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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 10 (1º semestre · 2º dia · Grupo 2) da 2ª etapa da UFG 2012

1º semestre · 2º dia · Química: Separação de misturas

O sistema abaixo representa uma coluna de separação analítica, em que a parede interna da coluna é revestida com um filme polimérico apolar. Este filme interagirá, por afinidade química, com as substâncias presentes na amostra, dificultando a sua chegada ao sensor.

Esquema de uma coluna de separação analítica com fluxo gasoso horizontal da esquerda para a direita, entrada superior para injeção de amostra, paredes internas revestidas por filme apolar e um sensor transversal próximo à saída.

Substâncias
A 3-metil-pentano
B Etano
C n-butano
D Propano
E i-butano
F Metano

Quando a amostra é introduzida na coluna, o fluxo gasoso transportará as substâncias na direção de um sensor que registra o sinal elétrico em função do tempo. Uma amostra constituída de seis substâncias — listadas na tabela apresentada — foi introduzida na coluna de separação.

Com base nestas informações,

a) esboce um gráfico (sinal do sensor versus tempo) que ilustra a ordem de detecção das substâncias; (4,0 pontos)

b) cite a propriedade responsável pela ordem sequencial de chegada das substâncias ao sensor. (1,0 ponto)

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Resolução comentada

a) O filme da parede é apolar e todas as substâncias são alcanos, também apolares. A única interação possível entre elas e o filme é a de dipolo induzido (forças de London ou de dispersão). Quanto mais forte for essa interação, mais a substância fica retida no filme e mais tarde chega ao sensor.

A intensidade da interação cresce com o tamanho da molécula, ou seja, com a massa molar e a superfície de contato. Em isômeros, a ramificação reduz essa superfície.

  1. Metano (F), com 1 C.
  2. Etano (B), com 2 C.
  3. Propano (D), com 3 C.
  4. i-butano (E), com 4 C e ramificado, portanto com menos superfície de contato.
  5. n-butano (C), com 4 C e cadeia linear, portanto com mais contato.
  6. 3-metil-pentano (A), com 6 C.

Essa ordem coincide com a dos pontos de ebulição: -162, -89, -42, -12, -0{,}5 e 63\ ^\circ\text{C}.

O gráfico tem o tempo no eixo horizontal e o sinal do sensor no vertical. Ele mostra seis picos separados, em sequência, que partem da linha de base e voltam a ela:

\text{linha de base} \to F \to B \to D \to E \to C \to A

O pico de F fica mais próximo da origem. Os demais aparecem em tempos crescentes, com A por último e mais afastado. Os picos mais tardios costumam ser mais largos.

Ordem de detecção: F (metano), B (etano), D (propano), E (i-butano), C (n-butano) e A (3-metil-pentano).

b) A ordem de chegada depende da intensidade das interações intermoleculares entre cada substância e o filme apolar. Aqui são interações dipolo induzido–dipolo induzido (forças de London). Elas crescem com a massa molar e com a superfície de contato da molécula, e por isso crescem também com o ponto de ebulição. As moléculas menores interagem pouco, ficam menos retidas e chegam primeiro ao sensor.

Intensidade das forças de London (dipolo induzido) entre a substância e o filme apolar, que aumenta com o tamanho da molécula e acompanha o ponto de ebulição.

Assuntos: Separação de misturas, Forças intermoleculares, Hidrocarbonetos.

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Ver como caiu na prova Questão 10 no caderno Grupo 2 da 2ª etapa da UFG 2012

Fonte: UFG 2ª etapa 2012 · 1º semestre · 2º dia · Grupo 2. Prova oficial ↗