Questão 3
FUVEST 2021
(FUVEST - 2021)
O gás N2 é relevante para diversos processos tecnológicos e industriais por ser considerado um gás inerte e, portanto, ser utilizado para evitar contato do processo com espécies reativas presentes na atmosfera. Uma das características que faz o N2 ser inerte é a força de ligação entre átomos de N. O N2 utilizado comercialmente costuma ser obtido por separação do ar atmosférico, composto majoritariamente por N2, O2, CO2, Hélio e Argônio.
a) No preparo de uma amostra de N2 para uso industrial, quatro misturas de gases foram obtidas, conforme apresentado na tabela. Qual ou quais dessas misturas seria(m) adequada(s) para processos que não podem ser realizados na presença de gases oxidantes?
b) Desenhe as estruturas de Lewis para N2 e O2 e explique, com base nessas estruturas, por que a ligação entre os átomos de N no N2 é mais forte do que a ligação entre átomos de O no O2.
Uma forma de obter um fluxo de nitrogênio gasoso de grande pureza é por meio da evaporação do nitrogênio líquido armazenado no interior de um botijão criogênico. Considere que um botijão como esse foi preenchido com 70 L de nitrogênio líquido que, quando evaporado, pode ser retirado como nitrogênio gasoso do cilindro.
c) Calcule, em L, o volume de nitrogênio gasoso que pode ser coletado à temperatura de 30 ºC e pressão ambiente de 1 atm, a partir desse botijão. Considere que todo líquido pode ser aproveitado e que não houve perdas.
Note e adote:
Densidade do nitrogênio líquido: 0,8 g/mL
Volume molar de gás ideal a 1 atm e 30 °C: 25 L
Massa molar (g/mol): N2 = 28
Distribuição eletrônica N: 1s2 , 2s2 , 2p3 ; O: 1s2 , 2s2 , 2p4
Gabarito:
Resolução:
a) Dos gases citados, apenas o O2 é um gás oxidante. Portanto, as misturas adequadas para processos que não podem ser realizados na presença de gases oxidantes são as misturas 2 e 3.
b) Essas são as estruturas de Lewis do N2 e do O2:
As ligações são mais fortes quanto maior for a quantidade de elétrons envolvidos na ligação. A ligação no N2 é mais forte do que a ligação no O2 número de elétrons envolvidos na ligação entre os átomos de N no N2 é seis e o número de elétrons envolvidos na ligação entre os átomos de O no O2 é quatro.
c) A densidade é definida como a razão entre a massa e o volume:
em que d ≡ densidade; m ≡ massa e V ≡ volume.
É possível calcular a massa do nitrogênio líquido a partir do volume e da densidade. Ambas informações foram fornecidas na questão:
A massa molar é definida como a razão entre a massa e a quantidade de matéria:
em que MM ≡ massa molar; m ≡ massa e n ≡ quantidade de matéria.
A massa molar do nitrogênio é 28g.mol-1.
Cálculo da quantidade de matéria de nitrogênio:
O volume molar é o volume ocupado por um mol de gás nas condições especificadas e pode ser definido como a razão entre o volume e a quantidade de matéria:
em que Vm ≡ volume molar; V ≡ volume e n ≡ quantidade de matéria.
O volume molar do nitrogênio a 1 atm e 30 °C é 25 L.
Cálculo do volume de nitrogênio: