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Questão 52 do ITA 2024

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 (\text{F}) = 9{,}65 \times 10^4\text{ C mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\text{ A s mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\text{ J V}^{-1}\text{ mol}^{-1}

Carga elementar = 1{,}60 \times 10^{-19}\text{ C}

Constante dos gases (\text{R}) = 8{,}21 \times 10^{-2}\text{ atm L K}^{-1}\text{ mol}^{-1} = 8{,}31\text{ J K}^{-1}\text{ mol}^{-1} = 1{,}98\text{ cal K}^{-1}\text{ mol}^{-1}

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

Velocidade da luz no vácuo = 3{,}0 \times 10^8\text{ m s}^{-1}

Número de Euler (\text{e}) = 2{,}72

Definições

Pressão: 1\text{ atm} = 760\text{ Torr} = 1{,}01325 \times 10^5\text{ N m}^{-2} = 1{,}01325\text{ bar}

Energia: 1\text{ J} = 1\text{ N m} = 1\text{ kg 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}, equivalente a um volume de um gás ideal de 22{,}4\text{ L}.

Condições ambientes: 25\ ^\circ\text{C} e 1\text{ atm}

Condições padrão: 1\text{ bar}; concentração das soluções = 1\text{ mol 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}) = gasoso. (\text{aq}) = aquoso. (\text{conc}) = concentrado. (\text{ua}) = unidades arbitrárias. u.m.a. = unidade de massa atômica. [\text{X}] = concentração da espécie \text{X} em \text{mol L}^{-1}.

\ln \text{X} = 2{,}3\log \text{X}; \sqrt{2} = 1{,}41; \sqrt{3} = 1{,}73.

\text{EPH} = eletrodo padrão de hidrogênio

Massas Molares

Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (\text{g mol}^{-1}) Elemento Químico Número Atômico Massa Molar (\text{g mol}^{-1})
H 1 1,01 Ca 20 40,08
He 2 4,00 Mn 25 54,94
C 6 12,01 Fe 26 55,85
N 7 14,01 Cu 29 63,55
O 8 16,00 Br 35 79,90
F 9 19,00 Sn 50 118,71
Na 11 22,99 I 53 126,90
Cl 17 35,45 Au 79 196,97
K 19 39,10 Hg 80 200,59

As afirmações a seguir relacionam processos físico-químicos que podem ser interpretados utilizando diferentes modelos atômicos e representados por meio de uma equação química.

I. O modelo de Bohr contém o arcabouço teórico minimamente necessário para representar uma equação do tipo: \gamma + \ce{H(g) -> H^*(g)}, em que \ce{H^*} representa o estado eletrônico excitado do \ce{H}.

II. O modelo de Dalton contém o arcabouço teórico minimamente necessário para representar uma equação do tipo: \ce{12 Fe(s) + C(s) -> Fe_{12}C(s)}.

III. O modelo de Rutherford contém o arcabouço teórico minimamente necessário para representar uma equação do tipo: \ce{^4_2He^{2+} + Au -> ^4_2He^{2+} + Au}.

IV. O modelo de Thomson contém o arcabouço teórico minimamente necessário para representar uma equação do tipo: \ce{2H+ + 2e- <=> H2}.

Assinale a opção que contém a(s) afirmação(ões) CORRETA(S) sobre a relação entre os modelos atômicos e as equações químicas mostradas.

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

A questão pede o modelo mais simples capaz de representar cada processo. Vamos avaliar cada afirmação.

I. A excitação do átomo de H por um fóton (\gamma) é a passagem do elétron para um nível de energia mais alto. Isso exige níveis quantizados de energia, ideia que só aparece no modelo de Bohr. Correta.

II. A equação \ce{12 Fe + C -> Fe12C} mostra átomos se combinando em proporções fixas para formar um composto. Isso é o essencial do modelo de Dalton (átomos indivisíveis que se rearranjam em proporções definidas). Correta.

III. O espalhamento de partículas \alpha por uma folha de ouro, em que a partícula sai igual à que entrou, foi o experimento que levou Rutherford ao núcleo pequeno e denso. Para representar o processo, é preciso distinguir núcleo (carga 2+, número atômico e de massa) e o alvo. Correta.

IV. Na equação \ce{2H+ + 2e- <=> H2} aparecem o elétron e o cátion, isto é, partículas com carga. O elétron como partícula subatômica negativa já está no modelo de Thomson (pudim de passas), que explica a existência de íons por ganho e perda de elétrons. Correta.

Como as quatro afirmações atendem ao critério do modelo mínimo, todas estão corretas.

Alternativa E.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AIgnora que os modelos de Dalton, Rutherford e Thomson também bastam para as equações II, III e IV.
  • BExclui a IV, mas o modelo de Thomson, com elétrons e íons, basta para a semirreação.
  • CExclui a I e a III, embora Bohr explique a excitação e Rutherford o espalhamento alfa.
  • DExclui a I e a II, embora Bohr explique a excitação e Dalton a combinação em proporções fixas.

Assuntos: modelos atômicos, Bohr, Dalton, Rutherford e Thomson.

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