2.1.4 ÁCIDOS E BASES EM SOLUÇÃO...

180 QUÍMICA 11.0 ANO

2.1.4 ÁCIDOS E BASES EM SOLUÇÃO AQUOSA

IONIZAÇÃO DE ÁCIDOS E BASES EM ÁGUA

• Ionização de ácidos em água

Ionização significa formação de iões. Os áci-dos são geralmente compostos moleculares,cujas unidades estruturais são moléculas.Quando dissolvidos em água, ocorre umareação de ionização, uma vez que há forma-ção de iões.

Quando se dissolve cloreto de hidrogénio,HC�, em água, ocorre uma reação de ioniza-ção (Fig. 2.8), produzindo-se os iões oxónio ecloreto.

HC� (g) + H2O (�) → H3O+ (aq) + C�– (aq)

• Ionização ou dissociação de bases em água

Bases que são compostos moleculares reagem com a água ionizando-se.

Exemplo: reação de ionização do amoníaco.

NH3 (g) + H2O (�) — NH+4 (aq) + OH– (aq)

Algumas bases são compostos iónicos. Quando estas entram em contacto com a água, os iões que jáexistem no composto separam-se: ocorre uma dissociação. As ligações existentes entre os iões do sólido,que formavam a rede cristalina, quebram-se e os iões separados são solvatados (hidratados) pelasmoléculas do solvente (água).O exemplo da dissociação do hidróxido de sódio em água (Fig. 2.9) pode traduzir-se pela equação:

NaOH (s) 7

H2O7d Na+ (aq) + OH– (aq)

HC,gasoso

Moléculade HC,

Quebra de ligações namolécula de HC, devidoa interação com asmoléculas de água

Ião H3O+

Ião C,–

(hidratado)

–

–

FIG. 2.8 Ionização de HC� em solução aquosa.

+

Ião OH–Ião Na+

Ião Na+

rodeado por moléculas de água (hidratado)

Moléculas de H2O

Desagregaçãoda estruturaiónica cristalina

Ião OH–

rodeado por moléculas de água (hidratado)

Cristal de NaOH (s)(composto iónico)

–

––

+ +++

+ +

–––

– –

– ––

–+ –

+ ++

+

–––+ +

+

FIG. 2.9 Dissociação do hidróxido de sódio em água.

FQ11_172a197__FQ11_p166a224 12/4/17 4:08 PM 80

181DOMÍNIO 2 – Reações em sistemas aquosos

PARES CONJUGADOS ÁCIDO-BASEO conceito de par conjugado ácido-base é uma consequência natural da definição de ácido e base segundoBrønsted-Lowry.

A base conjugada de um ácido de Brønsted-Lowry é a espécie que se forma quando um ião hidrogénio, H+, éretirado ao ácido. Reciprocamente, um ácido conjugado é a espécie que se forma a partir da adição de um iãoH+ a uma base de Brønsted-Lowry.

Exemplo: ionização do ácido acético, CH3COOH, em água.

O 1 e o 2 designam os dois pares conjugados ácido-base, ou seja, um ácido e uma base que diferem apenas numião H+, que, neste caso, se representam por CH3COOH/CH3COO– e H3O+/H2O. Assim, o ião acetato, CH3COO–, é abase conjugada de CH3COOH e o ião H3O+ é o ácido conjugado de H2O.

Na ionização do amoníaco em água

NH3 (g) + H2O (�) — NH4+ (aq) + OH– (aq)

Base 1 Ácido 2 Ácido 1 Base 2

os dois pares conjugados são: NH4+/NH3 e H2O/OH–.

ESPÉCIES QUÍMICAS ANFOTÉRICASNa reação de ionização do ácido acético, CH3COOH, a água funcionou como base; na reação de ionização doamoníaco, NH3, funcionou como ácido. As espécies químicas que, como a água, podem funcionar ora como áci-dos, ora como bases, conforme as condições em que reagem, dizem-se anfotéricas ou anfipróticas.

2.5 Alguns dos processos mais importantes nos sistemas químicos e biológicos são reações ácido-base em soluçãoaquosa. As equações seguintes traduzem alguns exemplos.

(A) H2CO3 (aq) + H2O (�) — ____________ (aq) + ____________ (aq)

(B) NH3 (aq) + H2O (�) — ____________ (aq) + ____________ (aq)

(C) HCO–3 (aq) + H2O (�) — ____________ (aq) + ____________ (aq)

(D) F– (aq) + H2O (�) — ____________ (aq) + ____________ (aq)

2.5.1 Complete as equações anteriores prevendo os produtos formados.

2.5.2 As reações apresentadas são reações ácido-base, segundo Brønsted-Lowry.Segundo Brønsted-Lowry, o que são reações ácido-base?

