Questão 2
FUVEST 2019
(FUVEST - 2019)
O fósforo elementar pode ser obtido em diferentes formas alotrópicas, nas condições mostradas na figura.
O fósforo branco, de fórmula P4, é convertido em fósforo vermelho, conforme a estrutura mostrada na figura. Isso faz com que suas propriedades se alterem. Por exemplo, fósforo branco é solúvel no solvente dissulfeto de carbono, ao passo que o vermelho não é solúvel.
A obtenção industrial do fósforo branco é feita a partir do aquecimento do mineral fluorapatita, Ca5(PO4)3F, na presença de sílica e carvão, conforme a equação
4 Ca5(PO4)3F + 18 SiO2 + 30 C → 3 P4 + 30 CO + 18 CaSiO3 + 2 CaF2
Com base nessas informações, responda ao que se pede.
a) Qual das formas alotrópicas do fósforo mostradas na figura terá maior densidade?
b) Estima-se que, anualmente, 744.000 toneladas de fósforo branco são produzidas industrialmente. Calcule a massa total de fluorapatita usada como matéria-prima nesse processo. Considere que esse mineral possui 100% de pureza. Demonstre os cálculos.
c) Qual a diferença entre as ligações que mantêm as moléculas de fósforo branco unidas e as que mantêm a estrutura do fósforo vermelho ou do fósforo preto? Explique.
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Note e adote: Massas molares (g/mol): Fluorapatita = 504; P4 = 124 |
Gabarito:
Resolução:
a) Das estruturas possíveis para o fósforo elementar, a estrutura que aproveita o espaço da melhor forma é o fósforo preto, pois há mais átomos ocupando um mesmo espaço em tal estrutura, ou uma mesma massa de átomos de fósforo ocupa um espaço menor na distribuição espacial do fósforo preto.
b) Reação:
-------------------------------------- 744 k toneladas
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c) A estrutura do fósforo é mantida coesa por meio de forças intermoleculares, ao passo que as estruturas dos fósforos vermelho e preto são mantidas coesas a partir de ligações com os próprios átomos de fósforo.
Comentários:
- O fósforo vermelho é um sólido amorfo, ou seja, sua estrutura não é regular ao longo do arranjo estrutural.