Um espetro de emissão é constituído por riscas coloridas sobre um fundo negro, correspondentes a radiação emitida pelos átomos; um espetro de absorção apresenta riscas negras sobre um fundo colorido contínuo.
Como o espetro apresentado é constituído por riscas coloridas sobre fundo negro, trata-se de um espetro de emissão.
Sendo constituído apenas por um conjunto discreto de riscas, e não por uma sucessão contínua de cores, o espetro é descontínuo, característica associada a transições eletrónicas entre níveis de energia bem definidos.
A razão entre número de átomos relaciona-se com a quantidade de matéria e a massa molar:
(B)
As partes por milhão (ppm) e a percentagem em massa (% m/m) são ambas razões mássicas, mas têm bases diferentes: ppm corresponde a 10⁶ e % (m/m) corresponde a 10².
Resolvendo em ordem a x:
% (m/m) — (B)
(a) — (1): a massa atómica relativa do oxigénio, indicada na Tabela Periódica, é 16.00, um valor muito próximo da massa do isótopo ¹⁶O. Como a massa atómica relativa é uma média ponderada pelas abundâncias relativas dos isótopos, conclui-se que o ¹⁶O é o isótopo mais abundante na natureza.
(b) — (2): o número de neutrões obtém-se por N = A − Z. Sendo A = 17 e Z = 8 (número atómico do oxigénio), N = 17 − 8 = 9 neutrões.
(c) — (5): comparando os números de massa dos três isótopos (18 > 17 > 16), o ¹⁸O é o isótopo com maior massa.
As opções (3) e (4) não correspondem a nenhum isótopo do oxigénio. A configuração eletrónica indicada e a carga nuclear +17 pertencem a outro elemento (enxofre e cloro, respetivamente).
O número de oxidação (n.o.) de um elemento numa substância elementar é sempre zero. Assim, no N₂ (reagente), o n.o. do azoto é 0.
No NH₃, a molécula é neutra e o hidrogénio tem n.o. +1. Sendo x o n.o. do azoto:
O n.o. do azoto varia, portanto, de 0 (em N₂) para −3 (em NH₃):
Como o n.o. do azoto diminui, o azoto sofre redução. A espécie que se reduz é, por definição, o agente oxidante, pois é ela que provoca a oxidação da outra espécie envolvida (o hidrogénio). Logo, o N₂ é o oxidante.
A reação de síntese do amoníaco é exotérmica (ΔH = −92,2 kJ, ΔH < 0), pois liberta energia sob a forma de calor no sentido direto.
Pelo Princípio de Le Chatelier, quando uma reação exotérmica em equilíbrio é perturbada por uma diminuição de temperatura, o sistema desloca-se no sentido que contraria essa diminuição, ou seja, no sentido que liberta mais calor, que é o sentido direto (de formação de NH₃).
Assim, uma diminuição da temperatura favorece a formação de NH₃(g), aumentando a sua quantidade no equilíbrio.
Como a temperatura se mantém constante e Kc apenas muda com a variação da temperatura, o seu valor não se altera, logo o Kc inicial será igual ao Kc final.
Sejam x = [N₂]inicial e y = [H₂]inicial. No novo estado de equilíbrio, ambas as concentrações são metade das iniciais: [N₂]final = x/2 e [H₂]final = y/2.
Simplificando o denominador do segundo membro:
Substituindo e cancelando x e y, comuns aos dois membros:
= 0,4 mol/dm³
Em iguais condições de pressão e temperatura, o volume molar (Vm) é igual para todos os gases. Assim, quanto maior for a quantidade de matéria (n) de um gás, maior é o volume que ocupa, uma vez que:
Como as massas dos dois gases são iguais, e sendo a quantidade de matéria dada por n = m/M, o gás com menor massa molar (M) terá maior quantidade de matéria, para a mesma massa:
Como M(H₂) < M(N₂), o gás H₂ tem maior quantidade de matéria para a mesma massa e, consequentemente, ocupa maior volume nas mesmas condições de pressão e temperatura.
A fração molar do NH₃ define-se como a razão entre a quantidade de matéria de NH₃ e a quantidade de matéria total da solução (NH₃ + H₂O):
Considere-se 1 dm³ de solução. Como ρ = 0,8980 g/cm³ = 898 g/dm³, a massa dessa solução é:
Como a concentração é 14,8 mol/dm³, em 1 dm³ de solução existem 14,8 mol de NH₃, aos quais corresponde a massa:
A massa de água resulta da diferença entre a massa total da solução e a massa de NH₃:
Convertendo a massa de água em quantidade de matéria, com M(H₂O) = 2×1,01 + 16,00 = 18,02 g/mol:
Substituindo na expressão da fração molar:
A difração é o fenómeno ondulatório em que uma onda contorna obstáculos ou se espalha ao atravessar uma abertura, sendo mais evidente quando a dimensão da abertura é da ordem de grandeza do comprimento de onda.
