Comentário da OBQ 2025 – Mod. A

Escrito por Guilherme Soares

Questão 1

Ácido clorídrico comercial, vendido com o nome de ácido muriático, é muito empregado na limpeza dos mais variados pisos de pedra, com exceção do piso de:

( A ) ardósia
( B ) concreto
( C ) granito.
( D ) mármore.
( E ) porcelanato.

SOLUÇÃO:
O mármore é rico em $CaCO_3$, que reage com o $HCl$ segundo a reação:

Assim, corroendo e desgastando o mármore. ITEM (D)

Questão 2

A contaminação ambiental por metais potencialmente tóxicos, presentes em efluentes industriais e mesmo domésticos, representa um dos principais desafios na interface entre a Química, a Biologia e a Saúde. Dentre os elementos da Tabela Periódica, três metais frequentemente associados a elevados riscos ambientais, presentes em produtos do nosso cotidiano, são representados pelos símbolos químicos:

( A ) Ag, Fe e Mg.
( B ) Ba, F e As.
( C ) Hg, Cd e Pb.
( D ) K, Ca e Na.
( E ) S, N e P.

SOLUÇÃO:
Mercúrio, cádmio e chumbo são metais pesados de alta toxicidade, presentes em produtos do dia a dia (termômetros, pilhas/baterias, lâmpadas fluorescentes, tintas). ITEM (C)

Questão 3

O ácido ortobórico, $H_3BO_3$ (ou $B(OH)_3$), encontrado especialmente na água boricada, é uma substância antisséptica e fungicida, usada em medicamentos indicados para infecções causadas por bactérias ou fungos. Esse ácido é solúvel em água e se comporta como um ácido de Lewis fraco.
Considerando as informações citadas, qual a correta equação química que representa o equilíbrio de transferência de íons hidrogênio na ionização do ácido ortobórico?

( A ) $\mathrm{B(OH)_3(aq) + H_2O(l) \rightleftharpoons B(OH)_4^{-}(aq) + H^{+}(aq)}$
( B ) $\mathrm{B(OH)_3(aq) + 2\,H_2O(l) \rightleftharpoons B(OH)_4^{-}(aq) + H_3O^{+}(aq)}$
( C ) $\mathrm{HBO_3(aq) + H_2O(l) \rightleftharpoons H_2BO_3^{-}(aq) + H_3O^{+}(aq)}$
( D ) $\mathrm{B(OH)_4^{-}(aq) \rightleftharpoons B(OH)_3(aq) + OH^{-}(aq)}$
( E ) $\mathrm{B(OH)_3(aq) \rightleftharpoons BO_3^{3-}(aq) + 3\,H^{+}(aq)}$

SOLUÇÃO:
O ácido ortobórico não libera próton diretamente; ele age como ácido de Lewis fraco. Uma molécula de água se liga de forma coordenada no ácido, e então é desprotonada por outra molécula de água. ITEM (A)

Questão 4

O dióxido de nitrogênio, gás marrom-avermelhado que pode causar problemas de saúde, sofre diversas reações químicas, sendo uma delas representada pela equação de equilíbrio a seguir:

$\mathrm{NO_2(g) + SO_2(g) \rightleftharpoons NO(g) + SO_3(g)}$, $Kc = 81,0$ (a 460ºC)

Um experimento foi realizado para determinar a quantidade de $NO_2$ presente no equilíbrio químico, em $460\,^\circ\mathrm{C}$, utilizando um recipiente com capacidade de $5{,}0\,\mathrm{L}$. As concentrações iniciais eram de $[\mathrm{NO_2}]=[\mathrm{SO_2}]=0{,}100\,\mathrm{mol\,L^{-1}}$ e $[\mathrm{NO}]=[\mathrm{SO_3}]=0{,}200\,\mathrm{mol\,L^{-1}}$. Quando o equilíbrio químico foi atingido, a massa de dióxido de nitrogênio, em gramas, será igual a:

( A ) 0,15.
( B ) 0,90.
( C ) 1,38.
( D ) 4,50
( E ) 6,90.

