QUÍMICA II
Volume 4 Módulo 14 – Radioatividade (I)
Radioatividade (I) Existem na Natureza alguns elementos fisicamente instáveis, cujos átomos, ao se desintegrarem, emitem energia sob forma de radiação. Dá-se o nome radioatividade justamente a essa propriedade que tais átomos têm de emitir radiação. As radiações nucleares podem ser de vários tipos, mas, principalmente: partículas alfa (a), partículas beta (b) e radiação gama (g).
Natureza das Radiações
0
A Z
210
Ex.: Pb
82
→ Bi
A
→ b –1 + YZ + 1
X
0
214
+ b –1
83
Equação geral da desintegração A Z
4
0
A
X+ x2 a + g –1b + Z Y
Reações de transmutação São reações naturais ou provocadas onde um átomo se transforma em outro. 4
27
1
30
Ex.: Al13 + a2 → Si14 + p1 4
→ Emissão: a . 2 São emissões formadas por 2 prótons e 2 nêutrons. Têm baixo poder de penetração. 0
→ Emissão: b–1 . São emissões formadas por apenas 1 elétron, que é atirado para fora do núcleo instável em altíssima velocidade. Têm poder de penetração de 50 a 100 vezes maior que a emissão a. 0
→ Emissão: g0 . Na verdade, as emissões g não são partículas, mas ondas eletromagnéticas semelhantes à luz, com comprimento de onda muitíssimo menor e, portanto, de energia muito mais elevada.
31
4
A–4
Ex.: Po
214 84
4
→ a2 + Pb
210 82
→ 2a Lei da Radioatividade (Soddy, Fajans e Russel) Quando um núcleo emite uma partícula b, seu número atômico aumenta 1 unidade e seu número de massa permanece o mesmo:
3º Ano – Ensino Médio
1 0
Partícula
Representação 4a
Alfa
2
0 –1 b 1 1 p 1 0 n 0 –1 b 2p 1
Beta Próton
→ 1a Lei da Radioatividade (Soddy) Quando um núcleo emite uma partícula a, seu número atômico diminui 2 unidades e seu número de massa diminui em 4 unidades: A
30
Obs.: Uma reação de transmutação artificial ocorre quando núcleos estáveis de elementos naturais são bombardeados com diferentes partículas (alfa, beta, próton, nêutrons, etc.), transformando-se em núcleos de outro elemento químico. Isso significa que ocorre a transformação de um elemento que não ocorreria naturalmente na natureza, mas que pode ser induzido em laboratório. A seguir temos uma tabela que relaciona as principais partículas usadas como projéteis, isto é, usadas para bombardear o núcleo alvo:
Leis da Desintegração Radioativa
XZ + a2 → YZ – 2
1
Ex.: P15 + p1 → Si14 + n
Nêutron Pósitron Dêuteron
Fissão nuclear É a divisão do núcleo de um átomo em dois núcleos menores, com liberação de uma quantidade enorme de energia. 235
Ex.: U
1
+ n0 → Ba 92
142
91
1
9 56 + Sr36 + 3n0 + 4,6 x 10 kcal
Química II
1
QUÍMICA II
Módulo 14 Radioatividade (I)
Fusão nuclear É a junção de dois núcleos atômicos produzindo um núcleo maior, com liberação de uma quantidade enorme de energia. 2
2
1
3
Ex.: H 1 + H1 → H 1 + p1 + 9,3 x 107 kcal 2
2
3
1
Ex.: H + H1 → He 1 + n0 + 7,6 x 107 kcal 1
Exercício Resolvido 01 – Neptúnio foi o primeiro elemento transurânico preparado em laboratório. Esse elemento foi obtido através das reações nucleares: 238 92U
+ 0n1 → 92Ux e 92Ux → 93Np239 + y.
Com relação às equações, forneça o valor de x e identifique a partícula Y. Solução 238 + 1 = x x = 239 Considerando a massa de y como A e a carga como Z, teremos: 239 = 239 + A A = zero 92 = 93 + Z Z=–1
A) B) C) D) E)
82 prótons e 133 nêutrons. 84 prótons e 131 nêutrons. 86 prótons e 129 nêutrons. 88 prótons e 127 nêutrons. 90 prótons e 125 nêutrons.
03 – A terapia para tratamento de câncer utiliza-se da radiação para destruir células malignas. O boro-10, não radioativo, é incorporado a um composto que é absorvido preferencialmente pelos tumores. O paciente é exposto a breves períodos de bombardeamento por nêutrons. Quando bombardeado, o boro10 decai gerando partículas alfa, cuja radiação destrói as células cancerosas. Assim que o bombardeamento é interrompido, cessa a emissão dessas partículas. No bombardeamento com nêutrons, o boro-10 decai para o nuclídeo, que é um dos isótopos do: A) nitrogênio. B) sódio. C) berílio.
D) lítio. E) neônio.
04 – Marie Sklodowka Curie, por seus trabalhos com a radioatividade e pelas descober tas de novos elementos químicos como o polônio e o rádio, foi a primeira mulher a ganhar dois prêmios Nobel: um de física, em 1903, e um de química, em 1911. Suas descobertas possibilitaram a utilização de radioisótopos na medicina nuclear. O elemento sódio não possui um isótopo radioativo na natureza, porém o sódio-24 pode ser produzido por bombardeamento em um reator nuclear. As equações nucleares são as seguintes: 24 12Mg
+ “X” → 11Na24 + 1H1
24 11Na
→ 12Mg24 + “Y”
Daí, Y = partícula beta. O sódio-24 é utilizado para monitorar a circulação sanguínea, com o objetivo de detectar obstruções no sistema circulatório. “X” e “Y” são, respectivamente:
Exercícios de Fixação 01 – O elemento radioativo natural, após uma série de emissões a e b, converte-se em um isótopo, não radioativo, estável, do elemento chumbo 82Pb208, o número de partículas alfa e beta, emitidas após este processo, é, respectivamente, de:
A) B) C) D) E)
A) 5a e 2b. B) 5a e 5b. C) 6a e 4b.
05 – Considere as seguintes equações relativas a processos nucleares:
D) 6a e 5b. E) 6a e 6b.
215Po
207
se desintegra em chumbo 82Po 02 – O polônio radioativo pela emissão global de iguais quantidades de partículas alfa e beta. Com relação ao 215Po podemos concluir que seu núcleo possui:
2
Química II
raios X e partícula beta. raios X e partícula alfa. partícula alfa e raios gama. nêutron e raios gama. nêutron e partícula beta.
8
→ 2He4 + 2He4 + x.
I.
3Li
II.
7 7 4Be + y → 3Li 8 8 5B → 4Be + z. 3 3 1H → 2He + w.
III. IV.
3º Ano – Ensino Médio
QUÍMICA II
Módulo 14 Radioatividade (I)
Ao completar as equações dadas, as partículas x, y, z e w são, respectivamente: A) B) C) D) E)
pósitron, alfa, elétron e elétron. elétron, alfa, elétron e pósitron. alfa, elétron, elétron e pósitron. elétron, elétron, pósitron e elétron. elétron, elétron, pósitron e nêutron.
06 – Elementos transurânicos podem ser sintetizados pelo bombardeamento de núcleos mais leves com par tículas pesadas. Em 1958, Miller e outros produziram o isótopo 238
254 102
No (nobélio) a partir do 92U. A reação que ocorreu produziu, além do novo elemento, No, ainda 6 nêutrons. Assinale com qual partícula o alvo, A) B) C)
10B
238
92U,
foi bombardeado.
D) E)
24Na
22Ne 16O
12C
07 – O reator atômico instalado no município de Angra dos Reis é do tipo PWR 2 Reator de Água Pressurizada. O seu princípio básico consiste em obter energia através do fenômeno “fissão nuclear”, em que ocorre a ruptura de núcleos pesados em outros mais leves, liberando grande quantidade de energia. Esse fenômeno pode ser representado pela seguinte equação nuclear: 0n
1
+ 92U235 → 55Cs144 + T + 2 0n1 + energia
Os números atômicos e de massa do elemento T estão respectivamente indicados na seguinte alternativa: A) B) C) D)
27 e 91. 37 e 90. 39 e 92. 43 e 93.
