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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 11 (1º semestre · 1º dia · Grupo 1) da 2ª etapa da UFG 2014

1º semestre · 1º dia · Química: Substâncias, misturas e alotropia

O grafeno (forma alotrópica do carbono) é considerado um material de elevada transparência devido à baixa absorção de luz (2%) por monocamada formada. Em um experimento, várias camadas de grafeno foram depositadas sobre uma placa de vidro conforme apresentado na figura a seguir. Em uma das extremidades, um feixe de luz foi incidido na placa. A parte não absorvida pelo material foi transmitida e detectada com uso de um sensor posicionado acima da placa, conforme ilustrado na figura.

Esquema experimental com uma placa de vidro com camadas de grafeno de n = 1 a n = 5, uma fonte de luz incidindo por baixo e um sensor captando acima, havendo uma seta de deslocamento da placa para a esquerda

Com base nas informações fornecidas,

a) esboce um gráfico que represente a porcentagem de luz transmitida em função da quantidade de camadas de grafeno quando a placa de vidro é deslocada conforme indicado na figura. Desconsidere qualquer interferência do vidro; (3,0 pontos)

b) cite outras três formas alotrópicas do carbono. (2,0 pontos)

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a) O sensor fica fixo e a placa se desloca para a esquerda. Por isso ele passa a "enxergar" regiões com cada vez mais camadas: primeiro o vidro sem grafeno (n=0), depois n=1, n=2 e assim até n=5.

Cada monocamada absorve 2% da luz que chega a ela, então transmite 98%. A cada camada, a intensidade fica multiplicada por 0{,}98:

T(n)=100\%\cdot(0{,}98)^n
  1. n=0: 100\%
  2. n=1: 98\%
  3. n=2: \approx 96\%
  4. n=3: \approx 94\%
  5. n=4: \approx 92\%
  6. n=5: \approx 90\%

Os valores exatos para n=2 a 5 são 96{,}04\%, 94{,}12\%, 92{,}24\% e 90{,}39\%. Os arredondados acima coincidem com a aproximação linear de 2\% por camada.

Gráfico: eixo horizontal com o número de camadas (0 a 5) e eixo vertical com a transmitância (%). O gráfico é em degraus, porque cada região da placa tem um número inteiro de camadas e a transmitância é constante dentro dela. Os degraus descem de 100\% para 98\%, 96\%, 94\%, 92\% e 90\%. A queda é praticamente linear e decrescente, e a transmitância não chega a zero.

Resposta: gráfico em degraus decrescentes, de 100% (n=0) até cerca de 90% (n=5), com queda de cerca de 2% por camada.

b) O carbono forma várias substâncias simples, que diferem no arranjo dos átomos:

  • diamante: cada carbono faz 4 ligações simples, com hibridização sp^3 (rede tridimensional);
  • grafite: camadas de hexágonos com carbono sp^2, empilhadas (o grafeno é uma dessas camadas isolada);
  • fulerenos (por exemplo, \ce{C60}): moléculas fechadas em forma de bola.

Os nanotubos de carbono também seriam aceitos.

Resposta: diamante, grafite e fulerenos (como o \ce{C60}); nanotubos de carbono também valem.

Assunto: Substâncias, misturas e alotropia.

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Ver como caiu na prova Questão 11 no caderno Grupo 1 da 2ª etapa da UFG 2014

Fonte: UFG 2ª etapa 2014 · 1º semestre · 1º dia · Grupo 1. Prova oficial ↗