SOLUÇÃO:
Usando a constante de equilíbrio dada:
$\frac{(0,2+x)^2}{(0,1-x)^2}=81 \rightarrow \frac{0,2+x}{0,1-x} = 9 \rightarrow x = 0,07$
Então, a concentração de $NO_2$ é de $0,1 - 0,07 = 0,03 M$. Assim, podemos afirmar que o número de mols de $NO_2$ é de $0,03 mol/L \times 5 L = 0,15 mol$, que equivale a uma massa de $0,15 \times 46 = 6,9 g$. ITEM (E)

Questão 5

Um químico está realizando um experimento que necessita de resfriamento que garanta a baixa temperatura no sistema por diferentes instantes. No momento, ele não possui um banho termostatizado, mas tem acesso a gelo e dois sais: $\mathrm{NaCl}$, com solubilização endotérmica, e $\mathrm{LiCl}$, com solubilização exotérmica. Sendo assim, o químico preparou um banho de resfriamento com gelo e água, em:

( A ) Adicionou $\mathrm{LiCl}$, visto que este sal absorve energia para solubilizar-se e, consequentemente, resfriar a solução.
( B ) Adicionou $\mathrm{NaCl}$, visto que este sal libera energia para solubilizar-se e, consequentemente, resfriar a solução.
( C ) Adicionou $NaCl$, por este proporcionar a redução da temperatura de fusão do gelo e a consequente redução da temperatura do banho de resfriamento.
( D ) Adicionou $LiCl$, por este proporcionar a redução da temperatura de fusão do gelo e a consequente redução da temperatura do banho de resfriamento.
( E ) Não adicionou nenhum dos sais, pois ambos não teriam efeito sobre o ponto de fusao do gelo e, consequentemente, sobre as propriedades crioscópicas da água.

SOLUÇÃO:
Justificativa: ao dissolver, $NaCl$ é endotérmico (absorve calor) e ainda provoca abaixamento do ponto de fusão. Já $LiCl$ dissolve de forma exotérmica, aquecendo o banho, apesar de também baixar o ponto de fusão. ITEM (C).

Questão 6

Um técnico de laboratório adicionou 200 mL de uma solução aquosa de $CaCl_2$ 0,3 M a 300 mL de solução aquosa de $NaCl$ 0,2 M. Em seguida, ele adicionou 100 mL de água destilada à mistura. Determine a concentração de íons cloretos da solução resultante.

( A ) 0,36.
( B ) 0,30.
( C ) 0,24.
( D ) 0,20.
( E ) 0,10.

SOLUÇÃO:
Para achar o número de mols proveniente de um dos compostos, basta multiplicar seu volume pela sua molaridade, lembrando de levar em conta quantos “átomos de cloro” têm em cada molécula. Assim, provenientes do $CaCl_2$, temos $0,3 \times 0,2 \times 2 = 0,12 mol$. Provenientes do $NaCl$, temos $0,2 \times 0,3 = 0,06 mol$.
Para achar a molaridade final, vamos dividir o número de mols pelo volume total. $(0,06+0,12)/(0,3+0,2+0,1) = 0,3 M$. ITEM (B)

Questão 7

O estudo cinético de degradação de um medicamento é de extrema importância para se conhecer a sua vida útil sob diferentes condições ambientais. Em um estudo recentemente publicado, foi investigada a degradação fotocatalítica do piroxicam (PRX), um anti-inflamatório não-esteroidal aplicado no tratamento de dores reumáticas crônicas e pós-operatório. A degradação foi mediada por nanopartículas (NPs) de óxido de zinco (ZnO) e dióxido de titânio (TiO2) suportadas por zéolita. Quando NPs de ZnO foram usadas a 22ºC, a degradação do PRX apresentou cinética de primeira ordem, com constante de velocidade $0,0275 min^{-1}$, aproximadamente.
Diante dessas informações, é CORRETO afirmar que:

( A ) A constante de velocidade indica que, se a concentração de PRX for de 1 M, a velocidade de degradação terá valor de 0,275.
( B ) Em cinética de primeira ordem, a mesma massa de PRX é degradada em intervalos de tempo iguais.
( C ) Na cinética de primeira ordem, a velocidade da reação não depende da concentração de PRX.
( D ) As nanopartículas de ZnO atuam como fotocatalisador na degradação do medicamento.
( E ) A reação só pode acontecer na exata condição de temperatura indicada.

SOLUÇÃO:
A reação segue cinética de 1ª ordem: v = k[PRX], logo depende da concentração de PRX. Aplicando essa formula na concentração de 1 M, obteremos uma velocidade com valor de 0,0275, e não 0,275. Em 1ª ordem, não se decompôem mesmas massas em tempos iguais. A reação pode ocorrer em outras temperaturas, mas com valor de k diferente. Assim, as nanopartículas de ZnO atuam como fotocatalisador na degradação do medicamento. ITEM (D).

