USP 2020 Química - Questões

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01 USP 2020 - Química

Em Xangai, uma loja especializada em café oferece uma opção diferente para adoçar a bebida. A chamada sweet little rain consiste em uma xícara de café sobre a qual é pendurado um algodão‐doce, material rico em sacarose, o que passa a impressão de existir uma nuvem pairando sobre o café, conforme ilustrado na imagem.

Disponível em https://www.boredpanda.com/.

O café quente é então adicionado na xícara e, passado um tempo, gotículas começam a pingar sobre a bebida, simulando uma chuva doce e reconfortante. A adição de café quente inicia o processo descrito, pois

Note e adote:

Temperatura de fusão da sacarose à pressão ambiente $= 186 \ ^\circ \text{C}$;
Solubilidade da sacarose a $20 \ ^\circ \text{C} = 1,97$ kg/L de água.

a temperatura do café é suficiente para liquefazer a sacarose do algodão‐doce, fazendo com que este goteje na forma de sacarose líquida.

o vapor de água que sai do café quente irá condensar na superfície do algodão‐doce, gotejando na forma de água pura.

a sacarose que evapora do café quente condensa na superfície do algodão‐doce e goteja na forma de uma solução de sacarose em água.

o vapor de água encontra o algodão‐doce e solubiliza a sacarose, que goteja na forma de uma solução de sacarose em água.

o vapor de água encontra o algodão‐doce e vaporiza a sacarose, que goteja na forma de uma solução de sacarose em água.

02 USP 2020 - Química

Equipamentos domésticos chamados de vaporizadores para roupa utilizam o vapor de água gerado por um sistema de resistências elétricas a partir de água líquida. Um equipamento com potência nominal de $1.600 \ \text{W}$ foi utilizado para passar roupas por $20$ minutos, consumindo $540 \ \text{mL}$ de água. Em relação ao gasto total de energia do equipamento, o gasto de energia utilizado apenas para vaporizar a água, após ela já ter atingido a temperatura de ebulição, equivale a, aproximadamente,

Note e adote:

Entalpia de vaporização da água a $100 \ ^\circ \text{C} = 40 \ \text{kJ/mol}$;
Massa molar da água $= 18 \ \text{g/mol}$;
Densidade da água $= 1 \ \text{g/mL}$.

03 USP 2020 - Química

Pesquisadores (...) conseguiram controlar reações químicas de

um modo inovador. Usaram feixes de laser para promover um

esbarrão entre dois átomos e uni‐los, criando uma molécula.

Utilizando pinças ópticas (feixes de laser altamente focados

05 capazes de aprisionar objetos microscópicos), os

pesquisadores empurraram um átomo do elemento químico

césio ($Cs$) contra um átomo de sódio ($Na$) até que colidissem.

Um terceiro laser foi lançado sobre ambos, fornecendo

energia extra para criar a molécula $NaCs$. Na natureza, as

10 moléculas formam‐se a partir da interação de átomos por

acaso. Por suas características químicas, césio e sódio jamais

originariam uma molécula espontaneamente. (...)

Molécula criada em laboratório. Disponível em http://revistapesquisa.fapesp.br/. Adaptado.

Com base nas informações do texto e em seus conhecimentos, é correto afirmar que

o $Cs$ é um elemento químico radioativo e, devido a essa característica química, a molécula de $NaCs$ não se formaria sem esse modo inovador (L.$2$), que estabiliza o decaimento.

o raio atômico do $Na$ é maior que o do $Cs$, portanto, a sua energia de ionização também é maior. O esbarrão (L.$3$) entre os átomos retira um elétron do Na, permitindo a ligação.

o terceiro laser (L.$8$) usado no experimento serviu para retirar um nêutron do $Cs$, tornando‐o um cátion e possibilitando a reação com o $Na$.

na natureza, com esses elementos se esbarrando por acaso (L.$10‐11$), a tendência seria formar $CsNa$, e não $NaCs$, justificando o caráter inovador do experimento.

o $Cs$ e o $Na$ não formariam uma molécula espontaneamente (L.$11‐12$), uma vez que ambos têm grande tendência a formarem cátions e ligações iônicas.

04 USP 2020 - Química

Ao se preparar molho de tomate (considere apenas a fervura de tomate batido com água e azeite), é possível observar que a fração aquosa (fase inferior) fica vermelha logo no início e a fração oleosa (fase superior), inicialmente com a cor característica do azeite, começa a ficar avermelhada conforme o preparo do molho. Por outro lado, ao se preparar uma sopa de beterraba (considere apenas a fervura de beterraba batida com água e azeite), a fração aquosa (fase inferior) fica com a cor rosada e a fração oleosa (fase superior) permanece com sua coloração típica durante todo o processo, não tendo sua cor alterada.

Considerando as informações apresentadas no texto e no quadro, a principal razão para a diferença de coloração descrita é que a fração oleosa

Note e adote:

Massas molares $(\text{g/mol})$:
Licopeno $= 537$; betanina $= 551$.

fica mais quente do que a aquosa, degradando a betanina; o mesmo não é observado com o licopeno, devido à sua cadeia carbônica longa.

está mais exposta ao ar, que oxida a betanina; o mesmo não é observado com o licopeno, devido à grande quantidade de duplas ligações.

é apolar e a betanina, polar, havendo pouca interação; o mesmo não é observado com o licopeno, que é apolar e irá interagir com o azeite.

é apolar e a aquosa, polar, mantendo‐se separadas; o licopeno age como um surfactante misturando as fases, colorindo a oleosa, enquanto a betanina não.

tem alta viscosidade, facilitando a difusão do licopeno, composto de menor massa molar; o mesmo não é observado para a betanina, com maior massa.

05 USP 2020 - Química

Numa determinada condição experimental e com o catalisador adequado, ocorre uma reação, conforme representada no gráfico, que relaciona porcentagem do composto pelo tempo de reação.

Uma representação adequada para esse processo é:

$\text{limoneno} \ \rightleftharpoons \ \rho\text{-cimeno} \to \alpha\text{-terpineno}$

$\text{limoneno} \stackrel{\begin{array}{c} \rho \text{-cimeno} \\ (\text{catalisador}) \end{array}}{ \longrightarrow} \ \alpha\text{-terpineno}$

$\text{limoneno} \ + \rho \text{-cimeno} \to \alpha\text{-terpineno}$

$\text{limoneno} \stackrel{\begin{array}{c} \alpha \text{-terpineno} \\ (\text{catalisador}) \end{array}}{ \longrightarrow} \ \rho\text{-cimeno}$

$\text{limoneno} \ \to \alpha\text{-terpineno} \to \rho\text{-cimeno}$

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