.91

Cs55 caesium

132.91

Ba56 barium 137.33

Fr87 francium

Ra88 radium

B5 boron

10.81 [10.806, 10.821]

Al13 aluminium

26.982

Ga31

gallium 69.723

In49

indium 114.82

Tl81 thallium

204.38 [204.38, 204.39]

C6 carbon

12.011 [12.009, 12.012]

Si14 silicon

28.085 [28.084, 28.086]

Ge32

germanium 72.630(8)

Sn50

tin 118.71

Pb82 lead 207.2

N7 nitrogen

14.007 [14.006, 14.008]

15P

phosphorus 30.974

As33

arsenic 74.922

Sb51

antimony 121.76

Bi83 bismuth

208.98

O8 oxygen

15.999 [15.999, 16.000]

16S

sulfur

32.06 [32.059, 32.076]

Se34

selenium 78.971(8)

Te52

tellurium 127.60(3)

Po84 polonium

F9 fluorine

18.998

Cl17 chlorine

35.45 [35.446, 35.457]

Br35 bromine

79.904 [79.901, 79.907]

53I

iodine 126.90

At85 astatine

Ne10 neon 20.180

He2

helium 4.0026

Ar18 argon 39.948

Kr36

krypton 83.798(2)

Xe54

xenon 131.29

Rn86 radon

Ti22

titanium 47.867

Ti22

titanium 47.867

Zr40

zirconium 91.224(2)

Hf72 hafnium 178.49(2)

Rf104 rutherfordium

23V

vanadium 50.942

Nb41

niobium 92.906

Ta73 tantalum

180.95

Db105 dubnium

Cr24

chromium 51.996

Cr24

chromium 51.996

Mo42

molybdenum 95.95

W74 tungsten

183.84

Sg106 seaborgium

Mn25

manganese 54.938

Tc43 technetium

Re75 rhenium

186.21

Bh107 bohrium

Fe26

iron 55.845(2)

Ru44

ruthenium 101.07(2)

Os76 osmium 190.23(3)

Hs108 hassium

Co27

cobalt 58.933

Rh45

rhodium 102.91

77Ir

iridium 192.22

Mt109 meitnerium

Ni28

nickel 58.693

Pd46

palladium 106.42

Pt78 platinum

195.08

Ds110 darmstadtium

Cu29

copper 63.546(3)

Ag47

silver 107.87

Au79 gold 196.97

Zn30

zinc 65.38(2)

Cd48

cadmium 112.41

Hg80 mercury

200.59

Rg111 roentgenium

Cn112 copernicium

114Fl

flerovium

Nh113 nihonium

Mc115 moscovium

Ts117 tennessine

Og118 oganesson

Lv116 livermorium

La57 lanthanum

138.91

Ce58 cerium 140.12

Pr59 praseodymium

140.91

Nd60 neodymium

144.24

Pm61 promethium

Sm62 samarium

150.36(2)

Eu63 europium

151.96

Gd64 gadolinium

157.25(3)

Tb65 terbium

158.93

Dy66 dysprosium

162.50

Ho67 holmium

164.93

Er68 erbium

167.26

Tm69 thulium 168.93

Yb70 ytterbium

173.05

Lu71 lutetium

174.97

Ac89 actinium

Th90

thorium 232.04

Pa91

protactinium 231.04

U92

uranium 238.03

Np93 neptunium

Pu94 plutonium

Am95 americium

Cm96 curium

Bk97 berkelium

Cf98 californium

Es99 einsteinium

Fm100 fermium

Md101 mendelevium

No102 nobelium

103Lr

lawrencium

Sc21

scandium 44.956

39Y

yttrium 88.906

57-71 lanthanoids

89-103 actinoids

atomic number

Symbol

name

conventional atomic weight standard atomic weight

2 Key: 13 14 15 16 17

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

For notes and updates to this table, see www.iupac.org. This version is dated 28 November 2016.

IUPAC Periodic Table of the Elements