Na situação descrita, as ondas atravessam uma abertura estreita e, do outro lado, propagam-se em frentes de onda aproximadamente semicirculares, espalhando-se por toda a baía. Este é o comportamento característico da difração.
A velocidade de propagação da onda relaciona-se com o comprimento de onda e o com período através de:
m/s
O intervalo de tempo que a onda demora a percorrer a distância d obtém-se a partir da definição de velocidade média:
s
Para neutralizar uma solução ácida com uma solução básica, a quantidade de matéria de H₃O⁺ do ácido tem de igualar a quantidade de matéria de OH⁻ da base (neutralização 1:1).
Cálculo da quantidade de matéria de H₃O⁺ no suco gástrico (pH = 2,00, V = 3,0 dm³):
Cálculo da concentração de OH⁻ na água alcalina (pH = 9,50, a 25 °C, onde Kw = 1,0×10⁻¹⁴):
Igualando a quantidade de matéria de OH⁻ à quantidade de matéria de H₃O⁺ a neutralizar, determina-se o volume de água alcalina necessário:
dm³
O valor de pH indicado no aparelho é 8,50, superior a 7, o que corresponde a uma solução básica.
Em instrumentos de medição digitais, ao contrário dos analógicos, a incerteza de leitura corresponde à menor divisão apresentada no visor — não é possível estimar valores intermédios entre dois algarismos mostrados, como acontece numa escala analógica.
Como o visor apresenta o valor de pH com duas casas decimais (8,50), a menor divisão da escala é 0,01, pelo que essa é a incerteza de leitura.
A condução é o mecanismo de transferência de energia que ocorre através de um meio material, por interação entre partículas vizinhas, sem transporte de matéria. A convecção, pelo contrário, envolve transporte de matéria e ocorre apenas em fluidos (líquidos ou gases).
Como a energia é transferida através da parede sólida da chávena, o mecanismo envolvido é a condução, e não a convecção.
A energia é sempre transferida espontaneamente do corpo com maior temperatura para o corpo com menor temperatura. Estando o chá a uma temperatura superior à do ambiente, é o chá que cede energia ao ambiente.
A relação entre a energia fornecida e a variação de temperatura é dada pela seguinte equação:
Admitindo que a energia é fornecida a um ritmo constante (potência constante), Δθ é diretamente proporcional ao tempo. Assim, em cada estado físico, o gráfico de Δθ em função do tempo é uma reta cujo declive é inversamente proporcional a c, para a mesma massa.
Como a capacidade térmica mássica do gelo é inferior à da água líquida, o declive da reta correspondente ao aquecimento do gelo é maior do que o declive correspondente ao aquecimento da água líquida.
Além disso, durante a fusão do gelo, a temperatura mantém-se constante (a 0 °C) durante um determinado intervalo de tempo, onde a energia fornecida é usada para quebrar as ligações entre as partículas e não para aumentar a temperatura. O gráfico correto apresenta, por isso, um valor constante a 0 °C antes de retomar a subida, agora com declive menor.
Num condutor metálico, como as placas de chumbo do acumulador, os portadores de carga são os eletrões de condução, que se deslocam livremente através da rede metálica quando existe uma diferença de potencial aplicada.
Numa solução eletrolítica, como a solução aquosa de ácido sulfúrico, não existem eletrões livres disponíveis para conduzir a corrente elétrica. A condução faz-se, em vez disso, pelo movimento dos iões dissolvidos — os catiões deslocam-se num sentido e os aniões no sentido oposto.
Assim, nas placas de chumbo os portadores de carga são eletrões, e na solução de ácido sulfúrico são iões.
Pela Lei de Ohm, determina-se a intensidade de corrente elétrica que percorre o circuito:
A
A carga elétrica total que atravessa o circuito durante os 30 minutos (Δt = 30 × 60 = 1800 s) é:
C
O número de eletrões correspondente a essa carga obtém-se dividindo pela carga elementar (e = 1,602×10⁻¹⁹ C):
Convertendo o número de eletrões em quantidade de matéria, através da constante de Avogadro:
Segundo a equação química da reação na placa de chumbo, Pb(s) + H₂SO₄(aq) → PbSO₄(s) + 2e⁻ + 2H⁺(aq), por cada 1 mol de Pb(s) que reage são libertados 2 mol de eletrões. Assim:
A massa de chumbo que reage obtém-se multiplicando pela massa molar do chumbo (M(Pb) = 207,2 g/mol):
g
As linhas de campo elétrico de uma carga pontual isolada são sempre radiais: apontam sempre no sentido que se afasta das cargas positivas (o campo aponta para fora) e apontam sempre no sentido que se aproxima das cargas negativas (o campo aponta para dentro).
