Caderno de Questões TVQ 2019 - Terceira Fase

Leia atentamente as instruções da prova:

❏ Este caderno deve conter 10 questões objetivas e 6 questões dissertativas. Verifique se seu caderno de questões está completo.

❏ Cada questão objetiva contém 4 itens. Apenas um dos itens é correto. Nesta parte, todas as questões devem ser respondidas.

❏ O aluno deve escolher exatamente 3 questões discursivas para resolver.

❏ Esta prova tem uma duração de 4 horas. O aluno só poderá finalizar o exame após 1 hora depois o início da prova.

❏ As questões objetivas, em conjunto, assim como cada questão discursiva, contribuem com 25 pontos para a nota total máxima, de 100 pontos.

❏ Verifique se o seu caderno de respostas possui 1 folha para a resolução das questões objetivas e 3 folhas para a resolução das questões discursivas..

❏ Não se deve usar uma mesma folha para a resolução de 2 ou mais questões discursivas diferentes. O verso das folhas pode ser utilizado. Caso seja necessário, pode-se requisitar mais folhas para a resolução das questões.

❏ Cada folha do caderno de respostas deve estar devidamente identificado com o nome e número do documento do aluno, e com o número da questão resolvida, no caso das folhas das questões discursivas.

❏ É permitido o uso de calculadora científica, desde que ela não seja programável. É vetada a utilização de qualquer outro aparelho eletrônico.

❏ A prova é individual, e é proibida consulta de material bibliográfico.

❏ O descumprimento de qualquer um dos itens mencionados poderá levar à desqualificação do aluno.

Questões Objetivas _____________________________________________________________________________________

1. Ligações Químicas

Sobre os tipos de ligações químicas, conceitos relacionados e com a ajuda do gráfico da figura 1 , assinale a alternativa correta.

Figura 1. Pontos de ebulição (PE) de diversos haletos

A) Os altos PE associados aos haletos de sódio (NaX) sugerem que esses compostos sejam iônicos ou metálicos e, portanto, bons condutores de eletricidade.

B) Enquanto os haletos de sódio aparentam ser compostos iônicos e os haletos de silício moléculas covalentes, os haletos de alumínio englobam tanto interações mais iônicas como as de maior caráter covalente e metálico.

C) Devido a suas características predominantemente covalentes, esperamos que os haletos de silício (SiX4) existam em estruturas com moléculas discretas e sejam razoavelmente solúveis em solventes orgânicos.

D) Nas moléculas de silício e nas de sódio, um maior halogênio intensifica as interações de dispersão, resultando em um maior PE. _______________________________________

2. Agente Mascarante

Uma análise complexométrica de Ba2+ e Cu2+ em solução aquosa foi tomada. Usou-se uma solução de EDTA de 0,001 mol/L para titular duas amostras de 50 mL a pH 10 (pH alto o suficiente para a titulação de ambas as espécies), uma com a adição de fluoreto de amônio em excesso, enquanto a outra foi realizada sem a adição de nenhuma espécie. Os resultados da titulação são apresentados na tabela 1.

Sulfato de sódio foi adicionado a amostras em mesmas condições. Foi observado que a precipitação de um sólido branco só aconteceu na amostra sem a adição de fluoreto de amônio.

Tabela 1. Dados referentes aos experimentos

Amostra Volume de EDTA (mL)

Adição de Na2SO4

Adição de NH4F

- em excesso

20 mL Nada aconteceu

Sem a adição de outras espécies

30 mL Precipitação de sólido branco

Sobre as titulações, é feita a seguinte afirmação:

O F- forma um complexo forte com (I), assim o mascarando para a titulação com EDTA. Dessa forma, a concentração de (I) na solução é de (II)

mol/L× 10−4

Assinale a alternativa que infere corretamente a espécie (I) e o valor de (II):

A) (I): Ba2+, (II): B) (I): Ba2+, (II): 2 4

C) (I): Cu2+, (II): D) (I): Cu2+, (II): 2 4 _______________________________________

3. Conceitos da Primeira Lei da Termodinâmica - O retorno

Na primeira fase você entrou em contato com a primeira lei da termodinâmica. Foi abordada a sua definição matemática com duas convenções de sinais, como apresentado a seguir:

ΔU = q + w ou ΔU = q - w

Nas relações apresentadas, ΔU é a variação da energia interna de um corpo, q é o calor trocado no processo e w é o trabalho exercido.

