PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 63 do ITA 2022
Texto-base das questões 56 a 70 · 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}\cdot\text{mol}^{-1} = 9,65 \times 10^4\text{ A}\cdot\text{s}\cdot\text{mol}^{-1} = 9,65 \times 10^4\text{ J}\cdot\text{V}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}
Carga elementar = 1,60 \times 10^{-19}\text{ C}
Constante dos gases (\text{R}) = 8,21 \times 10^{-2}\text{ atm}\cdot\text{L}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1} = 8,31\text{ J}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1} = 1,98\text{ cal}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}
Constante de Planck (\text{h}) = 6,63 \times 10^{-34}\text{ J}\cdot\text{s}
Velocidade da luz no vácuo = 3,0 \times 10^8\text{ m}\cdot\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}\cdot\text{m}^{-2} = 1,01325\text{ bar}
Energia: 1\text{ J} = 1\text{ N}\cdot\text{m} = 1\text{ kg}\cdot\text{m}^2\cdot\text{s}^{-2} = 6,24 \times 10^{18}\text{ eV}
Condições normais de temperatura e pressão (CNTP): 0\ ^\circ\text{C} e 1\text{ atm}
Condições ambientes: 25\ ^\circ\text{C} e 1\text{ atm}
Condições padrão: 1\text{ bar}; concentração das soluções = 1\text{ mol}\cdot\text{L}^{-1} (rigorosamente: atividade unitária das espécies); sólido com estrutura cristalina mais estável nas condições de pressão e temperatura em questão.
(\text{s}) = sólido. (\ell) = líquido. (\text{g}) = gás. (\text{aq}) = aquoso. (\text{conc}) = concentrado. (\text{ua}) = unidades arbitrárias.
\text{u.m.a.} = unidade de massa atômica. [\text{X}] = concentração da espécie química \text{X} em \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}
\ln\text{X} = 2,3\log\text{X}
\text{EPH} = eletrodo padrão de hidrogênio
Massas Molares
| Elemento Químico | Número Atômico | Massa Molar (\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}) | Elemento Químico | Número Atômico | Massa Molar (\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}) |
|---|---|---|---|---|---|
| \ce{H} | 1 | 1,01 | \ce{Cl} | 17 | 35,45 |
| \ce{B} | 5 | 10,81 | \ce{K} | 19 | 39,10 |
| \ce{C} | 6 | 12,01 | \ce{Ca} | 20 | 40,08 |
| \ce{N} | 7 | 14,01 | \ce{Mn} | 25 | 54,94 |
| \ce{O} | 8 | 16,00 | \ce{Br} | 35 | 79,90 |
| \ce{F} | 9 | 19,00 | \ce{Ag} | 47 | 107,87 |
| \ce{Na} | 11 | 22,99 | \ce{I} | 53 | 126,90 |
| \ce{Mg} | 12 | 24,30 | \ce{Hg} | 80 | 200,59 |
| \ce{P} | 15 | 30,97 | \ce{Pb} | 82 | 207,19 |
| \ce{S} | 16 | 32,06 | \ce{Pa} | 91 | 231,04 |
Considere a seguinte configuração experimental, constituída de um canhão de partículas \boldsymbol{\alpha}, dois detectores de partículas \boldsymbol{\alpha} posicionados ortogonalmente entre si e uma folha fina de um determinado material (W, X, Y, Z).
Experimentos foram realizados, bombardeando cada material com uma quantidade de partículas \boldsymbol{\alpha} e registrando o número de partículas coletadas em cada detector, conforme a tabela abaixo.
| Experimento | Partículas lançadas | Material | Partículas Coletadas | |
|---|---|---|---|---|
| Detector 1 | Detector 2 | |||
| I | 8000 | W | 7903 | 1 |
| II | 10 | X | 10 | 0 |
| III | 10 | Y | 10 | 0 |
| IV | 10 | Z | 10 | 0 |
A partir dessas informações, assinale a alternativa que apresenta a conclusão CORRETA sobre as observações feitas nos experimentos.
- ACom a espessura de uma folha fina, somente o material W é capaz de defletir partículas \boldsymbol{\alpha}.
- BConclusões não podem ser tiradas sobre os experimentos II, III e IV, pois o experimento I mostrou que a taxa de partículas defletidas é muito baixa para um dos materiais.
- CA medição obtida no experimento I contém algum erro, visto que o número resultante da soma de partículas registrado nos detectores 1 e 2 não é igual ao de partículas lançadas pelo canhão.
- DOs experimentos confirmam que os materiais X, Y e Z são transparentes às partículas \boldsymbol{\alpha}.
- ESe todos os materiais fossem bombardeados por um mesmo número de partículas \boldsymbol{\alpha}, eles apresentariam exatamente o mesmo número de partículas nos detectores 1 e 2, contanto que todos tivessem a mesma espessura.
Reportar erro na questão
Resolução comentada
Esta é a lógica do experimento de Rutherford: a maior parte das partículas \alpha atravessa a folha sem desvio, e só poucas são defletidas, porque o núcleo (positivo e pequeno) ocupa um volume ínfimo do átomo.
No experimento I foram lançadas 8000 partículas:
- Detector 1 (em linha reta): 7903.
- Detector 2 (a 90°): 1.
- Soma: 7903 + 1 = 7904, e 8000 - 7904 = 96 partículas não foram contadas.
Essas 96 partículas podem ter sido desviadas em outros ângulos, que nenhum dos dois detectores cobre. Não há erro de medição, pois os detectores não registram todas as direções possíveis.
Nos experimentos II, III e IV foram lançadas apenas 10 partículas, e todas chegaram ao detector 1. Como a taxa de deflexão a 90° observada em W foi cerca de 1/8000, é esperado que, com 10 partículas, nenhuma seja defletida mesmo que o material também desvie partículas. Por isso, a amostra é pequena demais para afirmar algo sobre X, Y e Z: não se pode dizer que eles não defletem, nem que são transparentes.
Análise das alternativas: a (A) e a (D) tiram conclusões que o experimento não sustenta; a (C) ignora as outras direções; a (E) é absurda, pois materiais diferentes têm núcleos diferentes e a deflexão tem caráter probabilístico. A (B) é a conclusão correta: com tão poucas partículas e uma taxa de deflexão tão baixa, nada se conclui sobre II, III e IV.
Alternativa B.
Pegadinha: A alternativa C engana ao supor que a soma dos detectores deve igualar o total lançado, esquecendo as partículas desviadas para outros ângulos.
Por que as outras alternativas estão erradas
- AOs outros materiais com só 10 partículas não permitem afirmar que não defletem; o resultado é inconclusivo.
- CA diferença de 96 partículas vem de desvios em outros ângulos, não cobertos pelos dois detectores; não é erro.
- DZero desvios em 10 partículas não prova transparência, pois a taxa de deflexão é muito baixa.
- EA deflexão é probabilística e depende do núcleo de cada material, então não haveria números exatamente iguais.
Assuntos: modelo atômico de Rutherford, espalhamento de partículas alfa.
Reportar erro na resolução
Ver como caiu na prova
Fonte: ITA 2022 · 1ª fase. Prova oficial ↗