PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 55 do ITA 2019

1ª fase · Química · Química: Velocidade de reação e fatores que a alteram

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

Computadores químicos são sistemas desenvolvidos para resolver diversos problemas de ciência e engenharia, por meio de reações químicas. Considere dois exemplos de aplicação desses computadores:

I. Desenvolvimento de circuitos de controle molecular e procedimentos terapêuticos inteligentes utilizando um conjunto de velocidades de reações químicas como linguagem de programação para controlar a síntese de DNA.
II. Definição das melhores rotas de deslocamento entre dois pontos de um mapa, de forma mais rápida do que qualquer sistema de navegação convencional. O computador utiliza um mapa preenchido com um líquido alcalino. O ponto de partida contém partículas de corante e o ponto de destino contém um gel misturado com ácido.

Assinale a opção que apresenta os conceitos/processos que melhor descrevem o princípio de funcionamento dos computadores químicos exemplificados em I e II, respectivamente.

  1. A
    Primeira lei da termodinâmica e solubilidade
  2. B
    Mecanismos reacionais e variação da tensão superficial
  3. C
    Entalpia de formação dos produtos e entalpia de neutralização
  4. D
    Princípio de Le Chatelier e Lei de Hess
  5. E
    Energia de ativação e reação de Cannizzaro
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Resolução comentada

Em cada exemplo, identifique qual fenômeno químico está sendo "programado".

Exemplo I: a linguagem de programação é um conjunto de velocidades de reações químicas. Velocidade de reação é o assunto da cinética química, que estuda como as etapas elementares (o mecanismo reacional) determinam a rapidez com que se formam os produtos. Controlar a síntese de DNA por velocidades de reações significa usar mecanismos reacionais e cinética.

Exemplo II: o mapa contém um líquido alcalino (básico). No ponto de destino há um gel com ácido. O ácido reage com a base e neutraliza o meio, criando um gradiente de pH. Esse gradiente de pH altera a tensão superficial do líquido, então surge um fluxo (efeito Marangoni) que arrasta as partículas de corante do ponto de partida até o destino pelo caminho mais curto. O corante "desenha" a rota.

Portanto, o par que descreve I e II é: mecanismos reacionais e variação da tensão superficial.

As demais opções trazem conceitos que não explicam o uso de velocidades (I) nem o movimento do corante por gradiente de pH (II).

Alternativa B.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AA primeira lei trata de conservação de energia, não de velocidades de reação, e a solubilidade não explica o arraste do corante.
  • CEntalpias de formação e de neutralização são grandezas termoquímicas e não descrevem velocidades nem o movimento do corante.
  • DLe Chatelier trata de equilíbrio e a Lei de Hess de somar entalpias, nenhum dos dois ligado a velocidades ou ao fluxo no mapa.
  • EA energia de ativação se relaciona à cinética, mas a reação de Cannizzaro (aldeídos em meio básico) não explica a rota no mapa.

Assuntos: Velocidade de reação e fatores que a alteram, Forças intermoleculares.

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