Assinale a alternativa que possui a afirmativa correta:

A) Se a variação na energia interna de um processo é positiva, o calor deve ser maior que zero (q > 0) e o trabalho menor que zero (w < 0).

B) O trabalho realizado pelo sistema é sempre maior que zero em uma expansão livre.

C) Em qualquer processo termodinâmico, independente da convenção de sinal utilizada, a variação na energia do universo é zero.

D) Para uma processo adiabático, o trabalho realizado pelo sistema sobre o universo é constante. _______________________________________

4. Um Gás Muito Provável

Na segunda fase do torneio se introduziu a distribuição de Maxwell-Bolztmann. Foi estudado o significado dessa distribuição, que nada mais é do que uma função de densidade de probabilidade, que pode ser definida como a probabilidade relativa d e uma variável assumir um dado valor, no caso, a probabilidade de uma partícula de um gás ter uma velocidade (v).

Levando em conta os conceitos envolvidos na distribuição de Maxwell-Bolztmann, assinale a alternativa correta:

A) Ao aumentar a massa e manter a temperatura, espera-se que haja um deslocamento da

distribuição para valores maiores de velocidade, já que as partículas terão maior energia cinética.

B) Embora o modelo utilizado faça algumas considerações e aproximações, podemos relacionar o conceito de temperatura com uma distribuição de probabilidade da energia cinética das partículas, onde T irá, portanto, depender tanto da massa quanto da energia cinética.

C) É possível fazer uma relação entre velocidade e energia cinética tal que seja possível construir, com o gráfico de distribuição de velocidades, uma distribuição de energia cinética

D) Nesse contexto, é comum analisar três valores diferentes obtidos diretamente da distribuição, sendo eles a velocidade mais provável, a velocidade média e a raiz da velocidade média quadrática. A velocidade mais provável será, portanto, o ponto onde metade das partículas estarão à esquerda do gráfico, e metade à direita. _______________________________________

5. Simetria, a Revanche

Considere as estruturas da figura 2 e seus conhecimentos sobre simetria molecular para julgar a veracidade das afirmativas:

(I) (II) (III)

Figura 2. Estruturas de complexos

2) A molécula I, por apresentar dois ligantes idênticos, apenas possui um isômero, que é apresentado;

4) Considerando os ligantes PPh3 e CO como ligantes pontuais, a estrutura II deverá possuir apenas um plano de simetria, sendo este o plano que corta todos os átomos;

8) Os ligantes etilenodiamina (NH2-NH2) e o íon oxalato (O-O), por se conectarem mais de uma

vez com o Co na estrutura III, são chamados de ligantes bidentados, mas não podem ser chamados de ligantes quelantes (quelatos), pois quelatos devem possuir pelo menos quatro sítios de coordenação;

16) Por apresentarem o mesmo número de ligantes, que podem ser representados pela fórmula genérica MAB2C, sendo M o metal e A, B e C os ligantes , os compostos I e II devem apresentar as mesmas operações de simetria;

32) Devemos esperar que todos os compostos apresentem uma coloração característica, levando em consideração suas fórmulas estruturais complexas, em particular, das estruturas I e II, que possuem sistemas aromáticos dos grupos C6H6 e PPh3;

64) Todas as moléculas podem ser representadas genericamente pela fórmula MAB2C

Assinale a alternativa que corresponde a somatória de assertivas falsas:

A) 56 B) 58 C) 62 D) 68 _______________________________________

6. Modelo de Schrödinger

Sobre o modelo de Schrödinger para o átomo de Hidrogênio e as funções de onda, são feitas algumas afirmações:

2) O comportamento de um elétron num átomo é descrito apropriadamente por uma onda estacionária. Somente são permitidas certas funções de onda.

4) Cada função de onda corresponde a um valor de energia permitido para o elétron. Para o átomo de hidrogênio, esta energia concorda com o resultado de Bohr.

8) Pode-se calcular a probabilidade de se encontrar um elétron em uma dada região a partir do quadrado de sua função de onda naquela região.

16) Chama-se de orbital a função de onda de um elétron no átomo.

32) A resolução da equação de Shrödinger de um elétron no átomo de hidrogênio implica no aparecimento de três números quânticos: os números quânticos n, l e ml, todos inteiros.