08 – Um contraste radiológico, suspeito de causar a morte de pelo menos 21 pessoas, tem como principal IMPUREZA TÓXICA um sal que, no estômago, reage liberando dióxido de carbono e um íon tóxico (Me21). Me é um metal que pertence ao grupo dos alcalino terrosos, tais como Ca, Ba e Ra, cujos números atômicos são, respectivamente, 20, 56 e 88. Isótopos desse metal Me são produzidos no bombardeio do urânio-235 com nêutrons lentos: 1
n+ 0
235
1
142Me + Kr + 3 n 92U → 36 0
Assim sendo, a impureza tóxica deve ser:
3º Ano – Ensino Médio
A) B) C) D) E)
cianeto de bário. cianeto de cálcio. carbonato de rádio. carbonato de bário. carbonato de cálcio.
09 – Físicos da Califórnia relataram em 1999 que, por uma fração de segundo, haviam produzido o elemento mais pesado já obtido, com número atômico 118. Em 2001, eles comunicaram, por meio de uma nota a uma revista científica, que tudo não havia passado de um engano. Esse novo elemento teria sido obtido pela fusão nuclear de núcleos de 86Kr e 208Pb, com a liberação de uma partícula. O número de nêutrons desse “novo elemento” e a partícula emitida após a fusão seriam, respectivamente: A) B) C) D) E)
175, nêutron. 175, próton. 176, beta. 176, nêutron. 176, próton.
10 – Ao se desintegrar, o átomo 86Rn222 emite 3 partículas alfa e 4 partículas beta. O número atômico e o número de massa do átomo final são, respectivamente: A) B) C) D) E)
84 e 210. 210 e 84. 82 e 210. 210 e 82. 86 e 208.
Exercícios Propostos 01 – O 235U é o responsável pela energia produzida por reatores comerciais, através do processo de fissão nuclear. O 238U, que constitui a maior parte do combustível nuclear, não sofre processo de fissão nessas condições. No entanto, ao ser atingido por nêutrons produzidos no funcionamento normal do reator, dá origem ao isótopo 239U, que emite, sucessivamente, duas partículas b, gerando um produto radioativo, com meiavida extremamente longa e que pode ser utilizado para fins militares. Sobre o produto gerado pelo decaimento radioativo do 239U, pela emissão sucessiva de duas partículas b, é correto afirmar que se trata de: A) B) C) D)
239 93Np . 239 94Pu . 234 90Th . U236.
E) mistura de U237 e U238.
Química II
3
QUÍMICA II
Módulo 14 Radioatividade (I)
02 – A datação de material orgânico envolve um dos isótopos do carbono, o carbono 14. As plantas e os animais incorporam o isótopo C-14 pelo CO‚ da atmosfera ou através da cadeia alimentar. Quando morrem, a quantidade de C-14 decai e ele se desintegra de acordo com a equação a seguir: 14 6C
→ 7N14 + Radiação
Com base no texto acima e nos conceitos relacionados à radioatividade, é correto afirmar que: A) a radiação emitida na reação possui menor poder de penetração que as ondas eletromagnéticas. B) o processo de datação de fóssil, pergaminho e de documentos antigos é feito pela determinação da quantidade total de carbono presente nas amostras. C) todas as radiações são necessárias e essenciais à manutenção da vida. D) a transformação de carbono em nitrogênio indica que esses átomos são isótonos. E) as ondas eletromagnéticas são formadas por radiações Beta. 03 – Os núcleos dos átomos são constituídos de prótons e nêutrons, sendo ambos os principais responsáveis pela sua massa. Notase que, na maioria dos núcleos, essas partículas não estão presentes na mesma proporção. O gráfico a seguir mostra a quantidade de nêutrons (N) em função da quantidade de prótons (Z) para os núcleos estáveis conhecidos.
O antimônio é um elemento químico que possui 50 prótons e possui vários isótopos – átomos que só se diferem pelo número de nêutrons. De acordo com o gráfico, os isótopos estáveis do antimônio possuem: A) B) C) D) E)
entre 12 e 24 nêutrons a menos que o número de prótons. exatamente o mesmo número de prótons e nêutrons. entre 0 e 12 nêutrons a mais que o número de prótons. entre 12 e 24 nêutrons a mais que o número de prótons. entre 0 e 12 nêutrons a menos que o número de prótons.
04 – Na música “Bye, bye, Brasil” de Chico Buarque de Holanda e Roberto Menescae, os versos: “puseram uma usina no mar talvez fique ruim pra pescar” poderiam estar se referindo à usina nuclear de Angra dos Reis, no litoral do Estado do Rio de Janeiro. No caso de tratar-se dessa usina, em funcionamento normal, dificuldades para a pesca nas proximidades podem ser causadas: A) pelo aquecimento das águas, utilizadas para refrigeração da usina, que alteraria a fauna marinha. B) pela oxidação dos equipamentos pesados e por detonações que espantariam os peixes. C) pelos rejeitos radioativos lançados continuamente no mar, que provocariam a morte dos peixes. D) pela contaminação por metais pesados dos processos de enriquecimento do urânio. E) pelo vazamento de lixo atômico colocado em tonéis e lançado ao mar nas vizinhanças da usina. 05 – Um problema ainda não resolvido da geração nuclear de eletricidade é a destinação dos rejeitos radioativos, o chamado “lixo atômico”. Os rejeitos mais ativos ficam por um período em piscinas de aço inoxidável nas próprias usinas antes de ser, como os demais rejeitos, acondicionados em tambores que são dispostos em áreas cercadas ou encerrados em depósitos subterrâneos secos, como antigas minas de sal. A complexidade do problema do lixo atômico, comparativamente a outros lixos com substâncias tóxicas, se deve ao fato de:
(Adaptado de KAPLAN, I. Física Nuclear. Rio de Janeiro: Guanabara Dois. 1978.)
4
Química II
A) emitir radiações nocivas, por milhares de anos, em um processo que não tem como ser interrompido artificialmente. B) acumular-se em quantidades bem maiores do que o lixo industrial convencional, faltando assim, locais para reunir tanto material. C) ser constituído de materiais orgânicos que podem contaminar muitas espécies vivas, inclusive os próprios seres humanos. D) exalar continuamente gases venenosos, que tornariam o ar irrespirável por milhares de anos. E) emitir radiações e gases que podem destruir a camada de ozônio e agravar o efeito estufa.
3º Ano – Ensino Médio
QUÍMICA II
Volume 4 Módulo 15 – Radioatividade (II)
Radioatividade (II) Cinética Radioativa Como os nossos sentidos não são capazes de detectar a radiação, é faz muito importante conhecer bem todos os tipos de radiações, como elas se comportam e como medi-las. Só dessa maneira é possível controlar e aplicar adequadamente a radiação nuclear, nas mais variadas áreas. A cinética radioativa estuda o comportamento de uma amostra radioativa, observando sua vida média e período de semidesintegração ou meia-vida.
Cinética da desintegração radioativa
Vm =
1 C
onde C é a constante radioativa. C – constante radioativa indica a fração de átomos desintegrados na unidade de tempo. Observação: A relação entre meia-vida e vida média é: P = 0,7 Vm
Exercício Resolvido 01 – O cobalto-60, usado em hospitais, tem meia vida de 5 anos. Calcule
quantos mols de átomos de cobalto-60 restarão após 15 anos em uma amostra que inicialmente continha 10 g desse isótopo.
