Com base nos dados acima, responda as questões propostas (cuidado com as unidades):

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1 Curso: Farmácia Atenção, dois dos exercícios da lista entrarão na P1. Concentrações: 01. Em uma rápida pesquisa pela internet é possível achar diversas receitas relacionadas à preparação de alguns cosméticos simples, uma delas está integralmente descrita a seguir 1 : Dados: Creme nutritivo para as mãos 100 ml de água destilada 200 ml de glicerina 10 gramas de ureia 50 gramas de ácido esteárico 10 ml de hidróxido de amônio 10 ml de água de rosas (?) composto Fórmula molecular Massa molar (g mol -1 ) Densidade (g / ml) glicerina (glicerol) C 3 H 8 O 3 92,08 1,26 g cm -3 ureia (NH 2 ) 2 CO 60,07 1,33 g cm -3 ác. esteárico CH 3 (CH 2 ) 16 COOH 284,48 0,847 g cm -3 hidróxido de amônio NH 4 OH 35,04 0,88 g cm -3 (32% m/m) água H 2 O 18,04 0,98 g cm -3 ml = cm -3 ; d = m / V; M M = m(g) / mol Com base nos dados acima, responda as questões propostas (cuidado com as unidades): (a) Admitindo que a água seja o solvente e os outros compostos o soluto, calcule as concentrações de ureia e ácido esteárico em mol L -1 ; molalidade e fração molar. Na mistura teremos uma única fase composta por APENAS água, ureia e ác. esteárico, nas quantidades informadas, desconsidere os outros compostos. (b) Foram adicionados 100 ml de solução de hidróxido de amônio de concentração 32% m/m, ou seja, 32 gramas de NH 4 OH para cada 100 gramas de solução, esta solução tem densidade de 0,88 g cm -3. Desta forma, calcule a concentração final de NH 4 OH na mistura final. (c) Em uma mistura homogênea contendo APENAS água e glicerina, calcule a fração molar destes na mistura formada (admita as quantidades acima). (d) O ácido esteárico possui uma longa cadeia carbônica, como um óleo, mesmo assim em algumas quantidades ainda é solúvel em água. Discuta. 1 Fonte: 1

2 Gases e Termodinâmica básica: 02. Quais são os três estados físicos da matéria? Quais as diferenças entre eles do ponto de vista de movimentação de moléculas e interações moleculares? No caso da água, quais interações seriam essas? 03. Como são criados os modelos em FQ? Explique a importância do desenvolvimento de modelos, cite alguns exemplos. 04. Quais as principais diferenças entre os gases ideais e reais? Quais interações são encontradas nos gases reais e como podemos relacioná-las com as distâncias moleculares? Experimentalmente como essa diferença pode ser observada? 05. Em quais situações podemos aproximar um comportamento do gás real com um gás ideal? Explique sua resposta. 06. Descreva como a equação de van der Waals pode ser obtida. Em quais modelos ela se baseia? 07. Defina calor, energia e trabalho. Com estes conceitos deduza a primeira lei da termodinâmica. 08. Defina Entalpia (H). Explique como podemos relacionar diretamente a variação de 09. Defina entropia. Qual a relação entre a entropia e espontaneidade de processos? Dê três exemplos de processos espontâneos e três não-espontâneos, relacionados com a variação de entropia. 10. Defina Energia Livre de Gibbs, qual sua importância para as reações químicas? 11. A seguinte situação é a base para os próximos exercícios, admita sempre que os gases são perfeitos, ou ideais. Também utilize a tabela em anexo, cujos dados se encontram a 298,15 K. Composto, a 298 K fh / kj mol -1 Sm / J K -1 mol -1 Octano. C 8 H 18 (l) O 2 (g) H 2 O (g) CO 2 (g) a) Escreva a reação de queima do octano (reação com O 2 ). Se em um pistão são adicionados 1,15 g deste combustível, qual a quantidade necessária de O 2 (g) para sua queima completa? 2

