FOLHA DIRIGIDA ONLINE - Caderno do Vestibular nº 23 - Química

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O estudo em grupo é uma atividade que muitosprofessores incentivam. Ele permite que os alunos ti-rem as dúvidas mais comuns com seus colegas. Alémdisso, o estudante tende a ficar mais confiante em simesmo, pois percebe que há outros em situação se-melhante à sua. Faça a prova da Universidade Esta-dual de Campinas (Unicamp) como exercício:

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Vivemos em uma época notável. Os avanços da ciên-cia e da tecnologia nos possibilitam entender melhor oplaneta em que vivemos. Contudo, apesar dos volumo-sos investimentos e do enorme esforço em pesquisa, aTerra ainda permanece misteriosa. O entendimento des-se sistema multifacetado, físico-químico-biológico, quese modifica ao longo do tempo, pode ser comparado aum enorme quebra-cabeças. Para entendê-lo, é necessá-rio conhecer suas partes e associá-las. Desde fenômenosinorgânicos até os intrincados e sutis processos biológi-cos, o nosso desconhecimento ainda é enorme. Há muitoo que aprender. Há muito trabalho a fazer.

Nesta prova, vamos fazer um pequeno ensaio na direçãodo entendimento do nosso planeta, a Terra, da qual depen-de a nossa vida.

Questão 1A figura abaixo representa o ciclo da água na Terra.

Nela estão representados processos naturais que a águasofre em seu ciclo.

Com base no desenho, faça o que se pede:a) Considerando que as nuvens são formadas por mi-

núsculas gotículas de água, que mudança(s) de estado físi-co ocorre(m) no processo 1?

b) Quando o processo 1 está ocorrendo, qual o princi-pal tipo de ligação que está sendo rompido/formado naágua?

c) Cite pelo menos um desses processos (de 1 a 6) que,apesar de ser de pequena intensidade, ocorre no sul doBrasil. Qual o nome da mudança de estado físico envolvi-da nesse processo?

Resolução:a) No processo 1, ocorre a evaporação da água e sua

posterior condensação na forma de minúsculas gotículas,formando as nuvens.

b) Observa-se rompimento/formação de pontes dehidrogênio durante as mudanças de estado físico.

c) Um dos processos que ocorrem no Sul do Brasil éo de número 3. Neste observa-se a solidificação da água.

Questão 2Cerca de 90% da crosta e do manto terrestres são for-

mados por minerais silicáticos. Entender muitos proces-sos geoquímicos significa conhecer bem o comportamen-to dessas rochas em todos os ambientes. Um caso particu-lar desse comportamento na crosta é a solubilização dasílica (SiO2) por água a alta temperatura e pressão. Esseprocesso de dissolução pode ser representado pela equa-ção:

SiO2(s) + 2 H2O(aq) = H4SiO4(aq)

Em determinado pH a 300ºC e 500 atmosferas, a cons-tante de equilíbrio para essa dissolução, considerando aágua como solvente, é de 0,012.

a) Escreva a expressão da constante de equilíbrio paraesse processo de dissolução.

b) Determine a concentração em g L–1 de H4SiO4 aquosoquando se estabelece o equilíbrio de dissolução nas condi-ções descritas.

Resolução:

Questão 3Na superfície da Terra, muitos minerais constituintes

de rochas sofrem transformações decorrentes das condi-ções superficiais determinadas pelas chuvas, pelo calorfornecido pelo Sol e pela presença de matéria orgânica.Por exemplo, minerais de composição alumino-silicáticapoderão originar a bauxita (minério de alumínio rico emAl2O3), ou então, laterita ferruginosa (material rico em fer-ro), dependendo da retirada de sílica e a conseqüente con-centração seletiva de óxidos de alumínio ou ferro, respec-tivamente. O gráfico representa as condições sob as quais

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se dá a solubilização em água da sílica (SiO2) e da alumina(Al2O3) a partir desses minerais, em função do pH.

a) Considerando o gráfico, diga que substância predo-mina, em solução aquosa, sob as condições de pH 3.

b) E sob as condições de pH 8, que substância predo-mina em solução aquosa?

c) Em que faixa de pH a solubilização seletiva favorecea formação de material residual rico em Al2O3? Justifique.

d) A espécie H4SiO4 formada na dissolução do SiO2,que também pode ser escrita como Si(OH)4, em soluçãoaquosa, apresenta caráter ácido ou básico? Justifique, usan-do as informações contidas no gráfico.