Assinale a alternativa que corresponde a somatória de assertivas falsas:

A) 0 B) 2 C) 20 D) 40 _______________________________________

7. Síntese de Schotten e Bauman

*Os seguintes dados podem ser úteis na resolução do problema: ρ(di-isopropilamina)=0,707 g/cm³, MM(di-isopropilamina)=101,19 g/mol, ρ(CHCl3)=1,49 g/cm³, MM(CHCl3)=119,38 g/mol, ρ(cloreto de benzoílo)=1,21g/cm³, MM(cloreto de benzoílo)=140,57 g/mol, MM(CH2Cl2)=84,93 g/mol, ρ(CH2Cl2)=1,33 g/cm³

A formação de amidas a partir de cloretos de ácido e aminas é acompanhado pela formação de um equivalente de HCl, o qual deverá ser neutralizado. Ao invés de usarmos um segundo equivalente da amina, uma alternativa é usar o método de Schotten e Bauman. O método consiste na realização da reação em um sistema bifásico, com uma fase orgânica e outra aquosa. A amina e o cloreto de ácido permanecem na fase orgânica enquanto a base permanece na fase aquosa. Assim, quando for produzido HCl, haverá sua migração da fase orgânica para a fase aquosa na qual será ser neutralizado por uma base como NaOH.

Figura 3. Síntese de Schotten e Bauman

Sobre o tema, assinale a alternativa falsa:

A) A utilização de NaOH em uma fase diferente da qual está o cloreto de ácido é necessária para evitar a reação entre essas espécies, que formaria o ácido benzóico.

B) Pode-se usar, como fase orgânica para a reação, o diclorometano. Assim, quando for formado, HCl irá migrar para o fundo do recipiente, onde fará interações intermoleculares mais favoráveis com a água.

C) Usando-se clorofórmio como fase orgânica, haverá a neutralização do ácido formado na superfície da solução, isto é, na fase aquosa, onde estará a base. Enquanto isso, materiais de partida e produto continuam na fase orgânica.

D) É necessário a neutralização do HCl para que a reação proceda. Caso contrário, tendo em vista que átomos de nitrogênios podem funcionar como bases de Lewis, ocorreria a protonação da amina, inviabilizando seu papel como nucleófilo. _______________________________________

8. Força de Ácidos

Além de analisar experimentalmente o pH de soluções para inferir a força de um ácido, podemos, apenas pela análise da estrutura de dois ácidos, ver qual deverá ser mais forte que o outro. Os efeitos mais utilizados para a comparação da acidez são o efeito indutivo, que

é a separação de cargas na molécula em decorrência da diferença de eletronegatividade, e o efeito mesomérico, que é a deslocalização de carga decorrida da existência de várias formas canônicas em ressonância.

Analise as afirmativas abaixo:

I. A maior acidez do ácido trifluoroacético em relação ao ácido acético pode ser explicada principalmente pelo efeito mesomérico.

II. Via de regra, a acidez de um ácido está fortemente relacionada com a reatividade da base conjugada, que é análoga à estabilidade do ácido. Assim, quanto mais reativa for a base conjugada, maior será o pKa do ácido.

III. É possível encontrar casos em que o efeito indutivo e o efeito mesomérico se opõem. Assim, é necessária uma análise mais detalhada na estrutura dos ácidos similares para dizer qual deve ser mais ácido.

IV. Além dos efeitos que ocorrem dentro da molécula, o solvente no qual o ácido se encontra também pode alterar sua acidez.

Estão corretas as afirmativas:

A) II, III e IV, apenas B) I e III, apenas

C) III e IV, apenas D) II e IV, apenas

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9. Barreiras Rotacionais

A tabela 2 confere os valores das barreiras rotacionais de várias ligações π.Tabela 2. Barreiras energéticas para a rotação de diversas ligações π.

Sobreposição 2p-2p

Barreira (kJ.mol-1)

Sobreposição 2p-3p

Barreira (kJ.mol-1)

Sobreposição 3p-3p

Barreira (kJ.mol-1)

H2C=CH2 274 H2C=SiH2 149 H2Si=SiH2 105

H2C=NH 265 H2C=PH 180 H2Si=PH 120

HN=NH 251 HN=PH 185 HP=PH 142

Sobre os dados expostos, assinale a alternativa falsa:

A) A barreira de rotação pode ser uma medida da força da ligação π, já que essa não possui livre rotação e, portanto, é necessário quebrá-la para superar a barreira rotacional.

