Usando argumentos químicos e linguagem científica adequada responda:
(a) Cada um dos seguintes casos descreve uma mudança física ou uma mudança química? (i) 0 gás hélio dentro de um balão tende a vazar após algumas horas; (ii) Um feixe de lanterna vai ficando mais fraco lentamente até se apagar; (iii) Suco de laranja congelado é reconstituído ao se adicionar água;
(iv) 0 crescimento das plantas depende da energia do sol em um processo chamado fotossíntese; (v) Uma colher de sal de cozinha se dissolve em uma tigela de sopa.
(b) 0 que é unidade de massa atômica? Por que é necessário introduzir tal unidade?
(c) Qual é a massa (em amu - “atomic mass unit” ou unidade de massa atômica) de um átomo de carbono-12? Por que a massa atômica do carbono aparece como 12,01 amu na tabela periódica? Quais informações seriam para se calcular esse valor de 12,01 \mathrm{amu} ?

Passo 1

O enunciado pede três coisas:
\bullet Em (a), identificar se cada situação é uma mudança física (reversível, sem formação de novas substâncias) ou química (envolve reação, mudança na identidade molecular).
\bullet Em (b), definir o que é a unidade de massa atômica (amu) e justificar sua necessidade.
\bullet Em (c), dar a massa de um átomo de carbono- 12 em amu, explicar por que a massa atômica do carbono na tabela periódica vale 12,01,amu e que dados são usados para obter esse valor.

Passo 2

Para distinguir mudanças físicas de químicas, lembramos que nas mudanças físicas a substância mantém sua composição molecular, mudando apenas estado ou arranjo; nas químicas ocorre rearranjo de átomos formando novas substâncias. Assim:
(i) O gás hélio vazar de um balão é mudança física (difusão de moléculas sem reagir).
(ii) O feixe de lanterna ficar mais fraco até apagar é mudança física (bateria se esgota e a intensidade luminosa diminui, mas não há nova substância).
(iii) Reconstituir suco de laranja concentrado adicionando água é mudança física (diluição sem reação química).
(iv) Crescimento de plantas por fotossíntese é mudança química (transforma C O_{2} e H_{2}O em carboidratos e O_{2}, formando novas moléculas).
(v) Dissolução de sal de cozinha na sopa é mudança física (formação de íons em solução, mas sem reação química de transformação em nova substância).

Passo 3

Definimos a unidade de massa atômica (amu) como sendo
1\,\mathrm{amu} \;=\;\frac{1}{12}\,m\bigl(^{12}\mathrm{C}\bigr)\approx1{,}6605\times10^{-27}\,\mathrm{kg}.
Introduzimos essa unidade porque as massas dos átomos em quilogramas são extremamente pequenas, tornando pouco prático expressá-las em unidades do SI. A amu fornece uma escala conveniente para massas atômicas.

Passo 4

Por convenção, o átomo de carbono- 12 tem massa exatamente
m\bigl(^{12}\mathrm{C}\bigr)=12{,}000000\,\mathrm{amu}.
Na tabela periódica encontramos, 12,01,amu para o “carbono” porque é a massa atômica média ponderada dos isótopos naturais. Para calcular esse valor usamos:
1. As massas de cada isótopo ( ^{12}\mathrm{C} \approx 12\,\mathrm{amu}, ^{13}\mathrm{C} \approx 13,003\,\mathrm{amu}, etc.)
2. As abundâncias relativas naturais de cada isótopo (porcentagens de ^{12}\mathrm{C}, ^{13}\mathrm{C}, ···).
O valor 12,01,amu resulta da soma das massas isotópicas multiplicadas por suas abundâncias fracionárias.

Resposta

(a) (i) física; (ii) física; (iii) física; (iv) química; (v) física.
(b) A unidade de massa atômica ( \mathrm{amu}) é definida como 1/12 da massa de um átomo de {}^{12}\mathrm{C}, cerca de 1{,}6605\times10^{-27}\,\mathrm{kg}, e é necessária para expressar de forma conveniente as pequeníssimas massas atômicas.
(c) Por definição, um átomo de carbono- 12 tem massa exatamente 12{,}000000\,\mathrm{amu}. O valor 12{,}01\,\mathrm{amu} na tabela periódica é a média ponderada das massas dos isótopos de carbono segundo suas abundâncias naturais, usando as massas isotópicas e as porcentagens de cada isótopo.

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