Exame Nacional Física e Química A 2026 · 2.ª fase

1. Em 1871, Dmitri Mendeleev publicou uma versão da sua Tabela Periódica, em que organizava os 65 elementos conhecidos à data numa tabela, segundo dois princípios:

(1) cada elemento tinha uma massa atómica superior à do elemento à sua esquerda;

(2) cada elemento tinha propriedades químicas semelhantes às dos outros elementos da mesma coluna.

Nessa tabela, existiam lugares por preencher, mas Mendeleev não tentou encaixar aí elementos já conhecidos e percebeu que esses lugares corresponderiam a elementos ainda por descobrir.

J. P. Leal, «Tabela Periódica dos Elementos», in Revista de Ciência Elementar, vol. 3, n.º 3, 2015, p. 194. (Texto adaptado)

Mendeleev previu as propriedades de alguns dos elementos não conhecidos à data e atribuiu-lhes um nome em função da posição ocupada na tabela. Por exemplo, deu o nome de eka-alumínio ao elemento situado imediatamente abaixo do alumínio.

Alguns anos após as suas previsões, o eka-alumínio foi descoberto por um químico francês, Paul de Boisbaudran, que lhe atribuiu o nome de gálio.

1.1. Em relação aos princípios enunciados no texto, e após a descoberta do protão por Rutherford, verifica-se que, na Tabela Periódica atual,

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1. Em 1871, Dmitri Mendeleev publicou uma versão da sua Tabela Periódica, em que organizava os 65 elementos conhecidos à data numa tabela, segundo dois princípios:

(1) cada elemento tinha uma massa atómica superior à do elemento à sua esquerda;

(2) cada elemento tinha propriedades químicas semelhantes às dos outros elementos da mesma coluna.

Nessa tabela, existiam lugares por preencher, mas Mendeleev não tentou encaixar aí elementos já conhecidos e percebeu que esses lugares corresponderiam a elementos ainda por descobrir.

J. P. Leal, «Tabela Periódica dos Elementos», in Revista de Ciência Elementar, vol. 3, n.º 3, 2015, p. 194. (Texto adaptado)

Mendeleev previu as propriedades de alguns dos elementos não conhecidos à data e atribuiu-lhes um nome em função da posição ocupada na tabela. Por exemplo, deu o nome de eka-alumínio ao elemento situado imediatamente abaixo do alumínio.

Alguns anos após as suas previsões, o eka-alumínio foi descoberto por um químico francês, Paul de Boisbaudran, que lhe atribuiu o nome de gálio.

1.2. Mendeleev previu as propriedades de alguns dos elementos não conhecidos à data e atribuiu-lhes um nome em função da posição ocupada na tabela. Por exemplo, deu o nome de eka-alumínio ao elemento situado imediatamente abaixo do alumínio.

Alguns anos após as suas previsões, o eka-alumínio foi descoberto por um químico francês, Paul de Boisbaudran, que lhe atribuiu o nome de gálio.

1.2.1.

A descoberta do gálio teve origem na análise espectral de uma amostra, na qual foram detetadas duas novas riscas na região do visível.

Explique como terá sido possível concluir, a partir da análise do espectro de emissão desta amostra, na região do visível, que esta continha um elemento químico que nunca tinha sido identificado.

Comece por referir o que se observa num espectro atómico de emissão, na região do visível, e identifique o fenómeno associado a essa emissão.

Apresente um texto bem estruturado e utilize linguagem científica adequada.

1. Em 1871, Dmitri Mendeleev publicou uma versão da sua Tabela Periódica, em que organizava os 65 elementos conhecidos à data numa tabela, segundo dois princípios:

(1) cada elemento tinha uma massa atómica superior à do elemento à sua esquerda;

(2) cada elemento tinha propriedades químicas semelhantes às dos outros elementos da mesma coluna.

Nessa tabela, existiam lugares por preencher, mas Mendeleev não tentou encaixar aí elementos já conhecidos e percebeu que esses lugares corresponderiam a elementos ainda por descobrir.

