PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 9 (Química) da 2ª fase do ITA 2021
Texto-base das questões 01 a 10 · Química
AS QUESTÕES NUMÉRICAS DEVEM SER DESENVOLVIDAS SEQUENCIALMENTE ATÉ O FINAL.
Constantes
Constante de Avogadro (\text{N}_\text{A}) = 6{,}02 \times 10^{23}\ \text{mol}^{-1}
Constante de Faraday (\text{F}) = 9{,}65 \times 10^4\ \text{C}\cdot\text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\ \text{A}\cdot\text{s}\cdot\text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\ \text{J}\cdot\text{V}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}
Carga elementar = 1{,}60 \times 10^{-19}\ \text{C}
Constante dos gases (\text{R}) = 8{,}21 \times 10^{-2}\ \text{atm}\cdot\text{L}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1} = 8{,}31\ \text{J}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1} = 1{,}98\ \text{cal}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}
Constante de Planck (\text{h}) = 6{,}63 \times 10^{-34}\ \text{J}\cdot\text{s}
Velocidade da luz no vácuo = 3{,}0 \times 10^8\ \text{m}\cdot\text{s}^{-1}
Número de Euler (\text{e}) = 2{,}72
Definições
Pressão: 1\ \text{atm} = 760\ \text{mmHg} = 1{,}01325 \times 10^5\ \text{N}\cdot\text{m}^{-2} = 1{,}01325\ \text{bar}
Energia: 1\ \text{J} = 1\ \text{N}\cdot\text{m} = 1\ \text{kg}\cdot\text{m}^2\cdot\text{s}^{-2} = 6{,}24 \times 10^{18}\ \text{eV}
Condições normais de temperatura e pressão (CNTP): 0\ ^\circ\text{C} e 1\ \text{atm}
Condições ambientes: 25\ ^\circ\text{C} e 1\ \text{atm}
Condições padrão: 1\ \text{bar}; concentração das soluções = 1\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1} (rigorosamente: atividade unitária das espécies); sólido com estrutura cristalina mais estável nas condições de pressão e temperatura em questão.
(s) = sólido. (\ell) = líquido. (g) = gás. (aq) = aquoso. (conc) = concentrado. (ua) = unidades arbitrárias.
u.m.a. = unidade de massa atômica. [\text{X}] = concentração da espécie química \text{X} em \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}
\ln \text{X} = 2{,}3 \log \text{X}
\text{EPH} = eletrodo padrão de hidrogênio
Massas Molares
| Elemento Químico | Número Atômico | Massa Molar (\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}) | Elemento Químico | Número Atômico | Massa Molar (\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}) |
|---|---|---|---|---|---|
| H | 1 | 1,01 | Ca | 20 | 40,08 |
| C | 6 | 12,01 | Cr | 24 | 52,00 |
| N | 7 | 14,01 | Fe | 26 | 55,85 |
| O | 8 | 16,00 | Ni | 28 | 58,69 |
| Na | 11 | 22,99 | Cu | 29 | 63,55 |
| Mg | 12 | 24,31 | Ga | 31 | 69,72 |
| Al | 13 | 26,98 | Ag | 47 | 107,87 |
| Cl | 17 | 35,45 | Au | 79 | 196,97 |
| S | 16 | 32,06 | Pb | 82 | 207,19 |
| K | 19 | 39,10 |
O polietileno é um polímero largamente utilizado devido às suas características estruturais e às suas propriedades. Dependendo das condições reacionais e do sistema catalítico empregado na polimerização, diferentes tipos de polietileno podem ser produzidos. Dois dos principais tipos de polietileno são: polietileno de baixa densidade (PEBD) e polietileno de alta densidade (PEAD), ilustrados abaixo:
a) Escreva a fórmula estrutural do monômero do polietileno e também do produto de polimerização com três unidades repetitivas do monômero. Qual é o nome dessa reação de polimerização?
b) Como a linearidade da cadeia do polímero afeta sua rigidez? Pelo critério de linearidade, qual dos dois polímeros (PEBD ou PEAD) seria mais rígido?
c) Como a cristalinidade de um polímero afeta sua transparência/opacidade? Pelo critério da cristalinidade, qual dos dois polímeros (PEBD ou PEAD) teria maior transparência?
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Resolução comentada
a) O monômero do polietileno é o eteno (etileno), \ce{CH2=CH2}.
Na polimerização, a ligação \pi de cada molécula se rompe e os carbonos se ligam entre si, formando uma cadeia só com ligações simples. Com três unidades repetitivas:
ou, em forma de unidade repetida, \ce{[-CH2-CH2-]_3} (com n=3). O produto é um trímero, e as pontas da cadeia ficam com as terminações do iniciador ou com hidrogênios, dependendo do mecanismo.
Como a reação junta moléculas insaturadas iguais, sem eliminar nenhuma molécula pequena, ela é uma polimerização por adição.
Resposta: monômero \ce{CH2=CH2}; produto \ce{-(CH2-CH2)3-}; reação de polimerização por adição.
b) Cadeias lineares, com poucas ramificações, conseguem se aproximar e se empacotar de modo ordenado. Isso aumenta a área de contato entre as cadeias, e portanto as forças intermoleculares (dipolo induzido, de London) que as mantêm unidas. Com cadeias mais firmemente ligadas entre si, o material resiste mais à deformação, ou seja, é mais rígido e mais denso.
As ramificações longas, como as do PEBD, afastam as cadeias umas das outras e enfraquecem essas interações. O PEAD tem cadeia mais linear.
Resposta: quanto mais linear a cadeia, maior a rigidez; pelo critério da linearidade, o PEAD é mais rígido.
c) Nas regiões cristalinas, as cadeias estão organizadas e compactadas, formando domínios com índice de refração diferente do das regiões amorfas. A luz é espalhada na interface entre essas regiões, e o material fica translúcido ou opaco. Assim, quanto maior a cristalinidade, maior a opacidade e menor a transparência.
O PEAD, de cadeias lineares, é mais cristalino. O PEBD, de cadeias ramificadas, é mais amorfo e, portanto, mais transparente.
Resposta: maior cristalinidade significa mais opacidade; pelo critério da cristalinidade, o PEBD tem maior transparência.
Assuntos: Polímeros, Forças intermoleculares.
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Fonte: ITA 2ª fase 2021 · Química. Prova oficial ↗