O que caiu
Quatro temas, todos com um item conceitual e um de cálculo — o desenho de sempre da banca.
Questão 1 estequiometria com pureza
Fosfato de cálcio obtido de casca de ovo, com técnicas de separação e duas equações em sequência.
Questão 2 polaridade e gases
Perfluordecalina como sangue artificial: polaridade, solubilidade de gases e equação de Clapeyron.
Questão 3 eletroquímica e Faraday
Galvanoplastia de joias com ródio: distribuição eletrônica, eletrodos e massa depositada.
Questão 4 força de ácidos e orgânica
pKa como medida de acidez, ionização e esterificação do ácido benzoico.
As resoluções
Abra o padrão de resposta só depois de tentar. Na correção, resposta sem resolução não vale ponto.
01estequiometria com pureza
Fosfato de cálcio a partir de casca de ovo
O fosfato de cálcio, Ca3(PO4)2 (M = 310 g/mol), é biomaterial usado em aplicações médicas e odontológicas por sua semelhança com a fase mineral de ossos e dentes. Uma rota sustentável parte de cascas de ovos, ricas em carbonato de cálcio (M = 100 g/mol): 28 g de casca em pó reagem com ácido clorídrico, formando cloreto de cálcio; a adição de excesso de hidrogenofosfato de sódio gera um precipitado branco, separado da solução com funil e papel de filtro e depois tratado termicamente.
Equações: CaCO3 + 2 HCℓ → CaCℓ2 + H2O + X · 3 CaCℓ2 + 2 Na2HPO4 → Ca3(PO4)2 + 4 NaCℓ + 2 HCℓ
a) Nome da técnica de separação empregada para isolar o precipitado da fase líquida e fórmula molecular da substância X.
b) Com pureza de 90% nas cascas, a massa de CaCO3 presente e a massa de Ca3(PO4)2 obtida ao final, com rendimento de 100%.
Resolução
a) Filtração — o funil com papel de filtro retém o sólido e deixa passar a fase líquida. Fazendo o balanço da primeira equação, faltam um carbono e dois oxigênios do lado dos produtos: X = CO2.
m(CaCO₃) = 28 g × 0,90 = 25,2 g
n(CaCO₃) = 25,2 ÷ 100 = 0,252 mol
1ª equação, proporção 1 : 1 → n(CaCℓ₂) = 0,252 mol
2ª equação, proporção 3 : 1 → n = 0,252 ÷ 3 = 0,084 mol
m = 0,084 × 310 = 26,04 g
O caminho tem duas proporções em sequência: primeiro 1 : 1, depois 3 : 1. Quem aplica o 3 : 1 direto sobre o carbonato triplica o erro.
02polaridade e gases
Perfluordecalina como sangue artificial
Perfluorcarbonetos são formados apenas por carbono e flúor. A perfluordecalina, líquida à temperatura ambiente, dissolve grande quantidade de oxigênio e por isso é usada como uma espécie de sangue artificial. A 1 atm e 300 K, 100 mL de perfluordecalina dissolvem 48 mL de O2, contra apenas 2,5 mL em 100 mL de água.
Dados: M(O2) = 32 g/mol; R = 0,08 atm · L / (mol · K).
a) Classificação da molécula de perfluordecalina quanto à polaridade e por que o oxigênio é mais solúvel nela do que em água.
b) Quantidade de matéria de O2 dissolvida em 100 mL de perfluordecalina e volume necessário para transportar 320 mg de O2.
Resolução
a) Molécula apolar: embora cada ligação C—F seja polar, a distribuição simétrica dos flúores em torno dos carbonos anula os vetores momento dipolar. O O₂ também é apolar, e semelhante dissolve semelhante — entre O₂ e perfluordecalina atuam forças de dispersão, de baixa energia. Para dissolver-se em água seria preciso romper ligações de hidrogênio fortes entre as moléculas de água, sem compensação energética, o que torna a solubilidade em água muito menor.
P · V = n · R · T
n = (1 × 0,048) ÷ (0,08 × 300) = 0,048 ÷ 24 = 0,002 mol
320 mg = 0,320 g → n = 0,320 ÷ 32 = 0,010 mol
0,002 mol ——— 100 mL
0,010 mol ——— V → V = 500 mL
Os 48 mL precisam virar 0,048 L antes de entrar na equação, e 320 mg precisam virar 0,320 g. Duas conversões, dois lugares para escorregar.