J. P. Leal, «Tabela Periódica dos Elementos», in Revista de Ciência Elementar, vol. 3, n.º 3, 2015, p. 194. (Texto adaptado)

Mendeleev previu as propriedades de alguns dos elementos não conhecidos à data e atribuiu-lhes um nome em função da posição ocupada na tabela. Por exemplo, deu o nome de eka-alumínio ao elemento situado imediatamente abaixo do alumínio.

Alguns anos após as suas previsões, o eka-alumínio foi descoberto por um químico francês, Paul de Boisbaudran, que lhe atribuiu o nome de gálio.

1.2.2. As duas novas riscas, I e II, que permitiram identificar o gálio, correspondem a radiações que apresentam, no vazio, comprimentos de onda de $403{,}1\text{ nm}$ e de $417{,}0\text{ nm}$, respetivamente.

A risca que corresponde à radiação de maior energia é a risca

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1. Em 1871, Dmitri Mendeleev publicou uma versão da sua Tabela Periódica, em que organizava os 65 elementos conhecidos à data numa tabela, segundo dois princípios:

(1) cada elemento tinha uma massa atómica superior à do elemento à sua esquerda;

(2) cada elemento tinha propriedades químicas semelhantes às dos outros elementos da mesma coluna.

Nessa tabela, existiam lugares por preencher, mas Mendeleev não tentou encaixar aí elementos já conhecidos e percebeu que esses lugares corresponderiam a elementos ainda por descobrir.

J. P. Leal, «Tabela Periódica dos Elementos», in Revista de Ciência Elementar, vol. 3, n.º 3, 2015, p. 194. (Texto adaptado)

Mendeleev previu as propriedades de alguns dos elementos não conhecidos à data e atribuiu-lhes um nome em função da posição ocupada na tabela. Por exemplo, deu o nome de eka-alumínio ao elemento situado imediatamente abaixo do alumínio.

Alguns anos após as suas previsões, o eka-alumínio foi descoberto por um químico francês, Paul de Boisbaudran, que lhe atribuiu o nome de gálio.

1.2.3. Paul de Boisbaudran conseguiu isolar $3{,}4\text{ mg}$ de gálio metálico, que apresentou na Academia de Ciências de Paris, em 1875.

O número de átomos de gálio na amostra pode ser calculado pela expressão

1. Em 1871, Dmitri Mendeleev publicou uma versão da sua Tabela Periódica, em que organizava os 65 elementos conhecidos à data numa tabela, segundo dois princípios:

(1) cada elemento tinha uma massa atómica superior à do elemento à sua esquerda;

(2) cada elemento tinha propriedades químicas semelhantes às dos outros elementos da mesma coluna.

Nessa tabela, existiam lugares por preencher, mas Mendeleev não tentou encaixar aí elementos já conhecidos e percebeu que esses lugares corresponderiam a elementos ainda por descobrir.

J. P. Leal, «Tabela Periódica dos Elementos», in Revista de Ciência Elementar, vol. 3, n.º 3, 2015, p. 194. (Texto adaptado)

Mendeleev previu as propriedades de alguns dos elementos não conhecidos à data e atribuiu-lhes um nome em função da posição ocupada na tabela. Por exemplo, deu o nome de eka-alumínio ao elemento situado imediatamente abaixo do alumínio.

Alguns anos após as suas previsões, o eka-alumínio foi descoberto por um químico francês, Paul de Boisbaudran, que lhe atribuiu o nome de gálio.

1.2.4. O ponto de fusão do metal gálio é $30\text{ \textdegree C}$, o que lhe confere o comportamento peculiar de se fundir facilmente quando em contacto com a mão de uma pessoa.

Descreva, à escala atómica, o que sucede quando este metal se funde em contacto com a mão.

Na sua resposta, comece por justificar que a transferência de energia da mão para o gálio ocorre, predominantemente, sob a forma de calor.

Apresente um texto bem estruturado e utilize linguagem científica adequada.

O alumínio é produzido, maioritariamente, a partir da bauxite, que é o principal minério que contém este elemento.