Meia-vida ou período de semidesintegração (P ou t ½) É o tempo necessário para desintegrar metade dos átomos radioativos (ou metade da massa de átomos radioativos). Para que você possa visualizar melhor o significado de meia-vida observe os esquemas:
Solução:
5 anos 5 anos 5 anos 10 g → 5 g → 2,5 g → 1,25 g
Exercícios de Fixação 01 – O iodo-125, variedade radioativa do iodo com aplicações medicinais, tem meia vida de 60 dias. Quantos gramas de iodo-125 irão restar, após 6 meses, a partir de uma amostra contendo 2,00 g do radioisótopo? A) 1,50. B) 0,75. C) 0,66.
no de átomos
n0 n0 2 n0 4 t1
t2
tempo
P 2P
mo
P →
mo 2
P →
Concluímos então que: m =
mo 4
P →
mo 8
n m0 , onde x = t/P ou n = 0X . 2 2X
Vida média (Vm) Determina o tempo que os átomos de uma amostra radioativa levam em média para se desintegrarem. É estatisticamente o inverso da constante radioativa: 3º Ano – Ensino Médio
D) 0,25. E) 0,10.
02 – Por meio de estudos pormenorizados realizados por bioantropólogos mexicanos, constatou-se que as feições do fóssil humano mais antigo já encontrado no México eram muito parecidas com aborígines australianos. O fóssil em questão, com 12 mil anos, é o crânio conhecido como Mulher de Penón. A determinação da idade de um fóssil é baseada no decaimento radioativo do isótopo carbono-14, cujo tempo de meia-vida é de aproximadamente 6000 anos. A percentagem de carbono-14 encontrada atualmente no fóssil em relação àquela contida no momento da morte é aproximadamente igual a: A) 25%. B) 37%. C) 50%.
D) 75%. E) 90%.
03 – Protestos de várias entidades ecológicas têm alertado sobre os danos ambientais causados pelas experiências nucleares francesas no Atol de Mururoa. Isótopos radioativos prejudiciais aos seres vivos, como 90Sr, formam o chamado “lixo nuclear” desses experimentos. Quantos anos são necessários para que uma amostra de 90Sr, lançada no ar, se reduza a 25% da massa inicial? Química II
5
QUÍMICA II
Módulo 15 Radioatividade (II)
Dado: meia-vida do 90Sr = 28,5 anos A) 28,5. B) 57,0. C) 85,5.
D) 99,7. E) 114.
04 – Em 1999, foi estudada a ossada do habitante considerado mais antigo do Brasil, uma mulher que a equipe responsável pela pesquisa convencionou chamar Luzia. A idade da ossada foi determinada como sendo igual a 11.500 anos. Suponha que, nessa determinação, foi empregado o método da dosagem do isótopo radioativo carbono-14, cujo tempo de meia-vida é de 5.730 anos. Pode-se afirmar que a quantidade de carbono-14 encontrada atualmente na ossada, comparada com a contida no corpo de Luzia por ocasião de sua morte, é aproximadamente igual a: A) 100% do valor original. B) 50% do valor original. C) 25% do valor original.
D) 10% do valor original. E) 5% do valor original.
05 – Segundo a Folha de S.Paulo (16/4/2003), o mais velho ícone religioso identificável achado nas Américas foi encontrado em um antigo cemitério a 193 quilômetros de Lima por um casal de antropólogos. Segundo a datação por carbono-14, o fragmento é de 2.250 a.C. O carbono-14, que é radioativo, tem meia-vida aproximada de 5.600 anos, que é o tempo necessário para que metade dos núcleos radioativos do material se desintegre. Considerando a idade demonstrada pela análise do ícone, podemos afirmar que foi decorrido, aproximadamente, um tempo igual a: A) B) C) D) E)
Um período de meia-vida de C-14. Dois períodos de meia-vida de C-14. 1/2 de um período de meia-vida de C-14. 3/4 de um período de meia-vida de C-14. 4 períodos de meia-vida de C-14.
06 – O 201Tl é um isótopo radioativo usado na forma de TlCl3 (cloreto de tálio), para diagnóstico do funcionamento do coração. Sua meia-vida é de 73 h (≅ 3 dias). Certo hospital possui 20 g desse isótopo. Sua massa, em gramas, após 9 dias, será igual a: A) 1,25. B) 2,5. C) 3,3.
6
Química II
D) 5,0. E) 7,5.
07 – Um dos materiais irradiados durante a operação de um reator nuclear é o fósforo 32. O procedimento para evitar a contaminação radioativa por esse material é estocá-lo, para decaimento a níveis de segurança. Sabe-se que a meia-vida do fósforo 32 é de 14 dias. Considerando 7,8 mg como nível de segurança, assinale o tempo, em dias, necessário para este valor ser atingido a partir de 1 grama de fósforo-32. A) B) C) D) E)
42. 98. 118. 256. 512.
08 – Um certo isótopo radioativo apresenta um período de semidesintegração de 5 horas. Partindo de uma massa inicial de 400 g, após quantas horas a mesma ficará reduzida a 6,125 g? A) 5 horas. B) 25 horas. C) 15 horas.
D) 30 horas. E) 10 horas.
09. Um radioisótopo, para ser adequado para fins terapêuticos, deve possuir algumas qualidades, tais como: emitir radiação gama (alto poder de penetração) e meia-vida apropriada. Um dos isótopos usados é o tecnécio-99, que emite este tipo de radiação e apresenta meia-vida de 6 horas. Qual o tempo necessário para diminuir a emissão dessa radiação para 3,125% da intensidade inicial? A) 12 horas. B) 18 horas. C) 24 horas.
D) 30 horas. E) 36 horas.
10 – De vilão a mocinho! Assim pode ser considerado o fenômeno da radioatividade. As radiações podem causar sérios danos biológicos. Produzem e são causadoras de leucemia e de câncer. Entretanto, em doses controladas, a radiação é utilizada para combater e, em alguns casos, eliminar essas doenças. Considerando-se a cinética das emissões radioativas, se a massa de um isótopo radioativo se reduz a 12,5% do valor inicial depois de um ano, e considerando-se que um ano tem exatamente 12 meses, então a meia- -vida desse isótopo, em meses, é: A) 8. B) 6. C) 4.
D) 3. E) 2.
3º Ano – Ensino Médio
QUÍMICA II
Módulo 15 Radioatividade (II)
Exercícios Propostos
1 kg
01 – Mediu-se a radioatividade de uma amostra arqueológica de madeira, verificando-se que o nível de sua radioatividade devida ao carbono-14 era 1/16 do apresentado por uma amostra de madeira recente. Sabendo-se que a meia-vida do isótopo 14 3 6C é 5,73 x 10 anos, a idade, em anos, dessa amostra é: D) 2,29 x 104. E) 9,17 x 104.
1620
02 – Um fragmento de tecido encontrado em uma escavação arqueológica apresentou atividade radioativa do carbono-14 de 3,5 desintegrações/min.g. Admita que a taxa de desintegração atual do carbono-14 na matéria viva é de 14 desintegrações/ min.g. A idade, em anos, aproximada, para esse fragmento de tecido é: (meia-vida do carbono-14 = 5.730 anos.) A) 8.595. B) 11.460. C) 17.190.
D) 5.730. E) 22.920.
03 – Um centro de pesquisa nuclear possui um cíclotron que produz radioisótopos para exames de tomografia. Um deles, o flúor-18 (18 F), com meia-vida de aproximadamente 1 h 30 min, é separado em doses, de acordo com o intervalo de tempo entre sua preparação e o início previsto para o exame. Se o frasco com a dose adequada para o exame de um paciente A, a ser realizado 2 horas depois da preparação, contém N/A átomos de 18 F, o frasco destinado ao exame de um paciente B, a ser realizado 5 horas depois da preparação, deve conter NB átomos de 18 F, com: A) NB = 2 NA. B) NB = 3 NA. C) NB = 4 NA.
D) NB = 6 NA. E) NB = 8 NA.
