QUÍMICA

ATIVIDADE 1

(Estados da matéria)

O objetivo das nossas aulas até agora foi de conseguir entender porque é possível separar dois líquidos diferentes (por exemplo, água e álcool). Para esse fato ser explicado, precisamos explorar e discutir vários outros fatos. Isso é sempre uma tarefa difícil e exige paciência. Por isso mesmo, o importante para mim nessa atividade é que você escreva o que está pensando. Se você não souber responder, escreva quais foram as dúvidas que surgiram.

Esta atividade é para revisar e treinar aquilo que foi apenas apresentado em sala de aula. Você também precisa pensar e discutir alguns conceitos: temperatura, ponto de fusão,ebulição e fases de um material.

Na sala onde você está lendo este texto, peço que você observe os objetos sólidos, os líquidos e que você lance os braços para cima e para baixo, sentindo o ar que te cerca.

Se um material é sólido, ele está abaixo do seu ponto de fusão. Se ele é líquido, está entre o ponto de fusão e o de ebulição, e se é um gás, está acima do ponto de ebulição. Quando um material sólido é aquecido, sua temperatura sobe. Ao alcançar o ponto de fusão, ele começa a se tornar líquido, mantendo a sua temperatura constante. Quando todo o material tiver se tornado líquido, a temperatura começa a subir novamente até alcançar o ponto de ebulição. Todos os materiais tem uma temperatura em que começam a derreter (chamada ponto de fusão) e uma temperatura em que começam a virar vapor (ponto de ebulição).

Questão 1 - Suponha que você tirou um cubo de gelo e um pedaço de frango do congelador e os colocou sobre uma mesa. Responda se as afirmações seguintes são verdadeiras ou falsas:

(a) O cubo de gelo vai derreter porque a temperatura ambiente é maior do que a temperatura da geladeira.

(b) O ponto de fusão do gelo está abaixo da temperatura ambiente.

(c) A água do frango vai derreter, mas o próprio frango vai continuar sólido.

(d) O ponto de fusão do frango está acima da temperatura ambiente.

Questão 2 - Suponha que enchemos uma panela de água e a esquentamos sobre o fogão. Responda se as afirmações abaixo são verdadeiras ou falsas:

(a) A temperatura da água é igual em todas as regiões da panela antes de o fogão ser aceso. (b) A temperatura é diferente em cada região da panela conforme a água é aquecida.

(c) Durante o aquecimento, a temperatura é maior na parte de baixo da panela.

(d) Quando a temperatura chega no ponto de ebulição, a água começa a virar vapor.

(e) A água já estava evaporando antes mesmo de o fogão ser aceso.

Questão 3 - Ainda falando sobre a panela no fogão, qual será a temperatura da água? Para mostrar isso, tente desenhar um gráfico da temperatura pelo tempo a partir do momento em que o fogo é ligado.

Ainda falando sobre a panela no fogão, qual será a temperatura da água? Para mostrar isso, tente desenhar um gráfico da temperatura pelo tempo a partir do momento em que o fogo é ligado. Nesse gráfico, tente incluir os seguintes momentos: (a) o momento em que eu liguei o fogo; (b) durante o aquecimento; (c) o momento em que começam a se formar bolhas no fundo da panela.

ATIVIDADE 2

INSERIDA EM: 12-05-20

(Introdução à velocidade das reações químicas)

Na aula online do dia 29/05, foi feita uma introdução ao conceito de velocidade de uma reação química, e também foram apresentados os fatores que afetam a velocidade de uma reação.

A velocidade de uma reação é uma descrição macroscópica do número de mudanças químicas que estão acontecendo no nível microscópico, molecular, em um intervalo de tempo. Se a velocidade de um carro é a mudança da sua posição em um intervalo de tempo, a velocidade de uma reação não é uma mudança de posição de uma molécula, mas sim a mudança da sua própria estrutura.

Assista esse vídeo de um exemplo de reações químicas acontecendo ao nível microscópico: https://www.youtube.com/watch?v=YuqA_uojSJ4 (MEL Science)

Vamos pensar, por exemplo, na reação química de síntese da amônia (NH₃), matéria-prima para produção de fertilizantes, a partir do gás nitrogênio (N₂) e do gás hidrogênio (H₂). Se tivermos um tanque preenchido com N₂, injetarmos H₂, e aumentarmos a pressão dentro dele, então as moléculas de N₂ e H₂, conforme se chocarem entre si, dividirão-se em seus átomos constituintes (N₂ se quebra formando dois átomos de nitrogênio afastados, e o mesmo ocorre com H₂). Quando isso acontecer, os átomos separados de nitrogênio e hidrogênio poderão voltar a se aproximar e formar novamente as moléculas iniciais de N₂ e H₂. Alternativamente, os átomos N e H poderão se ligar, formando um outro tipo de molécula.

Aquilo que era inicialmente uma molécula de N₂ pode se chocar com uma molécula de H₂ e formar duas moléculas de NH. Os choques entre as moléculas estão acontecendo o tempo inteiro, e as moléculas continuarão sofrendo rearranjos até formarem moléculas que resistem às condições existentes, incluindo aos choques. À uma pressão de aproximadamente 200 atmosferas, a amônia é uma das moléculas que, quando formada, permanece estável.

Existem mols de moléculas em apenas alguns metros cúbicos de um tanque com gás nitrogênio e hidrogênio. Desse modo, as mudanças das moléculas apontadas nos últimos dois parágrafos acontecem muito mais do que milhões de vezes por segundo (lembre que, se um milhão é 1.000.000, um mol é um pouco mais do que 600.000.000.000.000.000.000.000).