Uma das etapas iniciais do processo de obtenção do alumínio consiste no tratamento do minério para se obter tri-hidróxido de alumínio, $\text{Al(OH)}_3$ ($M = 78{,}01\text{ g mol}^{-1}$). Etapas posteriores, I e II, levam à obtenção do alumínio, podendo ser traduzidas por

Etapa I) $2\text{ Al(OH)}_3 \rightarrow \text{Al}_2\text{O}_3 + 3\text{ H}_2\text{O}$

Etapa II) $2\text{ Al}_2\text{O}_3 + 3\text{ C} \rightarrow 4\text{ Al} + 3\text{ CO}_2$

2.1. O uso de alumínio generalizou-se na produção de latas de bebida.

Considere que:

uma lata de bebida tem $20{,}0\text{ g}$ de alumínio;

na etapa I, se dá a conversão completa do reagente em produtos e que, na etapa II, o rendimento na obtenção de $\text{Al}$ é $90{,}0\%$.

Determine a massa de $\text{Al(OH)}_3$ necessária para produzir o alumínio existente numa lata de bebida.

Apresente todos os cálculos efetuados.

O alumínio é produzido, maioritariamente, a partir da bauxite, que é o principal minério que contém este elemento.

Uma das etapas iniciais do processo de obtenção do alumínio consiste no tratamento do minério para se obter tri-hidróxido de alumínio, $\text{Al(OH)}_3$ ($M = 78{,}01\text{ g mol}^{-1}$). Etapas posteriores, I e II, levam à obtenção do alumínio, podendo ser traduzidas por

Etapa I) $2\text{ Al(OH)}_3 \rightarrow \text{Al}_2\text{O}_3 + 3\text{ H}_2\text{O}$

Etapa II) $2\text{ Al}_2\text{O}_3 + 3\text{ C} \rightarrow 4\text{ Al} + 3\text{ CO}_2$

2.2. Complete o texto seguinte, selecionando a opção correta para cada espaço.

Assinale, na folha de respostas, para cada letra, o número da opção selecionada.

Na etapa I, a massa de $\text{Al}_2\text{O}_3$ obtida é

massa inicial de $\text{Al(OH)}_3$.

Na etapa II, a variação do número de oxidação do oxigénio é

e, por cada mole de alumínio produzida, ocorre uma transferência de

moles de eletrões.

O alumínio é reduzido

.

(a)

(b)

(c)

(d)

(1) menor do que a

(1) −2

(1) 3

(1) na etapa I

(2) igual à

(2) 0

(2) 6

(2) na etapa II

(3) maior do que a

(3) +2

(3) 12

(3) em ambas as etapas

O alumínio é produzido, maioritariamente, a partir da bauxite, que é o principal minério que contém este elemento.

Uma das etapas iniciais do processo de obtenção do alumínio consiste no tratamento do minério para se obter tri-hidróxido de alumínio, $\text{Al(OH)}_3$ ($M = 78{,}01\text{ g mol}^{-1}$). Etapas posteriores, I e II, levam à obtenção do alumínio, podendo ser traduzidas por

Etapa I) $2\text{ Al(OH)}_3 \rightarrow \text{Al}_2\text{O}_3 + 3\text{ H}_2\text{O}$

Etapa II) $2\text{ Al}_2\text{O}_3 + 3\text{ C} \rightarrow 4\text{ Al} + 3\text{ CO}_2$

2.3. Para produzir, a partir da bauxite, alumínio suficiente para uma lata de bebida, admita que é utilizada uma energia de $2{,}202 \times 10^5\text{ J}$.

Uma empresa divulgou um estudo no qual se refere que, na produção de uma mesma massa de alumínio, optando por reciclar latas de bebida usadas, se poupa entre 85% e 95% de energia. Nesse processo, as latas usadas são aquecidas até à sua fusão completa, obtendo-se, no estado líquido, o alumínio com o qual se fabricam novas latas.