04 – O lixo radioativo ou nuclear é resultado da manipulação de materiais radioativos, utilizados hoje na agricultura, na indústria, na medicina, em pesquisas científicas, na produção de energia etc. Embora a radioatividade se reduza com o tempo, o processo de decaimento radioativo de alguns materiais pode levar milhões de anos. Por isso, existe a necessidade de se fazer um descarte adequado e controlado de resíduos dessa natureza. A taxa de decaimento radioativo é medida em termos de um tempo característico, chamado meia-vida, que é o tempo necessário para que uma amostra perca metade de sua radioatividade original. O gráfico seguinte representa a taxa de decaimento radioativo do rádio-226, elemento químico pertencente à família dos metais alcalinos terrosos e que foi utilizado durante muito tempo na medicina.
3º Ano – Ensino Médio
1/4 kg 1/8 kg 3240
4860
Anos
As informações fornecidas mostram que: A) quanto maior é a meia-vida de uma substância mais rápido ela se desintegra. B) apenas 1/8 de uma amostra de rádio-226 terá decaído ao final de 4.860 anos. C) metade da quantidade original de rádio-226, ao final de 3.240 anos, ainda estará por decair. D) restará menos de 1% de rádio-226 em qualquer amostra dessa substância após decorridas 3 meias-vidas. E) a amostra de rádio-226 diminui a sua quantidade pela metade a cada intervalo de 1.620 anos devido à desintegração radioativa. 05 – A duração do efeito de alguns fármacos está relacionada à sua meia-vida, tempo necessário para que a quantidade original do fármaco no organismo se o reduza à metade. A cada intervalo de tempo correspondente a uma meia-vida, a quantidade de fármaco existente no organismo no final do intervalo é igual a 50% da quantidade no início desse intervalo. 100
% de fármaco no organismo
A) 3,58 x 102. B) 1,43 x 103. C) 5,73 x 103.
1/2 kg
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0
1
2
3
4
5
6
7
O gráfico anterior representa, de forma genérica, o que acontece com a quantidade de fármaco no organismo humano ao longo do tempo. (F. D. Duchs e Cher I. Wannma. Farmacologia Clínica.)
Química II
7
QUÍMICA II
Módulo 15 Radioatividade (II)
A meia-vida do antibiótico amoxicilina é de 1 hora. Assim, se uma dose desse antibiótico for injetada às 12 h em um paciente, o percentual dessa dose que restará em seu organismo às 13 h 30 será aproximadamente de: A) 10%. B) 15%. C) 25%.
D) 35%. E) 50%.
Anotações
8
Química II
3º Ano – Ensino Médio
QUÍMICA II
Volume 4 Módulo 16 – Termoquímica (I)
Termoquímica (I)
Reações Endotérmicas Reações que absorvem calor → DH > 0 (positivo) Exemplo:
Termoquímica é a parte da Química que estuda a relação entre a energia química e a energia térmica.
2 HBr(g) → H2(g) + Br2(g) DH = 8,7 kcal
Calor de Reação
Pode também ser representada por:
É o nome dado à quantidade de calor liberada ou absorvida em uma reação química para 1 mol de substância.
2 HBr(g) + 8,7 kcal → H2(g) + Br2(g) 2 HBr(g) → H2(g) + Br2(g) – 8,7 kcal
Entalpia (H)
Representação gráfica:
O conteúdo energético de um sistema, isto é, a energia armazenada em suas ligações é denominada entalpia e representada por H.
Como ∆H é positivo, Hprodutos é maior do que Hreagentes. entalpia (H) PRODUTOS
Variação de Entalpia (DH) Indica a diferença de entalpia entre dois sistemas.
DH > 0 REAGENTES
DH = Hf – Hi ou DH = Hp – Hf Quanto ao calor desenvolvido, as reações químicas se classificam em exotérmicas e endotérmicas.
Reações Exotérmicas
Equações Termoquímicas
Reações que liberam calor → DH < 0 (negativo) Exemplo: C(grafite) + O2(g) → CO2(g) DH = – 94,0 kcal Pode, também, ser representada por: C (grafite) + O2(g) → CO2(g) + 94 kcal C (grafite) + O2(g) – 94 kcal → CO2(g)
Representação gráfica: ∆H é negativo; Hprodutos é menor do que Hreagentes. entalpia (H) REAGENTES DH < 0
Muitos são os fatores que têm influência direta sobre a variação de entalpia de um determinado sistema: temperatura da experiência, estado alotrópico, estado físico de reagentes e produtos, pressão, etc. Deste modo, ao indicarmos a variação da entalpia de uma transformação química, todos estes fatores devem ser indicados para que não haja dúvidas sobre em que condições a experiência foi realizada. Supondo que as reações a seguir sejam realizadas a 25ºC e 1 atm:
1 O2(g) + H2(g) → H2O(vp) DH = –58 kcal 2 II. 1 O2(g) + H2(g) → H2O(L) DH = –68,3 kcal 2 III. C(grafite) + O2(g) → CO2(g) DH = –94,0 kcal I.
IV. C(diamante)+ O2(g) → CO2(g) DH = –94,5 kcal PRODUTOS
caminho da reação
3º Ano – Ensino Médio
caminho da reação
Comparando-se as variações de entalpia das reações I e II, assim como das reações III e IV, nota-se que há diferenças quando um dos reagentes ou produtos modifica o seu estado físico ou alotrópico.
Química II
9
QUÍMICA II
Módulo 16 Termoquímica (I)
Tipos de calores de reação
Solução:
Como vimos, é o calor desprendido ou absorvido em uma reação química para 1 mol de substância. O calor de reação recebe nomes particulares conforme seja a reação. Veremos calor de formação, calor de decomposição e calor de combustão.
1. DH = – 37 – 0 = – 37 kJ
• Entalpia ou Calor de Formação (DHf) – energia liberada ou absorvida na formação de um mol de substância a partir de seus constituintes mais simples.
2. DH = – 251 – (–37) = – 214 kJ 3. DH = – 251 – 0 = –251 kJ 02 – Calcule a quantidade de calor liberada na queima de 920 g de etanol Solução: C2H5OH : MM = 46 g/mol 46 g __________327,6 kcal 920 g__________ x x = 6.552 kcal liberadas.
Ex.: Calor de formação do gás carbônico. C (grafite) + O2(g) → CO2(g) DHf = –94,1 kcal • Entalpia ou Calor de Decomposição (DHd) – energia liberada ou absorvida na decomposição de um mol de substância a gerando seus constituintes mais simples. Ex.: Calor de decomposição da água líquida. H2O(l) → H2(g) + 1/2 O2(g) DHd = 68,3 kcal • Entalpia ou Calor de Combustão (DHc) – energia liberada na reação de um mol de substância com oxigênio gerando gás carbônico, água ou algum outro óxido correspondente.
Exercícios de Fixação 01 – Cerca de 80% da energia consumida no mundo deriva da queima de petróleo, carvão ou gás natural, que são fontes energéticas não renováveis e irão se esgotar a médio ou longo prazo. Uma das alternativas para resolver o problema é o uso da biomassa, matéria orgânica que, quando fermenta, produz o biogás, cujo principal componente é o metano.
Ex.: Calor de combustão do etanol.
A queima do metano se dá pela equação:
C2H5OH(l) + 3 O2(g) → 2 CO2(g) + 3 H2O(l) DH = – 327,6 kcal
CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(l) DH = – 888 kJ/mol
Exercícios resolvidos 01 – Dado o diagrama de entalpia para os processos de absorção e dissociação de O2, em superfície de platina, calcule os valores das variações de entalpia, DH, para as seguintes etapas:
Entalpia (kJ)
1. O2(g) → O2(ads) 2. O2(ads) → 2 O(ads) 3. O2(g) → 2 O(ads) 0 –17 –37
–251–
10
Química II
O2(g)
Estado de transição O2(ads)
2 O(ads) Coordenada de reação
Em relação a essa equação, analise as afirmativas a seguir e assinale verdadeira (V) ou falsa (F) em cada uma delas. ( ( (
) A reação de combustão do metano é exotérmica. ) A entalpia dos reagentes é menor que a entalpia dos produtos. ) A variação de entalpia, nesse caso, indica que a quantidade de calor absorvida é de 888 kJ/mol. A sequência correta é:
A) V – F – F. B) V – F – V. C) F – V – F.