2.5.3 Indique os pares conjugados ácido-base para cada reação.

2.5.4 Identifique as espécies que apresentam caráter anfotérico.

CH3COOH (aq) + H2O (�) CH3COO (aq)+H3O+ (aq)

Diferença de um ião H+

Dador de H+(ácido)

Novo ácidoformado

Nova baseformada

Recetor de H+(base)

Ácido 1Base 2

Base 1Ácido 2

QUESTÃO RESOLVIDA

FQ11_172a197__FQ11_p166a224 12/4/17 4:08 PM Page 181


2.5.1 (A) HCO–3 e H3O+ (B) NH+

4 e OH– (C) CO32–e H3O+ (D) HF e OH–

2.5.2 Reações ácido-base, segundo Brønsted-Lowry, são reações em que há transferência de iões hidrogénio (H+) de umaespécie que se comporta como ácido (espécie dadora) para outra que se comporta como base (espécie recetora).

2.5.3 (A) H2CO3 / HCO–3 e H3O+ / H2O (C) HCO3

– / CO32– e H3O+ / H2O

(B) NH+4 / NH3 e H2O / OH– (D) HF / F– e H2O / OH–

2.5.4 HCO–3 e H2O.

2.1.5 CONSTANTES DE ACIDEZA lei do equilíbrio químico aplica-se às reações entre um ácido, ou uma base, e a água. Nas expressõesdas constantes de equilíbrio não é considerado o valor da concentração da água, por se tratar de solu-ções diluídas.

Reação de ionização do ácido acético:

CH3COOH (aq) + H2O (�) — CH3COO– (aq) + H3O+ (aq) Ka =

Ka é a constante de equilíbrio e designa-se por constante de ionização do ácido, ou constante de acidez.

Reação de ionização do amoníaco (base):

NH3 (g) + H2O (�) — NH4+ (aq) + OH– (aq) Kb =

Kb é a constante de equilíbrio e designa-se por constante de ionização da base, ou constante de basicidade.

2.1.6 CONSTANTES DE ACIDEZ (AL 2.1)A constante de ionização de um ácido define-se como constante de equilíbrio para a reação de ioniza-ção do ácido em solução aquosa. O pH da solução resultante da ionização de um ácido depende do valordessa constante.

A constante de acidez pode ser determinada a partir da medição do pH de uma solução aquosa do ácidocom uma dada concentração.

2.6 Com o objetivo de determinar a constante de acidez do ácido acético, CH3COOH (aq), a uma dada temperatura, um grupo de alunos realizou umaatividade laboratorial.Os alunos prepararam três soluções, X, Y e Z, com concentrações diferen-tes a partir de ácido acético glacial, cujo frasco apresenta o seguinterótulo.

Proposta de resolução

�CH3COO–�e �H3O+�e��CH3COOH�e

�NH4+�e �OH–�e

��NH3�e

QUESTÃO RESOLVIDA

Ácido acético glacial

�ρ = 1,05 kg dm–3 99,5% (m/m)

M = 60,06 g mol-1

I II III

FQ11_172a197__FQ11_p166a224 12/4/17 4:08 PM Page 182


Posteriormente, mediram o pH de cada uma das soluções preparadas, utilizando um sensor ligado a uma calculadoragráfica. Na tabela seguinte estão registados os valores obtidos.

2.6.1 Determine a concentração do ácido acético glacial utilizado pelos alunos.

2.6.2 Aos pictogramas que constam do rótulo do frasco do ácido acético glacial utilizado pelos alunos podem associar--se as palavras seguintes:(A) I – oxidante II – inflamável III – irritante(B) I – corrosivo II – irritante III – nocivo(C) I – corrosivo II – inflamável III – perigo para a saúde(D) I – oxidante II – irritante III – perigo para a saúde

2.6.3 Determine o fator diluição da solução Y, considerando que esta solução foi preparada a partir da solução X.

2.6.4 Determine o valor da constante de acidez, Ka, do ácido em estudo para cada uma das soluções e compare-o com ovalor tabelado nas condições em que foi realizada a atividade.Dado: Ka (CH3COOH)tabelado =1,75 × 10-5.