Considere que, no processo descrito:

cada lata usada tem $20{,}0\text{ g}$ de alumínio e está, inicialmente, a $20{,}0\text{ }^∘\text{C}$;

o ponto de fusão do alumínio é $660{,}3\text{ }^∘\text{C}$;

a capacidade térmica mássica do alumínio é $1050\text{ J kg}^{-1}\text{ }^∘\text{C}^{-1}$;

a entalpia de fusão de $1{,}00\text{ kg}$ de alumínio é $3{,}965 \times 10^5\text{ J}$.

Verifique se a informação referida no estudo é verdadeira.

Apresente todos os cálculos efetuados.

O tri-hidróxido de alumínio sólido, $\text{Al(OH)}_3\text{ (s)}$, é uma substância utilizada para combater a acidez no estômago.

3.1. Ao adicionar-se uma pequena quantidade de $\text{Al(OH)}_3\text{ (s)}$ à água contida num gobelé, verifica-se que, mesmo após vigorosa agitação a temperatura constante, quase todo o $\text{Al(OH)}_3\text{ (s)}$ permanece no fundo do recipiente.

A mistura obtida no recipiente é

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O tri-hidróxido de alumínio sólido, $\text{Al(OH)}_3\text{ (s)}$, é uma substância utilizada para combater a acidez no estômago.

3.2. O $\text{Al(OH)}_3\text{ (s)}$ ($M = 78{,}01\text{ g mol}^{-1}$), uma vez ingerido, reage com o ácido clorídrico, $\text{HCl (aq)}$, um ácido forte, presente no conteúdo gástrico, numa reação que pode ser traduzida por

$$\text{Al(OH)}_3\text{ (s)} + 3\text{ HCl (aq)} \longrightarrow \text{AlCl}_3\text{ (aq)} + 3\text{ H}_2\text{O (l)}$$

Num laboratório farmacéutico, estuda-se a variação de pH do conteúdo gástrico após a toma de um comprimido com $240\text{ mg}$ de $\text{Al(OH)}_3\text{ (s)}$.

Para simular o conteúdo gástrico, utilizou-se uma solução de $\text{HCl (aq)}$ de volume $800\text{ cm}^3$ e de concentração $3{,}16 \times 10^{-2}\text{ mol dm}^{-3}$.

Considere que a reação é completa, que a variação de pH da solução se deve exclusivamente à adição de $\text{Al(OH)}_3\text{ (s)}$, e que a variação de volume da solução é desprezável.

Determine o pH da solução após a adição de $240\text{ mg}$ de $\text{Al(OH)}_3\text{ (s)}$.

Apresente todos os cálculos efetuados.

4.2. Durante a entrada dos satélites na atmosfera, são produzidas nanopartículas contendo alumínio, que catalisam a reação de destruição do ozono, $\text{O}_3$, pelos radicais cloro, $\text{Cl}^\bullet$, provenientes de clorofluorocarbonetos (CFC), como o triclorofluorometano, $\text{CCl}_3\text{F}$.

4. O alumínio é um elemento químico muito usado na indústria aeroespacial.

4.1. Muitos satélites, em fim de vida, reentram na atmosfera terrestre com uma velocidade elevada, incinerando-se devido à resistência do ar.

Considere uma parte dessa reentrada, durante a qual a altitude diminui, mas o módulo da velocidade se mantém constante.

Verifica-se que a energia mecânica do sistema satélite + Terra

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4.2. Durante a entrada dos satélites na atmosfera, são produzidas nanopartículas contendo alumínio, que catalisam a reação de destruição do ozono, $\text{O}_3$, pelos radicais cloro, $\text{Cl}^\bullet$, provenientes de clorofluorocarbonetos (CFC), como o triclorofluorometano, $\text{CCl}_3\text{F}$.

4.2.1. O átomo de cloro é considerado um radical livre, porque, no estado fundamental,

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4.2. Durante a entrada dos satélites na atmosfera, são produzidas nanopartículas contendo alumínio, que catalisam a reação de destruição do ozono, $\text{O}_3$, pelos radicais cloro, $\text{Cl}^\bullet$, provenientes de clorofluorocarbonetos (CFC), como o triclorofluorometano, $\text{CCl}_3\text{F}$.