3 b) Calcule quanto vale o H, S e G desta reação. c) Poderíamos calcular a troca de calor desta reação baseados nos valores de energia de ligação? Explique. d) os são coerentes com a situação mostrada? Explique. 12. O ácido benzoico (C 6 H 5 COOH) é um ácido carboxílico comumente empregado para a conservação de alimentos, além disso, é um importante precursor para a síntese de muitas outras substâncias orgânicas. Entre os derivados do ácido benzoico se encontram o ácido salicílico e o ácido 2-acetilsalicílico (ou o-acetilsalicílico), também conhecido como aspirina. Para o estudo termodinâmico do ácido benzoico, um dos experimentos mais simples é seu tratamento com oxigênio, gerando CO 2 e água, segundo a reação abaixo, não-balanceada: C 6 H 5 COOH (s) + O 2(g) CO 2(g) + H 2 O (g) Dados (a 298K): Composto f H (kj mol -1 ) f S (J K -1 mol -1 ) C 6 H 5 COOH (s) -385,1 167,6 O 2(g) 0 205,14 CO 2(g) -393,51 213,74 H 2 O (g) -241,82 188,83 (a) Calcule, nesta temperatura, quanto vale o r G. Este pode ser considerado um processo termodinamicamente espontâneo? Explique. (b) Em relação à alteração de entropia do sistema, o valor numérico encontrado é condizente com a reação em questão? (c) Como se comporta a espontaneidade do processo em relação à temperatura? (d) Com suas palavras, explique a figura mostrada abaixo: 3

4 Propriedades Coligativas: 13. Qual a origem termodinâmica das propriedades coligativas? Defina também em termos da equação do potencial químico. Liste e defina as quatro propriedades coligativas estudadas e discuta como a adição do soluto no solvente altera cada uma em especial. 14. Abaixo estão listados diversos valores de temperatura de ebulição de diferentes compostos. Com base nestes, responda as questões propostas: composto água acetona ac. acético antraceno fenol T EB / K 373, a) Defina temperatura de ebulição baseado no conceito de pressão de vapor. Dos compostos listados, diga qual deles possui a menor pressão de vapor e qual possui a maior. b) Para a síntese do creme citado no exercício 1, é necessário que todos os reagentes sejam misturados e aquecidos em banho-maria a uma temperatura controlada de aproximadamente 110 o C, acima deste valor, a mistura se deteriora, e abaixo deste ponto não ocorre uma homogeneização perfeita dos componentes. Em seu laboratório você possui apenas os materiais acima listados e um pacote de sal de cozinha. Como você procederia para realizar esta síntese? 15. A pressão de vapor do benzeno, a 60,6 o C é 400 torr, mas cai a 386 torr quando 19,0 g de um composto não-volátil são dissolvidos em 500 g de benzeno. Calcule a massa molar deste composto. 16. Pela lei de Raoult, sabemos que para soluções ideais, a variação da pressão de vapor se dá linearmente com a fração molar do soluto. Porém, esta propriedade também pode ser aplicada a mistura de dois componentes voláteis, como água e álcool. Abaixo estão mostrados como varia a pressão de vapor de uma mistura entre A e B, admitindo uma solução ideal (linhas cheias) e real (linhas tracejadas). Responda as seguintes questões: 4

5 a) Com base no comportamento apresentado por uma solução ideal, explique a lei de Raoult para a mistura. b) Qual dos dois componentes possui maior temperatura de ebulição? Por que? c) Em situações reais, são encontrados os desvios negativos e positivos, identifique quais são os gráficos correspondentes e explique os desvios em relação à idealidade. 17. Calcular o abaixamento crioscópico e a elevação ebulioscópica de uma solução que contém 50 g de glicose em 1,0 L de água. Dados: (água) = 0.98 g ml -1, M M glicose = 180,16 g mol -1, K eb = 0,51 K kg mol -1, K f = 1,86 K kg mol Explique como a partir de medidas de ponto de fusão é possível obter a massa molecular de qualquer substância. Admita que esta é totalmente solúvel em água. 19. A massa molar de uma enzima foi determinada experimentalmente a partir de medidas de pressão osmótica, em arranjo experimental similar ao mostrado em uma das aulas. Foram preparadas diversas soluções da enzima, onde a pressão osmótica foi relacionada com a altura de uma coluna de água. Os resultados obtidos seguem a seguir: c (mg cm -3 ) 3,221 4,618 5,112 6,722 h (cm) 5,746 8,238 9,119 11,990 Dados: (água) = 0.98 g ml -1, g = 9,8 ms -2, R = 8,31451 Pa m 3 mol -1 K -1, T = 20 o C. a) Explique como a altura da coluna de água pode ser relacionada com a pressão osmótica. b) Encontre a expressão matemática onde é possível diretamente calcular a massa molar da enzima a partir dos dados fornecidos, a partir desta, escolha um dos pontos acima e encontre a M M. Cuidado com a conversão de unidades!!! c) Como a massa molar poderia ser obtida graficamente? Qual a importância deste tipo de tratamento de dados? d) Encontre a massa molar da enzima com o auxílio de um gráfico. 20. Como explicado, as propriedades coligativas se originam da adição de um soluto a um solvente. Porém, imaginando duas soluções aquosas, de mesma concentração, uma de NaCl e outra de sacarose, explique se ambas terão exatamente as mesmas propriedades nas mesmas proporções. Dê exemplos. Termodinâmica de Soluções: 21. Defina o potencial químico de uma solução levando-se em consideração o coeficiente de atividade. Explique o que é esse termo e sua importância. 5

6 Energia potencial CQ A lei limite de Debye-Hückel foi desenvolvida para que facilmente fossem obtidos os coeficientes de atividade de qualquer solução eletrolítica, para tanto, basicamente leva-se apenas em consideração a concentração, ou a força iônica I. Responda as questões a seguir: a) Calcule a força iônica e o coeficiente de atividade ( +/- ) de soluções aquosas de Na 3 PO 4, Na 2 SO 4 e NaCl, nas seguintes concentrações, (i) 0.1 molal; (ii) 0.01 molal e (iii) molal. Molal = (mol de soluto / 1 kg de solvente). Discuta e explique as diferenças encontradas. Para a água, A = 0,509. b) Descreva o comportamento das figuras abaixo, baseada no modelo de um comportamento ideal ( ) e quando passamos para situações reais ( ). Faça também uma ligação do desvio entre estas situações quando utilizamos as equações de potencial químico. Soluções: Gases: log +/- NaCl (1:1) 0 MgCl 2 (2:1) MgSO 4 (2:2) I 1/2 distância molecular Cinética Química: 23. Explique a importância do estudo da cinética química. 24. Como podemos definir matematicamente a velocidade de uma reação? 25. A primeira etapa de um estudo cinético está relacionada com a determinação da lei cinética da reação. Descreva a sua importância e quais parâmetros dela são obtidos experimentalmente? 26. Na decomposição térmica de M obtiveram-se os seguintes dados da variação da concentração com o tempo: 6

7 t / 10 3 s [M] / mol L -1 1,10 0,86 0,67 0,52 0,41 0,32 0,25 Determinar a lei de velocidade desta reação. 27. De posse da lei cinética obtida do exercício anterior, deduza a expressão que relaciona a concentração de M com o tempo da reação. a) Encontre qual vai ser a [M] nos tempos: 0 seg, 100 seg e segundos. b) Quanto tempo leva para que a [M] caia a metade? 28. A velocidade inicial de uma reação depende da concentração de uma substância J conforme a seguinte tabela: [J] 0 / 10-3 mol L -1 5,0 8, v 0 / 10-7 mol L -1 s -1 3,6 9, Determinar a ordem de reação em relação a J e calcular a constante de velocidade 29. Como relacionamos a velocidade das reações direta e inversa em uma situação de equilíbrio químico? E o que você entende pela constante de equilíbrio? 30. A constante de velocidade da decomposição de certa substância é de 2,8 x 10-3 L mol -1 s -1 a 30 o C e 1,38 x 10-2 L mol -1 s -1 a 50 o C. Estime os parâmetros de Arrhenius desta reação. É possível saber se esta é uma reação exotérmica ou endotérmica? Explique. 31. Explique o que você entende por taxa de colisões e estado de transição. 32. Descreva como a equação de Michaelis-Menten foi obtida. 33. A 25 o C a conversão enzimática de um substrato tem a constante de Michaelis igual a 0,0042 mol L -1. A velocidade da reação é de 2,45 x 10-4 mol L-1 s-1, quando a concentração do substrato é de 0,890 mol L -1. Qual a velocidade máxima dessa enzimólise? 34. Mediram-se, para diversas concentrações do substrato, a velocidade inicial de produção de O 2 pela ação de uma enzima. Os dados são apresentados a seguir. [S] / mol L -1 0,050 0,017 0,010 0,005 V / mm 3 min -1 16,6 12,4 10,1 6,6 Estime a constante de Michaelis da reação e a vmax. 35. Foram discutidos em sala de aula dois tipos de inibição enzimática. Descreva cada uma e como podemos identificá-las por um estudo dos seus valores de K M e vmax. 7