PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 2 (Química) do ITA 2018
Texto-base das questões 01 a 20 · Química
Constante de Avogadro (\text{N}_\text{A}) = 6{,}02 \times 10^{23}\ \text{mol}^{-1}
Constante de Faraday (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}
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}\ \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} = 62{,}4\ \text{mmHg}\ \text{L}\ \text{K}^{-1}\ \text{mol}^{-1}
Constante gravitacional (g) = 9{,}81\ \text{m}\ \text{s}^{-2}
Constante de Planck (h) = 6{,}626 \times 10^{-34}\ \text{m}^2\ \text{kg}\ \text{s}^{-1}
Velocidade da luz no vácuo = 3{,}0 \times 10^8\ \text{m}\ \text{s}^{-1}
Número de Euler (e) = 2{,}72
DEFINIÇÕES
Pressão: 1\ \text{atm} = 760\ \text{mmHg} = 1{,}01325 \times 10^5\ \text{N}\ \text{m}^{-2} = 760\ \text{Torr} = 1{,}01325\ \text{bar}
Energia: 1\ \text{J} = 1\ \text{N}\ \text{m} = 1\ \text{kg}\ \text{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}\ \text{L}^{-1} (rigorosamente: atividade unitária das espécies); sólido com estrutura cristalina mais estável nas condições de pressão e temperatura em questão.
(\text{s}) = \text{sólido}. (\ell) = \text{líquido}. (\text{g}) = \text{gás}. (\text{aq}) = \text{aquoso}. (\text{CM}) = \text{circuito metálico}. (\text{conc}) = \text{concentrado}.
(\text{ua}) = \text{unidades arbitrárias}. [\text{X}] = \text{concentração da espécie química X em mol}\ \text{L}^{-1}
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 | Fe | 26 | 55,85 |
| He | 2 | 4,00 | Cu | 29 | 63,55 |
| C | 6 | 12,01 | Zn | 30 | 65,38 |
| N | 7 | 14,01 | Br | 35 | 79,90 |
| O | 8 | 16,00 | Pt | 78 | 195,08 |
| Na | 11 | 22,99 | Pb | 82 | 207,2 |
| S | 16 | 32,06 | Ra | 88 | (não possui isótopos estáveis) |
| Cl | 17 | 35,45 | U | 92 | 238,03 |
| Ca | 20 | 40,08 |
Considere as seguintes proposições a respeito dos valores, em módulo, da energia de orbitais atômicos 2s e 2p:
I. |\text{E}_{2\text{s}}| = |\text{E}_{2\text{p}}| para o átomo de hidrogênio.
II. |\text{E}_{2\text{s}}| = |\text{E}_{2\text{p}}| para o íon de hélio carregado com uma carga positiva.
III. |\text{E}_{2\text{s}}| > |\text{E}_{2\text{p}}| para o átomo de hélio.
Das proposições acima, está(ão) CORRETA(S)
- Aapenas I.
- Bapenas II.
- Capenas III.
- Dapenas I e III.
- Etodas.
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Resolução comentada
A energia de um orbital depende de quais fatores muda conforme o átomo tenha um ou vários elétrons.
Espécies com um só elétron (hidrogenoides): a energia depende apenas do número quântico principal n e da carga nuclear Z: E_n = -\dfrac{Z^2}{n^2}\cdot 13{,}6\ \text{eV}. Não há dependência de \ell, então os orbitais 2s e 2p são degenerados (mesma energia).
- I: o H tem um elétron, logo |E_{2s}| = |E_{2p}|. Correta.
- II: o \ce{He+} também tem um elétron, logo 2s e 2p têm a mesma energia. Correta.
Átomos polieletrônicos: surge a repulsão entre elétrons. O orbital 2s é mais penetrante, isto é, tem densidade eletrônica perto do núcleo, e sofre menor blindagem. Assim, sente uma carga nuclear efetiva maior e fica mais estável (energia mais negativa) que o 2p: E_{2s} < E_{2p}, ou seja, |E_{2s}| > |E_{2p}|.
- III: o átomo de He tem dois elétrons, e o efeito de penetração leva a |E_{2s}| > |E_{2p}|. Correta, no sentido de que o 2s é mais estável, pois com 2 elétrons o He já é polieletrônico, mesmo que 2s e 2p estejam desocupados no estado fundamental (estados excitados).
As três afirmações são verdadeiras.
Alternativa E.
Pegadinha: Pensar que o \ce{He+}, por ter carga nuclear maior, teria 2s e 2p com energias diferentes; a degenerescência depende do número de elétrons, não da carga.
Por que as outras alternativas estão erradas
- Aignora que o \ce{He+} também é hidrogenoide e tem 2s e 2p degenerados, e que no He o 2s é mais estável.
- Besquece que o H também é monoeletrônico e tem 2s e 2p degenerados.
- Comite I e II, que são corretas, pois em espécies com um elétron a energia só depende de n.
- Dconsidera o \ce{He+} diferente do H, mas ele também tem um único elétron e orbitais degenerados.
Assuntos: Distribuição eletrônica, Modelos atômicos.
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Fonte: ITA 2018 · Química. Prova oficial ↗