Questão 51 do ITA 2023

Question

Considere as seguintes afirmações relacionadas a átomos e íons atômicos no estado gasoso:

I. A afinidade eletrônica do átomo de oxigênio é maior do que a do ânion \ce{O-}.
II. A energia de ionização do átomo de oxigênio é maior do que a do ânion \ce{O^{2-}}.
III. O raio atômico do átomo de oxigênio é maior do que o do ânion \ce{O-}.
IV. O átomo de oxigênio tem maior afinidade eletrônica e menor energia de ionização do que o átomo de nitrogênio.

Das afirmações I a IV, acima destacadas, são CORRETAS

A
apenas I e II.
B
apenas I, II e IV.
C
apenas I e III.
D
apenas II, III e IV.
E
apenas III e IV.

Answer 1

PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 51 do ITA 2023

1ª fase · Química

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 (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}

Carga elementar = 1{,}60 \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}

Constante de Planck (h) = 6{,}63 \times 10^{-34}\ \text{J}\ \text{s}

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} = 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 1\ \text{atm}

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.

(s) = sólido. (\ell) = líquido. (g) = gás. (aq) = aquoso. (conc) = concentrado. (ua) = unidades arbitrárias.

u.m.a. = unidade de massa atômica. [X] = concentração da espécie química X em \text{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	P	15	30,97
Li	3	6,94	S	16	32,06
B	5	10,81	Cl	17	35,45
C	6	12,01	K	19	39,10
N	7	14,01	Ca	20	40,08
O	8	16,00	Ga	31	69,72
F	9	19,00	Se	34	78,96
Na	11	22,99	Sr	38	87,62
Al	13	26,98

Considere as seguintes afirmações relacionadas a átomos e íons atômicos no estado gasoso:

I. A afinidade eletrônica do átomo de oxigênio é maior do que a do ânion \ce{O-}.
II. A energia de ionização do átomo de oxigênio é maior do que a do ânion \ce{O^{2-}}.
III. O raio atômico do átomo de oxigênio é maior do que o do ânion \ce{O-}.
IV. O átomo de oxigênio tem maior afinidade eletrônica e menor energia de ionização do que o átomo de nitrogênio.

Das afirmações I a IV, acima destacadas, são CORRETAS

A
apenas I e II.
B
apenas I, II e IV.
C
apenas I e III.
D
apenas II, III e IV.
E
apenas III e IV.

Escolha uma alternativa para conferir o gabarito.

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Resolução comentada

Vamos usar as definições: afinidade eletrônica (AE) é a energia liberada ao adicionar um elétron a um átomo gasoso; energia de ionização (EI) é a energia necessária para remover um elétron.

I. Correta. O átomo O capta um elétron e forma \ce{O-} (AE de cerca de -141\ \text{kJ/mol}, ou seja, libera energia). O ânion \ce{O-} capta outro elétron para formar \ce{O^{2-}}, mas isso exige energia (repulsão entre cargas negativas), e a AE é desfavorável. Logo, a AE do O é maior (mais exotérmica) que a do \ce{O-}.

II. Falsa. A EI do O é a energia para \ce{O -> O+ + e-} (cerca de 1314\ \text{kJ/mol}). A EI do \ce{O^{2-}} é a energia para \ce{O^{2-} -> O- + e-}. Esse elétron está numa espécie muito repelida, então é facilmente removido, e a EI é baixa (na verdade, a EI do \ce{O^{2-}} é a inversa da AE do \ce{O-}, negativa). Portanto, a EI do O é maior que a do \ce{O^{2-}}, e a afirmação II é correta.

Revisando: II diz que a EI do O é maior que a do \ce{O^{2-}}, o que é verdadeiro.

III. Falsa. Ao ganhar um elétron, aumenta a repulsão eletrônica com a mesma carga nuclear, e o ânion fica maior. Então o raio do O é menor que o do \ce{O-}.

IV. Falsa. O nitrogênio tem AE próxima de zero (subnível 2p semipreenchido), então o O tem maior AE que o N. Mas a EI do O (1314) é menor que a do N (1402). Aqui a segunda parte está certa: o O tem menor EI. Logo, a afirmação IV é correta.

Corretas: I, II e IV.

Alternativa B.

Pegadinha: A afirmação IV engana por ter duas propriedades juntas: quem lembra só da tendência da EI na família e esquece a anomalia do N descarta a IV; e a II confunde por comparar um ânion bivalente.

Por que as outras alternativas estão erradas

AOmite a IV, que é correta: o O tem maior afinidade eletrônica e menor energia de ionização que o N.
CConsidera a III correta, mas o ânion \ce{O-} é maior que o átomo, e deixa de fora II e IV.
DInclui a III, que é falsa, e exclui a I, que é correta.
EInclui a III, falsa, e exclui I e II, que são corretas.

Assuntos: propriedades periódicas, afinidade eletrônica, energia de ionização.

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Questão 51 no caderno 1ª fase do ITA 2023

Fonte: ITA 2023 · 1ª fase. Prova oficial ↗