Olimpadas de Qumica 2002

Final 4 de Maio de 2002

Cada organizador das Olimpadas Internacionais de Qumica fornece aos participantes um conjunto de Problemas Preparatrios, que exemplificam as questes mais difceis da prova final. As perguntas seguintes so baseadas nos Problemas Preparatrios das 34as Olimpadas Internacionais de Qumica (IChO34), a realizar em Groningen, na Holanda, de 5 a 14 de Julho prximo.

Equao de van der Waals [Johannes Diderick van der Waals (1837-1923), Fsico Holands, recebeu o prmio

Nobel da Fsica em 1910 pelo seu trabalho sobre as propriedades de gases e lquidos] A equao dos gases ideais, PV = nRT, implica que as molculas de um gs tm volume desprezvel e no tm interaces atractivas entre si. Para descrever o comportamento de gases reais, van der Waals props a equao

(P + n2a/V2) (V-nb) = nRT onde a e b so constantes caractersticas de cada gs, em que a depende das foras intermoleculares e b do tamanho das molculas. a) Em qual das situaes abaixo descritas a equao de van der Waals se aproxima da

equao dos gases ideais? Justifique. 1 mol de gs a presso muito alta; 1 mol de gs a temperatura muito baixa; 1 mol de gs a presso muito baixa.

b) Determine a presso exercida por 1 mol de CO2(g) ocupando o volume de 1,00 L a

300 K, tratando-o como gs ideal. [R = 0,082 L atm K-1 mol-1] c) Sabendo que a=3,59 atm L2 mol-2, b= 4,27 x 10-2 L mol-1 para o CO2(g), repita o

clculo anterior tratando o CO2 como gs de van der Waals. d) Comparando com o valor dado para o CO2, justifique qual dos seguintes valores o

valor de a mais provvel para o gs He: a = 0,035 atm L2 mol-2; a = 3,59 atm L2 mol-2; a = 593 atm L2 mol-2.

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cido fosfrico O cido fosfrico, H3PO4, um componente muito importante dos fertilizantes agrcolas. Alm disso, o cido fosfrico e seus sais tm inmeras aplicaes na indstria alimentar e de detergentes. Pequenas quantidades de cido fosfrico so frequentemente usadas para obter o sabor cido em bebidas. As 3 constantes de ionizao do cido fosfrico, a 25C, so pKa1 = 2,12; pKa2 = 7,21; pKa3 = 12,32. [Nota: pK = -log K; K = 10-pK] a) Escreva a frmula da base conjugada do io di-hidrogenofosfato e calcule o valor do

pKb desta base a 25C.

b) Uma bebida com a densidade de 1,00 g/mL contm 0,05% em massa de H3PO4. Calcule o pH dessa bebida, sabendo que o cido fosfrico o nico cido presente. Considerar apenas a 1 ionizao do cido neste clculo. [Mr(H3PO4)= 98,0]

c) Qual das diferentes espcies de fosfato mais abundante numa soluo contendo 1,0 mol dm-3 de cido fosfrico e cujo pH = 7,00?

Compostos de Azoto A percentagem volmica de azoto no ar de cerca de 78%. O azoto forma um nmero aprecivel de compostos com propriedades interessantes. [Nota: 5B, 7N, 8O, 9F] a) Desenhe a estrutura de Lewis dos ies NO2- e NO2+ e preveja a respectiva geometria

molecular.

b) O momento dipolar do NH3 1,46 D enquanto o momento dipolar do BF3 zero. Explique esta diferena.

c) O ponto de ebulio do NF3 129 C enquanto o do NH3 33 C. Explique esta diferena.

d) O cido HONNOH tem dois ismeros geomtricos. Represente-os e identifique-os.

Carvona A l-carvona um composto natural que veicula o cheiro e o sabor a mentol. extrada de plantas aromticas, das quais a Holanda um dos maiores produtores mundiais.

A anlise elemental da carvona mostra que esta consttuda por 80,00 % de carbono, 9,33 % de hidrognio e 10,67 % de oxignio. A sua massa molar 150 g mol-1. a) Calcule a frmula molecular da carvona A estrutura da carvona pode ser obtida a partir do composto A, com substituio nas posies 2 e 5: A b) Qual o nome IUPAC do composto B, resultante da reaco A + Cl2(g) B?

CH2H2C

HC CH

H2C C=O

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c) O composto A pode ser obtido por oxidao do reagente C com K2Cr2O7. Qual a estrutura de C?

Tambm presente na estrutura da carvona est o composto D, substitudo na posio 2:

D H3CCH=CH2

d) Qual o nome IUPAC do composto D?

e) O composto D pode ser obtido pela reaco E D + H2O, na presena de H2SO4. A que famlia de compostos orgnicos pertence o composto E?

f) Com base nas informaes fornecidas, determine uma estrutura molecular possvel para a carvona.

Qumica Verde O bem-estar da sociedade moderna inimaginvel sem a mirade de produtos da sntese orgnica industrial, desde medicamentos a adubos, tintas a fibras txteis, detergentes a materiais plsticos... O reverso da medalha que muitos destes processos de sntese geram quantidades substanciais de resduos. Da a procura de tecnologias mais limpas, que minimizam os resduos produzidos. Como forma de avaliar o impacto ambiental de um processo industrial, foram introduzidos os indicadores "ndice de utilizao de tomos" e o "factor E". O ndice de utilizao de tomos calculado a partir da equao qumica da reaco, dividindo a massa molar do produto desejado pela soma das massas molares do total das substncias produzidas. O factor E a quantidade (em kg) de resduos, ou produtos no desejados, produzidos por cada kg de produto obtido, considerando o rendimento real da reaco. Calcule a percentagem de utilizao de tomos e o factor E para os processos seguintes:

a) Sntese de metacrilato de metilo

Processo clssico: (CH3)2CO + HCN + CH3OH + H2SO4 CH3C(CH2)CO2CH3 + NH4HSO4

(Mr) (100) (115)

Processo moderno: CH3CCH + CO + CH3OH CH3C(CH2)CO2CH3 b) Sntese de xido de etileno

Processo clssico: C2H4 + Cl2 + Ca(OH)2 O(CH2)2 + CaCl2 + H2O

(Mr) (44) (111) (18)

mas 10% do C2H4 convertido em etanol por hidratao. Processo moderno: C2H4 + 1/2 O2 O(CH2)2

mas 15% do C2H4 oxidado a dixido de carbono e gua.

Fim