⇒ (a) – (1) (eletromagnética)

⇒ (b) – (3) (pode ser atrativa ou repulsiva)

⇒ (c) – (3) (entre catiões e eletrões livres)

⇒ (d) – (2) (metálica)

🛑    A interação responsável pela formação das ligações químicas é de natureza eletromagnética porque envolve as interações entre protões e eletrões, que são partículas com carga elétrica constituintes dos átomos.

🛑    Como partículas de igual carga se repelem e partículas de cargas contrárias se atraem, essas interações podem ser atrativas ou repulsivas.

🔶   Nas ligações iónicas, a partilha de eletrões entre os núcleos é muito desigual, conduzindo à formação de iões positivos (catiões) e iões negativos (aniões), cujo posicionamento numa rede cristalina permite um equilíbrio entre as interações atrativas e repulsivas, mantendo-os juntos.

🔶   Nas ligações metálicas, como é o caso das medalhas aqui apresentadas, os átomos do metal compartilham os seus eletrões de valência de forma deslocalizada, criando uma nuvem (ou “mar”) de eletrões livres. Essa nuvem móvel é atraída pelos catiões dos átomos metálicos, resultando em numa forte ligação eletrostática.

🔶   Nas ligações covalentes, os átomos compartilham eletrões de forma localizada, criando uma ligação baseada na distribuição de cargas.

⇒ (a) – (1)

⇒ (b) – (3)

⇒ (c) – (3)

⇒ (d) – (2)

• Opção (D)

🛑  Quantidade de ouro na “medalha de ouro” :

🛑  Quantidade de prata na “medalha de ouro” :

🛑  Comparando o número de átomos de prata, 𝑁_Ag, com o número de átomos de ouro, N_Au:

• Opção (D)  ……………. 10 pontos

🛑  Informações fornecidas:

⇒ Massa isotópica relativa do cobre-63: 𝐴r_Cu−63 = 62,93

⇒ Quantidade de matéria do cobre-63: 𝑛_Cu−63 = 4,653 mol

⇒ Percentagem em massa de cobre na medalha de bronze: 95%

⇒ Massa total da medalha de bronze: 450 g

🛑  Cálculo da massa do isótopo cobre-63 na medalha

🛑  Determinação da massa total de cobre na medalha

• 𝑚_Cu =0,95 × 450 = 427,5 g

🛑  Cálculo da percentagem em massa do isótopo cobre-63 no cobre da medalha

❇️    A percentagem em massa do isótopo cobre-63 no cobre da medalha é 68,5%.

Determina o valor solicitado, percorrendo as etapas seguintes:

⇒ Calcula a massa do isótopo cobre-63 na medalha (292,8 g) ………. 5 pontos

⇒ Calcula a percentagem, em massa, do isótopo cobre-63 no cobre da medalha (68,5 %) ………. 5 pontos

🛑  Informações fornecidas:

⇒ Capacidade térmica mássica da prata: c_Ag = 235 J ∙ kg⁻¹ ∙ K⁻¹

⇒ Variação da Entalpia de fusão da prata: ∆h_fusão = 105 kJ ∙ kg⁻¹ = 1,05 × 10⁵ J ∙ kg⁻¹

⇒ Massa de prata: 𝑚_Ag = 1,40 kg

⇒ Temperatura inicial: 𝜃_i = 25,0 °C

⇒ Temperatura de fusão: 𝜃_fusão = 961,8 °C

⇒ Intervalo de tempo: ∆𝑡= 600 s

🛑  Cálculo da energia necessária para o aumento da temperatura de 1,40 kg de prata de 25,0°C para 961,8°C

⇒ 𝐸 = 𝑚 × c_Ag × ∆𝜃

⇒ ∆𝜃 (°C)= ∆𝑇 (K) = 961,8 − 25,0  

• 𝐸_aquecimento = 1,40 × 235 × (961,8 − 25,0) = 3,082 × 10⁵ J

🛑  Cálculo da energia necessária para fundir 1,40 kg de prata:

