A 14 de outubro de 2012, Felix Baumgartner (FB), um paraquedista austríaco, subiu num balão de hélio até à estratosfera. A partir desse balão, FB realizou um salto até à superfície da Terra.
Questão:
Um balão, cheio com $0,750 \mathrm{~mol}$ de hélio ( $\mathrm{He}$ ), tem um volume de $70,0 \mathrm{~dm}^{3}$, a uma determinada altitude. A essa altitude recolheu-se uma amostra de $1,0 \mathrm{~dm}^{3}$ de ar, medido em condições de pressão e de temperatura idênticas às existentes no interior do balão.
A percentagem em volume de nitrogénio, $\mathrm{N}_{2}$, na amostra de ar recolhida é $78 \%$.
Determine a massa de nitrogénio nessa amostra de ar.
Apresente todas as etapas de resolução, explicitando todos os cálculos efetuados.
Fonte: IAVE
Fonte: IAVE
Resolução do Exercício:
Se temos as mesmas condições de pressão e temperatura então a relação entre a quantidade química e o volume da amostra será a mesma quer para o hélio, quer para o ar:
$$\frac{0,75 \mathrm{~mol} \mathrm{He}}{70,0 \mathrm{~dm}^{3}}=\frac{n}{1,0 \mathrm{~dm}^{3}} \Leftrightarrow n=0,0107 \mathrm{~mol~} \mathrm{de} \text { ar }$$
como sabemos que $\%(v / v)$ de $N_{2}$ no ar é $78 \%$ calculamos a quantidade, $n$, de $N_{2}$ :
$$n_{N_{2}}=0,0107 \times 0,78 \Leftrightarrow n_{N_{2}}=8,36 \times 10^{-3} \mathrm{~mol}$$
A massa molar do $\mathrm{N}_{2}$ é $\mathrm{M}\left(\mathrm{N}_{2}\right)=28,02 \mathrm{~g} \mathrm{~mol}^{-1}$, então a massa, $\mathrm{m}$, de $\mathrm{N}_{2}$ calcula-se da seguinte forma:
$$m=n \times M \rightarrow m=8,36 \times 10^{-3} \times 28,02 \Leftrightarrow m=0,23 g$$
Fonte: Física e Química? Absolutamente!