Questão 03
Ùma amostra de água neutra possuí uma massa igual a 250 g
a) Calcule o número de prótons presentes nessa amostra.
b) Determine a carga elétrica correspondente a esse número de prótons.
a) Calcule o número de prótons presentes nessa amostra.
b) Determine a carga elétrica correspondente a esse número de prótons.
Passo 1
O enunciado dá uma amostra de água neutra com massa
e pede duas coisas:
- Calcular o número de prótons presentes nessa amostra.
- Determinar a carga elétrica correspondente a esse número de prótons.
Informações relevantes que vamos usar (todas dadas implicitamente ou valores padrões da química/física):
- Cada molécula de água
tem átomos de hidrogênio e átomo de oxigênio, então o número de prótons por molécula é (pois o número atômico do H é e do O é ). - Massa molar aproximada da água:
. - Número de Avogadro:
(número de moléculas por mol). - Carga elementar (próton):
. - Opcionalmente usaremos a constante de Faraday
para calcular cargas por mol.
A partir daqui vou calcular passo a passo primeiro o número de moléculas (e depois de prótons) e então a carga total.
Passo 2
Vamos calcular o número de mols de água na amostra. A fórmula é:
Aplicando ao caso:
Podemos simplificar a fração:
Se preferir um valor decimal:
Passo 3
Agora convertemos mols em número de moléculas usando o número de Avogadro:
Substituindo
e
:
Calculando numericamente:
(Arredondarei depois para um número com algarismos significativos razoáveis.)
Passo 4
Cada molécula de água tem
prótons (visto no Passo 1). Então o número total de prótons é:
Usando o valor do passo anterior:
Para apresentar com 4 algarismos significativos podemos escrever:
Passo 5
Agora vamos transformar esse número de prótons na carga elétrica total. Cada próton tem carga
. Então:
Substituindo
(veja que
) e usando
, fica mais simples:
Como
, temos
Calculemos:
Em notação científica e com 4 algarismos significativos:
Se preferir usar diretamente
:
o que confirma o valor acima.
Passo 6
Pequena interpretação e incentivo: esse valor de carga é enorme (da ordem de
) porque a amostra contém um número gigantesco de prótons. Na prática, a água é eletricamente neutra porque há exatamente o mesmo número de elétrons (cargas negativas) cancelando essa carga positiva total dos prótons — por isso a amostra não apresenta carga líquida. Mas se de alguma forma separássemos apenas prótons, obteríamos essa grande carga positiva.