• 𝐸_fusão = 𝑚 × ∆h_fusão = 1,40 × 1,05 × 10⁵ = 1,470 × 10⁵ J 

🛑  Cálculo da potência mínima do forno, para fundir a totalidade da prata em 600 s:

• 𝐸_total = 𝐸_{𝑎𝑞𝑢𝑒𝑐𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜} + 𝐸_fusão = 3,082 × 10⁵ + 1,470 × 10⁵ = 4,552 × 10⁵ J

❇️    É necessária a potência mínima de 759 W para que um forno funda totalmente 1,40 kg de prata, com uma temperatura inicial de 25°C, em 600 s.

Determina o valor solicitado, percorrendo as etapas seguintes:

⇒ Calcula a energia transferida para a prata de modo que a sua temperatura se eleve de 25,0 ºC até 961,8 ºC (3,082 x 10⁵ J) (ver nota) ………. 3 pontos

⇒ Calcula a energia transferida para a prata de modo que a sua fusão seja completa (1,470 x 10⁵ J) (ver nota) ………. 3 pontos

⇒ Calcula a potência mínima do forno  (759 W) ………. 3 pontos

Nota ‒ A ordem das duas primeiras etapas é arbitrária.

• Opção (A)

🛑    A Trata-se de uma reação de oxidação – redução porque há transferencia de eletrões, como se verifica pela variação dos números de oxidação do ouro e do nitrogénio:

⇒ Au (s)

• n.o. (Au) = 0

⇒ HNO₃ (aq)

(+1) + x + 3 x (-2) = 0

• n.o. (N) = +5

⇒ NO (g)

x + (-2) = 0

• n.o. (N) = +2

⇒ HAuCl₄ (aq)

(+1) + x + 4 x (-1) = 0

• n.o. (Au) = +3

🛑    O ouro é oxidado, pois o número de oxidação de Au aumentou de zero, em Au (s), para +3, em HAuCl₄, ocorreu uma perda  de eletrões.

🛑    O HNO₃ é o agente oxidante, pois o n.o. de N diminuiu, de +5, em HNO₃ (aq), para +2, em NO (g), ocorreu um ganho de eletrões, tendo sido, portanto reduzida a espécie HNO₃ (aq).

• Opção (A)  ……………. 10 pontos

🛑  Informações fornecidas:

⇒ 𝜌_{𝑠𝑜𝑙𝑢çã𝑜} = 1,19 g.cm^-3

⇒ 𝑚_𝐴𝑢 = 60 g

⇒ % 𝑚⁄𝑚 = 36%

⇒ 𝑀(𝐻𝐶𝑙) = 36,46 g.mol^-1

⇒ 𝑉 = ? 

🛑  Pela estequiometria da reação e optando por trabalhar com as massas apresentadas, pode-se calcular a massa de HCl utilizado:

🛑  Cálculo da massa da solução de ácido clorídrico que contem 44,43 g de HCl:

🛑  Cálculo do volume mínimo de solução de HCl que deve ser utilizado:

Determina o valor solicitado, percorrendo as etapas seguintes:

⇒ Calcula a quantidade de HCl necessária para a reação completa (1,22 mol) ………. 4 pontos

⇒ Calcula a massa de solução de HCl necessária para a reação (120 g) ………. 3 pontos

⇒ Calcula o volume mínimo da solução de HCl que deve ser utilizado  (1,0 x 10² cm³) ………. 3 pontos

• Opção (C)

🛑  O número de neutrões de um elemento químico corresponderá à diferença entre o seu número de massa, A (número de nucleões, correspondendo à soma dos protões com os neutrões) e o seu número atómico, Z (número de protões).

🛑  Um átomo (neutro) e qualquer um dos seus iões possuem sempre o mesmo número de neutrões.

🛑  Para o elemento ouro A=197 e Z=79, pelo que o número de neutrões será 197 − 79 = 118.

