QUÍMICA QUÍMICA

Um composto de fórmula molecular AB5 é constituído por elementos que pertencem ao mesmo período de um determinado gás nobre. Tal gás nobre apresenta a mesma distribuição eletrônica que um íon de um dado nuclídeo X. Sabe-se ainda que o nuclídeo X contém 21 prótons, 21 elétrons e 24 nêutrons. O elemento A é não-metálico e não pertence ao grupo dos calcogênios. Nas CNTP, A encontra-se no estado sólido e B existe como molécula diatômica. Responda e justifique: a) a que período os elementos A e B pertencem? b) qual é a carga do íon do nuclídeo X? c) o composto AB5 é covalente ou iônico? d) os elementos A e B pertencem a quais grupos ou famílias? e) qual é o nome do composto AB5? f) qual é a forma geométrica do composto AB5, considerando o modelo de repulsão dos pares de elétrons da camada de valência? g) quais são os orbitais híbridos necessários ao elemento A para acomodar os pares de elétrons no arranjo geométrico do item anterior? Resolução: 4521 X 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d1

4s2

X → metal de transição do 4º período da classificação periódica, forma o cátion X 3+, sendo isoeletrônico do gás nobre do 3º período (ARGÔNIO → Z = 18). Assim temos: a) A e B pertencem ao 3º período. b) X apresenta carga +3. c) AB5 é covalente pela pequena diferença de eletronegatividade de A e B. d) A→ família 5A ou grupo 15. B → família 7A ou grupo 17. e) AB5 → pentacloreto de fósforo. f) AB5 → bipiramidal ou bipirâmide trigonal. g) A → apresenta hibridação sp3d ou dsp3. Um determinado metal forma dois óxidos distintos, nos quais as percentagens em massa de oxigênio são 32,0% e 44,0%. Determine a massa atômica do metal. Resolução: Formação do óxido-I (32% oxigênio)

2 222

+ → xxM O M O

68g 32g

Q u e s t ã o 0 1

Q u e s t ã o 0 2

2

____________

____________

2 1668g 32g

⋅M x

Logo:

( )2 34 I=M x

Formação do óxido-II (44% oxigênio)

2 222

44g 56g

yyM O M O+ →

____________

____________

2 1656g 44g

⋅M y

( )16 562 II44⋅

=M y

I II=

16 563444⋅

=x y

0,59=xy

30,65

= ⇒ =x xy y

Logo, as fórmulas dos óxidos são:

2 3M O e 2 5M O

Cálculo da massa molar usando a formação do óxido-I.

____________2

____________

____________

32232 32g2

68g 32g51g/mol

⋅

=

M O

M

M

Massa Atômica = 51 u. O gás obtido pela completa decomposição térmica de uma amostra de carbonato de cálcio com 50,0% de pureza é recolhido em um recipiente de 300 mL a 27,0ºC. Sabendo-se que a pressão no recipiente é de 1,66 MPa, determine: a) a massa de gás produzido, admitindo que seu comportamento seja ideal; b) a massa da amostra utilizada. Resolução: a) A reação de decomposição é:

( ) ( ) ( )3 2→ +s s gCaCO CaO CO

Para uma pressão 1,66MPa 16,39atm= ≈p , temos:

=PV nRT ou mPV RTM

= e =PVMmRT

Então: 16,39 0,3 44 8,78g

0,082 300⋅ ⋅

= =⋅

m de ( )2 gCO .

b) Temos uma reação nas proporções:

Q u e s t ã o 0 3

3

( ) ( )____________

3 2

____________

____________

1 mol de 1 mol de

100g 44g8,78g

s gCaCO CO

x

19,95g=x de 3CaCO .

Cálculo da amostra:

____________3

____________3

1 mol de amostra 50g de

19,95g de

CaCO

y CaCO

39,90g∴ =y de amostra.

Uma amostra de um determinado elemento Y tem seu decaimento radioativo representado pelo gráfico a seguir:

mass

a(g

)

tempo (min)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

Determine o número de átomos não desintegrados quando a atividade do material radioativo for igual a 2,5μCi. Resolução: Pelo gráfico podemos obter o tempo de meia vida da amostra:

0 0 0 3min 180s22 2τ τ

= ∴ = ∴τ = =t tm m mm

E com ele a constante de decaimento radioativo (7):

002

−λ⋅τ= ⋅N N e

1ln 2 0,693 0,00385s180

−∴λ = = =τ

E para a atividade 2,50 Ci= μA :

( )102,50 3,7 10A = μ ⋅ e = λ ⋅A N 6 10

73

2,5 10 3,7 10 2,40 103,85 10

−

−

⋅ ⋅ ⋅∴ = = = ⋅

λ ⋅AN desintegrações restantes.