O número de vezes que uma molécula de NH₃ é formada por segundo entrega a velocidade da reação. Essa reação de síntese da amônia pode ser descrita na linguagem química como:

N₂ + 3H₂ → 2NH₃

PERGUNTAS:

1) No texto, foi apontado que acontecem choques entre as moléculas N₂ e H₂ que resulta na formação de átomos N e H. Existem outras possibilidades de choques que podem ocorrer entre essas moléculas. Quais são?

2) O gás nitrogênio constitui a maior parte do ar que respiramos. Por que seria necessário colocar esse gás em um tanque com uma pressão 200 vezes maior do que aquela da atmosfera para que ele comece a reagir com o gás hidrogênio?

3) (Pergunta baseada na aula online do dia 29, especificamente na parte que se refere ao efeito da temperatura e da superfície de contato sobre a velocidade de uma reação)

Pense em uma barra de ferro, e, ao seu lado, um punhado de porcas e parafusos. Qual dos dois vai enferrujar mais rápido? Por que?

Agora, pense em dois vidros de maionese, um dentro da geladeira, e um fora dela. Qual delas vai azedar primeiro? Por que?

4) Um proprietário possui duas fábricas de síntese de etanol. Em uma delas, o etanol é produzido 10 vezes mais rápido do que na outra fábrica, porém, consome 30 vezes mais energia elétrica. Além disso, por ser uma fábrica antiga, o processo de reciclagem da matéria-prima é pouco eficiente, de modo que, de cada 10 toneladas de matéria que entra na usina, 3 toneladas se tornam lixo e são despejados diretamente em um córrego. O etanol é utilizado como combustível em muitos carros hoje em dia, e o processo produtivo emprega milhares de pessoas.

Quais seriam as implicações do fechamento da fábrica mais antiga do proprietário? Seria melhor garantir a preservação do meio ambiente, ou manter os empregos das pessoas que trabalham na fábrica? Ou ainda, seria essa uma falsa dicotomia? Existe uma terceira opção? Discuta.

ATIVIDADE 3

Equilíbrio químico

O equilíbrio químico é um estado de uma reação química em que a velocidade da reação na direção direta (direção de formação dos produtos) é igual a velocidade na direção inversa.

Na atividade 2, foi apresentada a equação da reação química entre N₂ e H₂ formando amônia (NH₃). Entretanto, essa reação foi apresentada em seu início, isto é, no período em que só havia N₂ e H₂ em um tanque. Depois que a pressão dentro do tanque é aumentada, começa a reação, que são colisões que podem formar átomos; e átomos que podem se ligar com átomos diferentes formando novas moléculas (veja a descrição da atividade 2). Até esse momento inicial, a presença predominante de N₂ e H₂ significa que quase todas as reações acontecendo são de formação de NH₃. Por isso, pode-se apontar para essa reação química no seu início com a seguinte equação química:

N₂ + H₂ → NH₃ (1)

A partir do momento em que algumas moléculas de NH₃ são formadas, elas podem reagir e voltar a formar N₂ e H_2:

N₂ + H₂ ← NH₃ (2)

Utiliza-se o termo “reação” para descrever as transformações que estão acontecendo nos dois sentidos.

No início, as poucas moléculas de NH₃ formadas constituem uma pequena parcela de todas as moléculas no tanque, e, por isso, a reação que acontece no sentido inverso (2) afeta muito pouco a quantidade de N₂ e H₂ no tanque.

Conforme a reação continua, a quantidade de NH₃ formada aumenta, e, assim, aumenta também a abundância de choques e transformações do NH₃ de volta em N₂ e H₂. Em um certo momento, ela acontece nos dois sentidos com a mesma velocidade. Esse é o momento em que a reação química atingiu o equilíbrio químico. O símbolo para uma reação que acontece nos dois sentidos é a seta dupla, e a equação química da reação é N₂ + H₂ NH₃. Macroscopicamente, a reação aparenta ter acabado. Microscopicamente, as reações continuam.

Perceba que, depois que as primeiras moléculas de NH₃ são formadas, continua existindo N₂ e H₂ no tanque. Ou seja, a reação nos sentidos direto (1) e inverso (2) acontece ao mesmo tempo.

Existem reações que não acontecem nos dois sentidos, mas somente no sentido de formação dos produtos. Essas reações são chamadas irreversíveis.

PERGUNTAS:

1) Assista ao vídeo https://www.youtube.com/watch?v=oIWstTtA5_Y, em que um palito de fósforo é aceso. Depois assista ao vídeo https://www.youtube.com/watch?v=I7fzNnJAjKc, em que um sal de cobre é seco por aquecimento, depois se joga água sobre ele.

O palito de fósforo sofre uma reação reversível ou irreversível? E o sal de cobre?

2) Ainda sobre o sal de cobre, a reação que acontece é a quebra das ligações da água com os íons (átomo com elétrons faltando) de cobre. Inicialmente, cada íon de cobre possuía 6 moléculas de água ligadas a ele. Com o aquecimento, algumas dessas moléculas se desligam do cobre, mudando de cor. Entretanto, depois, o autor do vídeo joga água sobre o sal esbranquiçado, tornando-o azul novamente.

Se colocarmos o sal de cobre hidratado dentro de uma caixa fechada, e aquecermos secando inicialmente o sal de cobre, ele ficará esbranquiçado. Porém, depois de desligarmos o fogo e esperarmos alguns minutos, observaremos que o sal se tornou azul novamente. Em um ambiente aberto como aquele do vídeo, o sal não volta a se tornar azul. Explique porque isso acontece em uma caixa fechada, e não acontece em um ambiente aberto.