2.6.5 O que pode concluir-se acerca da influência da concentração do ácido acético na respetiva constante de ionização?

2.6.6 Um outro grupo de alunos esqueceu-se de calibrar o medidor de pH antes de iniciar as medições de pH para cadauma das soluções. Os valores medidos foram superiores aos valores de pH previstos teoricamente. A ocorrência deste erro implica um valor ____________ para a quantidade de ácido ionizado, em relação ao valor teóri-co, o que determina um erro por ____________ para o valor da constante de acidez determinada a partir dos resulta-dos experimentais.(A) inferior … excesso(B) inferior … defeito(C) superior … excesso(D) superior … defeito

2.6.1 Cálculo da quantidade de CH3COOH:99,5% (m/m) ⇒ 100 g de solução contêm 99,5 g de CH3COOH

nCH3COOH = = = 1,657 mol

Cálculo do volume de solução que contém a quantidade de CH3COOH determinada:

ρsolução = ⇒ Vsolução = = 0,09524 dm3

Cálculo da concentração de ácido acético glacial:

cCH3COOH = = = 17,4 mol dm–3

2.6.2 (C).

2.6.3 f = = = 5

2.6.4 A reação de ionização do ácido acético pode ser traduzida por:

CH3COOH (aq) + H2O (�) — H3O+ (aq) + CH3COO– (aq)Atendendo à estequiometria da reação,1 mol de H3O+ é estequiometricamente equivalente a 1 mol de CH3COO–, pelo que [CH3COO–]e = [H3O+]e = 10–2,54 mol dm–3 = 0,002884 mol dm–3

[CH3COOH]e = [CH3COOH]inicial – [CH3COOH]que reagiu = 0,500 – 0,002884 � 0,500 mol dm-3


99,5 g��60,06 g mol–1

mCH3COOH��M(CH3COOH)

100 g��1050 g dm–3

msolução��Vsolução

1,657 mol��0,09524 dm3

nCH3COOH��Vsolução

0,50��0,10

csolução concentrada��csolução diluída

Solução [CH3COOH]/mol dm–3 pH

X 0,500 2,54

Y 0,100 2,88

Z 0,0500 3,02

FQ11_172a197__FQ11_p166a224 12/4/17 4:08 PM Page 183


Atendendo que a reação de ionização é pouco extensa e ao valor da concentração inicial, pode considerar-se como váli-da a aproximação [CH3COOH]e � [CH3COOH]inicial

Cálculo da constante de equilíbrio: Ka = =

Solução X: Ka = = = 1,66 × 10–5

Solução Y: Ka = = = 1,74 × 10–5

Solução Z: Ka = = = 1,82 × 10–5

Os valores obtidos para a constante de acidez do ácido acético são próximos do valor tabelado: Ka (CH3COOH)tabelado = 1,75 × 10–5

2.6.5 Os valores obtidos para a constante de acidez permitem concluir que, para a mesma temperatura, o valor da constantede equilíbrio não depende da concentração inicial do ácido.

2.6.6 (B). Valores de pH superiores implicam concentrações de H3O+ menores, ou seja, menores quantidades de ácido ionizado.Consequentemente, valores inferiores ao tabelado para a constante de acidez.

2.1.7 FORÇA RELATIVA DE ÁCIDOS E BASESAs reações de ionização de ácidos e bases ou de dissociação de bases em solução aquosa não são igual-mente extensas, à mesma temperatura. As designações «forte» e «fraco(a)» são um indicador da forçade um ácido ou de uma base, ou seja, da capacidade de originarem iões H3O+ ou OH−, respetivamente.

Ácidos fortes: ácidos cuja reação de ionização emsolução aquosa é muito extensa, ou seja, Ka é muitoelevada.

A maior parte dos ácidos são ácidos fracos porqueem solução aquosa estão parcialmente ionizados.

A uma dada temperatura, a força do ácido pode sermedida pelo valor de Ka, ou seja, quanto maior for ovalor de Ka, mais forte é o ácido e mais extensa é asua ionização e, consequentemente, maior é, parauma dada concentração do ácido, a concentraçãode iões H3O+ no equilíbrio.

Bases fortes: bases que têm uma grande tendênciapara receber iões hidrogénio, H+.

O ião OH−, por exemplo, resultante da dissociação completa dos hidróxidos de metais alcalinos em solu-ção aquosa, como NaOH e KOH, e o ião amideto, NH2

–, são bases fortes.

