Sabemos que pela variação na corrente elétrica em um experimento utilizado para determinar a energia de ionização de um elemento químico, podemos determinar a voltagem relativa a esta variação na corrente elétrica e através da voltagem podemos determinar a energia de ionização do elemento químico. Com base nestas informações, determine a energias de ionização em Kca/mol para um elemento que apresenta a seguintes voltagens:
Passo 1
O enunciado dá a voltagem medida associada à ionização de um elemento e pede a energia de ionização expressa em kilocalorias por mol. Informação fornecida:
- Voltagem:
.
O que é pedido:
- Converter essa voltagem em energia de ionização, dada em
.
Passo 2
Entender a relação física básica (passo-a-passo, sem pular).
- Quando um elétron é acelerado por uma diferença de potencial
, a energia adquirida por esse elétron (energia por partícula) em joules é dada por
onde
é a carga elementar do elétron (em coulombs) e
é a voltagem (em volts). Aqui:
Explicação simples: 1 volt vezes 1 coulomb = 1 joule, então multiplicando a carga do elétron pela voltagem obtemos joules por elétron.
Passo 3
Converter energia por partícula para energia por mol.
- Um mol contém
partículas, onde
- Portanto, a energia por mol em joules é
- Observação prática útil:
é a constante de Faraday :
Assim fica mais simples calcular:
Isto é intuitivo:
é a carga total de um mol de elétrons; multiplicando pela voltagem obtemos energia por mol em joules.
Passo 4
Calcular
numericamente com
.
- Usando
e ,
- Fazer a multiplicação passo a passo:
Somando:
Passo 5
Converter joules por mol para kilocalorias por mol.
- Relação de conversão:
. - Então
- Substituindo o valor obtido:
- Dividindo (feito passo a passo ou por cálculo manual):
Passo 6
Arredondamento e interpretação final.
- Para apresentação usual em química e físico-química, é comum arredondar para três algarismos significativos ou para o inteiro mais próximo, conforme necessidade. Aqui o valor com três casas significativas fica
, que aproxima a . - Comentário amigo: isso significa que, ao remover um elétron de cada átomo do mol desse elemento, é necessário cerca de
de energia por mol — número consistente com energias de ionização típicas (ordem das centenas de kcal/mol).