Como o ião H⁺ é uma carga positiva, as suas linhas de campo devem apontar para fora, radialmente a partir do ião. Por sua vez, como o ião SO₄²⁻ é uma carga negativa, as suas linhas de campo devem apontar para dentro, radialmente na direção do ião.
Desprezando o atrito, a única força com componente ao longo do plano inclinado é o peso. A resultante das forças na direção do movimento é a componente do peso paralela ao plano:
Pela 2.ª Lei de Newton, FR = ma, logo:
Como a razão h/1,50 exprime a inclinação da tábua em cada ensaio (sin α = h/1,50), a aceleração escreve-se em função dessa razão:
A esfera parte do repouso (x₀ = 0, v₀ = 0), pelo que, usando as equação da posição, a posição da esferea em função do tempo é dada por x(t) = ½at². Para Δt = 1,0 s, a distância percorrida é:
Substituindo a aceleração pela expressão obtida anteriormente, chega-se à relação pedida entre d e h/1,50:
Esta expressão traduz uma proporcionalidade direta entre d e h/1,50, em que d desempenha o papel de variável dependente (eixo das ordenadas, y) e h/1,50 o papel de variável independente (eixo das abcissas, x), sendo o declive da reta igual a g/2.
Introduzindo os pares de valores da tabela na calculadora gráfica e efetuando a regressão linear, obtém-se a equação da reta de ajuste:
O declive da reta corresponde a g/2, pelo que:
Como o enunciado pede o valor com dois algarismos significativos, o resultado é arredondado:
m/s²
As únicas forças que atuam realmente sobre a esfera são o peso (Fg, vertical e para baixo), a normal (N, perpendicular à superfície do plano inclinado) e a força de atrito (Fa, ao longo da superfície do plano, opondo-se ao sentido do movimento da esfera).
Não existe nenhuma força aplicada na direção do movimento: o movimento da esfera resulta apenas da decomposição do peso segundo os eixos do plano inclinado, e não de uma força adicional a 'empurrar' a esfera para baixo, logo as opções que mostram essa força extra estão incorretas.
Como o enunciado da experiência considera desprezável o efeito do atrito no tratamento dos dados (não sendo, porém, nulo na realidade), a força de atrito deve estar representada com um módulo muito menor do que o peso e a normal, pois é a força de menor intensidade no diagrama.
Procedimento: mede-se a massa da esfera, m, com a balança. Mede-se a altura do ponto de partida da esfera na rampa, h, com a régua. Larga-se a esfera a partir do repouso nesse ponto e mede-se, com o sensor de velocidade, o módulo da velocidade da esfera, v, no instante em que esta atinge a base da rampa.
Tratamento de dados: considerando o solo como nível de referência da energia potencial gravítica, a energia mecânica inicial do sistema esfera + Terra calcula-se a partir da massa e da altura inicial. Como a esfera parte do repouso, a energia cinética inicial é nula:
A energia mecânica final do sistema calcula-se a partir da massa e do módulo da velocidade na base da rampa, onde a energia potencial gravítica é nula (por ser o nível de referência):
Se a energia mecânica inicial do sistema esfera + Terra for igual à energia mecânica final, conclui-se que há conservação da energia mecânica do sistema. Caso contrário, conclui-se que não existe conservação da energia mecânica.
(a) A energia potencial gravítica inicial depende da massa (Ep = mgh). Como ambas as esferas partem da mesma altura, mas a esfera Y tem o dobro da massa da esfera X:
(b) Sendo desprezáveis o atrito e a resistência do ar, aplica-se a conservação da energia mecânica em cada plano, ou seja, toda a energia potencial gravítica inicial converte-se em energia cinética na base:
A massa cancela-se em ambos os casos, pelo que as duas esferas atingem a base com o mesmo módulo de velocidade, independentemente da massa.
(c) Num plano inclinado sem atrito, o módulo da aceleração de um corpo depende apenas do ângulo de inclinação do plano (a = g sen θ), e não da massa. Como o plano da esfera X tem maior inclinação do que o da esfera Y, a aceleração da esfera X é superior à da esfera Y.
(d) Partindo do repouso com movimento uniformemente acelerado, v = at, ou seja, t = v/a. Como as duas esferas atingem a base com o mesmo módulo de velocidade (alínea b), mas a esfera X tem maior aceleração (alínea c), o tempo que a esfera X demora a percorrer o seu plano é menor do que o da esfera Y.
No plano horizontal, as únicas forças que atuam na esfera são o peso (Fg, vertical, para baixo) e a normal (N, vertical, para cima). Como não há movimento na vertical, estas duas forças têm o mesmo módulo e sentidos opostos, pelo que se anulam mutuamente.
A resultante das forças que atuam na esfera é, portanto, nula. Pela 1.ª Lei de Newton (Lei da Inércia), quando a resultante das forças aplicadas a um corpo é nula, o corpo mantém o seu estado de movimento, deslocando-se com velocidade constante, em trajetória retilínea.