Questão 8

O pH do sangue humano é levemente alcalino e tamponado, na faixa de 7,30 a 7,45, para que as reações químicas no organismo ocorram de forma eficiente e os órgãos e sistemas funcionem corretamente.
Considerando o uso de quantidades adequadas das substâncias para manutenção eficiente do pH, indique qual das misturas a seguir pode ser usada para obter um sistema tampão com o pH indicado.

( A ) $KH_2PO_4 + K2HPO_4$
( B ) $NaHCO_3 + Na_2CO_3$
( C ) $NaHC_2O_4 + Na_2C_2O_4$
( D ) $NH_3 + NH_4Cl$
( E ) $NaCH_3COO + CH_3COOH$

SOLUÇÃO:
A faixa ótima de ação de um tampão, ou seja, a faixa de pH na qual ele mais resiste às mudanças, é dada por $pH = pKa \pm 1$. Sendo assim, a única solução-tampão que se adequa no pH do sangue é a de bifosfato de potássio, tedo faixa de resistência do pH de 6,2 até 8,2. ITEM (A).

Questão 9

Uma série de medições é realizada para determinar a massa molar de um gás desconhecido. Primeiro, um grande frasco é evacuado, e sua massa de 134,567 é determinada. Em seguida, o frasco é preenchido com o gás a uma pressão de 735 Torr, a 31ºC, e sua massa é determinada novamente, sendo agora de 137,456 g. Por fim, o frasco é preenchido com a água a 31ºC e pesado novamente; sua massa passa a ser 1067,9 g. A massa específica da água a 31ºC é de 0,997 g/mL.
Supondo que a equação do gás ideal seja válida para este caso, qual a massa molar aproximada do gás desconhecido, em g/mol?

( A ) 79,6
( B ) 76,9
( C ) 69,7.
( D ) 96,7.
( E ) 67,9.

SOLUÇÃO:
A massa de água que preenche completamente o frasco é de $1067,9-134,567 = 933,333g$, o que equivale a um volume de $0,936 L$, utilizando a densidade dada na questão.
A pressão no frasco é de $735/760 = 0,9671 atm$ e a temperatura é de $31 + 273,15 = 304,15 K$.
Substituindo os valores em $PV = nRT \Rightarrow 0,9671 \times 0,936 = n \times 0,082 \times 304,15$, temos que o número de mols é de $0,03630$.
A massa de gás utilizada é de $137,456-134,567=2,889g$. Sabendo que a massa molar M é dada pela razão entre a massa e o número de mols, temos que M é igual a $2,889/0,03630 = 79,6$ g/mol. ITEM (A)

Questão 10

Durante muitos anos a separação do ouro de outros minerais envolveu a reação desta substância com cianeto de potássio, conforme representado pela equação química não balanceada a seguir:
$Au(s) + KCN(aq) + O_2(g) + H_2O(l) \longrightarrow K[Au(CN)_2](s) + KOH(aq)$
A recuperação do ouro ocorre por meio da reação representada a seguir:
$2 K[Au(CN_2)](aq) + Zn(s) \longrightarrow 2Au(s) + K_2[Zn(CN)_4](aq)$
Em relação a esse processo de separação são feitas algumas afirmações:

I. O ouro atua como agente oxidante e o oxigênio como agente redutor na reação (1).
II. Para a obtenção de 100,00 g de ouro é necessário utilizar cerca de 66,12 g de KCN na reação.
III. Foram usados 413,26 g de KCN na obtenção de 500 g de ouro, assim, esse reagente estava em excesso de aproximadamente 25%.
IV. A soma dos menores coeficientes estequiométricos que balanceiam corretamente a equação 1 é igual a 23.
V. Ao se tratar 1,00 kg de mineral foram obtidos 1,32 kg do produto $K[Au(CN)_2]$, indicando que o mineral tem teor de ouro de aproximadamente 90$.

Qual o número de afirmações corretas?

( A ) 5
( B ) 4
( C ) 3
( D ) 2
( E ) 1

SOLUÇÃO:
Primeiramente, vamos balancear a equação (1):

$4Au(s) + 8KCN(aq) + O_2(g) + 2H_2O(l)\longrightarrow 4K<a href="s">Au(CN)_2</a> + 4KOH(aq)$

(i) Falso. O ouro é oxidado (0>+1) e, portanto, é o agente redutor. O oxigênio é reduzido (0>-2) e, portanto, é o agente oxidante.
(ii) Verdadeiro. Pela estequiometria da reação, 1 Au : 2 KCN.
Para 100g Au: $(100/197) \times 2 \times 65,12 = 66,1$ g KCN.
(iii) Verdadeiro. Para 500 g Au, KCN teórico é $5 \times 66,1 = 330,6g$
Então o excesso é de $(413,26-330,6)/330,6=25%$.
(iv) Verdadeiro. A soma do coeficientes é, de fato, 23.
(v) Verdadeiro.

ITEM (B)

Questão 11

A energia de ionização (EI) é definida como a energia mínima necessária para retirar um elétron de um átomo isolado ou de uma molécula, na fase gasosa, no estado fundamental. O gráfico mostra a variação da primeira energia de ionização, em kJ/mol, para diferentes átomos:

Com base nestas informações, analise as afirmativas apresentadas a seguir e marque (V) para aquelas que julgar verdadeiras e (F) para aquelas que julgar falsas.

( ) Os elementos com menores valores de energia de ionização são lítio, sódio e potássio.
( ) A energia de ionização do argônio é maior que a do flúor, porque o primeiro possui os orbitais de valência completamente ocupados por elétrons.
( ) Os elementos do terceiro período da tabela periódica possuem maior energia de ionização que aqueles do período seguinte, já que possuem maior carga nuclear.
( ) O alumínio possui menor energia de ionização que o magnésio, porque o elétron do alumínio é retirado de um subnível mais energético que o elétron do magnésio.
( ) O oxigênio possui menor energia de ionização que o nitrogênio, por que há eletron emparelhado no orbital de valencia do oxigênio, aumentando a repulsão intereletrônica e, consequentemente, a energia do subnível 2p do oxigênio em relação ao do nitrogênio.

( A ) FVVFF
( B ) VVFFV
( C ) FFVVV
( D ) VFVFV
( E ) VFFVV

SOLUÇÃO:
( i ) Verdadeiro, por simples análise grafica.
( ii ) Falso. Por mais que o argônio tenha orbitais completamente ocupados, a maior distância dos elétrons até o nucleo (maior raio atômico) justifica a menor energia de ionização. É possível perceber isso analisando o gráfico.
( iii ) Falso, pelos mesmos motivos do item acima.
( iv ) e ( v ) Verdadeiros.

ITEM (E)

Questão 12

Visando desenvolver estratégias adequadas de descarte, um engenheiro precisa conhecer a temperatura de fusão de cinco substâncias: fluoreto de hidrogênio, fluoreto de cálcio, pentafluoreto de urânio, fluoreto de potássio e o tetrafluoreto de carbono. Para isso, ele tem acesso a tabela a seguir:

Substância	Temperatura de Fusão (ºC)
I	-183,6
II	-83,4
III	348
IV	858
V	1418

A ordem correta das respectivas substâncias (I até V), analisando os dados da tabela, que deve ser feita pelo engenheiro é:

( A ) $HF$, $CF_4$, $KF$, $UF_5$, $CaF_2$
( B ) $CF_4$, $HF$, $UF_5$, $KF$, $CaF_2$
( C ) $UF_5$, $HF$, $CF_4$, $CaF_2$, $KF$
( D ) $CF_4$, $UF_5$, $HF$, $CaF_2$, $KF$
( E ) $HF$, $CF_4$, $CaF_2$, $KF$, $UF_5$

SOLUÇÃO:
Evidentemente, os compostos iônicos ($KF$ e $CaF_2$) terão os maiores pontos de fusão, sendo o composto com cálcio o maior (por conta de sua maior massa molecular). O composto apolar será o de menor ponto de fusão ($CF_4$) e os polares devem ser organizados por ordem de massa molecular ($UF_5$ > $HF$). ITEM (B)

Questão 13

O modelo de Lewis para a ligação covalente e o modelo de repulsão dos pares eletrônicos no nível de valência são importantes para que se entenda a forma das espécies químicas, assim como as propriedades das substâncias formadas por essas espécies. Considere as espécies numeradas de I a V representadas a seguir (o átomo central está em negrito em cada fórmula) e as afirmações feitas:

I. H3PO3 (átomo de hidrogênio ligado ao fósforo)
II. SeOF4
III. ClO2 (dióxido de cloro)
IV. SOF6 (um átomo de flúor ligado ao oxigênio)
V. XeF2

1. A espécie I tem geometria tetraédrica e é polar.
3. A espécie II tem geometria bipiramidal trigonal distorcida e um ângulo de ligação F-Se-F menor que 120º.
5. A espécie III é polar e o átomo central possui três elétrons não compartilhados, sendo um deles desemparelhado.
7. A espécie IV tem geometria octaédrica e ordem de ligação S-O igual a dois.
11. A espécie V tem geometria linear e o átomo central possui três pares de elétrons não compartilhados.
13. As espécies de I a V possuem momento de dipolo diferente de zero, assim, são classificadas como espécies polares.

A soma dos números correspondentes a todas as afirmações verdadeiras é:

( A )40
( B ) 33
( C ) 27
( D ) 21
( E ) 20

SOLUÇÃO:

(1) Verdadeira. O fósforo em H3PO3 possui 0 pares livres e 4 ligantes, sendo assim, tetraédrica e polar.
(3) Verdadeira. O selênio em SeOF4 possui 0 pares livres e 5 ligantes, sendo um deles diferente, sendo assim, bipiramidal trigonal distorcida.
(5) Verdadeira. O cloro possui um par livre e um elétron desemparelhado.
(7) Falsa. A ordem de ligação S-O é igual a um.
(11) Verdadeira. O xenônio em XeF2 possui três pares livres e dois ligantes, sendo assim, linear e apolar.
(13) Falsa. O xenônio é apolar.

1 + 3 + 5 + 11 = 20. ITEM (E).

Questão 14

O ácido acético (CH3COOH) pode ser produzido a partir de metanol (CH3OH) e monóxido de carbono (CO) por meio da seguinte reação, utilizando um catalisador à base de ródio e iodo:

Sabendo que, em um determinado processo, foram utilizados 309 kg de metanol e 543 m3 de CO(g) a 1 atm e 175ºC, obtendo-se 513 kg de ácido acético, qual é o rendimento percentual da reação?

( A ) 76,2%
( B ) 79,5%
( C ) 85,0%
( D ) 88,6%
( E ) 92,3%

SOLUÇÃO:
O número de mols de metanol é de $309000/32 = 9656$ mol, enquanto o número de mols de CO é de, aproximadamente, $14.758$ mol. Então, afirmamos que o monóxido de carbono está em excesso.

Sendo assim, a produção teórica de ácido acético é de 9656 mol. Porém, a produção real é de apenas $513000/60 = 8550$ mol.
O rendimento percentual é de $8550/9656$ = 88,6%. ITEM (D).

Questão 15

O dióxido de carbono (CO2) é um gás incolor, inodoro e naturalmente presente na atmosfera. Ele é essencial para a fotossíntese das plantas e é liberado por processos como a respiração e a queima de combustíveis fósseis. Embora em pequenas quantidades seja vital, o excesso de CO2 está diretamente ligado ao aquecimento global, já que ele retém o calor na atmosfera, intensificando o efeito estufa. Analise o diagrama de fases do dióxido de carbono apresentado a seguir.

É correto afirmar que:

( A ) A fase de agregação do CO2 a 1 atm e 0ºC é líquido.
( B ) A fase de agregação do CO2, a 5.1 atm e -56.4ºC é sólido.
( C ) A pressão no ponto crítico é 73 atm, e no ponto triplo é 5.1 atm.
( D ) À pressão de 73 atm, a temperatura de ebulição do CO2 é igual à -78,5ºC.
( E ) A temperatura e a pressão no ponto crítico são -56,4ºC e 5,1 atm, respectivamente.

SOLUÇÃO:

ITEM (C)
(a) Incorreto. Nessas condições, o CO2 é gasoso.
(b) Incorreto. Nessas condições, o CO2 está no ponto triplo.
(c) Correto, por análise gráfica.
(d) Incorreto. Essa é a pressão cuja temperatura de ebulição é de 31,1ºC.
(e) Incorreto. Essas são as condições do ponto triplo, e não do ponto crítico.