• Opção (C)  ……………. 10 pontos

• Opção (D)

🛑    No troço salientado o movimento de cada um dos atletas é circular e uniforme.

🛑    A magnitude da velocidade de cada um deles permanece constante, mas a sua direção varia durante o percurso, pois o vetor velocidade é um vetor tangente à trajetória em cada ponto.

🛑    Como o vetor velocidade varia em direção, há aceleração e a resultante das forças aplicadas não pode ser nula.

🛑    Os atletas se mantêm “lado a lado” no percurso considerado e, portanto, percorrem ângulos iguais em intervalos de tempos iguais.

🛑    Como a velocidade angular média corresponde ao ângulo varrido por unidade de tempo e o movimento é uniforme, a sua velocidade angular será igual.

• Opção (D)  ……………. 10 pontos

🛑  Informações fornecidas:

• Atleta A:

⇒  x₀ = 10 m

⇒ v₀ = 6,5 m s⁻¹ 

⇒ A velocidade é constante, o movimento será retilíneo e uniforme no sentido positivo do referencial, pelo que a aceleração é nula.

• Atleta B:

⇒  x₀ = 0 m

⇒ v₀ = 6,5 m s⁻¹ 

⇒ a = 0,10 m s⁻² 

⇒ O movimento deste atleta será retilíneo uniformemente acelerado no sentido positivo do referencial.

🛑  A partir das equações do movimento, qual dos atletas chegará primeiro à meta, 𝑥 = 84 m:

• Atleta A:

⇒  x (t) = x₀ + v t ⇔ 84 = 10 + 6,5 t ⇔ t_A = 11,4 s

• Atleta B:

⇒  x (t) = x₀ + v t + ½ a t² ⇔ 84 = 6,5 t + ½ x 0,10 x t² ⇔ t_B = 11,8 s

❇️    O primeiro atleta a chegar à meta e a vencer a corrida é o atleta A.

• t_A = 11,4 s < t_B = 11,8 s

Elementos de resposta:

⇒ As equações do movimento dos atletas A e B são respectivamente :

• x_A = 10 + 6,5 t 
• x_B = 6,5t + ½ 0,10 t²

⇒ Os atletas A e B chegam à meta, respectivamente, nos instantes 11,4 s e 11,8 s;

          ou

⇒ Os atletas A e B iriam cruzar-se na posição 102 m;

          ou

⇒ O atleta A chega à meta (no instante 11,4 s), quando o atleta B se encontra na posição 80,6 m;

⇒ O atleta A (vence a corrida, pois) demora menos tempo a chegar à mesa (ou equivalente)

          ou

⇒ O atleta A (vence a corrida, pois) só seria ultrapassado pelo atleta B após a meta (ou equivalente)

• Opção (D)

🛑    Na ligação C=O há partilha de dois pares de eletrões entre os dois átomos (ligação covalente dupla), enquanto que na ligação C─O (ligação covalente simples) há apenas a partilha de um par de eletrões.

🛑    A primeira ligação é mais forte que a segunda, há libertação de mais energia aquando da formação da ligação C=O.

🛑    O comprimento da ligação dupla, C=O, é menor relativamente à ligação C-O, devido ao aumento da densidade eletrónica entre os núcleos atómicos, o que resulta numa maior atração eletrostática e na diminuição da distância média internuclear de equilíbrio.

🛑    A energia de ligação dupla, C=O, é maior relativamente à ligação C-O, devido à partilha de dois pares de eletrões, conferindo maior estabilidade e requerendo mais energia para ser quebrada.

• Opção (D)  ……………. 10 pontos

• Opção (A)

🛑    A escala de pH é logarítmica, significando que uma redução de uma unidade de pH corresponde a um aumento de 10 vezes na concentração de H₃O⁺.

• pH = – log [H₃O⁺]

🛑    Uma diminuição de 0,5 unidades de pH implica em um aumento na concentração de H₃O⁺.

❇️    A concentração de H₃O⁺ aumenta, aproximadamente, três vezes quando o pH diminui em 0,5 unidades.