B) Embora seja necessário uma considerável quantidade de energia para rotacionar uma interação 2p-2p, muito menos é preciso para quebrar uma ligação 2p-3p, já que, no último caso, os orbitais não possuem tamanho adequado para uma interação tão efetiva.

C) A tendência presente na tabela sugere que elementos além do 2° período dificilmente farão ligações múltiplas, já que nesse caso as interações seriam significativamente mais fracas que no 2° período.

D) O enfraquecimento da ligação π ao aumentar o número do período se deve ao aumento da carga nuclear efetiva sobre os elétrons de valência, dificultando seu compartilhamento para a formação da ligação. _____________________________________________________________________________________

10. Rotaxanas

Na primeira fase do torneio você teve contato com um tipo de estrutura molecular chamada “Rotaxana”. Foi apresentado um tipo de rotaxana cuja conformação se alterava conforme o pH. É possível alternar a conformação da rotaxana da figura 4 por um processo redox, ou seja, por meio da adição ou retirada de elétrons, conforme sugerido pelas setas na figura.

Figura 4. Rotaxana Redox

Sobre o tema, assinale a alternativa correta: A) Ao retirar 4 elétrons da estrutura, haverá a quebra da aromaticidade do macrociclo, portanto devemos esperar que a etapa de redução seja energeticamente menos favorável que a de oxidação. Logo, devemos esperar que a molécula permaneça pouco tempo oxidada, tendendo sempre ao estado reduzido.

B) A retirada de 4 elétrons da molécula mostrada causará a formação de cátions aromáticos em cada ciclo que contém o heteroátomo enxofre, estabilizando a carga naquela posição, fazendo com que o macrociclo (também positivo) se afaste dessa região.

C) Com a retirada de 4 elétrons da molécula, e a consequente formação de cargas positivas na molécula, espera-se que o macrociclo deixe a estrutura desfazendo, dessa maneira, a Rotaxana.

D) O oxigênio ligado aos anéis condensados na Rotaxana age como um grupo desativador do anel devido a sua eletronegatividade, isto é, ele reduz a densidade eletrônica naquela posição. Assim, inicialmente, essa não é a posição preferida do macrociclo.

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Questões Dissertativas _____________________________________________________________________________________

11. Mais Orbitais Moleculares

Na segunda fase foi abordada a construção e a interpretação de orbitais moleculares (OM) para moléculas diatômicas homonucleares. Porém, também podemos fazer o mesmo para moléculas diatômicas heteronucleares, como o [HeH]+ ou o CO, fazendo algumas alterações para considerar a diferença de eletronegatividade dos dois átomos. Átomos mais eletronegativos ficam mais para baixo no diagrama (menor energia), e os menos eletronegativos ficam mais altos (maior energia). Disso, temos que quanto mais próximo a energia de um orbital molecular é da energia do orbital atômico de algum dos átomos da molécula, mais próximo o par de elétrons desse OM está desse átomo.

A) Considerando o íon [HeH]+ e seu esquema do diagrama de orbital molecular da figura 5, complete a figura com as seguintes características: distribuição dos elétrons, a qual átomo cada orbital atômico pertence e a identificação dos orbitais atômicos e moleculares.

Figura 5. Diagrama incompleto dos orbitais moleculares do [HeH]+

B) Indique os motivos pelos quais o composto [He-H]+ apresenta certa estabilidade.

C) Explique porque o composto [He-Ne]+ pode ser detectado, mas o composto He2 não.

figura 6 apresenta o diagrama de orbitais moleculares do CO.

Figura 6. Diagrama incompleto dos orbitais moleculares do CO

D) Qual dos orbitais atômicos no diagrama representa o orbital do oxigênio e qual deles representa o da carbono?

E) É esperado que a molécula de monóxido de carbono se oriente em um campo magnético? _____________________________________________________________________________________ 12. Estabilidade Especial

Michael Faraday isolou pela primeira vez o benzeno, um composto que é inegavelmente um marco na história da aromaticidade. Nesta preparação, Faraday realizou a pirólise de óleo de baleia, que produzia “gás de iluminação”, acetileno, que, após ser submetido a forte compressão originava o benzeno.