Bases fracas: bases que têm pouca tendência para receber iões hidrogénio, H+. O amoníaco, NH3, e o iãoacetato, CH3COO–, são exemplos de bases fracas.

A uma dada temperatura, a força da base pode ser medida pelo valor de Kb: quanto maior for o valor deKb, mais forte é a base e mais extensa é a reação com a água; consequentemente, é maior, para umadada concentração do ácido, a concentração de iões OH− no equilíbrio.

(|H3O+|e)2

��|CH3COOH|e

|H3O+|e × |CH3COO–|e��|CH3COOH|e

(O,002884)2

��0,500

(|H3O+|e)2

��|CH3COOH|e

(10–2,88)2

��0,100

(|H3O+|e)2

��|CH3COOH|e

(10–3,02)2

��0,0500

(|H3O+|e)2

��|CH3COOH|e

Reação Ka (a 25 oC)

HF + H2O — H3O+ + F– 7,1 × 10–4

HNO2 + H2O — H3O+ + NO2– 4,5 × 10–4

CH3COOH + H2O — H3O+ + CH3COO– 1,8 × 10–5

Reação Ka (a 25 oC)

HC� + H2O — H3O+ + C�– Muito grande

HNO3 + H2O — H3O+ + NO3– Muito grande

H2SO4 + H2O — H3O+ + HSO4– Muito grande

Nota: para reações muito extensas usa-se, geralmente, → em vez de —.

FQ11_172a197__FQ11_p166a224 12/4/17 4:09 PM Page 184


A força de um ácido e a força da respetiva base conjugada estão relacionadas.Exemplo: HCN / CN– (ácido cianídrico / ião cianeto)

HCN (aq) + H2O (�) — CN– (aq) + H3O+ (aq) Ka =

CN– (aq) + H2O (�) — HCN (aq) + OH– (aq) Kb =

Multiplicando Ka por Kb tem-se:

Ka Kb = × = |H3O+|e |OH–|e

2.7 O aumento da acidez da água da chuva ocorre principalmente devido ao aumento da concentração dos óxidos de enxofre enitrogénio na atmosfera. Em contacto com a água, estes formam os ácidos sulfuroso (H2SO3) e nitroso (HNO2), respetivamente.As constantes de equilíbrio, a 25 oC, são:

H2SO3 + (aq) + H2O (�)— H3O+ (aq) + HSO3– (aq) Ka1

= 1,7 × 10–2

HNO2 (aq) + H2O (�)— H3O+ (aq) + NO2– (aq) Ka2

= 5,1 × 10–4

2.7.1 Classifique como verdadeira (V) ou falsa (F) cada uma das afirmações seguintes.

(A) O ácido sulfuroso ioniza-se em maior extensão.(B) HNO2 e H2SO3 são dois ácidos igualmente fracos.(C) Para soluções com igual concentração inicial, o ácido sulfuroso apresenta menor valor de pH.(D) O ácido sulfuroso é o que apresenta a base conjugada mais forte.(E) O valor da constante de basicidade da base conjugada do ácido nitroso é 1,96 × 103.

2.7.2 Entre as concentrações de H3O+, em solução, provenientes da ionização de cada um dos ácidos, verifica-se a relação

(A) = (C) =

(B) = (D) =

2.7.3 Uma solução aquosa de ácido sulfuroso tem pH igual a 1,47, a 25 °C. Calcule a concentração dessa solução em ácidosulfuroso.

2.7.1 Verdadeiras: (A) e (C). Falsas: (B), (D) e (E).O valor de Ka para o ácido sulfuroso é mais elevado, a ionização do ácido é mais extensa e, consequentemente, a concentração de iões H3O+ no equilíbrio é maior. Logo, este ácido é mais forte.

Para valores iguais de concentração inicial dos ácidos, terá menor valor de pH aquele em que, no equilíbrio, a concen-tração de H3O+ seja maior, daí que o ácido sulfuroso apresente menor valor de pH.

Atendendo aos valores de Ka, o ácido nitroso é mais fraco do que o ácido sulfuroso. Assim, a respetiva base conju-gada será mais forte do que a base conjugada do ácido sulfuroso.

