Exame de Física e Química A 2025 · Época especial — item 5.1, resolvido

Como este item é corrigido. Os $12$ pontos são atribuídos por níveis de desempenho, contando os espaços certos: as quatro opções corretas valem $12$ pontos (nível 3), apenas três valem $9$ (nível 2), apenas duas valem $6$ (nível 1). Uma só certa, ou nenhuma, vale zero. Não há desconto por errar: responde aos quatro espaços.

O ponto de partida. Os quatro espaços vêm de quatro matérias diferentes, todas a propósito do mesmo alto-forno: o tipo de reação (a), o tipo de ligação numa das substâncias (b), as correntes de convecção do esquema (c) e a energia interna numa mudança de estado (d). Trata cada espaço como uma pergunta separada, e em cada um volta ao que o enunciado te dá: a equação química e a Figura 3.

a) — o tipo de reação

Para saber se uma reação é de oxidação-redução, procura um elemento cujo número de oxidação muda. Na equação $3\mathrm{CO}(\mathrm{g})+\mathrm{F}{\mathrm{e}}_2{\mathrm{O}}_3(\mathrm{s})⟶2\mathrm{Fe}(\mathrm{l})+3\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2(\mathrm{g})$:

• o ferro passa de $+3$ no $\mathrm{F}{\mathrm{e}}_2{\mathrm{O}}_3$ (o oxigénio vale $-2$: $2x+3\times (-2)=0$, logo $x=+3$) a $0$ no $\mathrm{Fe}$, que é uma substância elementar: o número de oxidação diminui, o ferro reduz-se;
• o carbono passa de $+2$ no $\mathrm{CO}$ ($x+(-2)=0$) a $+4$ no $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ ($x+2\times (-2)=0$): o número de oxidação aumenta, o carbono oxida-se.

Há uma espécie que se oxida e outra que se reduz — é uma reação de oxidação-redução. O $\mathrm{CO}$ é o redutor e o $\mathrm{F}{\mathrm{e}}_2{\mathrm{O}}_3$ é o oxidante.

Não é ácido-base: não há transferência de protões (${\mathrm{H}}^{+}$) — nem sequer há hidrogénio na equação. E não é de precipitação: não há iões em solução aquosa a formar um sal pouco solúvel.

a) → 1 (oxidação-redução).

b) — a substância com ligações metálicas

A ligação metálica é a dos metais: os átomos do metal partilham os eletrões de valência, que ficam deslocalizados por toda a estrutura, à volta dos catiões. Para a encontrar, procura na reação a substância formada só por átomos de um metal.

• $\mathrm{Fe}$ é ferro, um metal, como substância elementar: tem ligações metálicas. Continua a tê-las no estado líquido, $\mathrm{Fe}(\mathrm{l})$ — fundir afasta e desordena os átomos, mas os eletrões continuam deslocalizados.
• $\mathrm{F}{\mathrm{e}}_2{\mathrm{O}}_3$ junta um metal e um não-metal (o oxigénio): é um composto iónico, sem ligação metálica, embora tenha ferro.
• $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ é formado por moléculas, com ligações covalentes entre o carbono e o oxigénio, dois não-metais.

b) → 2 ($\mathrm{Fe}$).

c) — onde está o ar mais quente

Lê as setas da Figura 3. No centro do forno, sobem de C até A; no topo curvam, e descem junto às paredes até voltarem a C. É um ciclo de convecção, e o que o faz andar é a diferença de densidade:

• o ar aquecido dilata e fica menos denso do que o ar à volta, e por isso sobe;
• à medida que sobe, cede energia e arrefece; mais frio, fica mais denso e desce.

As correntes sobem a partir de C: é aí, no fundo do forno, que o ar é aquecido e que está à temperatura mais alta. No topo, em A, chega o ar que já arrefeceu ao subir, e que vai voltar a descer. O próprio desenho confirma-o: o interior é mais claro em baixo (mais quente) e escuro em cima.

c) → 3 (C).

d) — a energia interna na solidificação

A energia interna de um sistema soma duas parcelas: a energia cinética das suas partículas (que acompanha a temperatura) e a energia potencial associada às interações entre elas.

Durante a solidificação, a temperatura mantém-se constante, por isso a parte cinética não muda. Mas o ferro está a ceder energia, como calor, à vizinhança mais fria — é por isso que solidifica. Essa energia sai da parcela potencial: as partículas ficam mais próximas e mais ligadas, numa estrutura organizada. Pela primeira lei da termodinâmica, $\Delta U=Q$ com $Q<0$ (o ferro cede energia e não há trabalho a considerar), logo $\Delta U<0$.

A energia interna do ferro diminui. Temperatura constante não quer dizer energia interna constante: numa mudança de estado, toda a energia trocada vai para as interações entre as partículas.

d) → 1 (diminui).

Resposta: a) — 1; b) — 2; c) — 3; d) — 1.

onde se perdem pontos

• Escolher $\mathrm{F}{\mathrm{e}}_2{\mathrm{O}}_3$ no espaço b) por ter ferro. Ter átomos de um metal não chega: no $\mathrm{F}{\mathrm{e}}_2{\mathrm{O}}_3$ o ferro está ligado ao oxigénio, um não-metal, e a ligação é iónica. Ligação metálica é a de uma substância só de metal.
• Responder A no espaço c) porque «o ar quente sobe». A frase está certa, mas o que ela diz é que o ar quente está a subir, não que o mais quente está em cima. O ar que chega ao topo já cedeu energia pelo caminho; o mais quente está onde as correntes começam a subir, em C.
• Responder «mantém-se» no espaço d) porque a temperatura é constante. A temperatura só mede a parte cinética da energia interna. Ao solidificar, o ferro cede energia à vizinhança, e essa energia sai da energia potencial das interações.
• Responder «aumenta» no espaço d) por confundir com a fusão. A fusão é que recebe energia; a solidificação é o processo inverso e cede-a.
• Deixar espaços em branco. Cada espaço certo conta para subir de nível; com duas certas já tens $6$ pontos.
• Escrever as letras sem o número, ou com um número que não está na lista. A resposta é a letra seguida do número da opção (a transcrição do texto da opção também é aceite).

o que fixar

Num texto para completar, cada espaço é uma pergunta à parte: identifica a matéria de cada um antes de responder. Aqui ficam quatro regras: oxidação-redução reconhece-se por um número de oxidação que muda; a ligação metálica é a de uma substância só de metal; numa corrente de convecção, o fluido mais quente está onde a corrente começa a subir; e numa mudança de estado, a temperatura constante não impede a energia interna de variar — diminui ao solidificar e ao condensar, aumenta ao fundir e ao vaporizar.