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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 3 (Química) do ITA 2013

Química · Química: Forças intermoleculares

Texto-base das questões 01 a 20 · Química

Constante de Avogadro = 6,02 \times 10^{23}\ mol^{-1}

Constante de Faraday (F) = 9,65 \times 10^4\ C \cdot mol^{-1} = 9,65 \times 10^4\ A \cdot s \cdot mol^{-1} = 9,65 \times 10^4\ J \cdot V^{-1} \cdot mol^{-1}

Volume molar de gás ideal = 22,4\ L\quad (CNTP)

Carga elementar = 1,602 \times 10^{-19}\ C

Constante dos gases (R) = 8,21 \times 10^{-2}\ atm \cdot L \cdot K^{-1} \cdot mol^{-1} = 8,31\ J \cdot K^{-1} \cdot mol^{-1} = 1,98\ cal \cdot K^{-1} \cdot mol^{-1} = 62,4\ mmHg \cdot L \cdot K^{-1} \cdot mol^{-1}

Constante gravitacional (g) = 9,81\ m \cdot s^{-2}

Constante de Rydberg (R_\infty hc) = 2,18 \times 10^{-18}\ J = 13,6\ eV

DEFINIÇÕES

Pressão de 1\ atm = 760\ mmHg = 101\,325\ N \cdot m^{-2} = 760\ Torr

1\ J = 1\ N \cdot m = 1\ kg \cdot m^2 \cdot s^{-2}; 1\ pm = 1 \times 10^{-12}\ m; 1\ eV = 1,602 \times 10^{-19}\ J

Condições normais de temperatura e pressão (CNTP): 0\ ^0\text{C} e 760\ mmHg

Condições ambientes: 25\ ^0\text{C} e 1\ atm

Condições-padrão: 25\ ^0\text{C} e 1\ atm; concentração das soluções = 1\ mol \cdot 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. (CM) = circuito metálico. (conc) = concentrado.

(ua) = unidades arbitrárias. [A] = concentração da espécie química A em mol \cdot L^{-1}.

MASSAS MOLARES

Elemento Químico Número Atômico Massa Molar
(g \cdot mol^{-1})		 Elemento Químico Número Atômico Massa Molar
(g \cdot mol^{-1})
H 1 1,01 Ca 20 40,08
Li 3 6,94 Cr 24 52,00
B 5 10,81 Fe 26 55,85
C 6 12,01 Cu 29 63,55
N 7 14,01 Zn 30 65,38
O 8 16,00 Ge 32 72,63
F 9 19,00 Br 35 79,90
Na 11 22,99 Ag 47 107,90
Mg 12 24,31 I 53 126,90
Al 13 26,98 Xe 54 131,30
P 15 30,97 Ba 56 137,30
S 16 32,07 Pt 78 195,10
Cl 17 35,45 Hg 80 200,60
K 19 39,10 Pb 82 207,20

Assinale a alternativa CORRETA para o líquido puro com a maior pressão de vapor a 25\text{ }^0C.

  1. A
    n-Butano, C_4H_{10}
  2. B
    n-Octano, C_8H_{18}
  3. C
    Propanol, C_3H_7OH
  4. D
    Glicerol, C_3H_5(OH)_3
  5. E
    Água, H_2O
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Resolução comentada

A pressão de vapor de um líquido a uma dada temperatura depende da força das interações intermoleculares: quanto mais fracas, mais fácil as moléculas escaparem para a fase gasosa e maior a pressão de vapor (o líquido é mais volátil).

Vamos comparar as interações de cada substância:

  1. Glicerol e água: fazem ligações de hidrogênio. O glicerol tem três grupos OH e massa molar maior, com interações muito fortes, e é o menos volátil.
  2. Propanol: tem um grupo OH, faz ligação de hidrogênio, mas a cadeia apolar é maior que a da água. Sua pressão de vapor (cerca de 20 mmHg a 25 °C) é menor que a da água (cerca de 24 mmHg).
  3. n-Octano: apolar, só forças de dispersão de London. Com 8 carbonos, a massa molar é alta (114 g/mol) e a superfície de contato é grande, então as dispersões são intensas e a pressão de vapor é baixa (cerca de 14 mmHg).
  4. n-Butano: apolar, também só com dispersão de London, mas com apenas 4 carbonos (58 g/mol). As dispersões são fracas. Seu ponto de ebulição é cerca de -1\ ^0\text{C}, ou seja, a 25 °C ele está acima do ponto de ebulição à pressão de 1 atm e, em recipiente fechado, tem pressão de vapor de aproximadamente 2,4 atm.

O butano tem, portanto, a maior pressão de vapor, bem acima dos demais, que são líquidos com pressões de vapor de poucas dezenas de mmHg.

Alternativa A.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • BO octano é apolar, mas sua cadeia longa gera dispersões de London intensas, e a pressão de vapor é baixa.
  • CO propanol faz ligação de hidrogênio e tem massa maior, então é menos volátil que o butano.
  • DO glicerol tem três OH e muitas ligações de hidrogênio, sendo o menos volátil de todos.
  • EA água tem ligações de hidrogênio fortes, com pressão de vapor de cerca de 24 mmHg, muito menor que a do butano.

Assunto: Forças intermoleculares.

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Fonte: ITA 2013 · Química. Prova oficial ↗