Par conjugado ácido-base: HNO2 / NO2– Ka × Kb = |H3O+|e × |OH–|e = Kw

Kb = = = 1,96 × 10–11

�CN–�e �H3O+�e��HCN�e

�HCN�e �OH–�e��CN–�e

Ka Kb = |H3O+|e |OH–|e = Kw

�HCN�e �OH–�e��CN–�e

�CN–�e �H3O+�e��HCN�e

Ka1× �H2SO3�e

��Ka2

× �HNO2�e × �HSO3–�e

�H3O+�e1��H3O+�e2

Ka2× �H2SO3�e × �NO2

–�e��Ka1


�H3O+�e1��H3O+�e2

Kb2× �H2SO3�e

��Kb1

× �HNO2�e

�H3O+�e1��H3O+�e2

Kb2× �H2SO3�e × �NO2

–�e��Kb1


�H3O+�e1��H3O+�e2


1,0 × 10–14

��5,1 × 10–4

Kw�Ka

QUESTÕES RESOLVIDAS

FQ11_172a197__FQ11_p166a224 12/4/17 4:09 PM Page 185


2.7.2 (B).

Ka1= ⇒ |H3O+|e1

=

Ka2= ⇒ |H3O+|e2

=

= Como Ka = ⇒ =

2.7.3 Cálculo da concentração de H3O+ na solução:[H3O+] = 10–pH = 10–1,47 = 0,0339 mol dm–3

Cálculo da concentração de H2SO3 (aq) presente na solução:[H3O+] = [HSO3

–] = 0,0339 mol dm–3 de acordo com a estequiometria da reação

Ka = ⇒ |H2SO3|e = = = 0,0676 ⇒ [H2SO3]e = 0,0676 mol dm-3

Em 1 dm3 de solução existem 0,0676 mol de H2SO3 e 0,0339 mol de HSO–3 em equilíbrio, logo, a concentração inicial

em ácido sulfuroso é

[H2SO3]inicial = = 0,10 mol dm–3

2.8 As substâncias responsáveis pelo cheiro característico de alguns alimentos deteriorados são, na sua maioria, com-postos orgânicos pertencentes à família das aminas. Uma dessas substâncias é a metilamina, CH3NH2, responsávelpelo cheiro característico do peixe estragado.A metilamina em solução aquosa apresenta caráter básico, que se pode traduzir pela seguinte equação química:

CH3NH2 (g) + H2O (�)— CH3NH+3 (aq) + OH– (aq)

2.8.1 Numa solução aquosa de concentração 0,26 mol dm–3 de metilamina, esta encontra-se 4,0% ionizada, a 25 °C.Calcule:a) o pH da solução;b) a constante de basicidade;

2.8.2 Explique porque é que para diminuir o cheiro desagradável que fica nas mãos após o manuseio do peixe, é comuma utilização de limão. Apresente num texto a explicação solicitada.

2.8.1 a) Cálculo da concentração de OH− (aq) na solução:

4,0% (de CH3NH2 ionizada) ⇒ = = = ⇒

⇒ [CH3NH2] ionizada = 0,0104 mol dm-3

De acordo com a estequiometria da reação: [OH-] = [CH3NH2]ionizada = 0,0104 mol dm-3

pOH = –log 0,0104 = 1,98 ⇒ pH = 14 – pOH = 14 – 1,98 = 12

b) Constante de basicidade: Kb = = = 4,3 × 10–4

2.8.2 A acidez do limão contribui para a diminuição da concentração dos iões OH− (aq). De acordo com o Princípio de

Le Châtelier, é favorecida a reação direta, pelo que a concentração de metilamina diminui. Assim, a diminuição da

concentração de metilamina implica a redução do cheiro desagradável.

Ka1× �H2SO3�e

��HSO3–�e

�HSO3–�e × �H3O+�e

��H2SO3�e

Ka2× �HNO2�e

��NO2–�e

�NO2–�e × �H3O+�e

��HNO2�e

Kb2× �H2SO3�e × �NO–

2�e��Kb1


�H3O+�e1��H3O+�e2

Kw�Kb

Ka1× �H2SO3�e × �NO–

2�e��Ka2


�H3O+�e1��H3O+�e2

0,03392

��1,7 × 1O–2

�H3O+�e × �HSO–3�e

��Ka

�H3O+�e × �HSO–3�e

��H2SO3�e

(0,0676 + 0,0339) mol��

1 dm3


[CH3NH2] ionizada��

0,26

[CH3NH2] ionizada��

[CH3NH2] inicial

nCH3NH2 ionizada��

nCH3NH2 inicial

4,0�100

0,0104 × 0,0104��

0,26 – 0,0104�CH3NH+

3�e × �OH–�e��CH3NH2�e

FQ11_172a197__FQ11_p166a224 12/4/17 4:09 PM Page 186

78 FÍSICA 10.0 ANO

Física 10.o anoDOMÍNIO 1Energia e sua conservação

Na componente de Física, a energia e a sua conservação são as ideiascentrais na interpretação de fenómenos mecânicos, elétricos e tér-micos, que devem ser enquadradas com diversas aplicações.