4.2.2. A Figura 1 representa o processo cíclico de destruição do $\text{O}_3$ pelo $\text{CCl}_3\text{F}$ com regeneração do $\text{Cl}^\bullet$. Na figura, destacam-se três etapas, A, B e C.

Associe cada etapa apresentada na Coluna I à sua descrição, apresentada na Coluna II.

A cada letra corresponde apenas um número.

(a) Etapa A

→

(b) Etapa B

→

(c) Etapa C

→

O dióxido de nitrogénio, $\text{NO}_2\text{ (g)}$, é um poluente atmosférico, de cor acastanhada, que, em sistema fechado, estabelece com o tetróxido de dinitrogénio, $\text{N}_2\text{O}_4\text{ (g)}$, um gás incolor, um equilíbrio químico que pode ser traduzido por

$$\underset{\text{(castanho)}}{2\ \text{NO}_2\text{(g)}} \rightleftharpoons \underset{\text{(incolor)}}{\text{N}_2\text{O}_4\text{(g)}} \qquad \Delta H < 0$$

5.1. Considere que se encerra uma determinada quantidade de $\text{NO}_2\,(\text{g})$ num recipiente, mantendo-se a temperatura e o volume constantes.

Até ser atingido o equilíbrio químico, o quociente da reação é

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O dióxido de nitrogénio, $\text{NO}_2\text{ (g)}$, é um poluente atmosférico, de cor acastanhada, que, em sistema fechado, estabelece com o tetróxido de dinitrogénio, $\text{N}_2\text{O}_4\text{ (g)}$, um gás incolor, um equilíbrio químico que pode ser traduzido por

$$\underset{\text{(castanho)}}{2\ \text{NO}_2\text{(g)}} \rightleftharpoons \underset{\text{(incolor)}}{\text{N}_2\text{O}_4\text{(g)}} \qquad \Delta H < 0$$

5.2. Duas seringas, contendo, cada uma, uma mistura igual dos dois gases, em equilíbrio químico, apresentam, a $20\text{ }^\circ\text{C}$, a mesma cor acastanhada.

Considere duas experiências:

I — o êmbolo da primeira seringa é pressionado, comprimindo a mistura gasosa;

II — a segunda seringa é colocada num gobelé contendo gelo.

Prevê-se que, comparativamente com a cor inicial da mistura dos dois gases, a intensificação da cor castanha

()

Os satélites espaciais permitem monitorizar as rotas de navios, contribuindo para a segurança marítima.

Dois navios de carga, A e B, ambos com $300\text{ m}$ de comprimento, deslocam-se em trajetórias perpendiculares. A Figura 2, que não se encontra à escala, esquematiza uma vista aérea das posições dos navios em dois instantes: num instante $t_0$, a cinzento, e num instante posterior, $t_1$, a preto, em que a proa 1 do navio A atinge o ponto X.

No instante $t_0$, as proas dos navios A e B distam $1500\text{ m}$, numa direção que faz $25^\circ$ com a direção do movimento do navio A, que se desloca com velocidade de módulo $10,0\text{ m}\text{ s}^{-1}$. A partir desse instante, para evitar a colisão, a velocidade do navio A é reduzida uniformemente, e a sua proa atinge a posição X $10,0\text{ s}$ após o navio B ter passado, completamente, por essa posição.

O navio B manteve, durante todo o percurso, velocidade constante de módulo $5,0\text{ m}\text{ s}^{-1}$.

Nota:

1 Proa – parte dianteira do casco de um navio.

6.1.

Determine o módulo da velocidade do navio A no instante em que atinge a posição X.

Apresente todos os cálculos efetuados.

6.2.

O módulo da resultante das forças que atuam sobre o navio B durante o percurso representado é

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Os satélites espaciais permitem monitorizar as rotas de navios, contribuindo para a segurança marítima.