• Opção (A)  ……………. 10 pontos

🛑  Informações fornecidas:

⇒ Constante de acidez: K_a (CH₃CH(OH)COOH)= 1,38 x 10^-4

⇒ pH = 2,65

⇒ V_{CH3CH(OH)COOH} = 50,00 mL

⇒ V_NaOH = 11,20 mL

⇒ c_NaOH = 1,00 x 10^-2 mol dm^-3

🛑  Cálculo da concentração da solução da solução titulada de ácido láctico:

⇒ Equação da titulação:

CH₃CH(OH)COOH (aq ) + NaOH (aq) → CH₃CH(OH)COO^– (aq ) + Na⁺ (aq) + H₂O (l)

⇒ No ponto de equivalência, as quantidades de titulante e titulado estão em proporções estequiométricas.

De acordo com a estequiometria da reação de titulação:

• n_{CH3CH(OH)COOH} = n_NaOH 

🔶  n_NaOH = c x V = 1,120 x 10^-2 x 1,00 x 10^-2 = 1,120 x 10^-4 mol

🔶  n_{CH3CH(OH)COOH} = 1,120 x 10^-4 mol

• n_{CH3CH(OH)COOH} = c x V ⇔ c_{CH3CH(OH)COOH}  = 1,120 x 10^-4 / 5,00 x 10^-2 ⇔ c_{CH3CH(OH)COOH}  = 2,24 x 10^-3 mol dm^-3

🛑  Cálculo do pH da solução de ácido láctico:

• pH = – log [ H₃O⁺] = 3,31

❇️    O valor de pH indicado no rótulo do frasco não estava correto.

Determina o valor solicitado, percorrendo as etapas seguintes:

⇒ Calcula a concentração da solução de ácido lático (2,24 x 10^-3 mol dm^-3) ………. 4 pontos

⇒ Calcula a concentração de H₃O⁺ no equilíbrio (4,91 x 10^-4 mol dm^-3) ………. 5 pontos

⇒ Calcula o pH da solução de ácido lático (3,31) ………. 3 pontos

⇒ (a) – (2)

⇒ (b) – (1)

⇒ (c) – (4)

🛑  Configuração eletrónica dos elementos: 

Carbono (C):

• Número atómico: 6
• Configuração eletrónica: 1s² 2s² 2p¹_x 2p¹_y
• Tem quatro eletrões de valência: 2s² 2p¹_x 2p¹_y

Oxigénio (O):

• Número atómico: 8
• Configuração eletrónica: 1s² 2s² 2p¹_x 2p¹_y 2p¹_z
• Tem seis eletrões de valência: 2s² 2p¹_x 2p¹_y 2p¹_z

Hidrogénio (H):

• Número atómico: 1
• Configuração eletrónica: 1s¹ 
• Tem um eletrões de valência: 1s¹ 

❇️    Nenhum destes elementos apresenta os eletrões de valência emparelhados.

❇️    Nenhum destes elementos tende a formar iões dipositivos estáveis.

⇒ (a) – (2)

⇒ (b) – (1)

⇒ (c) – (4)

• ……………. 10 pontos

• Opção (A)

🛑    Todos os corpos emitem radiações eletromagnéticas, visíveis ou invisíveis pelo ser humano.

🛑    No caso dos corpos à temperatura ambiente, a radiação emitida corresponde à zona infravermelha (IV) do espectro, não visível. Esta radiação é utilizada para a realização de termografias e outras aplicações.

🛑    Em geral, as zonas lesionadas estão a maior temperatura que as zonas saudáveis. Por isso, as zonas lesionadas emitem radiação IV de maior radiância.

🛑    Este meio de diagnóstico (termografias) permite, portanto, detetar fenómenos inflamatórios.

• Opção (A)  ……………. 10 pontos

• Opção (A)

• Opção (A)  ……………. 10 pontos

• Opção (C)

🛑    A corrente elétrica resulta do movimento orientado dos portadores de carga elétrica (eletrões ou iões).