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GABARITO DA PARTE OBJETIVA:
DCAECBDAABEBEDC

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Questão 16

O carbeto de cálcio (CaC2) é um material sólido usado na indústria para a produção de acetileno. Sobre essas substâncias, as reações químicas e as transformações correlacionadas, analise e responda aos itens a seguir.

a) Escreva a equação química que representa a entalpia de formação molar padrão do CaC2.

b) Considerando a tabela a seguir, calcule o valor da entalpia de formação molar padrão do CaC2.

Equação Termoquímica	Entalpia de reação (kJ)
$Ca(s) + 2 H_2O(l) \longrightarrow Ca(OH)_2(s) + H_2(g)$	-414,8
$2 C(gr) + O_2(g) \longrightarrow 2 CO(g)$	-221,0
$CaO(s) + H_2O(l) \longrightarrow Ca(OH)_2(s)$	-65,19
$2 H_2(g) + O_2(g) \longrightarrow 2 H_2O (l)$	-571,8
$CaO (s) + 3 C(gr) \longrightarrow CaC_2(s) + CO(g)$	+462,3

c) Na produção do acetileno, o CaC2 sólido reage com água líquida para gerar hidróxido de cálcio sólido e o gás acetileno. Escreva a reação química balanceada, com os menores coeficientes estequiométricos inteiros, que representa esse processo.

d) Considerando sua resposta para o item (b) e os dados contidos na tabela a seguir, calcule a variação de entalpia para a reação de produção do acetileno. Indique se o processo é endotérmico ou exotérmico.

Substância	Entalpia de formação (kJ)
$H_2O(l)$	-285,8
$Ca(OH)_2(s)$	-985,2
$C_2H_2(g)$	+227,4

e) Considerando os dados contidos na tabela a seguir, calcule a variação da energia de Gibbs da reação de produção do acetileno e classifique em espontânea ou não espontânea, justificando a classificação e considerando que ela ocorra à 25ºC.

Substância	Entropia padrão (J/mol*K)
$H_2O(l)$	+70,0
$Ca(OH)_2(s)$	+83,4
$C_2H_2(g)$	+200,9
$CaC_2(s)$	+70,0

SOLUÇÃO:

a) $\mathrm{\boxed{Ca(s) + 2\,C(grafite) \rightarrow CaC_2(s)}}$

b) Somando a primeira reação, com a metade do inverso da segunda, com o inverso da terceira, com a metade da quarta, com a quinta, obteremos a reação da (a) e a entalpia de $\boxed{-62{,}71\ \text{kJ mol}^{-1}}$.

c) $\mathrm{\boxed{CaC_2(s)+2\,H_2O(l)\ \rightarrow\ Ca(OH)_2(s)+C_2H_2(g)}}$

d) $\Delta H^\circ =\big[\,-985{,}2+227{,}4\,\big] -\big[\,-62{,}71+2(-285{,}8)\,\big] =\boxed{-123{,}49\ \text{kJ mol}^{-1}}$

Conclusão: processo exotérmico.

e) Entropia (J·mol⁻¹·K⁻¹): $\Delta S^\circ=(83{,}4+200{,}9)-(70{,}0+2\times70{,}0)=+74{,}3\ \text{J mol}^{-1}\text{K}^{-1}$
Com $T=298{,}15\ \text{K}$: $\Delta G^\circ =\Delta H^\circ - T\Delta S^\circ =-123{,}5\ \text{kJ mol}^{-1} - 298{,}15\times 0{,}0743\ \text{kJ mol}^{-1} =\boxed{-145{,}6\ \text{kJ mol}^{-1}}$

Conclusão: $\Delta G^\circ<0$, então a reação é espontânea a 25,0 °C.

Questão 17

Um sulfeto com fórmula M2S3 foi dissolvido em água, 1,0 L do solvente dissolveu $1,36 \times 10^{-20}$ mol, correspondendo a 6,993 attogramas ($10^{-18}$g), uma das menores massas já medidas. Com base nesses dados, responda aos itens seguintes.

a) Escreva a expressão de Kps para o sulfeto.

b) Calcule o valor de Kps para o sulfeto.

c) Determine a massa atômica unificada do elemento M. Indique qual elemento seria esse na tabela periódica.

d) Quantos litros de água são necessários para dissolver uma molécula de M2S3?

e) Qual a natureza da ligação entre os elementos M e S? Justifique sua resposta. Para isso considere que os valores de eletronegatividade de Pauling para os elementos M e S são 1,9 e 2,5, respectivamente.

