1) O documento discute exercícios complementares sobre propriedades de materiais, incluindo experimentos para determinar a densidade de uma corrente e se ela é de ouro 18 quilates. 2) Dois experimentos são descritos para analisar mudanças de fase de uma amostra desconhecida aquecida e resfriada. 3) Questões sobre gráficos de aquecimento e resfriamento de diferentes materiais são respondidas.

1. Série: 1ª Turma: Ensino Médio Data: 18/04 /2011
RESOLUÇÃO dos Exercícios complementares de propriedades dos materiais
Profª: Luciane e Cláudia Cinara
1) João estava no ponto do ônibus quando foi abordado por um desconhecido, que lhe contou uma estória
triste, cheia de problemas, doenças, perda de emprego, etc. Ao final da estória, o desconhecido ofereceu-
lhe uma corrente de ouro 18 quilates, de massa igual 20,0 g, por apenas R$ 50,00. João, condoído e
tentado pela oferta vantajosa, acabou comprando a corrente. Mais tarde, meio desconfiado, ele decidiu
realizar um experimento, para comprovar se a corrente era ou não de ouro 18 quilates.
Quadro 1.Densidade de metais
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METAL DENSIDADE (g/cm ) Cor do material
Ouro 18 quilates 16,0 amarelo
Ferro 7,8 cinza
Cobre 9,0 avermelhado
Chumbo 11,0 cinza escuro
Considerando-se os resultados do experimento,
representado na figura ao lado, e os dados no Quadro 1,
responda ao que se pede.
a) Calcule a densidade da corrente. Considere três
algarismos significativos na sua resposta.
DADOS: RACIOCÍNIO: CÁLCULOS:
mcorrente = 20,0g
Vi = 10,0 mL Vcorrente = 11,25 mL – 10,0 mL
Vf = 11,25 mL V = 1,25 mL
20,0 g ______ 1,25 mL
X ______ 1,00 mL
X = 16,0 g/mL
Ou
d= m / V = 20,0 g / 1,25 mL = 16,0 g/mL
b) A partir dos resultados DISCUTA se a corrente é ou não de ouro 18 quilates.
De acordo com os resultados obtidos, a corrente é de ouro, pois possui uma densidade
igual a do ouro 18 quilates, registrada na tabela.
c) A corrente poderia ser uma mistura de ferro e cobre? Explique utilizando as propriedades físicas
dos materiais e as propriedades organolépticas.
A corrente não poderia ser uma mistura de cobre e ferro, porque uma mistura destes dois
materiais teria densidade entre os valores das densidades do cobre e do ferro, ou seja,
entre 7,8 g/mL e 9,0 g/mL. Além disto, se ela fosse feita de uma mistura desses dois
materiais ela não seria amarela.
A liga metálica (denominada latão) que possui coloração amarela (dourada) é
constituída por cobre e zinco.
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2. 2) Analise a figura que ilustra uma balança de dois pratos com blocos de materiais diferentes (A, B, C ou
D).
Considerando-se o gráfico do volume em função da
massa, é CORRETO afirmar que nos pratos 1 e 2 há, respectivamente, blocos feitos com os materiais:
A) A e B.
B) C e D.
C) A e D.
D) C e B. Resposta
Explique como você chegou a resposta.
O prato 1 está abaixo do prato 2, portanto a massa de 5 cm3 de um material deve ser
maior que a massa de 10 cm3 de um outro material.
De acordo com o gráfico, os únicos materiais que satisfazem esta condição é 5 cm3 de
C (40 g) e 10 cm3 de B (26 g)
3) Como descobrir, sem danificar a coroa do Rei Heirão, se seu interior contém ou não uma parte feita de
outros metais, além do ouro?” Para determinar se a coroa do Rei Heirão era constituída só de ouro, foram
feitos alguns testes:
• Determinação da massa da coroa.
• Determinação do volume da coroa.