A energia pode transferir-se entre sistemas. Define-se sistema comoa parte do universo que queremos estudar. Essa parte é limitada pelafronteira, que separa o sistema da vizinhança. A vizinhança é o quefica fora do sistema, podendo interagir com ele (Fig. 1.1).

Os sistemas físicos podem ser (Fig. 1.2):• abertos: trocam matéria e energia com a vizinhança;• fechados: não trocam matéria com a vizinhança, embora troquem energia;• isolados: não trocam matéria nem energia com a vizinhança.

Como um sistema isolado não troca nem matéria nem energia com o exterior, nele a energia permanececonstante.

A energia pode transferir-se entre sistemas físicos mas pode também sofrer transformações nummesmo sistema físico: a energia que se apresenta de uma forma converte-se noutra forma de energia.

Lei de Conservação da EnergiaA energia de um sistema isolado é constante.

Fronteira

Vizinhança

Sistema

FIG. 1.1 Sistema físico.

FIG. 1.2 Exemplos de um sistema aberto (A), fechado (B) e isolado (C).

A B C

FQ11_78a96.qxp _FQ11_p94a140 12/4/17 4:20 PM Page 78

Ec = m v21�2

79DOMÍNIO 1 – Energia e sua conservação

1.1 ENERGIA E MOVIMENTOSNeste subdomínio abordam-se os sistemas mecânicos quando podem ser representados pelo seu centro demassa e interpretam-se as transferências de energia como trabalho, os conceitos de força conservativa ede força não conservativa e a relação entre trabalho e variações de energia.

1.1.1 SISTEMA MECÂNICO REDUTÍVEL A UMA PARTÍCULA. ENERGIA E TIPOS FUNDAMENTAIS DE ENERGIA.POTÊNCIA.Todos os corpos têm uma propriedade intrínseca, a sua massa, que se relaciona com a sua constituição eque é expressa, no Sistema Internacional, SI, na unidade quilograma (símbolo kg). Se para o estudo domovimento do corpo não nos interessar a sua constituição ou forma, nem deformações ou rotações,podemos representá-lo por um ponto. Este ponto é equivalente a uma partícula com a massa do corpo edenomina-se centro de massa, CM (Fig. 1.3).

Para uma partícula há dois tipos fundamentais de energia, a energia cinética, Ec, associada ao seu movi-mento, e a energia potencial, Ep, associada à sua interação com outras partículas.A energia é uma grandeza escalar (fica completamente caracterizada por um número e por uma unidade).

ENERGIA CINÉTICA, Ec

Um corpo em movimento tem uma energia associada ao seu movimento: energia cinética, Ec. A energiacinética de translação aumenta com a massa do corpo, m, e com o quadrado da sua velocidade, v2. A expressão matemática que traduz essa relação é:

No SI, as unidades em que são expressas as grandezas físicas são as indicadas no esquema anterior.

1.1 Um carro com a massa de 800 kg viaja à velocidade de 75 km/h. Calcule a sua energia cinética.

Para calcular a energia cinética em unidade SI é necessário converter a velocidade para m/s.

v = 75 = 75 × = 20,8 m s–1 e Ec = m v2 = × 800 × 20,82 J = 1,7 × 105 J


1�2

1�2

1000 m�3600 s

km�h

Jjoule

kgquilograma

m s–1metro por segundo

m = 10 kg

m = 10 kg

CM

FIG. 1.3 A bala de um canhão com movimento de translação pode serrepresentada por um ponto, o centro de massa (CM).



80 FÍSICA 10.0 ANO

1.2 Dois carros, um verde (B) e outro amarelo (A), movem-se no mesmosentido numa estrada. O carro verde tem quatro vezes mais massa doque o amarelo, mas move-se com metade da velocidade do amarelo.Como se relacionam as energias cinéticas dos dois veículos?

(A) O de maior massa tem o dobro da energia cinética.(B) Como a energia cinética é a energia do movimento, o de maior

velocidade tem mais energia.(C) Os dois carros têm a mesma energia cinética.(D) O amarelo tem o dobro da energia cinética do verde, pois tem o dobro da velocidade.

