Escrito por: Mateus Cavassin.
Iniciante
Fazendo as fórmulas estruturais das moléculas:
COCl2: geometria é trigonal plana, hibridização sp2 e o número de pares eletrônicos livres é 0.
H3PO4: geometria é tetraédrica, hibridização sp3 e o número de pares eletrônicos livres é 0.
IF7: geometria é bipirâmide pentagonal, hibridização sp3d3 e o número de pares eletrônicos livres é 0.
KrF4: geometria da molécula é quadrado planar, hibridização sp3d2 e o número de pares eletrônicos livres é 2.
I−3: geometria da molécula é linear, hibridização sp3d e o número de pares eletrônicos livres é 3.
Intermediário
a) Comparando o 21483Bi com 21081Ti, notamos que há uma diferença de 4 no número de massa e 2 no número atômico. Logo, a reação é da forma:
21483Bi → 21081Ti + 42α
Sabemos que a partícula α corresponde ao núcleo de hélio que é um gás nobre o que produz uma pressão maior no interior do recipiente. Assim, sabendo que a reação é de 1:1 com relação aos átomos consumidos de bismuto e produzidos de partículas α, respectivamente:
PV=nRT,n=PVRT
386atm.10L0,082LatmK−1mol−1.298K=n=158,5mol
A massa molar do bismuto é 214g/mol, logo:
158,7mol.214g/mol=33,9.103g
b) Como a reação é de primeira ordem, valem as relações:
lnmm0=−kt,t1/2=ln2k
Rearranjando obtemos:
−t1/2.lnmm0ln2=t
Substituindo e tendo em vista que a massa de Bismuto que irá ter no momento em que a quantidade de helio é suficiente para estourar o vidro será 60kg−33,9kg=26,1kg:
−19,9min.ln26,1kg60kgln2=t=23,9min
Avançado
a) Primeiro, deve-se ter em mente que para um líquido entrar em vaporização, ele necessita ter a pressão de vapor igual ou superior a pressão atmosférica já que ele necessita vencer a força que atua sobre sua superfície. Assim, basta analisarmos o ponto do gráfico onde a altura corresponde à altura dos dois locais em relação ao nível do mar. Para Curitiba, o ponto é aquele em que a ordenada é aproximadamente 92kPa. Para a Cordilheira dos Andes, o ponto é aquele em que a ordenada é aproximadamente 41kPa. Veja a figura abaixo:
b) Com base no item a, já sabemos que o a água precisa ter uma pressão de vapor maior para entrar em ebulição em Curitiba e, portanto, precisa de mais energia para fazer isso. Assim, o local que ela menos precisaria de calor para entrar em ebulição é na Cordilheira dos Andes.
c) Para este processo, a água líquida não deve participar da expressão da constante Kp, de modo que o processo de vaporização bem descrito da forma:
Kp=PH2O(g)
d) Pela equação de Van 't Hoff, temos que:
ln(K)=ΔSR−ΔHRT
Substituindo em (1) em (2):
ln(PH2O(g))=ΔSR−ΔHRT.
Assim deduzimos a equação de Clausius-Clapeyron:
ln(P1)−ln(P2)=ΔSR−ΔSR−ΔHRT1−(−ΔHRT2)
ln(P1P2)=−ΔHR(1T1−1T2).
e) Como a densindade da água é 1kg/L, sabemos que a massa de água presente no sistema é 1kg ou 1000g. Assim, o número de mols de água presente será a massa de água dividido pela massa molar da água:
n=mˊaguaMMˊagua=1000g18g/mol≈55,6mol
Agora calculando o valor da energia total fornecida para a ebulição da água:
P=QΔt↔P.Δt=Q
Onde P é a pontência em watts fornecida pelo sistema, Δt o tempo em segundos e Q o calor em joules. Como ΔH=Qn, temos que:
ΔH=Δt.Pn=5.60s.8,1kW55,6mol=43,7kJ/mol.
f) Com base na equação de Clausius-Clapeyron (4), podemos calcular o valor da temperatura de ebulição:
Para Curitiba, sabemos que a pressão de vapor é 92kPa=0,9atm (figura 1). Portanto, substituindo:
ln(1atm0,9atm)=−43700J8,314J/K.mol(1373K−1T1),T1=370,23K=97.23∘C.
Para os Andes, sabemos que a pressão de vapor necessária é 41kPa=0,4atm. Substituindo:
ln(1atm0,4atm)=−43700J8,3144621J/K.mol(1373K−1T2),T2=350,36K=77,21∘C.