🛑    Os portadores de carga na corrente elétrica, que surgem em metais, são os eletrões livres do metal, que se movimentam no sentido oposto ao campo elétrico gerado, ou seja, do polo negativo para o polo positivo.

🛑    Muitas vezes associamos este sentido ao termo “sentido real da corrente”.

• Opção (C)  ……………. 10 pontos

⇒ Dado que a resistência do ar é desprezável, o movimento e ascensão e queda do atleta é de queda livre pois só ocorre por ação da sua força gravítica, que é uma força conservativa.

Considerando-se um referencial vertical, de baixo para cima, ter-se-á:

🛑  Determinar a magnitude da velocidade inicial com que o atleta inicia o salto dado que, no ponto mais alto, a sua velocidade é nula.

• v = v₀ – gt ⇔ 0 = v₀ – 9,80 x 0,15 ⇔ v₀ = 1,47 m s^-1

🛑  Calcular a magnitude da força de reação média que o solo exerce no atleta:

• Fr = m x a ⇔ N – Fg = m x a ⇔ N – m x g = m x a ⇔ N = 70 x 9,80 + 70 x 7,4 ⇔ N = 1200 N ⇔ N = 1,20 x 10³ N

Determina o valor solicitado, percorrendo as etapas seguintes:

⇒ Calcula o módulo da velocidade do atleta no instante t₁ (ou t₃) (1,47 m s^-1) ………. 4 pontos

⇒ Calcula o módulo da aceleração média do atleta entre os instantes t₀ e t₁ (7,35 m s^-2) ………. 4 pontos

⇒ Calcula a intensidade da força de reação que, em média, o solo exerce no atleta entre os instantes t₀ e t₁  (1,2 x 10³ N) ………. 4 pontos

• Opção (C)

🛑  O que faz com que o traçado gráfico do trabalho da força gravítica em função da distância percorrida no movimento ascendente seja uma função afim de declive negativo e ordenada na origem nula.

• W_Fg = Fg x d x cos 180 ⇔ W_Fg = – Fg x d 

• Opção (C)  ……………. 10 pontos

• Opção (B)

🛑    Dado que a resistência do ar é desprezável, o movimento e ascensão e queda do aleta é de queda livre pois só ocorre por ação da sua força gravítica, que é uma força conservativa.

• ΔEc = W_total ⇔ Ec_final  – Ec_inicial = W_Fg ⇔  Ec_inicial = Fg x d x cos 180º ⇔ Ec_inicial = m x g x d 

🛑    Dado que, quer na Terra, quer na Lua, ao atleta iniciaria o salto com uma velocidade de igual módulo, tal faria com que a sua energia cinética inicial fosse igual nesses dois momentos, pois a sua massa é constante.

• m x g_Lua x d_Lua = m x g_Terra x d_Terra  ⇔  g_Lua x d_Lua =  g_Terra x d_Terra ⇔ g_Lua x d_Lua = 6 g_Lua x d_Terra ⇔ d_Lua = 6 x d_Terra

• Opção (B)  ……………. 10 pontos

🛑  A velocidade de propagação da luz no ar é praticamente igual à velocidade de propagação da luz no vazio, e de valor muito elevado, o que faz com que se possa considerar a sua propagação como praticamente instantânea, para distâncias quotidianas.

🛑  Se um som e uma luz forem produzidos simultaneamente pode, em princípio, medir-se a velocidade de propagação do som dividindo-se a distância por ele percorrida pelo intervalo de tempo que decorreu entre o instante em que se percecionou a luz e se ouviu o som.

🛑  A velocidade de propagação do som pode ser obtida por:

1 – mede-se a distância entre o aluno A e o aluno B;

2 – o aluno A faz soar o apito e simultaneamente acende a lanterna;

3 – o aluno B inicia o cronómetro quando vê a luz da lanterna e desliga-o quando ouve o som do apito;

4 – divide-se a distância entre os dois alunos pelo intervalo de tempo medido.

