PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 7 (1º semestre · 2º dia · Grupo 2) da 2ª etapa da UFG 2011
Duas placas condutoras (representadas por +Q e -Q), espaçadas por uma distância d, foram colocadas no interior de uma mangueira, conforme visualizado no esquema abaixo. Ao se aplicar uma diferença de potencial entre as placas é gerado um campo elétrico.
Quando uma solução é introduzida na mangueira sob um fluxo constante (induzido por pressão), o sistema capacitivo, formado pelas placas condutoras, permite o monitoramento das espécies químicas presentes. Esse monitoramento é realizado por meio da variação da corrente elétrica, que é proporcional à condutividade do meio. Com base nestas informações,
a) explique o que ocorre com a intensidade da corrente elétrica quando uma solução iônica e uma solução molecular são introduzidas sequencialmente no sistema esquematizado acima;
(2,0 pontos)
b) esboce um gráfico (condutividade versus tempo) que deverá ser observado após a introdução sequencial de: (i) uma solução de \ce{NaCl} 0{,}10\ \text{mol/L}, seguida por (ii) um fluxo de água e (iii) outra solução de \ce{NaCl} 0{,}20\ \text{mol/L}. (Considere que cada uma das três soluções permaneça em contato com as placas condutoras durante 60 segundos).
(3,0 pontos)
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Resolução comentada
Resolução comentada
a) A corrente elétrica na solução é transportada por íons, e a condutividade do meio é proporcional à concentração de íons livres. Segundo o esquema, a mangueira traz uma região com íons (+ e −) e outra só com espécies neutras (N).
Quando a solução iônica passa entre as placas, os íons se movem sob o campo elétrico: os cátions vão para a placa negativa e os ânions para a positiva. Há portanto muitos portadores de carga, e a corrente elétrica é alta (condutividade alta).
Quando chega a solução molecular, as espécies são neutras. Elas não têm carga e não respondem ao campo, e a solução não tem íons livres (ou quase). Com isso, a corrente cai a um valor próximo de zero (condutividade muito baixa).
Assim, a corrente aumenta com a passagem da solução iônica e diminui com a passagem da molecular. É isso que permite ao sistema diferenciar as espécies.
Resposta: a solução iônica gera corrente elétrica intensa, pois os íons migram no campo; a molecular, só com espécies neutras, leva a corrente a valores próximos de zero.
b) O gráfico depende de como a condutividade varia em cada etapa:
- 0 a 60\ \text{s}: \ce{NaCl} 0{,}10\ \text{mol/L}. O sal se dissocia (\ce{NaCl -> Na+ + Cl-}), e a condutividade sobe até um patamar, que chamaremos de \kappa.
- 60 a 120\ \text{s}: água. Como a água pura tem muito poucos íons, a condutividade cai a um valor próximo de zero (linha de base).
- 120 a 180\ \text{s}: \ce{NaCl} 0{,}20\ \text{mol/L}. A concentração de íons dobra, e a condutividade vai a um patamar de aproximadamente 2\kappa, já que ela é aproximadamente proporcional à concentração de íons em solução diluída.
O esboço fica assim: eixo horizontal com o tempo (0, 60, 120, 180 s) e eixo vertical com a condutividade.
- De 0 a 60 s: patamar na altura \kappa.
- De 60 a 120 s: patamar na linha de base (≈ 0).
- De 120 a 180 s: patamar na altura 2\kappa.
O formato lembra três "degraus" de largura igual, com o terceiro com o dobro da altura do primeiro. Os trechos de transição entre eles podem ser desenhados com leve inclinação, pois a troca de solução não é instantânea.
Resposta: gráfico em três patamares de 60 s cada: altura \kappa (NaCl 0,10 mol/L), próximo de zero (água) e cerca de 2\kappa (NaCl 0,20 mol/L).
Assunto: Ácidos e bases.
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Fonte: UFG 2ª etapa 2011 · 1º semestre · 2º dia · Grupo 2. Prova oficial ↗