Figura 7. Síntese do Benzeno

Por volta da metade do século XIX alguns químicos considerados “estruturalistas” começaram a sugerir algumas propostas para a estrutura de benzeno. Kekulé propôs inicialmente que as duas formas do tipo ciclohexatrieno existiam em constante interconversão (figura 08).

Figura 8. Interconversão do ciclohexatrieno

Sobre as bases científicas de Kekulé há muita história para ser contada. O texto abaixo é atribuído a ele anteriormente à ideia comentada acima.

“...Estava sentado escrevendo meu manual, mas o trabalho não progredia; meus pensamentos estavam dispersos. Virei minha cadeira para a lareira e adormeci. Novamente os átomos saltavam à minha frente. Desta vez, os grupos menores permaneciam modestamente no fundo. Meu olho mental, aguçado pelas repetidas visões do gênero, discernia estruturas mais amplas de conformação múltipla; longas fileiras às vezes mais estreitamente encaixadas, todas rodando e torcendo-se em movimentos de cobra. Mas veja só! O que é aquilo? Uma das cobras havia agarrado a própria cauda e a forma rodopiava de modo a debochar ante meus olhos. Como se à luz de um relâmpago, despertei; e desta vez, também passei o resto da noite tentando estender as consequências da hipótese....”

A) Atualmente, sabemos que a representação dada na figura 8 não é adequada. Por qual motivo?

B) Dados os alcenos cíclicos representados na figura 10, qual ou quais deles são planares? Justifique.

Figura 10. Alcenos cíclicos

C) Explique os valores da velocidade de nitração obtidos para os compostos na tabela 3, a diminuição da preferência para e o aumento da preferência orto conforme se desce no grupo dos halogênios.

Tabela 3. Nitração de compostos aromáticos halogenados

Composto Produto formado(%) Velocidade de Nitração

(relativa ao benzeno) orto meta para

PhF 13 0,6 86 0,18

PhCl 35 0,9 64 0,0064

PhBr 43 0,9 56 0,06

PhI 45 1,3 54 0,12

D) Escreva as estruturas que seriam formadas reagindo 1:1 os compostos da figura 11 de HCl

Figura 11. Compostos nitrogenados reagindo com HCl

E) Considere os compostos da figura 12:

Figura 12. Compostos insaturados

(i) Qual o motivo do composto 1 sofrer uma redução de dois elétrons com um potencial de redução notavelmente positivo?

(ii) Por que a molécula 2 tem uma barreira rotacional significativamente menor que uma ligação dupla carbono-carbono comum?

(iii) Cálculos computacionais semi-empíricos sugerem que uma das moléculas 3 ou 4, se existisse, teria momento dipolo de 3 Debyes, enquanto outra apenas 1,4 Debyes. Qual molécula possui o maior dipolo? Por quê?

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13. Simetria e Ponto de Fusão

Existe a constatação experimental que compostos mais simétricos tendem a ter um ponto de de fusão mais alto. Essa regra pode soar contraintuitiva, já que costumamos associar moléculas simétricas a uma baixa polaridade que, por sua vez, está ligada a interações intermoleculares fracas.

Vários compostos indicam tal tendência, como é o caso do 2,2-dimetilpropano, em contraste ao metilbutano, e o benzeno, em contraste com o tolueno. A tabela 4 apresenta a estrutura desses pares de moléculas, assim como seus pontos de fusão.

Tabela 4. Comparação do ponto de fusão de moléculas com baixa e alta simetrias.

Par de moléculas Molécula menos simétrica Molécula mais simétrica

Par 1

Figura 13. Metilbutano, Ponto de fusão: -160oC

Figura 14. 2,2-dimetilpropano

Ponto de fusão: -16,55oC

Par 2

Figura 15. Tolueno,

Ponto de fusão: -95oC

Figura 16. Benzeno, Ponto de fusão: 5,5oC

O termo ‘mais simétrico’ foi usado de forma pouco rigorosa. Entretanto, pode-se verificar que as moléculas consideradas mais simétricas apresentam, em relação aos seus pares menos simétricos, mais elementos de simetria.

A) Indique, no total, 5 elementos de simetria apresentados pelas moléculas mais simétricas, mas não por seus pares menos simétricos. Como exemplo, você pode apresentar, para um mesmo par, 3 elementos para uma molécula, e 2 para o outro par. Considere os grupos metila como grupos pontuais, e a conformação do metilbutano como a apresentada na projeção de Newman da figura 13.