SOLUÇÃO:
a) A expressão para o Kps é $[M^{+3}]^2[S^{-2}]^3$. Em termos da solubilidade molar $s$, o Kps é $108s^5$.

b) Substituindo o valor no Kps, obtemos $108 \times 1,36 \times 10^{-20} = \boxed{5,024 \times 10^{-98}}$

c) $1,36 \times 10^{-20} \times (32 \times 2 + 2M) = 6,993 \times 10^{-18}$, sendo M a massa molar do elemento M. Resolvendo a equação, achamos que $M = 209$ g/mol. Dois elementos possíveis são o polônio e o bismuto, mas muito cuidado. Por meio da configuração eletrônica de ambos, percebemos que o único elemento plausível é o $\boxed{Bismuto}$.

d) $V = 1/(1,36 \times 10^{-20} \times 6,02 \times 10^{23}) = \boxed{1,22 \times 10^{-4} L}$.

e) Pela diferença de eletronegatividade ser menor que 1.7, afirmamos que essa é uma ligação de natureza $\boxed{covalente}$.

Questão 18

Em 5 de abril de 1913, Niels Bohr apresentou à comunidade científica mundial o artigo que levaria as discussões sobre a estrutura da matéria para um nível além das fronteiras da Física: "On the Constitution of Atoms and Molecules" (Bohr, N.; Phil. Mag., 26, 1-25, 1913). Bohr propôs que o elétron, em uma dada órbita no átomo, deveria assumir um estado energético (En) fixo e que se relacionaria com o número inteiro n associado à sua órbita original. Ao fornecer uma quantidade de energia específica, o elétron absorveria essa energia e assumiria um novo estado energético E(n+1), passando para uma nova órbita, mais externa, associada ao número inteiro (n+1). Ao retornar para a sua órbita original, o elétron emitiria a energia, a ele anteriormente fornecida, na forma de radiação eletromagnética, o famoso modelo do salto quântico. Sabendo que o estado energético, para o elétron no i-ésimo nível energético, em um sistema hidrogenoide, é dado por $E_i = -13,6(Z/n)^2 eV$ (em que Z é o número atômico do átomo e n o nível energético no qual o elétron se encontra), responda às perguntas a seguir.

a) Qual estado energético um elétron assumiria, segundo esse modelo, se estivesse no nível de valência do átomo de hidrogênio.

b) Considerando o modelo apresentado, escreva a expressão matemática que deve ser usada para calcular a energia de ionização de um átomo. Explicite claramente o raciocínio usado para chegar à sua resposta.

c) Com base na descrição apresentada no item anterior, quanto de energia precisaríamos fornecer para ionizar o átomo de hidrogênio?

d) Qual seria a energia envolvida em uma excitação eletrônica para o elétron no átomo de hidrogênio, de 1s para 2s?

e) Considerando o modelo apresentado e o mesmo valor de n, qual a correlação existente entre Z e o estado de energia de um elétron de um átomo?

SOLUÇÃO:
a) Considerando Z = 1 e n = 1, temos que $\boxed{E = -13,6 eV}$

b) Subtraindo as energias para achar o $\Delta E$ entre um nível nf e um nível ni, obtemos a seguinte expressão:
$\Delta E = -13,6Z^2\times(1/nf^2 - 1/ni^2)$. Considerando que n aproxima o infinito, e sendo ni o nível de valência n, obtemos a expressão $\boxed{EI = 13,6(Z/n)^2 eV}$

c) Substituindo n = 1 e Z = 1, obtemos $\boxed{EI = +13,6 eV}$

d) Usando a expressão deduzida em b), temos que $\Delta E = -13,6\times 1 \times(1/4 - 1/1) = \boxed{+10,2 eV}$

e) Para um mesmo valor de n, percebemos que o estado de energia E é proporcional ao (cresce com) quadrado do número atômico Z.