Temos então 72,40 10⋅ átomos não desinterados. Em um balão contendo ácido sulfúrico concentrado foram colocados 1,250 mols de tolueno. A seguir foram gotejados 10,0 mols de ácido nítrico concentrado, mantendo o sistema sob agitação e temperatura controlada, o que gerou uma reação cuja conversão de tolueno é de 40%. Ao final do processo, separou-se todo o produto obtido. Ao produto da reação acima foram acrescentados 7,50 g de uma substância A, de peso molecular 150 g, e 14,8 g de outra substância B, de peso molecular 296 g. A mistura foi dissolvida em 2,00 × 103 g de um solvente orgânico cuja constante crioscópica é 6,90 ºC kg/mol.

Q u e s t ã o 0 4

Q u e s t ã o 0 5

4

Determine a variação da temperatura de solidificação do solvente orgânico, considerando que o sólido obtido e as substâncias A e B não são voláteis e não reagem entre si. Resolução:

H SO2 4

HNO H SO4 2 4/

1,35 mol

tolueno

CH3

tolueno

Como há reação do tolueno com ácido nítrico em presença de ácido sulfúrico (catalizador), temos :

+ HONO2

H SO2 4

CH3

NO2

CH3

obs.: O produto desta reação é uma mistura de o-nitrotolueno e p-nitrotolueno. Cálculo do número de mols do nitrotolueno:

____________

____________

1,25 100%40%x

0,5mol∴ =x de nitrotolueno

Cálculo do número de mol da substância A : ____________

____________

1mol 150g7,50g

0,05mol∴ =y

y

Cálculo do número de mol da substância B : ____________

____________

1mol 296g14,8g

0,05mol∴ =z

z

Número total de mol 0,6mol= + + =Tn x y z

Cálculo do abaixamento de temperatura:

0,66,92

2,07 C

Δ = ⋅

Δ = ⋅

∴Δ = °

c c

c

c

T K W

T

T

Para a reação A + B → C foram realizados três experimentos, conforme a tabela abaixo:

Experimento [A] mol/L [B] mol/L Velocidade de reação mol/(L·min) I 0,10 0,10 2,0 x 10–3 II 0,20 0,20 8,0 x 10–3 III 0,10 0,20 4,0 x 10–3

Q u e s t ã o 0 6

5

Determine: a) a lei da velocidade da reação acima; b) a constante de velocidade; c) a velocidade de formação de C quando as concentrações de A e B forem ambas 0,50 M. Resolução: a) A lei da velocidade de reação é da forma:

[ ] [ ]= ⋅ ⋅m nV K A B

i) Determinação da ordem parcial m: Pelos experimentos II e III:

[ ][ ]

II II

III III

2 2 1⎛ ⎞

= ∴ = ⇒ =⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

m

mAV mV A

ii) determinação da ordem parcial n:

[ ][ ]

3I I

3III III

0,10 2 100,20 4 10

1 1 12 2

−

−

⎛ ⎞ ⋅⎛ ⎞= ∴ =⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⋅⎝ ⎠⎝ ⎠

⎛ ⎞∴ = ⇒ =⎜ ⎟⎝ ⎠

n n

n

BVV B

n

Resultado:

[ ] [ ]= ⋅ ⋅V K A B

b) Considerando o experimento I, temos:

[ ] [ ]= ⋅ ⋅V K A B

( ) ( )32,0 10 0,1 0,2L0,2

mol min

−⋅ = ⋅ ⋅

∴ =⋅

K

K

c) [ ] [ ]= ⋅ ⋅V K A B

0,2 0,5 0,5 0,05 mol/L min= ⋅ ⋅ = ⋅V

Os eletrodos de uma bateria de chumbo são de Pb e PbO2. A reação global de descarga é:

Pb + PbO2 + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O. Admita que o “coeficiente de uso” seja de 25%. Este coeficiente representa a fração de Pb e PbO2 presente na bateria que são realmente usados nas reações dos eletrodos. Calcule: a) A massa mínima de chumbo em quilogramas (incluindo todas as formas em que se encontra esse elemento) que deve existir numa bateria para que ela possa fornecer uma carga de 38,6 × 104 C. b) O valor aproximado da variação da energia livre da reação, sendo de 2,00 V a voltagem média da bateria quando fora de uso. Resolução:

4 20

2 2 4 4 22 2 2Pb PbO H SO Pb SO H O+ +

+ + → +

Pela equação química balanceada, verifica-se que para cada 2 mol de chumbo reagente (1mol de Pb0 e 1 mol de Pb+4), movimenta-se 2 mol de elétrons. Sendo assim, temos:

____________

____________

____________ 4

2mol de chumbo 2 mol de elétrons2 207,2 g 2 96500 C

38,6 10 Cx× ×

×

828,8 gx = de chumbo → massa correspondente ao coeficiente de uso.