Os sólidos de moléculas mais simétricas, quando em temperaturas próximas à suas temperaturas de fusão, costumam apresentar uma entropia molar maior. Para ver isso, considere a organização da rede cristalina do benzeno sólido, como representado na figura 17.

Figura 17. Representação da rede cristalina do benzeno sólido. Os átomos de carbono são apresentados em preto, enquanto os átomos de hidrogênio são apresentados em branco.

B) Teorize por que, próximo à temperatura de fusão, a estrutura cristalina do benzeno apresenta uma grande entropia em relação a uma estrutura equivalente para o tolueno. Para isso, use qualitativamente a definição de Boltzmann para a entropia, , em que é a entropia, é a constante de ln(ω)S = kb S kb Boltzmann, e é a quantidade de microestados de um sistema.ω

Os fenômenos de mudança de fase são costumeiramente estudados pela termodinâmica. Dessa forma, estuda-se o papel das variações de entropia e entalpia no processo de fusão. Como já visto na segunda fase, em uma condição de equilíbrio de fases com pressão constante a relação é válida, em que S Δ = T

ΔH e representam a variação de entropia de fusão, variação de entalpia de fusão e temperatura deS, HΔ Δ T

fusão.

C) Indique, baseado na relação dada, como o acréscimo nas forças intermoleculares de um sólido afeta sua temperatura de fusão (nessa situação, considere constante) . Faça, também, a relação do SΔ acréscimo na entropia absoluta do sólido e a temperatura de fusão (nessa situação, considere HΔ constante).

D) Apresente uma hipótese de porquê de moléculas mais simétricas tendem a apresentam temperaturas de fusão altas, quando comparado a moléculas semelhantes, mas menos simétricas. _____________________________________________________________________________________

14. Titulações, pH e indicadores

A) Como sabemos desde a 2ª fase do TVQ, Ba(OH)2 é insolúvel em água. Sabendo disso, qual a variação de pH que vamos alcançar ao adicionarmos 6,525 gramas de Nitrato de Bário (massa molar = 261 g.mol-1) a uma solução de 100 ml 0,5 M de NaOH?

B) Desenhe as curvas de titulação para a titulação de um ácido forte com uma base forte e de uma titulação de um ácido fraco com uma base forte, destacando as diferenças entre eles.

C) É importante lembrar que o problema que o Sr. Alceno teve, na segunda fase, foi o monitoramento de reações com baixas concentrações. Em uma situação hipotética, o Sr. Alceno estava com três soluções

diferentes de ácidos, porém ele não sabia qual era qual. Dessa maneira, ajude-o com isso fazendo os cálculos do pH das soluções de HNO3 0,1 M, de H2SO4 0,07 M e de HNO3 1 x 10

-7 M.

Uma das formas mais práticas de observar a chegada ao ponto final de titulações ácido-base é fazendo o uso de indicadores de pH. Como os ácidos e bases usados pelo Sr. Alceno são todos fortes, podemos considerar que o ponto de equivalência ocorrerá em pH 7. Assim, os melhores indicadores para essa reação são aqueles com a viragem perto de pH 7, como o púrpura de bromocresol, que tem sua viragem em pH 5,2-6,8. Assim como a maior parte dos indicadores de pH usados, o púrpura de bromocresol funciona por conta da existência de duas formas desse composto que estão em equilíbrio, que se desloca dependendo do pH. As duas formas do púrpura de bromocresol são mostradas abaixo:

A B Figura 18. Equilíbrio ácido-base do púrpura de bromocresol

Pela análise das estruturas da figura 18, responda:

D) Qual das formas existe em maior quantidade quando o meio é fortemente básico? Justifique.

E) Em geral, quando usamos algum tipo de indicador para reações ácido-base, adicionamos apenas algumas gotas de uma solução diluída do indicador. Por que, normalmente, tão pouco indicador é adicionado, e que problemas podem acontecer se for adicionado uma quantia muito grande do indicador? _____________________________________________________________________________________

15. Xenônio Ultra-Radical

A existência de compostos moleculares e iônicos de gases nobres já era prevista desde o começo do desenvolvimento da mecânica quântica durante os anos 1920 e 1930, contudo, as primeiras evidências experimentais só começaram a aparecer anos depois, principalmente pelo desenvolvimento de técnicas espectroscópicas.