Resolução:a) Com pH = 3, predomina Al2O3 em solução aquosa,

pois apresenta maior solubilidade.b) Com pH = 8, temos predomínio de SiO2 em solução aquosa.c) Para formar material residual rico em Al2O3, a

solubilidade do óxido de alumínio deve ser a menorpossível. Isso ocorre entre pH = 6 e pH = 8, intervalo noqual a solubilidade do Al2O3 é praticamente igual a zero.

d) Inicialmente temos o equilíbrio do SiO2(s) ao serdissolvido:

SiO2(s) + 2H2O(aq) = H4SiO4(aq)

A espécie H4SiO4 apresenta caráter ácido, permitindo aexistência de um equilíbrio de ionização:

H4SiO4(aq) = H+(aq) + H3SiO–4(aq)

Isso é evidenciado por um aumento na solubilidade doSiO2 com o aumento do pH.

A diminuição da [H+] tende a deslocar o equilíbrio deionização para a direita, consumindo a espécie H4SiO4, oque, de acordo com o Princípio de Le Chatelier, deslocao equilíbrio de dissolução do SiO2 para a direita.

Questão 4As condições oxidativas/redutoras e de pH desempe-

nham importantes papéis em diversos processos naturais.Desses dois fatores dependem, por exemplo, a modifica-ção de rochas e a presença ou não de determinados metaisem ambientes aquáticos e terrestres, disponíveis à vida.Ambos os fatores se relacionam fortemente à presença debactérias sulfato-redutoras atuantes em sistemas

anaeróbicos. Em alguns sedimentos, essas bactérias po-dem decompor moléculas simples como o metano, comoestá simplificadamente representado pela equação abai-xo:

CH4 + H2SO4 = H2S + CO2 + 2 H2O

a) Considerando o caráter ácido-base dos reagentes eprodutos, assim como a sua força relativa, seria esperadoum aumento ou diminuição do pH da solução onde a bac-téria atua? Justifique.

b) Nas condições padrão, esse processo seria endo-térmico ou exotérmico? Justifique com o cálculo davariação de entalpia dessa reação nas condições pa-drão.

Dados: Entalpias padrão de formação em kJ mol–1: CH4= –75; H2SO4 = –909; H2S = –21; CO2 = –394; H2O = –286.

Resolução:a) Na reação, ocorreu consumo de H2SO4 (ácido forte)

e formação de um ácido fraco (H2S), o que acarreta eleva-ção do pH.

Como ocorreu liberação de 3kJ/mol CH4 (∆H < 0), con-cluímos que o processo é exotérmico.

Questão 5A matéria orgânica viva contém uma relação 14C/12C

constante. Com a morte do ser vivo, essa razão vai se alte-rando exponencialmente com o tempo, apresentando umameia-vida de 5600 anos.

Constatou-se que um riacho, onde ocorreu uma grande mor-tandade de peixes, apresentava uma quantidade anômala de subs-tâncias orgânicas. Uma amostra da água foi retirada para análise.Estudando-se os resultados analíticos referentes à relação 14C/12C, concluiu-se que a poluição estava sendo provocada por umaindústria petroquímica e não pela decomposição natural de ani-mais ou plantas que tivessem morrido recentemente.

a) Como foi possível, com a determinação da relação14C/12C, afirmar com segurança que o problema tinha seoriginado na indústria petroquímica?

b) Descreva, em poucas palavras, duas formas pelasquais a presença dessa matéria orgânica poderia ter provo-cado a mortandade de peixes.

Resolução:

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a) Caso a poluição estivesse sendo provocada pela de-composição natural de animais ou plantas mortos recente-mente, a relação 14C/12C seria praticamente igual à de umser vivo.