(C).O quociente das energias cinéticas é: = = = = 1

1.3 A energia cinética de um rapaz que corre a 18 km/h é 750 J. Qual será a massa do rapaz?

v = 18 = 18 × = 5 m s–1 ; Ec = m v2 ⇒ 750 = m 52 ⇔ m = kg = 60 kg

1.4 Dois veículos movem-se como indica a figura.

Calcule a energia cinética de ambos os veículos.

Para o veículo A: Ec = m v2 = × 800 × 252 J = 2,5 × 105 J

Para o veículo B, a velocidade não está em unidades SI. Então,

v = 72 = 72 × = 20 m s–1 ; Ec = m v2 ⇒ Ec = × 1,5 × 103 × 202 J = 3,0 × 105 J

ENERGIA POTENCIAL, Ep

A energia potencial resulta da interação de um corpo com outros corpos. Diz-se que a energia potencialé uma energia armazenada, por não estar asso-ciada ao movimento mas poder provocar movi-mento, transformando-se em energia cinética.

Existem diversos tipos de energia potencial, con-soante a natureza da interação entre os corpos(elástica, elétrica, gravítica). Por exemplo:

• Energia potencial gravítica: resulta da inte-ração gravítica entre um astro e um corponas suas proximidades (Fig. 1.4).

4mA vB2

�mA 4vB

2

4mA vB2

��mA (2vB)

2

�21

�mB vB2

��21

�mA vA2

Ec(B)�

Ec(A)

750 × 2�

52

1�2

1�2

1000 m�3600 s

km�h

vB = 72 km/h

mB = 1,5 × 103 kg

vA = 25 m s–1

mA = 800 kg

1�2

1�2

1�2

1�2

1000 m�3600 s

km�h

mB = 4 mA mA

vA= 2 vB




m

h

Terra

FIG. 1.4 As forças entre massas originam energia potencial gravítica.

BA


Ep = m g h


A expressão que indica as grandezas de que depende a energia potencial gravítica do sistema corpo ++ Terra à superfície da Terra é:

sendo m a massa do corpo, g o módulo da aceleração gravítica (à superfície da Terra g = 10 m s–2) e h aaltura do corpo acima do solo.

• Energia potencial elétrica: resulta da interação entre cargas elétricas; para as ligações químicas étambém chamada de energia potencial química (Fig. 1.5).

• Energia potencial elástica: resulta da interação elástica, associada à deformação dos corpos (Fig. 1.6).

A B

ENERGIA MECÂNICA, Em

À soma da energia potencial, Ep, com a energia cinética, Ec, dá-se o nome de energia mecânica:

A energia cinética pode converter-se em energia potencial e vice-versa.

+

+-

FIG. 1.5 Forças entre os eletrões e os núcleos e entrediferentes núcleos originam energia potencial elétrica.

FIG. 1.6 A energia potencial armazenada na mola (A) ou no arco (B) pode provocar movimento.

Em = Ep + Ec

Jjoule

kgquilograma

m s–2metro por segundo quadrado

mmetro


82 FÍSICA 10.0 ANO

1.5 Numa competição olímpica, uma flecha de 50 g é disparada a 234 km/h. Considere que toda a ener-gia potencial elástica é convertida em energia cinética e despreze a massa da corda.

1.5.1 Qual era a energia potencial armazenada antes de a flecha ser disparada?

1.5.2 Se a flecha fosse disparada para cima, na vertical, a que altura chegaria se toda a energia cinéticafosse convertida em energia potencial gravítica?

1.5.1 m = 50 g = 0,050 kg ; v = 234 = 234 × = 65 m s–1

Como a energia potencial elástica se converteu em energia cinética, a energia potencial era Ep = 1,1 × 102 J.

1.5.2 A energia potencial gravítica é Ep = m g h. Em resultado da conversão de energia, o seu valor máximo é igual à ener-gia cinética com que a flecha foi disparada.

106 = 0,05 × 10 × h ⇔ h = = 2,1 × 102 m

1.6 Atirou-se uma pedra para cima, na vertical. Considerando que o sistema em estudo é constituído pela Terra e pelapedra, classifique como verdadeira (V) ou falsa (F) cada uma das afirmações seguintes.

(A) Quando a pedra está a subir tem apenas energia cinética. Só depois de atingir a altura máxima é que fica comenergia potencial.