• Construção de um gráfico de volume em função da massa para alguns metais.
Ao realizar os testes, foram
obtidos os resultados:
Massa da coroa = 1435,0 g
Volume da coroa = 82 mL
Gráfico de volume em função da
massa
Massa/g
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3. A) Calcule a densidade da coroa, em g/mL. Demonstre o raciocínio e os cálculos.
DADOS: RACIOCÍNIO: CÁLCULOS:
m = 1435,0 g d = m÷ V indicar as contas
V = 82 mL d = 1435,0 g ÷ 82 mL
d = 17,5 g/mL
Considerando o número de
Algarismos significativos = 18 g/mL
B) Qual a provável constituição da coroa? Justifique sua resposta, considerando os valores de densidade
do ouro, da prata e do cobre.
A coroa não é constituída somente de ouro. Ela pode ser constituída por uma mistura dos três
materiais (prata, ouro e cobre) ou ainda de ouro e cobre ou ouro e prata. Isto ocorre porque
a densidade da coroa está compreendida entre os valores das densidades dos três materiais:
ouro = 20 g/mL, prata = 10,9 g/mL e cobre = 8,8 g/mL. Podemos dizer também que ela terá
mais ouro na sua constituição do que os outros materiais, já que o valor da sua densidade está
mais próximo da densidade do ouro.
3) Um estagiário em química recebeu 60,0 g de uma amostra desconhecida, na fase sólida, para ser
analisada. Como estudo preliminar, foi feita uma avaliação das mudanças de fase do material.
Os resultados obtidos são mostrados no gráfico:
A) A amostra analisada é uma substância? JUSTIFIQUE sua resposta, explicitando informações do
gráfico.
A amostra é uma mistura especial (eutética). Não pode ser uma substância, pois o
gráfico de aquecimento de uma substância apresenta dois patamares (temperatura
de fusão e ebulição constante), enquanto o de uma mistura eutética somente a
temperatura de fusão é constante, tal como mostrado no gráfico acima.
Portanto, misturas possuem uma faixa de temperatura durante a fusão e/ou ebulição.
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4. B) Suponha que o estagiário, ao final do experimento, fizesse um resfriamento da amostra com a mesma
rapidez do aquecimento e mantendo as outras condições experimentais (tipo de recipiente, quantidade
de amostra e pressão). Depois de quanto tempo, a partir do início do experimento, a amostra estaria
completamente líquida? Represente graficamente.
A amostra estaria completamente líquida após 30 minutos do início do resfriamento
Vapor
Condensação
Líquido
Solidificação
sólido
Comentário:
Perceba que este gráfico é o espelho do gráfico mostrado no enunciado.
A amostra estará completamente líquida no final da sua condensação.
C) Supondo que o estagiário tivesse usado 120,0 g de amostra, ao invés de 60,0 g, mantendo iguais as
outras condições experimentais (fonte de aquecimento, recipiente, pressão, temperatura inicial),
represente o gráfico de aquecimento nestas condições.
Comentário:
Perceba que este gráfico é o espelho do gráfico mostrado no enunciado.
A amostra estará completamente líquida no final da sua condensação.
O material demorará mais tempo para aquecer e as mudanças de estados físicos também
aconteceram em um tempo maior. As temperaturas de fusão e ebulição permanecerão as mesmas.
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5. 2) Faça um esboço do gráfico de resfriamento ou aquecimento, indicando no esboço, todas as fases (os
estados físicos) e as mudanças de fase (estado físico) do material.
a) Resfriamento de uma amostra de gasolina, em condição ambiente.
T
L Note que a temperatura não fica
constante durante a solidificação porque
L+S a gasolina é uma mistura.
solidificação Veja que o resfriamento da fase sólida é
S mais rápido que o resfriamento da fase
líquida
tempo
b) Aquecimento do granito até a fase de maior energia. Note que a temperatura não
T V fica constante durante as
L+V mudanças de fase porque o
granito é uma mistura.