Questão 19

A descoberta do háfnio (o nome háfnio vem do nome latino de Copenhague, Hafnia), elemento número 72, deu origem a um episódio polêmico na história da química. Em 1911, G. Urbain, um químico francês, afirmou ter isolado o elemento número 72 de uma amostra de substâncias contendo terras raras (elementos 58-71). No entanto, Niels Bohr pensou que o háfnio seria mais provável de ser encontrado junto com o zircônio do que com as terras raras. D. Coster e G. Von Hevesy, que trabalharam no laboratório de Bohr em Copenhague, mostraram em 1922 que o elemento 72 estava presente em uma amostra de zircão noruego, um minério de zircônio. Considerando as informações apresentadas, responda aos itens seguintes.

a) Como você usaria argumentos de configuração eletrônica para justificar a previsão de Bohr?

b) O zircônio, um vizinho do háfnio no grupo 4, pode ser produzido na forma metálica por redução de ZrCl4 sólido com sódio metálico fundido. Escreva uma equação química, com os menores coeficientes estequiométricos inteiros, para a reação descrita. Essa reação é classificada como de oxidação-redução? Em caso afirmativo, o que oxida e o que reduz?

c) O dióxido de zircônio sólido, ZrO2(s), reage com o cloro gasoso na presença de carbono. Os produtos da reação são ZrCl4 e dois gases, CO2 e CO na proporção de 1:2. Escreva uma equação química balanceada para a reação, com os menores coeficientes estequiométricos inteiros da equação.

d) A partir de uma amostra de 55,4 g de ZrO2, calcule a massa de ZrCl4 que é formada, assumindo que ZrO2 é o reagente limitante e que o rendimento é de 100%.

e) Com base em suas configurações eletrônicas, explique o fato de que Zr e Hf formarem cloretos de fórmula geral MCl4 e óxidos de fórmula geral MO2.

SOLUÇÃO:
a) Ambos os zircônio e háfnio possuem a mesma valência (n-1)d2 (n)s2 e, portanto, mesmo estado comum (+4). Além disso, por conta do efeito da contração lantanídica, ambos possuem raio atômicos quase idênticos. Esses fatores levam os dois compostos a terem reatividades muito similares e, por isso, são encontrados juntos.

b) $\boxed{ZrCl_4(s) + 4Na(l) \longrightarrow Zr(s) + 4NaCl(s)}$. O zircônio reduz e o sódio oxida.

c) $\boxed{2 ZrO_2(s) + 4 Cl_2(g) + 3 C(s) \longrightarrow 2 ZrCl_4(s) + CO_2(g) + 2CO(g)}$

d) Pela reação acima, a proporção dos dois compostos de zircônio é 1:1. $n(ZrO_2) = 55,4/123,22 = 0,4496 mol = n(ZrCl_4)$. Então, a massa de $ZrCl_4$ é de $0,4496 \times 233 = \boxed{104,8 g}$.

e) Por conta de suas valências, ambos perdem 4 elétrons facilmente, o que é visto nos compostos com cloro e oxigênio.

Questão 20

Um exemplo de decaimento radiativo é a emissão de particulas alfa, cujo diagrama de energia é mostrado a seguir:

Considere algumas reações nucleares de decaimento, representadas pelas equações nucleares numeradas de I a V e responda às perguntas indicadas a seguir.

I. $P \longrightarrow Si + e^-$
II . $Co + n \longrightarrow Co$
III. $Ca + e^- \longrightarrow K$
IV. $C \longrightarrow N + e^-$
V. $Ra \longrightarrow Rn + \alpha$

a) Qual o nome das particulas nucleares representadas nas equações I e II?

b) Como se chama a reação nuclear representada pela equação III?

c) Como explicar a emissão de um elétron do nucleo atômico, como representado na equação IV, considerando que no núcleo não há eletrons?

d) Escreva as partículas nucleares nas equações I, II, III e V em ordem crescente de grau de penetração.

e) Observa-se experimentalmente que em um decaimento alfa, as particulas emitidas tem energia entre 3 e 9 MeV, porém a barreira coloumbica para uma particula alfa ser emitida do núcleo é de 20 MeV. Explique como ocorre a emissão dessas partículas mesmo com a discrepância energética.

SOLUÇÃO:
a) Pósitron e nêutron, respectivamente.

b) Captura eletrônica.

c) No decaimento beta, o nêutron no núcleo se transforma em um próton e em um elétron.

d) $\boxed{\alpha < e^+ \approx< e^- < n}$. Partículas alfa tem carga dupla e grande massa, então perdem energia muito rápido. Elétrons/positrons são mais penetrantes. Nêutrons, sem carga, interagem pouco por ionização, entao são os mais penetrantes do grupo.

e) As partículas alfa conseguem escapar visto que parte da massa do núcleo vai ser convertida em energia para "suprir" a discrepância energética.