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Questão 68 Fuvest 2022 - 1ª fase

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Questão 68

Tabela Periódica

A produção do vidro tem por base a modificação da estrutura cristalina do quartzo (SiO2) por meio do seu aquecimento e da adição de óxidos alcalinos, dentre eles o Na2O. Esse processo adiciona cátions sódio à estrutura do quartzo, tornando-a amorfa. Alguns vidros, como os utilizados em telas de smartphones, passam ainda por processo de troca iônica para aumentar a resistência a quedas e riscos. Para isso, o vidro é banhado em uma solução salina contendo íons potássio. Dessa forma, o potássio substitui o sódio na estrutura, sem que o volume do vidro se altere.
Com base nessas informações, é correto afirmar que os íons potássio



a)

são maiores do que os íons sódio, dessa forma, a estrutura torna-se mais preenchida e mais resistente ao choque físico.

b)

são mais resistentes ao choque físico do que os íons sódio, e esse caráter é conferido ao vidro.

c)

são menores do que os íons sódio, tornando a estrutura menos preenchida e o vidro mais flexível.

d)

fazem com que a estrutura do vidro deixe de ser amorfa quando substituem os íons sódio, tornando o vidro menos resistente ao choque físico.

e)

têm o mesmo tamanho que os íons sódio, visto que ambos são metais alcalinos, permitindo sua completa substituição no vidro.

Resolução

a) Correta. O raio atômico é uma propriedade periódica, que apresenta a tendência de aumentar, na mesma família/grupo, de acordo com o aumento do número de camadas eletrônicas. Neste caso, o raio citado é o iônico, que apresenta o mesmo comportamento para elementos da mesma família. As distribuições eletrônicas para os cátions são:

11Na+(11 prótons e 10 elétrons): 1s22s22p6  (Íon sódio)19K+ (19 prótons e 18 elétrons): 1s22s22p63s23p6  (Íon potássio)

Como o íon potássio (K+) apresenta 3 camadas eletrônicas enquanto o íon sódio (Na+) apresenta apenas 2 camadas eletrônicas, então, o raio iônico do potássio é maior que o raio iônico do sódio.

Como citado no texto, a troca iônica do sódio pelo potássio promove maior preenchimento da estrutura (devido ao raio iônico maior), o que torna o vidro dos smartphones mais resistente a quedas e riscos.

b) Incorreta. A troca do íons do sódio pelo íon potássio torna o vidro mais resistente a quedas e riscos, mas não é uma propriedade intrínseca do íon potássio, mas, sim, adquirida pelo vidro devido ao maior preenchimento da estrutura.

c) Incorreta. Como citado e demonstrado no item a), o íon potássio apresenta raio iônico maior que o raio iônico do sódio.

d) Incorreta. A substituição do íon sódio pelo íon potássio torna o vidro mais resistente ao choque, como citado no texto. Uma análise cristalográfica permitiria concluir que tanto sódio quanto o potássio apresentam a mesma forma cúbica, no caso de corpo centrado (CCC), com fator de empacotamento atômico (FEA) próximo de 68% da célula unitária, o que não deveria alterar a estutura cristalina do vidro.

e) Incorreta. Como o número de camadas eletrônicas entre os íons sódio (2 camadas eletrônicas) e potássio (3 camadas eletrônicas) é diferente, o raio iônico torna-se diferente.