D) F – V – V. E) V – V – F.
02 – Para a equação HNO3(aq) + KOH(aq) → KNO3(aq) + H2O(liq), que apresenta valor de ∆H= –13,8 kcal/mol, o calor de reação envolvido nessa transformação é de: A) B) C) D) E)
combustão. dissolução. formação. neutralização. solução. 3º Ano – Ensino Médio
QUÍMICA II
Módulo 16 Termoquímica (I)
03 – A queima de substâncias combustíveis produz um percentual de resíduos considerados popularmente como poluição. Os combustíveis menos poluentes, em geral, são os de maior custo econômico, como o gás hidrogênio, que em sua queima produz água e muito calor. A quantidade de calor que o hidrogênio é capaz de produzir (poder calorífico) é da ordem de 33.900 kcal/kg.
A) B) C) D) E)
– 200. + 200. – 100. + 100. – 50.
07 – Considere o diagrama de entalpia abaixo:
Esse valor corresponde, em kJ/kg, a aproximadamente: A) B) C) D) E)
H(kJ)
182. 1.820. 14.200. 142.000. 182.000.
0
04 – O gás natural veicular (GNV) é um combustível alternativo, menos poluente, de menor custo por quilômetro, no qual o metano (CH4) é o componente predominante. Sabe-se que um mol de metano libera cerca de 890 kJ/mol, em uma combustão completa. A energia liberada, em kJ, na combustão total de 800 g de metano no motor de um automóvel movido por GNV é de, aproximadamente: A) 2.700. B) 12.800. (C) 14.240.
D) 44.500. E) 712.000.
1 H2(g) + O2(g) 2
H2O(g)
–242
H2O(l)
–283
H2O(s)
–292
Assinale a opção que contém a equação termoquímica correta: 08 – Considere o seguinte gráfico: H A2(g) + B2(g)
05 – “Proteínas e carboidratos são fontes de energia para os organismos.”
A) B) C) D) E)
DH
2 AB(g)
No metabolismo, proteínas e carboidratos suprem, cada um, cerca de 4 quilocalorias por grama. Que massa de proteína tem que ser metabolizada para ter-se, aproximadamente, o mesmo efeito energético que 0,10 mol de glicose (C6H12O6)?
caminho da reação
180 g. 90 g. 45 g. 36 g. 18 g.
De acordo com o gráfico ao lado, indique a opção que completa, respectivamente, as lacunas da frase a seguir: “A variação da entalpia, ΔH, é_________; a reação é________ porque se processa_________calor.”
06 – Para a reação S(r) → S(m), o valor da variação de entalpia (em calorias), calculado com base no gráfico, é:
H(cal) 0
S(m)
–20
–80 120
3º Ano – Ensino Médio
positiva – exotérmica – liberando positiva – endotérmica – absorvendo negativa – endotérmica – absorvendo negativa – exotérmica – liberando negativa – exotérmica – absorvendo
09 – Explosivos, em geral, são formados por substâncias que, ao reagirem, liberam grande quantidade de energia. O nitrato de amônio, um explosivo muito empregado em atividades de mineração, se decompõe segundo a equação química:
–40 –60 100
A) B) C) D) E)
S(r)
2 NH4NO3(s) → 2 N2(g) + O2(g) + 4 H2O(g)
Química II
11
QUÍMICA II
Módulo 16 Termoquímica (I)
Em um teste, essa decomposição liberou 592,5 kJ de energia e produziu uma mistura de nitrogênio e oxigênio com volume de 168 L, medido nas CNTP.
água
Nas mesmas condições, o teste com 1 mol de nitrato de amônio libera, em quilojoules, a seguinte quantidade de energia: A) B) C) D)
39,5. 59,3. 118,5. 158,0.
Na2CO3 10 H2O(sólido)
10 – Uma pessoa adulta consome, em média, cerca de 2.000 kcal de energia por dia. A porcentagem desse valor fornecida pela ingestão de 34 g de sacarose é aproximadamente: (Dados: energia liberada no metabolismo da sacarose: 1,4 x 103 kcal/mol–1; massa molar da sacarose: 342 g/mol–1.) A) B) C) D) E)
0,2%. 3,0%. 7,0%. 17%. 34%.
A) B) C) D) E)
Obtém-se o resfriamento como consequência da transformação: sal + água → íons em solução + calor. sal – água → íons desidratados – calor. sal + água → sal hidratado + calor. sal + água → íons em solução – calor. sal – água → íons desidratados + calor.
03 – O gás natural (metano) é um combustível utilizado, em usinas termelétricas, na geração de eletricidade, a partir da energia liberada na combustão. CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(g)
Exercícios Propostos 01 – Os alunos de um curso da USJT realizam todos os dias 30 minutos de ginástica para manter a forma atlética. Um deles deseja perder alguns quilos de gordura localizada para entrar em forma e é orientado pelo professor a fazer uma ginástica monitorada, na qual terá que despender 15 kcal/minuto. Analisando a tabela dada:
Substância
Valor calórico (kcal/g)
Glicose
3,8
Carboidratos
4,1
Proteínas
4,1
Gorduras
9,3
Quantos quilos de gordura esse aluno perderá depois de 93 dias de atividades de ginástica? Suponha que sua alimentação diária seja de 2.500 kcal e inalterada. A) 5,0 kg. D) 4,5 kg. B) 7,5 kg. E) 3,0 kg. C) 10,0 kg. 02 – Pode-se resfriar o conteúdo de uma garrafa colocando-a em um recipiente que contém Na2CO3 10 H2O sólido e, em seguida, adicionando água até a dissolução desse sal.
12
Química II
DH = – 800 kJ/mol
Em Ibirité, região metropolitana de Belo Horizonte, está em fase de instalação uma termelétrica que deveria ter, aproximadamente, uma produção de 2,4 . 109 kJ/hora de energia elétrica. Considere que a energia térmica liberada na combustão do metano é completamente convertida em energia elétrica. Nesse caso, a massa de CO2 lançada na atmosfera será, aproximadamente, igual a: A) 3 toneladas/hora. D) 132 toneladas/hora. B) 18 toneladas/hora. E) 280 toneladas/hora. C) 48 toneladas/hora. 04 – Aparentemente, cada grama de álcool etílico ingerido por uma pessoa fornece sete quilocalorias ao organismo humano, dando energia e reduzindo a fome. Essa, no entanto, é uma energia aparente, pois não contém as vitaminas e os aminoácidos necessários ao organismo, e este fato leva os alcoólatras a um estado de deficiência nutricional múltipla. Supondo que um indivíduo necessite, por dia, de 3.500 kcal de energia para se manter, o volume, em mL, de álcool a ser ingerido por essa pessoa precisa ser de: (Dado: densidade do álcool etílico = 0,8 g/mL.) A) 625. B) 0,002. C) 500.
D) 350. E) 24.500.
3º Ano – Ensino Médio
QUÍMICA II
Módulo 16 Termoquímica (I)
05 – As denominações combustível “limpo” e combustível “verde” são empregadas em relação ao hidrogênio, pelo fato de sua queima provocar baixo impacto ambiental. Observe a reação química da combustão do hidrogênio, representada abaixo: 2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(v)
DH = – 116,24 kcal
Utilizando os dados acima e supondo suficiente a quantidade de oxigênio, é possível estabelecer o valor da massa de hidrogênio que, ao ser queimada, produzirá energia equivalente a 232,48 kcal.
A) B) C) D) E)
Esse valor, em gramas, é igual a: (Dado: massa molar(g/mol): H2 = 2,0.) 2,0. 4,0. 6,0. 8,0. 16.
