A Termodinamica avançada

EXERCÍCIOS DE TERMODINÂMICA

Ana Paula Aparecida Borges

Anivaldo Ferreira de Rezende

Nara Lúcia de Oliveira

Questão 01

Resposta: E

A ligação iônica é uma ligação que resulta da atração eletrostática entre íons de cargas opostas. Os compostos iônicos possuem elevado Ponto de Fusão e Ebulição, necessitando-se que uma grande energia seja fornecida ao meio. Nota-se que no composto A (iônico) que a temperatura ambiente ele é isolante, porém a 1000 ºC é um condutor. Pela 1ª Lei da Termodinâmica, para que o sistema possa realizar trabalho, é necessário que uma energia seja fornecida. No caso do composto A, seu ponto de fusão é 801 ºC, neste estado, uma energia foi fornecida ao sistema e o composto se funde, logo as estruturas deixam de ser cristais rígidos o que garante mobilidade aos íons e torna o composto condutor.

Já o composto B, é uma substância molecular (ou covalente), ocorre entre átomos com pequenas diferenças de eletronegatividade e que estão próximos uns dos outros na tabela periódica. Na ligação covalente, os átomos geralmente partilham com outros átomos os seus elétrons s e p exteriores, de tal modo que cada átomo fica com uma configuração eletrônica de gás nobre. Observando-se a tabela, nota-se que seu ponto de ebulição e fusão são relativamente baixos com relação as demais substâncias comparadas, além de não ser condutor em 1000 ºC.

O composto C é tido como um metal, nos metais no estado sólido, os átomos estão empilhados de uma forma relativamente compacta com um arranjo sistemático e regular - a estrutura cristalina. Observando-se a tabela, eles necessitam de maior energia comparado aos sistemas A e D para entrar em fusão e ebulição e tanto a temperatura ambiente, quanto a 1000 ºC, este material é um condutor, pois os elétrons de valência estão fracamente ligados aos cernes positivos e, por isso, podem mover-se facilmente no cristal metálico, sendo frequentemente designados por elétrons livres. As elevadas condutividades térmicas e elétricas dos metais dão crédito à teoria segundo a qual alguns elétrons são capazes de se mover através da rede cristalina do metal.

Quando uma energia é transferida para o sistema em forma de calor, a energia interna do sistema é alterada. Pela Primeira Lei da Termodinâmica, vemos que para que haja realização de trabalho, é necessário que haja energia sendo fornecida ao sistema, este em forma de calor. A energia interna de um sistema (∆U) é modificada pela transferência de calor e trabalho do sistema. Sendo assim, cada sistema analisado na tabela responde de forma diferente quando energia é fornecida e seus estados (líquido, sólido ou gasoso) é modificado.

Questão 02

Resposta: A

A ligação química entre sódio e flúor é denominada iônica, pois tem-se um elemento que é altamente eletropositivo (sódio) e um elemento altamente eletronegativo (flúor). Por serem átomos pequenos e seus elétrons estarem mais próximos do núcleo atômico, a ligação entre ambos torna-se uma ligação forte. O fluoreto de sódio e o Xylitol contido nas chupetas são compostos que são liberados durante a sucção do bebê para a prevenção de cáries, sendo estes liberados para o sistema (boca) pelas condições normais do bebê (temperatura de aproximadamente de 36 ºC, pH). Porém, o que geralmente não é levado em conta, é que as condições do ambiente (boca) podem ser modificadas, como por exemplo, um aumento da temperatura causado por uma febre. Esse aumento da temperatura faz com que a chupeta (consideramos agora como sendo o sistema) em contato com a boca (vizinhança) absorva calor (que está maior devido ao estado febril da criança) acelerando o desprendimento do Xylitol e Flúor, ocasionando em maiores quantidades dessas substâncias desprendidas e uma vida útil da chupeta menor.

Questão 03

Resposta: A

A estrutura do mirceno apresenta 3 ligações do tipo π. A cerveja é obtida através de processos Oxidativos, fermentativos. Quando num sistema isolado ocorre uma reação química e a temperatura do sistema aumenta, terá de se admitir que a energia interna dos produtos seja inferior à dos reagentes e que a diferença (∆U) corresponde ao calor libertado. Nos processos oxidativos acontece essa liberação de calor. A fermentação em cervejarias é a conversão processada pela levedura (fermento) de glicose em etanol e gás carbônico, sob condições anaeróbicas. Esta conversão se dá com liberação de calor.

Questão 04

Resposta: Afirmações corretas – A função sequestrante do tripolifosfato de sódio consiste em reduzir a formação de sais de Ca e Mg, derivados de ânions de ácidos graxos; As ligações entre fósforo e oxigênio são todas covalentes; O tripolifosfato de sódio pode ser sintetizado a partir da reação do NaH2PO4 com o Na2HPO4, que são sais de Arrhenius.

O tripolifosfato atua como sequestrante diminuindo a ação dos tensoativos. Os tensoativos são substâncias capazes de diminuir a tensão superficial, ou seja, alteram as propriedades interfaciais e superficiais de um líquido. Essas substâncias possuem essa característica devido a sua estrutura, a qual é composta por uma parte polar (hidrofílica) e uma parte apolar (hidrofóbica). Porém, sabe-se que o uso desses agentes sequestrantes  causa eutrofização dos corpos hídricos, pois eles são nutrientes para as algas e, quando vão parar num lago, favorecem a proliferação delas. Esse crescimento de algas em demasia interfere no equilíbrio natural e diminui o oxigênio dissolvido na água, acarretando a problemas na vida aquática.

Esse desequilíbrio pode ser relacionado a Segunda Lei da Termodinâmica, que exprime a medida de desordem, entropia. Se o acúmulo do sequestrante em rios for grande, haverá um desequilíbrio ecológico, pois haverá um aumento de algas no sistema. Se este sistema é alterado, haverá uma desordem do mesmo. Haverá um aumento da entropia do sistema, analogamente falando.

Questão 05

Resposta: D

A hidroxiapatita, Ca10(PO4)6(OH)2, é o constituinte mineral do osso natural representando de 30 a 70% da massa dos ossos e dentes. Quando bactérias da placa comem açúcares, eles emitem ácido lático, que desmineraliza ou quebra destes cristais, tornando o esmalte mais fraco ou possivelmente até mesmo quebrá-lo completamente, o que resulta em cáries, ou cavidades. Quando usa-se pastas dentais contendo íons fluoreto, os íons OH da hidroxiapatita são substituídos por íons F-. Os íons fluoretos formam ligações iônicas mais fortes na estrutura cristalina da fluoroapatita, devido a sua elevada densidade de carga negativa. Dentre os halogênios, o flúor possui a maior eletronegatividade, sendo, portanto, o mais reativo e os dentes menos propensos a cáries. Porém, com fins de tornar os dentes brancos, as pastas para branqueamento  cria condições desfavoráveis. Ao se escovar os dentes, estes são lixiviados, o que impede que o flúor entre no esmalte dentário e se fixe, sendo os dentes susceptíveis a cáries. De acordo com a cinética e a termodinâmica as ligações são favorecidas quando perdem energia e se tornam mais estáveis.