L ebulição Veja que o aquecimento da fase
sólida é mais rápido que o da
S+L fase líquida. No vapor, o
aquecimento ainda é mais lento.
S fusão Veja que o tempo para ebulir é
maior que o tempo para fundir.
tempo Portanto, foi considerada
constante a taxa de
fornecimento de calor por
tempo ( fonte de aquecimento
constante)
c) Resfriamento do vapor de mercúrio até o estado físico de maior organização.
T V L+V
Condensação
L
L+S
solidificação S
tempo
d) Aquecimento de uma amostra de álcool absoluto, partindo da temperatura ambiente.
T
Note que a temperatura fica
constante durante as mudanças
V
de fase porque o álcool
L + V
absoluto é considerado
L
substância.
Ebulição Veja que o aquecimento da fase
líquida é mais rápido que no
vapor
tempo
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6. 5) Dois béqueres iguais, contendo quantidades diferentes de água pura a 20ºC, foram aquecidos,
sob pressão constante de 0,8 atm (próxima à pressão atmosférica em Belo Horizonte), em uma
mesma chama. A temperatura da água em cada béquer foi medida em função do tempo de
aquecimento, durante 20 minutos. Após esse tempo, ambos os béqueres continham expressivas
quantidades de água. Os resultados encontrados estão registrados nos gráficos abaixo.
A) Indique um valor para a temperatura TA , em função dos dados do problema. 96°C
B) Indique um valor para a temperatura TB, em função dos dados do problema.
96°C
No item A e B vale indicar qualquer valor de temperatura compreendida entre 95oC e 100ºC.
Vale lembrar que a água só ebuli a 100ºC, quando a pressão atmosférica é 1 atm (ao nível do
mar). Quanto menor a pressão atmosférica (menor altitude), menor a temperatura de ebulição.
Não é possível fazer uma regra de três com a pressão de vapor e a temperatura de ebulição,
porque a temperatura não varia linearmente com a pressão.
Veja que a resposta dada no item A deve ser a mesma do item B, pois a temperatura de ebulição
não é uma propriedade que depende da massa, ou seja, ela caracteriza o material
independentemente da massa.
C) Qual dos béqueres contém maior quantidade de água? Justifique a sua resposta.
O béquer A possui maior quantidade de água porque demora mais tempo para
entrar em ebulição.
D) Quais as alterações ocorreriam nos gráficos, se o experimento fosse realizado num local
cuja pressão atmosférica é maior do que a de Belo Horizonte. Esboce nos próprios
gráficos.
A temperatura de ebulição seria maior, se a pressão atmosférica fosse maior. Por
exemplo, no Rio de Janeiro (nível do mar) a água ferve a 100°C.
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7. 8). Um material, inicialmente líquido, foi resfriado no ar
atmosférico. Durante o processo, foram feitas medidas
de tempo e temperatura que permitiram construir este
gráfico.
a) Qual foi a transformação ocorrida no período
de 5 a 15 minutos?
solidificação
b) Durante quanto tempo o material permaneceu
somente líquido?
5 minutos
c) Em que fase(s) se encontra o material a 25 oC?
sólido
d) Explique se o material é certamente uma substância.
Não tem como ter certeza já que está representada apenas uma mudança de
fase. Poderia ser uma mistura eutética, mistura especial que se comporta como
uma substância durante a fusão e solidificação, mas não tem temperatura de
ebulição constante.
e) Identifique, no gráfico, a região onde a rapidez de resfriamento é maior.
Durante os 5 minutos iniciais
f) A temperatura do material caiu 5°C/min antes da mudança de fase? Justifique.
A temperatura caiu 3°C/min já que ela caiu 15 ° em 5 minutos.
C
g) Considere que o mesmo material foi aquecido com a mesma rapidez do seu resfriamento.
Depois de quanto tempo ele se tornaria líquido?
25 minutos
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