Coeficiente de uso 25 100 828,8

100 25mínimam ×= → =

Q u e s t ã o 0 7

6

3315,2 gmínimam = de chumbo 3,3152 kg= de chumbo.

2 96500 2G nFE GΔ = − ⇒ Δ = − × × 386000 J/molGΔ = − de chumbo reagente 386 kJ/molGΔ = − de chumbo reagente.

Os náilons são polímeros usualmente empregados na forma de fios, úteis na fabricação de cordas, tecidos, linhas de pesca etc. Um dos mais comuns é o náilon-66, resultante da reação de polimerização entre a hexametilenodiamina (1,6-diamino-hexano) e o ácido adípico (ácido hexanodióico). Com base nesta informação, determine a fórmula mínima do náilon-66. Resolução: O náilon-66 é um polímero de condensação, formado pela união do 1,6-diamino-n-hexano com o ácido adípico, liberando água.

+ (2 1)n - H O2

N N

H H

H( )CH2 6

C C( )CH2 4

O O

n

�

monômero

n n

HO

C C( )CH2 4

OH

H

O O

+ N N

H H

H( )CH2 6�

Fórmula molecular → 12 22 2 2C H O N

Fórmula mínima → 6 11C H ON

Dispondo apenas de carvão, oxido de cálcio, água, sódio metálico e cloretos de alquila convenientes, além de condições apropriadas de temperatura e pressão: a) Descreva uma possível rota de obtenção do menor alquino dissubstituído, contendo em sua estrutura apenas átomos de carbono e hidrogênio, sendo um dos átomos de carbono assimétrico; b) Determine a fórmula estrutural plana e a nomenclatura IUPAC do alquino em questão. Resolução: a)

( )2

2 2 2

2

3 3

3 3 2

32

12

12

CaO C CaC COCaC H O HC CH Ca OH

HC CH Na HC C Na H

HC C Na CH Cl HC C CH NaCl

HC C CH Na Na C C CH H

− +

− +

+ −

+ → +

+ → ≡ +

≡ + → ≡ +

≡ + − → ≡ − +

≡ − + → ≡ − −

Na C C CH Cl C CH CH CH C C C CH CH NaCl+ �

� � � � � � � � � � �3 2 3 3 2 3+ +

�� �

�

CH3 CH3

H H b)

H C C C C* C C H� � � � � � �

�

H

��

H

H

��

H

H C H� �

��

H

H

��

H

H

*carbono quiral

4 2-metil-hex- -ino

Q u e s t ã o 0 8

Q u e s t ã o 0 9

7

Um pró-farmaco é uma substância farmacologicamente inativa, que geralmente é convertida no fármaco ativo dentro do organismo do paciente através de uma transformação enzimática. Um medicamento é ministrado por via oral na forma de pró-fármaco quando se deseja baixar sua toxidez, melhorar sua solubilidade, facilitar a sua passagem pela membrana celular ou, simplesmente, evitar que seja destruído pelas enzimas do trato gastrintestinal antes de atingir seu alvo. A talampicilina é um exemplo de pró-fármaco do antibiótico ampicilina, largamente empregado contra bactérias gram-negativas e gram-positivas. Por ser menos polar que ampicilina, a talampicilina é facilmente absorvida pela paredes do intestino e cai na corrente sanguínea, onde é transformada em ampicilina por enzimas chamadas esterases conforme a reação a seguir:

CN

O

S

H

O

O

H

H H

NH2

N

Talampicilina

H-Enzima Ampicilina + Enzima

O

O

O

O

O

Com base nas informações acima, pede-se: a) a fórmula estrutural da ampicilina; b) a função orgânica gerada na estrutura da ampicilina pela biotransformação da talampicilina; c) as funções orgânicas nitrogenadas presentes na estrutura da talampicilina; d) o número de carbonos assimétricos presentes na molécula de talampicilina; e) os heteroátomos presentes na estrutura da ampicilina. Resolução: a)

CN

O

S

H

O

OH

H

H H

NH2

N

O b) Ácido carboxílico

OH

O c) Amida → 2NH

C

N

O

H

Amida �

d)

C*N

O

S

H

O

O

H

H H

NH2

N

O

O

O

***

* e) Por definição heteroátomo é todo átomo diferente do carbono é hidrogênio. Desse modo, temos três heteroátomos: N → nitrogênio, S → enxofre e O → oxigênio. Porém, a maioria dos autores considera heteroátomos apenas aqueles que se encontram dentro da cadeia carbônica. Assim temos dois: N → nitrogênio, S → enxofre

Q u e s t ã o 1 0