Questão 8 da FUVEST 2020

Question

Os movimentos das moléculas antes e depois de uma reação química obedecem aos princípios físicos de colisões. Para tanto, cada átomo é representado como um corpo pontual com uma certa massa, ocupando uma posição no espaço e com uma determinada velocidade (representada na forma vetorial). Costumeiramente, os corpos pontuais são representados como esferas com diâmetros proporcionais à massa atômica. As colisões ocorrem conservando a quantidade de movimento.

Considerando um referencial no qual as moléculas neutras encontram-se paradas antes e após a colisão, a alternativa que melhor representa o arranjo de íons e moléculas instantes antes e instantes depois de uma colisão que leva à reação

\ce{F^- + H3CC\ell -> CH3F + C\ell^-}

é

Antes da colisão		Após a colisão
Íon	Neutro	Neutro	Íon

A
B
C
D
E

Note e adote:
Massas atômicas: \ce{H} = 1\text{ u.m.a.}, \ce{C} = 12\text{ u.m.a.}, \ce{F} = 19\text{ u.m.a.} e \ce{C\ell} = 35\text{ u.m.a.}
Considere que apenas o isótopo de cloro \ce{C\ell} = 35\text{ u.m.a.} participa da reação.

Answer 1

PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 8 da FUVEST 2020

1ª fase · Física: Colisões

Os movimentos das moléculas antes e depois de uma reação química obedecem aos princípios físicos de colisões. Para tanto, cada átomo é representado como um corpo pontual com uma certa massa, ocupando uma posição no espaço e com uma determinada velocidade (representada na forma vetorial). Costumeiramente, os corpos pontuais são representados como esferas com diâmetros proporcionais à massa atômica. As colisões ocorrem conservando a quantidade de movimento.

Considerando um referencial no qual as moléculas neutras encontram-se paradas antes e após a colisão, a alternativa que melhor representa o arranjo de íons e moléculas instantes antes e instantes depois de uma colisão que leva à reação

\ce{F^- + H3CC\ell -> CH3F + C\ell^-}

é

Antes da colisão		Após a colisão
Íon	Neutro	Neutro	Íon

A
B
C
D
E

Note e adote:
Massas atômicas: \ce{H} = 1\text{ u.m.a.}, \ce{C} = 12\text{ u.m.a.}, \ce{F} = 19\text{ u.m.a.} e \ce{C\ell} = 35\text{ u.m.a.}
Considere que apenas o isótopo de cloro \ce{C\ell} = 35\text{ u.m.a.} participa da reação.

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Resolução comentada

A reação é uma substituição: o flúor entra no lugar do cloro na molécula. Assim, antes da colisão, temos um íon \ce{F^-} isolado e uma molécula de \ce{CH3Cl}; depois, uma molécula de \ce{CH3F} e um íon \ce{Cl^-} isolado.

Os tamanhos das esferas também importam: como as massas são 1, 12, 19 e 35\ \text{u.m.a.}, a ordem crescente dos diâmetros deve ser hidrogênio, carbono, flúor e cloro. Portanto, a esfera do íon que sai deve ser maior que a do íon que chega.

Para determinar as velocidades, usamos a conservação da quantidade de movimento. Como as moléculas neutras estão paradas antes e depois, elas não contribuem para a quantidade de movimento total:

m_F\vec v_F=m_{Cl}\vec v_{Cl}.

Substituindo as massas:

\vec v_{Cl}=\frac{19}{35}\vec v_F\approx 0{,}54\vec v_F.

Logo, o cloro deve sair no mesmo sentido do flúor incidente, mas com uma seta de velocidade aproximadamente metade da inicial. A figura C combina corretamente os agrupamentos, os tamanhos das esferas e as velocidades.

Alternativa C.

Pegadinha: A alternativa E inverte a relação entre massa e velocidade: o íon mais pesado deve sair mais lento para conservar a quantidade de movimento.

Por que as outras alternativas estão erradas

AMostra agrupamentos incompatíveis com os produtos: duas esferas isoladas do grupo de carbono e hidrogênios.
BRepresenta agrupamentos incorretos nos produtos e atribui movimento ao corpo da coluna destinada à molécula neutra.
DMostra a molécula neutra em movimento e o íon cloreto parado, contrariando o referencial adotado.
EMostra o cloro saindo mais rápido que o flúor incidente, além de não respeitar os tamanhos relativos das esferas.

Assuntos: Colisões, Impulso e quantidade de movimento.

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