Dois navios de carga, A e B, ambos com $300\text{ m}$ de comprimento, deslocam-se em trajetórias perpendiculares. A Figura 2, que não se encontra à escala, esquematiza uma vista aérea das posições dos navios em dois instantes: num instante $t_0$, a cinzento, e num instante posterior, $t_1$, a preto, em que a proa 1 do navio A atinge o ponto X.

No instante $t_0$, as proas dos navios A e B distam $1500\text{ m}$, numa direção que faz $25^\circ$ com a direção do movimento do navio A, que se desloca com velocidade de módulo $10,0\text{ m}\text{ s}^{-1}$. A partir desse instante, para evitar a colisão, a velocidade do navio A é reduzida uniformemente, e a sua proa atinge a posição X $10,0\text{ s}$ após o navio B ter passado, completamente, por essa posição.

O navio B manteve, durante todo o percurso, velocidade constante de módulo $5,0\text{ m}\text{ s}^{-1}$.

Nota:

1 Proa – parte dianteira do casco de um navio.

6.3. Considere constante a resultante das forças resistivas, $\vec{F}_{\text{res}}$, que atuam no navio A.

Qual dos esboços de gráfico seguintes representa o trabalho realizado pela resultante das forças resistivas, $W_{\vec{F}_{\text{res}}}$, que atuam no navio A, em função do deslocamento, $d$, durante o seu movimento até ao ponto X ?

()

Gráfico ()

7. O alumínio é um metal usado também na construção de componentes para aerogeradores.

7.1. Na Figura 3, está representado um aerogerador com as pás em rotação.

Considere dois pontos, A e B, localizados numa das pás, que distam $r_{\text{A}}$ e $r_{\text{B}}$ do centro de rotação, com velocidades de módulo $v_{\text{A}}$ e $v_{\text{B}}$, respetivamente.

A relação entre $v$ e $r$, para os pontos A e B, pode ser expressa pela igualdade

()

7. O alumínio é um metal usado também na construção de componentes para aerogeradores.

7.2. Os aerogeradores convertem a energia cinética do ar em movimento em energia elétrica.

Admita que, em cada segundo, uma massa de ar homogéneo ($\rho_{\text{ar}} = 1{,}2\text{ kg}\text{ m}^{-3}$), em condições PTN, com $9{,}0 \times 10^4\text{ mol}$ de moléculas, se desloca com velocidade constante, de módulo $10\text{ m}\text{ s}^{-1}$.

Considere que o aerogerador converte $40\%$ da energia cinética do ar que o atravessa em energia elétrica.

Determine a potência elétrica fornecida pelo aerogerador nestas condições.

Apresente todos os cálculos efetuados.

7. O alumínio é um metal usado também na construção de componentes para aerogeradores.

7.3. A indução eletromagnética é o princípio físico que explica a produção de energia elétrica pelos aerogeradores.

A Figura 4 esquematiza uma espira que roda com velocidade angular constante, em torno de um eixo, numa região do espaço em que existe um campo magnético constante e uniforme, $\vec{B}$.

Quando a espira roda $180^\circ$, partindo da posição indicada na Figura 4, em que $\vec{B}$ tem uma direção perpendicular ao plano da espira, o módulo do fluxo magnético que a atravessa

8. A Figura 5 esquematiza um circuito elétrico composto por uma pilha, por três resistências, $R_1$, $R_2$ e $R_3$, e por um amperímetro ideal.

A curva característica da pilha instalada neste circuito elétrico é a que se apresenta no gráfico da Figura 6.

8.1.

Antes da montagem do circuito, ligou-se um voltímetro aos terminais da pilha, tendo sido lido o valor

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8.2.

Considere que, no circuito representado na Figura 5, o amperímetro regista uma corrente elétrica de 0,40 A e que $R_1$ e $R_2$ apresentam, cada uma, uma resistência elétrica de 8,0 $\Omega$.

Determine a resistência elétrica de $R_3$.

Comece por determinar a resistência interna da pilha.

Apresente todos os cálculos efetuados.