Autor: Davi Maricato
Dicas para a resolução das questões foram colocadas nas notas de rodapé.
INICIANTE
Olimpíada Nacional de Ciências 2024 – Fase II (Adaptada)
A tabela periódica apresenta sua organização baseada na ordem crescente do número atômico dos elementos. Como primeiro elemento, apresenta-se o hidrogênio, com apenas um próton e massa atômica próxima a 1,008 u. Na Terra, o hidrogênio é principalmente encontrado como um dos componentes em moléculas orgânicas e também na água. Já na forma de gás, como uma molécula diatômica, o hidrogênio pode ser usado para produção de energia, seja em sistemas mecânicos de combustão ou em células a combustível (geração de energia elétrica).
Ainda sobre o elemento de apenas um próton, elevada quantidade de energia pode ser liberada na chamada bomba de hidrogênio. Trata-se de um artefato termonuclear baseado em isótopos de hidrogênio e que, após detonação, tem em sua principal reação o consumo de dois átomos, a formação de ⁴He, a liberação de um nêutron e a liberação de quantidade de energia maior que a obtida nas bombas nucleares de fissão.
A equação da reação nuclear que ocorre na bomba de hidrogênio pode ser equacionada da seguinte maneira:
Utilizando-se das informações fornecidas, responda às questões abaixo.
A) Qual o tipo de reação nuclear que ocorre na bomba de hidrogênio? A reação nuclear que ocorre nas bombas de hidrogênio é a mesma que ocorre em reatores nucleares?1
B) Para a bomba nuclear, a energia é proveniente do rearranjo no núcleo dos átomos. Nesse
contexto e do ponto de vista da composição da matéria, qual a principal fonte de energia quando
essa é obtida da combustão do gás metano (CH4)? Apresente duas possíveis equações balanceadas para a combustão incompleta do metano para justificar sua resposta.2
INTERMEDIÁRIO
O ácido aspártico é um aminoácido não essencial produzido naturalmente pelo corpo, usado na formação de proteínas e encontrado nas formas de ácido L-aspártico e ácido D-aspártico.
A fim de estudar as interações intermoleculares realizadas pelo ácido aspártico, um químico realizou uma cromatografia de fase normal. A fase estacionária polar consistia de uma fita de papel composta de celulose e a fase móvel apolar era composta por uma mistura de 80% de n-hexano e 20% de acetato de etila. Sobre a fita de papel foram colocadas duas substâncias: ácido aspártico e glicose.
Após o término do experimento, foram observados deslocamentos diferentes para as duas substâncias aplicadas.
A) Indique qual substância, glicose ou ácido aspártico, ficará mais retida pela fase estacionária. Justifique sua escolha.3
B) Qual a relação quantitativa (maior, menor ou igual) entre o fator de retardamento da glicose e o fator de retardamento do ácido aspártico?4
C) Caso a fase móvel tivesse suas proporções alteradas e a mistura passasse a ser composta por 70% de acetato de etila e 30% de n-hexano, qual seria a mudança esperada nos fatores de retardamento da glicose e do ácido aspártico?
Dados:
Valores de pKa do ácido aspártico: pKa1 = 1,88; pKa2 = 9,60; pKa da cadeia lateral = 3,65, com ponto isoelétrico pI ≈ 2,77.
AVANÇADO
Considere o composto cíclico representado na figura abaixo. No composto neutro, as três ligações C–C que conectam o carbono do topo aos carbonos adjacentes (marcadas em amarelo) da estrutura apresentam comprimento de aproximadamente 160 pm.
Ao transformar o carbono do topo em um carbocátion, observa-se que os comprimentos dessas mesmas três ligações diminuem para aproximadamente 152 pm.
Explique por que a formação do carbocátion provoca a diminuição do comprimento das três ligações C–C de 160 pm para 152 pm.5
- Pense no processo de decaimento de átomos pesados utilizados em reatores, como o urânio-235. ↩︎
- Em reações de combustão incompleta, haverá a formação de monóxido de carbono e carbono sólido. Além disso, pense no rearranjo de ligações químicas para formar novos compostos. ↩︎
- Lembre-se que aminoácidos podem existir na forma de zwitterions. ↩︎
- Tanto para o item B quanto para o item C, pense na definição do fator de retardamento e na distância que cada substância percorre. ↩︎
- Imagine a hibridação do carbono após tornar-se um carbocátion e relacione com os conceitos de hiperconjugação. ↩︎
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