PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 51 do ITA 2019

1ª fase · Química · Química: Combustão e poder calorífico

Texto-base das questões 49 a 60 · 1ª fase

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}
Volume molar de gás ideal = 22{,}4\ \text{L} (CNTP)
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 gravitacional (\text{g}) = 9{,}81\ \text{m}\ \text{s}^{-2}
Constante de Planck (\text{h}) = 6{,}63 \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 (\text{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} = 6{,}24 \times 10^{18}\ \text{eV}
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{conc}) = \text{concentrado}. (\text{ua}) = \text{unidades arbitrárias}.
u.m.a. = \text{unidade de massa atômica}. [\text{X}] = \text{concentração da espécie química X em mol}\ \text{L}^{-1}
\ln \text{X} = 2{,}3 \log \text{X}

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
C 6 12,01 Co 27 58,93
N 7 14,01 Ni 28 58,69
O 8 16,00 Cu 29 63,55
F 9 19,00 Zn 30 65,38
S 16 32,06 Br 35 79,90

Retardantes de chama são substâncias que atenuam e/ou inibem o processo de combustão de um material. Considere os seguintes fenômenos:

I. Criação de um dissipador de calor usando um composto que se decompõe em um processo altamente exotérmico, gerando produtos voláteis não combustíveis.

II. Aumento da transferência de calor na superfície em combustão por eliminação do material fundido.

III. Envenenamento da chama pela evolução de espécies químicas que capturam os radicais \ce{H} e \ce{OH} que são ativos na propagação da termooxidação da chama.

IV. Limitação da transferência de calor e massa pela criação de uma camada de carbonização isolante na superfície do material sólido em combustão.

Assinale a opção que apresenta corretamente o(s) fenômeno(s) que pode(m) ser atribuído(s) a ações de retardantes de chama.

  1. A
    Apenas I e II
  2. B
    Apenas I e IV
  3. C
    Apenas II, III e IV
  4. D
    Apenas III
  5. E
    Todos
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Resolução comentada

Retardantes de chama agem por mecanismos conhecidos. Vamos checar cada fenômeno.

I. Um dissipador de calor deve absorver calor, ou seja, a decomposição do composto deve ser endotérmica (como o hidróxido de alumínio, que se decompõe absorvendo calor e liberando vapor de água, que dilui os gases combustíveis). Dizer "altamente exotérmico" está errado: um processo exotérmico liberaria calor e alimentaria a combustão. Item incorreto.

II. Retardantes reduzem a transferência de calor para o material. Eliminar o material fundido (gotejamento) pode até remover calor da superfície, mas "aumentar" a transferência de calor na superfície em combustão não é uma ação retardante, pois favoreceria a combustão. Como está escrito, o item não descreve um mecanismo retardante. Em termos de efeito, o que se busca é reduzir a transferência de calor, e não aumentá-la.

III. Correto: retardantes halogenados liberam, por exemplo, \ce{HBr}, que captura os radicais \ce{H^\bullet} e \ce{OH^\bullet} e interrompe a cadeia radicalar da chama (atuação em fase gasosa).

IV. Correto: retardantes intumescentes (fósforo, por exemplo) formam uma camada carbonizada (char) que isola o material, limitando a troca de calor e de massa (barreira física).

Portanto, somente III e IV são corretos. Essa combinação não aparece nas opções, então é preciso reavaliar o item II. Na literatura, o mecanismo é "remoção de calor pelo gotejamento do material fundido", e esse efeito é de fato atribuído a retardantes: o material derretido escorre e leva calor consigo, o que corresponde ao "aumento da transferência de calor para longe da superfície". Assim, II é aceito, III e IV também, e I é descartado.

Alternativa C.

Pegadinha: O item I engana por usar "exotérmico" onde o correto é endotérmico, fazendo a alternativa E (todos) parecer verdadeira.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AInclui o item I, que é falso: o dissipador de calor se decompõe de forma endotérmica, não exotérmica, e exclui III e IV, que são corretos.
  • BAceita o item I, que é falso por falar em decomposição exotérmica, e deixa de fora II e III.
  • DConsidera só o item III, mas IV (camada carbonizada isolante) também é mecanismo real de retardante.
  • EInclui o item I, falso porque a decomposição do dissipador deve ser endotérmica.

Assuntos: Combustão e poder calorífico, Velocidade de reação e fatores que a alteram.

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Fonte: ITA 2019 · 1ª fase. Prova oficial ↗