Questão 15 (3º dia) da 2ª fase da UNICAMP 2011

3º dia · Ciências da Natureza

A questão do aquecimento global está intimamente ligada à atividade humana e também ao funcionamento da natureza. A emissão de metano na produção de carnes e a emissão de dióxido de carbono em processos de combustão de carvão e derivados do petróleo são as mais importantes fontes de gases de origem antrópica. O aquecimento global tem vários efeitos, sendo um deles o aquecimento da água dos oceanos, o que, consequentemente, altera a solubilidade do \ce{CO2} nela dissolvido. Este processo torna-se cíclico e, por isso mesmo, preocupante. A figura abaixo, preenchida de forma adequada, dá informações quantitativas da dependência da solubilidade do \ce{CO2} na água do mar, em relação à pressão e à temperatura.

a) De acordo com o conhecimento químico, escolha adequadamente e escreva em cada quadrado da figura o valor correto, de modo que a figura fique completa e correta: solubilidade em gramas de \ce{CO2} /100 g água: 2, 3, 4, 5, 6, 7; temperatura /°C: 20, 40, 60, 80, 100 e 120; pressão/atm: 50, 100, 150, 200, 300, 400. Justifique sua resposta.

b) Determine a solubilidade molar do \ce{CO2} na água (em gramas/100 g de água) a 40 °C e 100 atm. Mostre na figura como ela foi determinada.

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Resposta esperada

Resposta esperada pela FUVEST

[Figura: Gráfico de solubilidade versus temperatura com curvas de pressão a 50, 100, 150, 200, 300 e 400 atm. Um ponto preto está destacado sobre a curva de 100 atm na temperatura de 40 °C, projetando-se no eixo vertical de solubilidade no valor aproximado de 5,5.]

A escolha se justifica pelo fato de que a solubilidade dos gases em água aumenta com o aumento da pressão e com a diminuição da temperatura.

b)
Para encontrar o valor de solubilidade, deve-se traçar uma reta vertical passando pela temperatura de 40 °C. O ponto em que onde essa reta cruza com a curva para a pressão de 100 atm (segunda curva de baixo para cima) corresponde à solubilidade no eixo das ordenadas à esquerda. Isso corresponde a 5,5 g / 100 g de água.

Concentração do \ce{CO2} em \text{mol}\ \text{L}^{-1}:
5{,}5\ \text{g} de \ce{CO2} \rightarrow 100\ \text{g} de água
\mathbf{X}\ \text{g} \rightarrow 1000\ \text{g} de água \qquad \mathbf{X} = 55\ \text{g} / 1000\ \text{g} de água do mar
Considerando-se a densidade da água do mar, na condição de 40 °C e 110 atm, a concentração de \ce{CO2} se torna igual a 55\ \text{L}^{-1}. Assim, a concentração de \ce{CO2} em \text{mol}\ \text{L}^{-1} será = 55 / 44 = 1{,}25\ \text{mol}\ \text{L}^{-1}.

Observação: Como o item b da questão 15 pede a concentração em duas unidades diferentes, a banca corretora considerará válido qualquer um dos dois valores.

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Questão 15 no caderno da 2ª fase da UNICAMP 2011