Questão 6

IME 2019

Química

(IME - 2019/2020 - 2ª FASE)

Informações de Tabela Periódica:

Constantes:

Constante de Faraday: 1 F = 96500 $Ccdot mol^{-1}$
Número de Avogadro: 6,02 x 10²³
Constante Universal dos Gases = $\0,082atmcdot Lcdot K^{-1}cdot mol^{-1} = 62,3 mmHgcdot Lcdot K^{-1}cdot mol^{-1} = 8,314 Jcdot mol^{-1}cdot K^{-1}$

$In 2 = 0,693 In3=1,1 e =2,72$

Equação de Nernst: $E=E^0-frac{0,059}{n}log Q$

Conversão: T(K) = t(ºC) + 273

O cloro comercial é comumente usado na maioria das piscinas com o objetivo de eliminar microrganismos. Uma das formas de aplicá-lo na água da piscina é a partir da adição de compostos contendo o íon hipoclorito ou de ácido tricloroisocianúrico, vulgarmente denominado tricloro, que reage com a água, formando ácido hipocloroso e ácido cianúrico. As estruturas do tricloro e do ácido cianúrico são apresentadas abaixo.

A soma das concentrações do ácido hipocloroso e do íon hipoclorito é chamada de “cloro livre”, e ambas estabelecem um equilíbrio dependente do pH, de acordo com o gráfico abaixo.

O ácido hipocloroso é oito vezes mais eficiente como agente biocida do que o íon hipoclorito. Quando o pH está baixo, o excesso de ácido hipocloroso favorece a formação de cloraminas, que são irritantes aos olhos dos banhistas. Quando o pH está alto, o poder de eliminação de microorganismos é reduzido. Costuma-se considerar que o pH ótimo para aplicação em piscinas é de 7,5. Uma das vantagens do uso do tricloro é que o ácido cianúrico retarda o processo de fotólise do “cloro livre” quando a água está exposta à ação dos raios ultravioleta. Sem o ácido cianúrico, a meia-vida do “cloro livre” é de 17 min. A adição do tricloro faz com que a perda de “cloro livre” ocorra a uma taxa de 15 % por dia. No entanto, o teor máximo recomendado de ácido cianúrico para piscinas é de 100 ppm. Já os teores do ácido hipocloroso e do íon hipoclorito devem ser mantidos, individualmente, entre 0,25 e 2,5 ppm.

Em uma piscina residencial de 5000 L, foram medidos um pH de 8,5 e um teor de “cloro livre” de 0,5 ppm. Adicionaram-se então 23,25 g de tricloro, ajustando-se o pH para o valor ótimo.

Com base nas informações acima:

a) determine se, após essa adição, a piscina estará em condições de uso.

b) calcule em quantos dias o limite mínimo de cloro livre será atingido, caso a piscina não seja mais usada. Dados: log (73) = 1,863; log(17) = 1,230; log(5) = 0,699.

Gabarito:

Resolução:

A reação do 0,1 mol do tricloro (massa de 23,25 g) produz 0,1 mol de ácido cianúrico (massa de 12,9 g) e 0,3 mol de HClO (massa de 15,75 g).

A concentração de ácido cianúrico será

$C = frac{12900g}{5000L}=2,58 ppm$

Menor que o teor máximo.

O teor extra de cloro livre será:

$C_{ad} = frac{0,3.52,5.1000 mg}{5000L} =3,15 ppm$

O teor final de cloro livre será de 365 ppm. Para o pH ajustado em 7,5, haverá na verdade 1,825 ppm para cada espécie, e a piscina dessa forma estará em condições de uso.

b) O pH permanece 7,5, e o teor de cloro total será de 0,5 ppm, sendo 0,25 ppm para cada espécie livre. Assim, calculando a constante de velocidade k:

$-k.1 = ln 10.lnfrac{85}{100}(*)$