3º Ano – Ensino Médio
Química II
13
QUÍMICA II
Módulo 16 Termoquímica (I) Anotações
14
Química II
3º Ano – Ensino Médio
QUÍMICA II
Volume 4 Módulo 17 – Termoquímica (II)
Termoquímica (II)
Solução: C2H5OH + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O
DH = – 327,6 kcal
2 CO2 +2 H2O → C2H4O + 5/2 O2 DH = 279,0 kcal
Leis de termoquímica A quantidade de calor envolvida em uma reação química é igual e de sinal contrário ao da transformação inversa.
C2H5OH + 3 O2 + 2 CO2 + 2 H2O → 2 CO2 + 3 H2O + C2H4O + 5/2 O2
Exemplo:
Simplificando como se fosse uma igualdade matemática:
½ H2(g) + ½ Cl2(g) → HCl(g) DH = –22,0 kcal HCl(g) → ½ H2(g) + ½ Cl2(g) DH = +22,0 kcal
C2H5OH+ 1/2 O2 → C2H4O + H2O DH = – 327,6 + 279,0 = – 48,6 kcal
Lei de Hess “A quantidade de calor desprendida ou absorvida em uma reação química depende apenas dos estados inicial e final do sistema, não dependendo dos estados intermediários.”
Exercícios de Fixação 01 – São dadas as seguintes variações de entalpia de combustão. C(s) + O2(g) → CO2(g) DH1 = –94,0 kcal
Exemplo: Formação do CO2(g).
H2(g) +
• Método direto C(grafite) + O2(g) → CO2(g) DH = –94 kcal/mol
CH4(g) + 2 O2(g) → CO2 + 2 H2O(l) DH 3 = –212.0
• Método indireto C(grafite) + 1 2 O2 (g) → CO(g)
kcal DH =−26,3 kcal mol
Considere a formação do metano, segundo a equação:
CO(g) + 1 2 O2 (g) → CO2 (g) DH =−67,7 kcal mol C(grafite) + O2 (g) → CO2 (g) DH =−94 kcal mol
C(s) + 2 H2(g) → CH4(g)
Observações:
A quantidade em quilocalorias, em valor absoluto, envolvida na formação de 1 mol de metano, é:
→ O CO(g) é um estado intermediário. → Quando uma equação termoquímica é multiplicada por um determinado valor, o seu DH também será multiplicado.
Exercício Resolvido 01 – Dadas as reações: I. C2H5OH(l) + 3 O2(g) → 2 CO2(g) + 3 H2O(l) DH = – 327,6 kcal II. C2H4O(l) + 5/2 O2(g) → 2 CO2(g) + 2 H2O(l) DH = – 279,0 kcal Calcule o DH da reação de oxidação do álcool etílico: C2H5OH(l) + 1/2 O2(g) → C2H4O(l) + H2O(l) nas mesmas condições.
1 O (g) → H2O(l) DH2 = –68,0 kcal 2 2
A) B) C) D) E)
442. 50. 18. 254. 348.
02 – A cor vermelha de certos fogos de artifício é devida ao carbonato de estrôncio, cuja formação é representada pela equação: Sr(s) + C(grafite) +
3 O (g) → SrCO3(s) 2 2
Sendo dados os DH°? I. Sr(s) +
1 O (g) → SrO(s) 2 2
II. SrO(s) + CO2(g) → SrCO3(s) III. C(grafite) + O2(g) → CO2(g)
3º Ano – Ensino Médio
DH1 = – 592 kJ DH2 = – 234 kJ
DH3 = – 394 kJ
Química II
15
QUÍMICA II
Módulo 17 Termoquímica (II) A diferença de entalpia para a combustão completa do acetileno será:
Pode-se afirmar que a entalpia de formação do carbonato de estrôncio, em kJ/mol, é:
A) –188,2 kcal/mol. B) –330 kcal/mol. C) –310,7 kcal/mol.
A) –628. B) –986. C) +986. D) –1220. E) +1220.
06 – Calcule o calor da reação representada pela equação:
03 – Dadas as equações termoquímicas: S(s) + O2(g) → SO2(g)
DH1 = – 297 kJ mol
3 S(s) + O2(g) → SO3(g) 2
DH2 = – 396 kJ mol
Pode-se concluir que a reação: SO2(g) +
A) +693. B) –693. C) +99,0.
2 C + 3 H2 → C2H6 sabendo que: C + O2 → CO2 DH1 = –94,1 kcal H2 + 1/2 O2 → H2O DH2 = –68,3 kcal
1 O (g) → SO3(g) 2 2
tem ∆H, em kJ/mol, igual a: D) –99,0. E) +44,5.
04 – Com base nas variações de entalpia associadas às reações a seguir:
C2H6 + 7/2 O2 → 2 CO2 + 3 H2O DH3 = –372,7 kcal A) B) C) D) E)
+20,4 kcal. –20,4 kcal. +40,8 kcal. –40,8 kcal. zero.
07 – Dadas as seguintes equações: C(s) → C(g) DH1 = 171 kcal/mol
N2(g) + 2 O2(g) → 2 NO2(g) DH1 = +67,6 kJ
H2(g) → 2 H(g) DH2 = 104,2 kcal/mol
N2(g) + 2 O2(g) → N2O4(g) DH2 = + 9,6 kJ
CH4(g) → C(g) + 4 H(g)
Pode-se prever que a variação de entalpia associada à reação de dimerização do NO2 será igual a:
Calcule a entalpia para a reação:
2 NO2(g) → 1 N2O4(g) A) –58,0 kJ. B) +58,0 kJ. C) –77,2 kJ.
D) +77,2 kJ. E) +648 kJ.
05 – O acetileno (C2H2) usado nos maçaricos de “solda a oxigênio” queima conforme a equação: C2H2(g) + 2,5 O2(g) → 2 CO2(g) + H2O(l) Dados: 2 C(s) + H2(g) → C2H2(g) DH1 = +54,2 kcal/mol H2(g) + 0,5 O2(g) → H2O(l)
DH2 = –68,3 kcal/mol
C(s) + O2(g) → CO2(g) DH3 = –94,1 kcal/mol
16
D) –376,4 kcal/mol. E) –115 kcal/mol.
Química II
DH3 = 395,2 kcal/mol
CH4(g) → C(s) + 2 H2(g) Arredonde o resultado para o inteiro mais próximo e marque este número. A) 120 kcal. B) 358 kcal. C) 16 kcal.
D) –120 kcal. E) –16 kcal.
08 – A entalpia de combustão da grafite a gás carbônico é –94 kcal/mol. A do monóxido de carbono gasoso a gás carbônico é –68 kcal/mol. Desses dados, pode-se concluir que a entalpia de combustão da grafite a monóxido de carbono gasoso, expressa em kcal/mol vale: A) +13. B) +26. C) –13.
D) –26. E) –162.
3º Ano – Ensino Médio
QUÍMICA II
Módulo 17 Termoquímica (II)
09 – A combustão de um mol de metano nas condições padrão, de acordo com a equação (I), libera 606,7 kJ. Qual será a quantidade de calor liberada na reação representada pela equação (II), em kJ/mol, se o calor de vaporização da água é 44,0 kJ/mol? I. CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(l)
02. Os propelentes de aerossol são normalmente clorofluorcarbonos (CFC), que, com o seu uso contínuo, podem reduzir a blindagem de ozônio na atmosfera. Na estratosfera, os CFCs e o O2 absorvem radiação de alta energia e produzem, respectivamente, átomos de cloro (que têm efeito catalítico para remover o ozônio) e átomos de oxigênio.
II. CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(g) A) B) C) D) E)
562,7. 650,7. 694,7. 518,7. 560,7.
O3 + Cl → ClO + O2
DH2 = –95,5 kJ
O valor de ΔH, em kJ, para a reação de remoção de ozônio, representada pela equação O3 + [O] → 2 O2, é igual a: A) –299. B) –108. C) –12,5.
