Química - Semana 138

Escrito por: Pedro Alonso

Comemorando do Dia dos Professores, que ocorreu nessa sexta feira, faço os problemas dessa semana em homenagem aos meus professores de química de olimpíadas, que me ensinaram tudo o que eu sei no assunto hoje e me permitiram chegar tão longe nas Olimpíadas!

Obrigado a todos vocês! : )

INICIANTE

Daniela é uma professora de química que gosta muito de explosões. Certa vez, em uma aula de laboratório, ela decidiu fazer com seus alunos um experimento envolvendo balões explosivos. Para isso, ela reage uma solução de Ácido Clorídrico com fitas de Magnésio metálico e enche balões com o gás formado na reação.

a) Escreva a equação balanceada da reação que está ocorrendo e diga qual é o gás formado.

A professora pretendia encher 10 balões com volume máximo de 1L. Porém, ao olhar rapidamente os armários do laboratório ela encontrou apenas uma fita de 2,5 g de magnésio. Sabendo que isso não seria suficiente, ela pediu para Marcela, a técnica do laboratório, que buscasse mais fitas para o experimento. Considerando que a temperatura no dia era de 27ºC e a pressão de 1 atm, que todo o gás nos balões veio do gás formado na reação e que o ácido clorídrico está em excesso:

b) Quantas fitas dessa a mais são necessárias para o experimento dar certo como planejado?

Por fim, chegou a hora de apreciar a explosão. De longe, a uma distância segura, um aluno usa uma vara para segurar o balão enquanto outro faz o mesmo com um fósforo aceso. Quando o fogo encosta no balão, ele rapidamente explode em chamas.

c) Sobre esse processo, responda com Verdadeiro ou Falso as seguintes afirmações:

As chamas formadas ocorrem porque o gás do balão reage com o oxigênio do ar em uma reação de combustão
A reação da explosão libera muita energia, ou seja, sua variação de entalpia é maior do que $0$
A reação da explosão é endotérmica, por isso foi necessária a chama do fósforo como energia de ativação
O gás se expandiu rapidamente por causa do calor liberado, por isso houve uma explosão

Constantes

$R = 0,08 \frac{L \cdot atm}{K \cdot mol}$

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Massas Molares

$Mg = 24 \frac{g}{mol}$ , $H = 1 \frac{g}{mol}$ , $Cl = 35,5 \frac{g}{mol}$ , $O = 16 \frac{g}{mol}$

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INTERMÉDIARIO

Victor, professor de inorgânica, está se preparando para dar aula de seu assunto favorito: complexos e teoria do campo cristalino.

Para explicar isomerias entre complexos, ele montou, com modelos moleculares, duas moléculas octaédricas diferentes de fórmula $Co(NH_3)_3Cl_3$ .

a) Desenhe as estruturas dos dois isômeros com essa fórmula e nomeie-as

b) Depois, ele explicou a teoria do campo cristalino e em seguida passou o seguinte exercício: para uma série de complexos diferentes, os alunos teriam que rapidamente desenhar seu diagrama de desdobramento e dizer se eles são paramagnéticos ou diamagnéticos:

$[Ti(H_2O)_6]^{3+}$
$[Fe(H_2O)_6]^{2+}$
$[Fe(CN)_6]^{4-}$
$[NiBr_4]^{2-}$
$[Pt(NH_3)_4]^{2+}$

Por fim, ele passa um desafio sobre a matéria.

Para seguinte reação:

$Co(H_2O)_{6 (aq)}^{2+} + 6 Cl_{(aq)}^- \rightarrow CoCl_{4 (aq)}^{2-} + 6 H_2O_{(l)}$

Sabendo que $\Delta_O (Co(H_2O)_6^{2+}) = 9300 cm^{-1}$ e $\Delta_T (Co(Cl)_4^{2-}) = 3300 cm^{-1}$ :

c) O equilíbrio da reação, normalmente, deve tender mais para os reagentes ou produtos?

Ligantes

Campo Fraco: $H_2O$ , $Br^-$ , $Cl^-$ ; Campo Forte: $CN^-$ , $NH_3$

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Configurações Eletronicas dos Metais

Ti = [Ar] $3d^2 4s^2$ , Fe = [Ar] $3d^6 4s^2$ , Co = [Ar] $3d^7 4s^2$ , Ni = [Ar] $3d^8 4s^2$ , Pt = [Xe] $4f^{14} 5d^8 6s^2$

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AVANÇADO

Depois de ter passado toda a matéria mais básica, Henrique, o professor de orgânica, resolveu dar uma aula sobre uma matéria especial: Reações de Cicloadição. Dentro dessa categoria, a reação de Diels-Alder é uma das mais importantes.

Para treinar o conteúdo, o professor passou uma síntese envolvendo outras reações mais básicas e uma etapa com a reação de Diels-Alder

a) Identifique os compostos A, B, C, D e E e diga em qual etapa ocorreu uma reação de Diels Alder

Já Júlio, professor de físico-química, prefere explicar as coisas do ponto de vista da Mecânica Quântica. Assim, ele deu uma aula sobre como a Teoria do Orbital Molecular afeta o entendimento de reações químicas, inclusive reações orgânicas.

b) Desenhe o diagrama de orbitais moleculares para as ligações $\pi$ conjugadas de um dienófilo e de um dieno genérico. Explique o mecanismo da reação de Diels-Alder em termos de orbitais moleculares.