03eletroquímica e Faraday
Galvanoplastia de joias com ródio
Peças de prata são revestidas com uma fina camada de ródio metálico para aumentar o brilho e reduzir o escurecimento causado pela reação da prata com íons sulfeto do suor. Uma empresa preparou 10 L de solução de sulfato de ródio(III) contendo 4,12 g de Rh (M = 103 g/mol) por litro. A semirreação de redução é Rh3+ + 3 e− → Rh.
Dados: constante de Faraday = 96 500 C/mol; corrente de 10 A durante 289,5 s.
a) Fórmula do sulfeto de prata formado no escurecimento e nome do eletrodo em que ocorre a redução do íon ródio(III).
b) Quantidade de matéria de Rh3+ nos 10 L e massa de ródio depositada na galvanização.
Resolução
a) A prata tem um único elétron na camada de valência e forma o cátion Ag⁺; com o ânion sulfeto, S²⁻, a neutralidade exige dois cátions: Ag₂S. A redução ocorre sempre no cátodo — aqui, a própria joia a ser revestida.
m(Rh) = 4,12 g/L × 10 L = 41,2 g
n(Rh³⁺) = 41,2 ÷ 103 = 0,400 mol
Q = i · Δt = 10 × 289,5 = 2 895 C
n(e⁻) = 2 895 ÷ 96 500 = 0,030 mol
3 e⁻ por Rh → n(Rh) = 0,030 ÷ 3 = 0,010 mol
m = 0,010 × 103 = 1,03 g
Os 0,400 mol em solução não entram no segundo cálculo: quem deposita é a carga que passou. Dividir por 3 é o passo que a maioria esquece.
04força de ácidos e orgânica
pKa, ionização e esterificação
Em uma atividade sobre ácidos, uma plataforma classificava a força da senha pela força do ácido usado como senha. O nome "ácido benzoico" foi recusado como senha fraca. A tabela traz os valores de pKa de quatro ácidos.
| Ácido | Fórmula | pKa |
|---|
| benzoico | C7H6O2 | 4,2 |
| acético | C2H4O2 | 4,76 |
| fluorídrico | HF | 3,17 |
| nítrico | HNO3 | −1,4 |
a) Qual ácido deve ser escolhido para a senha mais forte e a equação de sua ionização em solução aquosa.
b) Fórmula estrutural do ácido benzoico e do éster formado na reação com metanol.
Resolução
a) O ácido nítrico, de pKa = −1,4. Como pKa = −log Ka, quanto menor o pKa, maior o Ka e mais forte o ácido — o nítrico tem Ka da ordem de 25, contra 6 × 10⁻⁵ do benzoico, uma diferença de quase seis ordens de grandeza.
HNO₃(aq) + H₂O(ℓ) → H₃O⁺(aq) + NO₃⁻(aq)
ou, de forma simplificada: HNO₃ → H⁺ + NO₃⁻
b) Ácido benzoico: anel benzênico ligado diretamente a uma carboxila — C₆H₅—COOH. Na esterificação com metanol forma-se o benzoato de metila, C₆H₅—COO—CH₃, com eliminação de água.
A seta do pKa anda ao contrário: menor valor, ácido mais forte. E o item pede a estrutura desenhada, não o nome — o anel precisa aparecer no papel.
Duas observações sobre a prova
Na questão 1, o fluxograma informa 500 mL de HCℓ 1,0 mol/L, ou seja, 0,500 mol. A reação completa dos 0,252 mol de carbonato exigiria 0,504 mol de ácido. A diferença é de 0,8% e o item (b) pede o cálculo pela pureza, então a resposta esperada é 26,04 g — mas o dado do ácido, lido ao pé da letra, faria dele o reagente limitante.
Na questão 3, o enunciado apresenta a distribuição eletrônica da prata como [Kr]3d104s1. A distribuição correta é [Kr]4d105s1, já que o criptônio já encerra o subnível 4p. A resposta não muda — em ambos os casos há um elétron de valência e o cátion é Ag⁺ —, mas vale saber.