10 – Dadas as reações: I. C(grafite) + O2(g) → CO2(g) DH1 = –94,1 kcal II. H2O(l) → H2(g) + 1/2 O2(g) DH2 = +68,3 kcal Calcule a variação de entalpia da reação: C(grafite) + 3/2 O2(g) + H2(g) → CO2(g) + H2O(l) e assinale a opção correta: A) B) C) D) E)
O2 + Cl → ClO + [O] DH1 = +203,5 kJ
– 25,8 e a reação é endotérmica. – 162,4 e a reação é endotérmica. + 162,4 e a reação é endotérmica. – 162,4 e a reação é exotérmica. – 25,8 e a reação é exotérmica.
D) +108. E) +299.
03 – A gasolina, que contém octano como um componente, pode produzir monóxido de carbono, se o fornecimento de ar for restrito. A partir das entalpias padrão de reação para a combustão do octano (1) e do monóxido de carbono (2), obtenha a entalpia padrão de reação, para a combustão incompleta de 1 mol de octano líquido, no ar, que produza monóxido de carbono e água líquida. I. 2 C8H18(l) + 25 O2(g) → 16 CO2(g) + 18 H2O(l) D = – 10.942 kJ II. 2 CO(g) + O2(g) → 2 CO2(g) kJ A) – 10376 kJ. B) – 8442 kJ. C) – 2370 kJ.
Exercícios Propostos 01 – A fermentação que produz o álcool das bebidas alcoólicas é uma reação exotérmica, representada pela equação: C6H12O6(s) → 2 C2H5OH(l) + 2 CO2(g) + x kJ Considerando-se as equações que representam as combustões da glicose e do etanol:
D = – 566,0
D) – 6414 kJ. E) – 3207 kJ.
04 – O monóxido de carbono, um dos gases emitidos pelos canos de escapamento de automóveis, é uma substância nociva, que pode causar até mesmo a morte, dependendo de sua concentração no ar. A adaptação de catalisadores aos escapamentos permite diminuir sua emissão, pois favorece a formação do CO2, conforme a equação a seguir: CO(g) +
1 O (g) → CO2(g) 2 2
Sabe-se que as entalpias de formação para o CO e para o CO2 são, respectivamente, –110,5 kJ.mol–1 e –393,5 kJ.mol–1. É correto afirmar que, quando há consumo de 1 mol de oxigênio por esta reação, serão:
C6H12O6(s) + 6 O2(g) → 6 CO2(g) + 6 H2O(l) + 2840 kJ C2H5OH(l) + 3 O2(g) → 2 CO2(g) + 3 H2O(l) + 1350 kJ pode-se concluir que o valor de x em kJ/mol de glicose é: A) 140. B) 280. C) 1490.
3º Ano – Ensino Médio
D) 4330. E) 5540.
A) B) C) D) E)
consumidos 787 kJ. consumidos 183 kJ. produzidos 566 kJ. produzidos 504 kJ. produzidos 393,5 kJ. Química II
17
QUÍMICA II
Módulo 17 Termoquímica (II)
05 – Em grandes centros urbanos, é possível encontrar uma coloração marrom no ar, decorrente da formação de gás NO2 devido à reação entre o gás NO, produzido por motores a combustão, e o gás oxigênio do ar, de acordo com a seguinte equação: 2 NO(g) + O2(g) → 2 NO2(g) Considere as equações termoquímicas, a 25ºC e a 1 atm: 1/2 N2(g) +
1 O (g) → NO(g) 2 2
1/2 N2(g) + O2(g) → NO2(g)
DH1 = + 90,0 kJ/mol DH2 = +34,0 kJ/mol
O valor, em kJ/mol, da variação de entalpia (∆H) da reação de formação do NO2(g) nos grandes centros urbanos é: A) B) C) D) E)
– 112,0. – 56,0. + 112,0. + 56,0. – 250,0.
Anotações
18
Química II
3º Ano – Ensino Médio
QUÍMICA II
Volume 4 Módulo 18 – Termoquímica (III)
Termoquímica (II)
Exercícios de Fixação 01 – Com base nos dados da tabela,
Energia de ligação É a energia associada a uma ligação química, medida pela quantidade de calor que se deve fornecer ao sistema para romper a ligação. DHR = ΣELIGAÇÃO dos reagentes – ΣELIGAÇÃO dos produtos; em que a energia de ligação corresponde à energia necessária para “romper” (processo endotérmico) ou formar (processo exotérmico) um mol de ligações. Obs.: Podemos calcular a variação de entalpia de uma reação a partir das entalpias de formação das substâncias que participam da reação, pela fórmula:
Exercícios Resolvidos 01 – Considere a reação de adição de gás cloro, Cl2(g), ao eteno, C2H4(g). Calcule o DH da reação, sendo conhecidas as energias de ligação abaixo: C – Cl: 78,2 kcal/mol. Cl – Cl: 58,0 kcal/ mol.
Solução: DH = (ECl – Cl + 4 EC – H + EC = C) –(2 EC – Cl + 4 EC – H + EC – C) DH = (58 + 4 x 98,8 + 146,8 ) – (2 x 78,2 + 4 x 98,8 + 82,9) DH = – 34,5 kcal 02 – CH4(g) + H2O(v) → CO(g) + 3 H2(g) O gás hidrogênio pode ser obtido pela reação acima equacionada. Dadas as entalpias de formação em kJ/mol, CH4 =– 75, H2O = – 287 e CO = – 108, calcule a entalpia da reação a 25ºC e 1 atm. Solução: CH4(g) – 75
+
H2O(v) → – 287 →
CO(g) + 3 H2(g) – 108
– 362 → – 108 DHreação = DHf produtos – DHf reagentes ∆H = –108 – (–362) ∆H = –108 + 362 ∆H = +254 kJ 3º Ano – Ensino Médio
Energia de ligação (kJ/ mol)
H–H
436
Cl – Cl
243
H – Cl
432
pode-se estimar que o DH da reação representada por: H2(g) + Cl2(g) → 2 HCl(g), dado em kJ por mol de HCl(g), é igual a: A) – 92,5. B) – 185. C) – 247.
DH = Hfinal – Hinicial
H – C: 98,8 kcal/mol. C – C: 82,9 kcal/mol. C = C: 146,8 kcal/mol.
Ligação
0
D) + 185. E) + 92,5.
02 – Os romanos utilizavam CaO como argamassa nas construções rochosas. O CaO era misturado com água, produzindo Ca(OH)2, que reagia lentamente com o CO2 atmosférico, resultando em calcário: Ca(OH)2(s) + CO2(g) → CaCO3(s) + H2O(g)
Substância
DH0f(kJ/mol)
Ca(OH)2(s)
–986,1
CaCO3(s)
–1206,9
CO2(g)
–393,5
H2O(g)
–241,8
A partir dos dados da tabela, a variação de entalpia da reação, em kJ/mol, será igual a: A) + 138,2. B) + 69,1. C) – 69,1.
D) – 220,8. E) – 2.828,3.
03 – A variação de entalpia para a reação dada pela equação abaixo vale: 4 HCl(g) + O2(g) → 2 H2O(g) + 2 Cl2(g) Dados: (Energia de ligação em kcal/mol) H H
– –
O
=
Cl
–
Cl
→
103,1
O
→
110,6
O
→
119,1
Cl
→
57,9 Química II
19
QUÍMICA II
Módulo 18 Termoquímica (III)
A) + 1.089,2 kcal. B) – 467,4 kcal. C) – 26,7 kcal.
D) + 911,8 kcal. E) – 114,8 kcal.
07 – De forma simplificada, a reação da fotossíntese ficaria: Luz
6 CO2(g) + 6 H2O(l) → C6H12O6(s) + 6 O2(g) Clorofila
04 – Calcule o DH0 em kcal/mol, a 25ºC, para:
Dadas as entalpias de formação de CO2 (– 94 kcal/mol), da H2O (–58 kcal/mol) e da glicose (–242 kcal/mol), pode-se concluir que o processo é:
1 Fe2 O3(s) + 1 CO(g) → 2 FeO(s) + 1 CO2(g) Dados os calores de formação em kcal/mol: DH0f Fe2O3(s) = –196,50. DH0f CO(g)= –26,41. DH0f FeO(s) = –63,80. DH0f CO2(g) = –94,05.) A) 12,60. B) 1,26. C) 6,30.