OU

1 – mede-se a distância entre o aluno A e o aluno B;

2 – o aluno A faz soar o apito e aciona o cronómetro;

3 – o aluno B acende a lanterna quando ouve o som;

4 – o aluno A desliga o cronómetro quando vê a luz da lanterna;

5 – divide-se a distância entre os dois alunos pelo intervalo de tempo medido.

OU

1 – mede-se a distância entre o aluno A e o aluno B;

2 – o aluno A acende a lanterna e aciona o cronómetro;

3 – o aluno B faz soar o apito quando vê a luz da lanterna;

4 – o aluno A desliga o cronómetro quando ouve o som do apito;

5 – divide-se a distância entre os dois alunos pelo intervalo de tempo medido.

Elementos de resposta:

⇒ Os alunos medem a distância que os separa [com a fita métrica] (ou equivalente);

⇒ Um dos alunos liga a lanterna e, em simultâneo, apita (ou equivalente);

⇒ O outro aluno inicia a contagem do tempo [com o cronómetro] no instante em que vê a luz da lanterna e para no instante em que ouve o som do apito (ou equivalente).

• Opção (A)

🛑    O som propaga-se no ar como uma sucessão de aumentos e de diminuições da pressão atmosférica ocorrida numa determinada região devido aos movimentos oscilatórios das partículas que ocorrem com a mesma direção de propagação da perturbação produzida.

❇️    É, por isso, uma onda mecânica e longitudinal.

• Opção (A)  ……………. 10 pontos

🛑  As observações efetuadas permitem concluir que o sistema em equilíbrio, quando sujeito a uma diminuição da temperatura, evolui no sentido direto, uma vez que, tendo-se intensificado a cor vermelha, isso indica a presença de uma maior concentração do produto da reação. Então, a reação direta é favorecida por baixas temperaturas.

🛑  Pelo Princípio de Le Châtelier, um sistema em equilíbrio químico reage a uma diminuição da sua temperatura favorecendo a reação que, ao ocorrer, liberta energia, para contrariar a causa da perturbação introduzida – ou seja, favorecendo a reação exotérmica.

❇️   Como a reação direta foi favorecida por baixas temperaturas e sabe-se que terá de ser favorecida a reação exotérmica, então conclui-se que a reação de formação do ião [FeSCN]²⁺ é exoenergética, pelo que a sua variação de entalpia é negativa.

Elementos de resposta :

⇒ Quando se arrefece a solução, [observa-se uma intensificação da cor vermelha, o que indica que] o sistema evolui no sentido de formação de [FeSCN]²⁺ [, isto é, no sentido direto]

⇒ [de acordo com o princípio de Le Châtelier,] a diminuição da temperatura favorece a reação exotérmica (ou equivalente);

⇒ A reação de formação de [FeSCN]²⁺ é uma reação exotérmica, sendo negativa a variação de entalpia associada à reação de formação do ião [FeSCN]²⁺.

• Opção (C)

🛑    Nos equilíbrios químicos encontram-se presentes as espécies químicas dos reagentes e dos produtos, dado que a reação é incompleta. Estão, então, presentes as três espécies químicas: iões ferro (3+),Fe3+, iões tiocianato, SCN− e iões tiocianato de ferro(III), [FeSCN]²⁺.

🛑    Este equilíbrio foi alterado por modificação da concentração de uma das espécies presentes, devido à adição de uma solução, cujo efeito foi a diminuição da intensidade da coloração vermelha, pelo que se conclui que foi favorecida a reação no sentido inverso. Tal poderá acontecer, com base no Principio de Le Châtelier, porque foi adicionado um produto ou porque foi removido um reagente.

❇️   Perante as duas opções de soluções possíveis de adicionar que tenha provocado tal desequilíbrio, conclui-se que apenas a solução aquosa de cloreto de sódio poderia ter sio a causadora, dado que, ao formar o precipitado de tri-hidróxido de ferro, retira o ião ferro (3+) da solução.

• Opção (C)  ……………. 10 pontos