PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 1 (Química) da 2ª fase do ITA 2024
Texto-base das questões 01 a 10 · Química
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}\ \text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\ \text{A}\ \text{s}\ \text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\ \text{J}\ \text{V}^{-1}\ \text{mol}^{-1}
Carga elementar = 1{,}60 \times 10^{-19}\ \text{C}
Constante dos gases (\text{R}) = 8{,}21 \times 10^{-2}\ \text{atm}\ \text{L}\ \text{K}^{-1}\ \text{mol}^{-1} = 8{,}31\ \text{J}\ \text{K}^{-1}\ \text{mol}^{-1} = 1{,}98\ \text{cal}\ \text{K}^{-1}\ \text{mol}^{-1}
Constante de Planck (\text{h}) = 6{,}63 \times 10^{-34}\ \text{J}\ \text{s}
Velocidade da luz no vácuo = 3{,}0 \times 10^8\ \text{m}\ \text{s}^{-1}
Número de Euler (\text{e}) = 2{,}72
Definições
Pressão: 1\ \text{atm} = 760\ \text{Torr} = 1{,}01325 \times 10^5\ \text{N}\ \text{m}^{-2} = 1{,}01325\ \text{bar}
Energia: 1\ \text{J} = 1\ \text{N}\ \text{m} = 1\ \text{kg}\ \text{m}^2\ \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}, equivalente a um volume de um gás ideal de 22{,}4\ \text{L}.
Condições ambientes: 25\ ^\circ\text{C} e 1\ \text{atm}
Condições padrão: 1\ \text{bar}; concentração das soluções = 1\ \text{mol}\ \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) = gasoso. (aq) = aquoso. (conc) = concentrado. (ua) = unidades arbitrárias. u.m.a. = unidade de massa atômica. [\text{X}] = concentração da espécie \text{X} em \text{mol}\ \text{L}^{-1}.
\ln \text{X} = 2{,}3 \log \text{X}
\log 2 = 0{,}30
\text{EPH} = eletrodo padrão de hidrogênio
Massas Molares
| Elemento Químico | Número Atômico | Massa Molar (\text{g}\ \text{mol}^{-1}) | Elemento Químico | Número Atômico | Massa Molar (\text{g}\ \text{mol}^{-1}) |
|---|---|---|---|---|---|
| H | 1 | 1,01 | K | 19 | 39,10 |
| B | 5 | 10,81 | Zn | 30 | 65,38 |
| C | 6 | 12,01 | Se | 34 | 78,96 |
| N | 7 | 14,01 | Nb | 41 | 92,91 |
| O | 8 | 16,00 | Ag | 47 | 107,87 |
| Na | 11 | 22,99 | Te | 52 | 127,60 |
| S | 16 | 32,06 | Po | 84 | 209,00 |
| Cl | 17 | 35,45 |
Para cada par de substâncias abaixo, indique qual apresenta maior ponto de fusão e justifique sua indicação.
a) Benzeno ou Naftaleno
b) Ácido etanoico ou Propanona
c) \ce{H2O} ou \ce{D2O}
d) \ce{CSe2} ou \ce{CS2}
e) 
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Resolução comentada
a) Benzeno (\ce{C6H6}) e naftaleno (\ce{C10H8}) são apolares e só fazem forças de dispersão de London. O naftaleno tem mais elétrons e uma nuvem eletrônica maior e mais polarizável, então as dispersões são mais intensas. Sua molécula plana e maior também se empacota bem no cristal. Isso exige mais energia para fundir (naftaleno ≈ 80 °C; benzeno ≈ 5,5 °C).
Maior ponto de fusão: naftaleno.
b) O ácido etanoico (\ce{CH3COOH}) tem grupo \ce{O-H} e faz ligações de hidrogênio, formando inclusive dímeros. A propanona (\ce{CH3COCH3}) é polar, mas não tem hidrogênio ligado a O, N ou F. Ela só faz dipolo permanente e dispersão, interações bem mais fracas. As massas molares são parecidas (60 e 58 g/mol), então a diferença vem das ligações de hidrogênio (ácido ≈ 17 °C; propanona ≈ −95 °C).
Maior ponto de fusão: ácido etanoico.
c) \ce{D2O} é água formada com deutério. Química e geometria são iguais às da \ce{H2O}, e as duas fazem ligações de hidrogênio. A diferença está na massa maior do \ce{D2O} (≈ 20 g/mol contra 18 g/mol). Além disso, a ligação O–D tem menor energia de ponto zero, o que torna a ligação de hidrogênio O–D···O ligeiramente mais forte. Por isso a fusão pede um pouco mais de energia (≈ 3,8 °C contra 0 °C).
Maior ponto de fusão: \ce{D2O}.
d) \ce{CSe2} e \ce{CS2} são lineares, simétricas e apolares, com apenas dispersão de London. O selênio é maior e tem mais elétrons que o enxofre, então o \ce{CSe2} tem maior massa molar e maior polarizabilidade. As forças de dispersão são mais intensas nele, e o ponto de fusão é maior (\ce{CS2} ≈ −111 °C; \ce{CSe2} ≈ −43 °C).
Maior ponto de fusão: \ce{CSe2}.
e) As duas moléculas são isômeras, com mesma massa molar e mesmos grupos. No 2-hidroxibenzoato de metila (orto), a hidroxila está ao lado do éster e faz ligação de hidrogênio intramolecular com o \ce{C=O}. Assim, o \ce{OH} fica comprometido dentro da própria molécula, e há pouca ligação de hidrogênio entre moléculas diferentes. No 4-hidroxibenzoato de metila (para), o \ce{OH} está distante do éster e só pode interagir com outras moléculas, formando uma rede de ligações de hidrogênio intermoleculares. A forma para também é mais simétrica e se empacota melhor no cristal (para ≈ 126 °C; orto ≈ −8 °C).
Maior ponto de fusão: 4-hidroxibenzoato de metila (isômero para).
Assunto: Forças intermoleculares.
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Fonte: ITA 2ª fase 2024 · Química. Prova oficial ↗