Como matéria-prima a indústria petroquímica utilizamaterial fóssil, originado de organismos vivos que morre-ram há milhares de anos. Por isso, a poluição produzidapela indústria petroquímica apresentará uma relação 14C/12C menor que a de um ser vivo.

b) A decomposição da matéria orgânica que contaminao riacho consome o gás oxigênio dissolvido na água, fa-zendo com que os peixes morram por hipóxia (falta deoxigênio).

O material orgânico também bloqueia a passagem deluz, impedindo que seja realizado o processo de fotossín-tese pelos vegetais do riacho. Dessa forma, há uma menorprodução de gás oxigênio e, conseqüentemente, uma me-nor oferta de O2 aos peixes.

Questão 6A síntese de alimentos no ambiente marinho é de vital

importância para a manutenção do atual equilíbrio do sis-tema Terra. Nesse contexto, a penetração da luz na cama-da superior dos oceanos é um evento fundamental. Ela pos-sibilita, por exemplo, a fotossíntese, que leva à formaçãodo fitoplâncton, cuja matéria orgânica serve de alimentopara outros seres vivos. A equação química abaixo, não-balanceada, mostra a síntese do fitoplâncton. Nessa equa-ção o fitoplâncton é representado por uma composiçãoquímica média.

a) Reescreva essa equação química balanceada.b) De acordo com as informações do enunciado, a for-

mação do fitoplâncton absorve ou libera energia? Justifi-que.

c) Além da produção de alimento, que outro benefí-cio a formação do fitoplâncton fornece para o sistemaTerra?

Resolução:

b) Para a formação do fitoplâncton, é fundamental apenetração da luz solar, desse modo a reação ocorre comabsorção de energia.

c) Na formação do fitoplâncton, há formação de gásoxigênio (O2) e absorção de CO2 presente na atmosfera. Ooxigênio é fundamental ao processo de respiração de seresvivos aeróbicos. O CO2 é um dos responsáveis pelo efeitoestufa. Assim, quanto maior a formação do fitoplâncton,menor a quantidade de CO2 presente na atmosfera, o queatenua o efeito estufa.

Questão 7É voz corrente que, na Terra, tudo nasce, cresce e

morre dando a impressão de um processo limitado aum início e a um fim. No entanto, a vida é permanentetransformação. Após a morte de organismos vivos, adecomposição microbiológica é manifestação de am-pla atividade vital. As plantas, por exemplo, contêmlignina, que é um complexo polimérico altamente hi-droxilado e metoxilado, multi-ramificado. Após a mor-te do vegetal, ela se transforma pela ação microbioló-gica.

A substância I, cuja fórmula estrutural é mostrada noesquema abaixo, pode ser considerada como um dos frag-mentos de lignina.

Esse fragmento pode ser metabolizado por certosmicroorganismos, que o transformam na substânciaII.

a) Reproduza a fórmula estrutural da substância II nocaderno de respostas, identifique e dê os nomes de trêsgrupos funcionais nela presentes.

b) Considerando as transformações que ocorrem de Ipara II, identifique um processo de oxidação e um de re-dução, se houver.

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Questão 8Existem várias hipóteses quanto à origem da Terra e

sobre os acontecimentos que geraram as condições físico-químico-biológicas dos dias de hoje. Acredita-se que onosso planeta tenha se formado há cerca de 4550 milhõesde anos. Um dos estágios, logo no início, deve ter sido oseu aquecimento, principalmente pela radioatividade. Afigura mostra a produção de energia a partir de espéciesradioativas e suas abundâncias conhecidas na Terra.

a) Quantas vezes a produção de energia radiogênica(radioativa) era maior na época inicial de formação da Ter-ra, em relação aos dias atuais?

b) Quais foram os dois principais elementos responsá-veis pela produção de energia radiogênica na época inicialde formação da Terra?

c) E nos dias de hoje, quais são os dois principais ele-mentos responsáveis pela produção dessa energia?

Resolução:

a)

b) O elemento urânio, na forma do isótopo 235U, e oelemento potássio, na forma do isótopo 40K.

c) O elemento urânio, na forma do isótopo 238U, e othório, na forma de isótopo 232Th.