D) 9,80. E) 37,50.
2 C3H5(NO3)3(l) → 3 N2(g) + 1/2 O2(g) + 5 H2O(g) Qual será a energia liberada, em kJ, quando reagir 1 mol de nitroglicerina? Dados: ∆Hf[CO2(g)] = – 393,5 kJ/mol ∆Hf[H2O(g)] = – 241,8 kJ/mol ∆Hf[C3H5(NO3)3] = – 364 kJ/mol D) – 1421. E) + 2842.
06 – Considere os dados abaixo: I. Entalpia de formação da H2O(ℓ) = – 68 kcal/mol II. Entalpia de formação do CO2(g) = – 94 kcal/mol III. Entalpia de combustão do C2H5OH(ℓ) = – 327 kcal/mol A entalpia de formação do etanol é: A) 15,5 kcal/mol. B) 3,5 kcal/mol. C) – 28 kcal/mol.
endotérmico, e a energia envolvida é 1152 kcal/mol de glicose. endotérmico, e a energia envolvida é 670 kcal/mol glicose. exotérmico, e a energia envolvida é 1152 kcal/mol glicose. exotérmico, e a energia envolvida é 670 kcal/mol glicose. endotérmico, e a energia envolvida é 392 kcal/mol glicose.
08 – O acetileno é um gás de grande uso comercial, sobretudo em maçaricos de oficinas de lanternagem.
05 – A nitroglicerina é um poderoso explosivo e produz quatro diferentes tipos de gases quando detonada.
A) + 1421. B) – 364. C) – 182.
A) B) C) D) E)
D) – 45 kcal/mol. E) – 65 kcal/mol.
Assinale a opção correspondente à quantidade de calor fornecida pela combustão completa de 5,2 kg de acetileno (C2H2), a 25ºC, sabendo-se que as entalpias de formação, a 25ºC, são: CO2(g) = – 94,1 kcal/mol; H2O(ℓ) = – 68,3 kcal/mol; C2H2(g) = + 54,2 kcal/mol. A) 1.615 kcal. B) 6.214 kcal. C) 21.660 kcal.
09 – Para a geração de energia mediante queima de carvão, analisase a possibilidade de se usar um tipo de carvão importado que tem as seguintes características: poder calorífico igual a 10 kcal/g e teor de enxofre igual a 0,5%. A geração de 10 × 1012 kcal de energia lançaria na atmosfera a seguinte quantidade de dióxido de enxofre: (Dados – massas molares: S = 32 g/mol e O = 16 g/mol.) A) 10.000 ton. B) 5.000 ton. C) 10 × 106 ton.
Química II
D) 5 × 106 ton. (E) 2.500 ton.
10 – Uma mistura gasosa de massa total 132,0 g é formada por igual número de mols de etano (C2H6) e butano (C4H10). A combustão total dos gases constituintes dessa mistura libera para o ambiente: (Dados: Os calores de combustão dos gases etano e butano são, respectivamente, – 1.428 kJ/mol e 2.658 kJ/mol ; MA C =12u, MA H =1u A) 4.897 kJ. B) 8.172 kJ. C) 3.372 kJ.
20
D) 40.460 kcal. E) 62.140 kcal.
D) 4.086 kJ. E) 6.129 kJ.
3º Ano – Ensino Médio
QUÍMICA II
Módulo 18 Termoquímica (III)
Exercícios Propostos 01 – Metano, o principal componente do gás natural, é um importante combustível industrial. A equação balanceada de sua combustão está representada na figura a seguir.
03 – Pode-se conceituar energia de ligação química como sendo a variação de entalpia (DH) que ocorre na quebra de 1 mol de uma dada ligação. Assim, na reação representada pela equação: NH3(g) → N(g) + 3 H(g)
H
são quebrados 3 mols de ligação N – H, sendo, portanto, a energia de ligação N – H igual a 390 kJ/mol. Sabendo-se que na decomposição:
C(g) + 2 O = O(g) → O = C = O(g) + 2 O(g)
H
H
H
H
H
Consideram-se, ainda, as seguintes energias de ligação, em kJ mol–1: E (C – H) = 416 E (C = O) = 805 E (0 = 0) = 498 E (0 – H) = 464 Utilizando-se os dados anteriores, pode-se estimar que a entalpia de combustão do metano, em kJ mol–1, é: A) –2.660. B) –806. C) –122.
D) 122. E) 200.
02 – O gás cloro (Cl2), amarelo-esverdeado, é altamente tóxico. Ao ser inalado, reage com a água existente nos pulmões, formando ácido clorídrico (HCl), um ácido forte, capaz de causar graves lesões internas, conforme a seguinte reação:
N2H4(g) → 2 N(g) + 4 H(g) N2H4
A) B) C) D) E)
Energia de ligação (kJ/ mol; 25ºC e 1 atm)
Cl – Cl
243
H–O
464
H – Cl
431
Cl – O
205
DH = 1720 kJ/mol
são quebradas ligações N – N e N – H, qual o valor, em kJ/mol, da energia de ligação N – N? 80. 160. 344. 550. 1.330.
04 – A fermentação alcoólica é um processo cujo princípio é a transformação dos açúcares em etanol e dióxido de carbono. A equação que representa esta transformação é: C6H12O6 + enzima → 2 C2H5OH + 2 CO2 Conhecendo-se os calores de formação do dióxido de carbono (–94,1 kcal/mol), do etanol (–66,0 kcal/mol) e da glicose (–302,0 kcal/mol), pode-se afirmar que a fermentação alcoólica ocorre com:
Cl2(g) + H2O(g) → HCl(g) + HClO(g)
Ligação
DH = 1170 kJ/mol NH3
A) B) C) D) E)
absorção de 18,2 kcal/mol. absorção de 75,9 kcal/mol. liberação de 47,8 kcal/mol. liberação de 18,2 kcal/mol. liberação de 142,0 kcal/mol.
Utilizando os dados constantes na tabela anterior, marque a opção que contém o valor correto da variação de entalpia verificada, em kJ/mol: A) +104. B) +71. C) +52.
3º Ano – Ensino Médio
D) –71. E) –104.
Química II
21
QUÍMICA II
Módulo 18 Termoquímica (III)
05 – Vários combustíveis alternativos estão sendo procurados para reduzir a demanda por combustíveis fósseis, cuja queima prejudica o meio ambiente devido à produção de dióxido de carbono (massa molar 44 g/mol). Três dos mais promissores combustíveis alternativos são o hidrogênio, o etanol e o metano. A queima de 1 mol de cada um desses combustíveis libera uma determinada quantidade de calor, que estão apresentadas na tabela a seguir.
A) B) C) D) E)
Combustível
Massa molar (g/mol)
Calor liberado na queima (kJ/mol)
H2
2
270
CH4
16
900
C2H5OH
46
1350
Considere que foram queimadas massas, independentemente, desses três combustíveis, de forma tal que em cada queima foram liberados 5400 kJ. O combustível mais econômico, ou seja, o que teve menor massa consumida, e o combustível mais poluente, que é aquele que produziu a maior massa de dióxido de carbono foram, respectivamente. o etanol, que teve apenas 46 g de massa consumida, e o metano, que produziu 900 g de CO2. o hidrogênio, que teve apenas 40 g de massa consumida, e o etanol, que produziu 352 g de CO2. o hidrogênio, que teve apenas 20 g de massa consumida, e o metano, que produziu 264 g de CO2. o etanol, que teve apenas 96 g de massa consumida, e o metano, que produziu 176 g de CO2. o hidrogênio, que teve apenas 2 g de massa consumida, e o etanol, que produziu 1350 g de CO2.
Anotações
22
Química II
3º Ano – Ensino Médio