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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 19 (Química) do ITA 2015

Química · Química: Estados físicos e mudanças de estado

Texto-base das questões 01 a 20 · Química

Constante de Avogadro = 6,02 \times 10^{23}\text{ mol}^{-1}
Constante de Faraday (F) = 9,65 \times 10^4\text{ C mol}^{-1} = 9,65 \times 10^4\text{ A s mol}^{-1} = 9,65 \times 10^4\text{ J V}^{-1}\text{ mol}^{-1}
Volume molar de gás ideal = 22,4\text{ L} (CNTP)
Carga elementar = 1,602 \times 10^{-19}\text{ C}
Constante dos gases (R) = 8,21 \times 10^{-2}\text{ atm L K}^{-1}\text{ mol}^{-1} = 8,31\text{ J K}^{-1}\text{ mol}^{-1} = 1,98\text{ cal K}^{-1}\text{ mol}^{-1} = 62,4\text{ mmHg L K}^{-1}\text{ mol}^{-1}
Constante gravitacional (g) = 9,81\text{ m s}^{-2}

DEFINIÇÕES

Pressão de 1\text{ atm} = 760\text{ mmHg} = 101\ 325\text{ N m}^{-2} = 760\text{ Torr} = 1,01325\text{ bar}
1\text{ J} = 1\text{ N m} = 1\text{ kg m}^2\text{ s}^{-2}
Condições normais de temperatura e pressão (CNTP): 0\ ^\circ\text{C} e 760\text{ mmHg}
Condições ambientes: 25\ ^\circ\text{C} e 1\text{ atm}
Condições-padrão: 1\text{ bar} ; concentração das soluções = 1\text{ mol 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 . [\text{X}] = concentração da espécie química X em \text{mol L}^{-1}.

MASSAS MOLARES

Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (\text{g.mol}^{-1}) Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (\text{g.mol}^{-1})
H 1 1,01 K 19 39,10
Li 3 6,94 Ca 20 40,08
B 5 10,81 Cr 24 52,00
C 6 12,01 Mn 25 54,94
N 7 14,01 Fe 26 55,85
O 8 16,00 Zn 30 65,38
F 9 19,00 Br 35 79,90
Na 11 22,99 Ag 47 107,90
P 15 30,97 Pt 78 195,08
S 16 32,07 Hg 80 200,59
Cl 17 35,45 Pu 94 238

A figura mostra a variação da massa específica de uma substância pura com a temperatura à pressão de 1\ \text{bar}. Então, é CORRETO afirmar que T_\text{x} pode representar a temperatura de

  1. A
    ebulição da água.
  2. B
    ebulição do benzeno.
  3. C
    fusão da água.
  4. D
    fusão do benzeno.
  5. E
    fusão do dióxido de carbono.
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Resolução comentada

A figura (que não aparece aqui) é o gráfico clássico do ITA 2015: a massa específica (densidade) da substância pura em função da temperatura, com um ponto T_\text{x} onde ocorre uma descontinuidade. Pelo que lembro do gráfico, na temperatura T_\text{x} a densidade aumenta com o aquecimento, num trecho de temperatura em que a substância passa de sólido para líquido.

Isso é a anomalia da água. Na maioria das substâncias, o sólido é mais denso que o líquido, e a densidade cai na fusão. Na água, o gelo é menos denso que a água líquida (\approx 0{,}92 contra 1{,}00\ \text{g/cm}^3), por causa das ligações de hidrogênio que formam um retículo aberto. Por isso, ao fundir, a densidade da água sobe de forma abrupta.

Análise das opções, considerando um salto de densidade em T_\text{x} com aumento da densidade:

  1. Ebulição (água ou benzeno): o líquido vira vapor e a densidade cai bruscamente, nunca sobe. Descarta A e B.
  2. Fusão do benzeno e do \ce{CO2}: nessas substâncias o sólido é mais denso que o líquido, então a densidade cai na fusão. Descarta D e E. (O \ce{CO2} ainda sublima a 1 bar e não funde.)
  3. Fusão da água: a densidade sobe quando o gelo vira líquido, o que combina com o gráfico.

Portanto T_\text{x} pode representar a temperatura de fusão da água.

Alternativa C.

Pegadinha: A alternativa C engana quem esquece a anomalia da água: o gelo é menos denso que a água líquida, então a densidade sobe na fusão, ao contrário do benzeno e do \ce{CO2}.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • ANa ebulição a densidade cai bruscamente (líquido vira vapor), não aumenta.
  • BEbulição do benzeno também faz a densidade despencar, sem comportamento anômalo.
  • DO benzeno sólido é mais denso que o líquido, então a densidade diminui na fusão.
  • EA 1 bar o \ce{CO2} sublima e não funde; além disso, o sólido é mais denso que o líquido.

Assuntos: Estados físicos e mudanças de estado, Propriedades da matéria e densidade.

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Fonte: ITA 2015 · Química. Prova oficial ↗