(B) Logo depois de sair da mão, a pedra adquire a energia potencial que a faz subir. (C) Quando a pedra está a subir, a energia cinética diminui e transforma-se em energia potencial gravítica, que, por

sua vez, aumenta.(D) Durante a subida da pedra, existe apenas energia potencial gravítica. (E) Durante a descida da pedra, existe energia potencial gravítica e energia cinética.(F) Durante a subida, a energia potencial gravítica diminui e transforma-se em energia cinética, que, por sua vez,

aumenta.

A – Falsa. Desde que a pedra suba ligeiramente acima do nível onde se encontrava já tem mais energia potencial.B – Falsa. Na subida, a energia cinética vai diminuindo e a energia potencial vai aumentando.C – Verdadeira.D – Falsa. Desde que a pedra tenha velocidade tem energia cinética.E – Verdadeira.F – Falsa. A energia cinética diminui, transformando-se em energia potencial gravítica (que aumenta).

1.7 Uma bola, de massa 200 g, estava parada em cima de um apoio. O apoio foiretirado e a bola caiu, aumentando a sua velocidade à medida que se aproxi-mava do solo.

1.7.1 Quais foram as transformações de energia que ocorreram na queda?

1.7.2 Qual é a energia potencial gravítica da bola no nível A?

1.7.3 Durante a queda, de A para B, 4% da energia inicial da bola transfere-separa a vizinhança.Determine a velocidade da bola ao embater no solo.

1000 m�3600 s

km�h

106 J��

0,050 × 10 N




h = 1,5 m

A

B

A energia cinética com que a flecha é disparada é: Ec = m v2 = × 0,050 × 652 J = 106 J1�2

1�2



1.7.1 No nível A, a bola tem energia potencial gravítica mas não tem energia cinética, pois inicialmente estava parada. À medida que vai caindo a sua velocidade aumenta, pelo que adquire energia cinética e essa energia vai aumentando.Mas a energia potencial diminui, pois a altura em relação ao solo vai diminuindo. Então, na queda há uma transfor-mação de energia potencial gravítica em energia cinética.

1.7.2 m = 200 g = 0,200 kg ; g = 10 m s–2 ; h = 1, 5 mEp = m g h = 0,200 × 10 × 1,5 J = 3,0 J

1.7.3 Se 4% da energia inicial da bola se transfere, a bola fica com 96% dessa energia.

96% = = 0,96 Efinal = 0,96 × 3,0 J = 2,88 J. A energia final é a energia cinética.

A potência é a grandeza física que mede a rapidez com que a energia é transferida. A potência, P, pode cal-cular-se pelo quociente entre a energia transferida, E, e o intervalo de tempo que levou a transferir, �t.

Um watt corresponde à transferência de uma ener-

gia de um joule por segundo: 1 W = = 1 J s–1.

Uma expressão equivalente é: E = P �t.

1.1.2 ENERGIA INTERNAUm corpo parado, mesmo sem ter em conta a sua inte-ração com outros, possui uma certa energia. Essa ener-gia chama-se energia interna, U. A energia internaresulta das energias cinéticas de todas as partículas, Ec

(partículas), que constituem o corpo, e das energiasassociadas às interações entre elas, Ep (partículas).

A energia total do sistema que possua apenas movimento de translação é a soma da energia interna, U,do sistema com as energias cinética do centro de massa, Ec (CM), e potencial do centro de massa, Ep (CM)(Fig. 1.7).

A temperatura é uma propriedade de um sistema que se mede com um termómetro. Está relacionadacom a energia interna. Energia interna e temperatura não são idênticas: a energia interna depende donúmero de partículas e a temperatura não. Se dois sistemas tiverem a mesma temperatura, tem maisenergia interna o que tiver mais partículas.

96�100

1 J�1 s

U = Ec (partículas) + Ep (partículas)

E = U + Ec (CM) + Ep (CM)


Wwatt

JJoule

ssegundo

P = E

��t

Ec = m v2 ; × 0,200 × v2 = 2,88 ⇔ 0,100 × v2 = 2,88 ⇒ v = �� m s–1 = 5,4 m s–11�2

1�2

2,88�0,100

v

Energia total = Eint + m v 2 + m g h12—Energia total = Eint

A B

FIG. 1.7 A energia total de um sistema pode ser só energiainterna (A) ou a soma da energia interna e da energia asso-ciada ao centro de massa do sistema (B).


2.1.4 ÁCIDOS E BASES EM SOLUÇÃO...

Documents

Transcript of 2.1.4 ÁCIDOS E BASES EM SOLUÇÃO...