Embora alguns desses compostos sejam estáveis, a maioria dessas moléculas e íons possuem um tempo de vida extremamente baixo, sendo impossível isolá-los. Apesar disso, todos eles são detectados e os valores experimentais são condizentes com cálculos computacionais. Os exemplos mais simples de compostos de gases nobres são os na forma binária, como, por exemplo, [He-He]+, [He-H]+, [Ar-Ar]+ e similares.

O xenônio é o átomo do grupo 18 que possui a maior gama de compostos, possuindo, inclusive, ligação Xe-C-R, onde R é um grupo extremamente eletronegativo.

Em 2007, foi feita pela primeira vez a síntese utilizando [XeF][Sb2F11] e caracterização por cristalografia de um composto contendo unidades [Xe2]

+, ou seja, houve a formação de um retículo cristalino bem definido do sal [Xe2][Sb4F21]. Também foi possível determinar a formação de uma unidade [Xe4]

+ a partir da condensação de duas unidades [Xe2]

+, ao tratar esse sal com SbF5 a pressões de 30-50 bar.

A) Proponha estruturas de Lewis de os cátions [Xe2]+ e [Xe4]

+ e indique suas geometrias, justificando.

B) Um fato interessante observado foi a mudança da cor durante a conversão do primeiro sal para o segundo, passando de verde para azul. Sabendo que uma amostra continha ambos os sais, e que durante uma análise por espectroscopia UV-Vis houve o aparecimento de duas bandas, uma em 700 nm e outra em 600 nm, diga a qual sal cada banda corresponde.

Figura 19. Roda de cores

C) Desenhe as estruturas dos compostos abaixo e, utilizando o modelo VSEPR, prediga a geometria que cada um deles irá ter. Também diga qual o nox do Xe em cada caso.

i) XeF2

ii) XeF4

iii) XeF6

D) Considerando o item anterior, diga a qual composto os comprimentos de ligação Xe-F a seguir são referentes: 189 pm, 195 pm e 200 pm. Justifique a escolha. _____________________________________________________________________________________

16. Separações, o retorno

Vimos ao longo desta 11ª edição Torneio Virtual de Química um pouco sobre os fundamentos das técnicas de separação e como estas são largamente empregadas para a obtenção de insumos de grande importância em nossas vidas, sejam estes usados diretamente por nós ou não.

Geraldo viajou com seus pais e Carlinhos, seu amigo, para a praia da Barra da Tijuca. Lá, ele recebeu de sua mãe um suco de groselha especial para seu almoço na beira da praia, porém, Carlinhos, triste pelo fato de seu amigo não ter lhe oferecido um pouco, quis sabotar a bebida de seu companheiro adicionando sal a ela quando ele não estava olhando. Ao tomar um gole da bebida adulterada, Geraldo notou a diferença, ficou revoltado com o amigo pelo feito e arremessou o suco na areia úmida da praia. Arrependido do que fez, Geraldo começou a ponderar se seria possível recuperar seu suco predileto, agora espalhado na areia. Então, o menino coletou a areia do chão e começou a refletir sobre suas aulas de Química.

Com base em seus conhecimentos acerca do tema, responda:

A) Cite três processos de separação e seus respectivos fundamentos e princípios empregados, resumidamente.

B) Agora, escolha um processo de separação que você julga estar presente em sua vida, justificando sua resposta mencionando três aplicações deste processo.

C) Quais processos deveriam ser feitos para separar todos os componentes presentes, isto é: A areia, a água, o sal (presente na água do mar e, consequentemente, o sal adicionado por Carlinhos) e o suco de groselha, que, para este exemplo, será considerado como um único componente com temperatura de ebulição de 200 ºC, densidade 0,8 g/mL e completamente miscível (solúvel) em água. Vale ressaltar que Geraldo apenas pode usar utensílios domésticos e somente adicionar as substâncias que já estão presentes na mistura para concretizar o processo de extração.

D) Após essa separação, seria possível saber a massa aproximada de sal adicionada por Carlinhos, supondo que o padeiro local possa emprestar a balança de seu estabelecimento e os copos medidores de volume da sua mãe sejam confiáveis o suficiente? Explicite sua linha de raciocínio. _____________________________________________________________________________________