Texto para as questões 62 e 63
Quem viajou de avião já ouviu o famoso aviso: “Em caso de despressurização da cabine, máscaras de oxigênio cairão automaticamente acima do seu assento. Puxe uma das máscaras, coloque-a sobre o nariz e a boca e respire normalmente (...)”. Porém, ao invés de aviões conterem cilindros de oxigênio que alimentam as máscaras, esse gás é gerado por meio de uma reação química. No compartimento sobre cada passageiro encontra-se um reservatório contendo um sal como o clorato de sódio (NaClO3) que, ao se decompor, produz oxigênio (O2), cloreto de sódio (NaCl) e calor. O clorato de sódio é estável em temperatura ambiente, e sua decomposição só se inicia quando o passageiro puxa a máscara, o que dispara um gatilho que gera calor suficiente para iniciar a reação que, então, se mantém autossuficiente até consumo total do reagente.
A massa de clorato de sódio consumida na reação deve ser suficiente para gerar, no mínimo, 15 minutos de oxigênio, permitindo que a aeronave baixe sua altitude, restabelecendo a pressão da cabine. Calcule a massa de clorato de sódio mínima, em gramas, que deve ser utilizada por reservatório, para gerar oxigênio suficiente por 15 minutos, considerando que a taxa de respiração média de oxigênio de um adulto é de 1,2 L/min ao nível do mar a 20 °C.
Note e adote:
Considere que quantidade de matéria de oxigênio consumida é independente da altitude e que os passageiros continuam respirando normalmente.
Volume molar no nível do mar a 20 °C = 24 L/mol
MM NaClO3 = 106 g/mol
27
53
80
94
119
Resolução
Primeiro, calculamos o volume de oxigênio necessário para um passageiro durante 15 minutos, multiplicando a taxa de consumo pelo tempo: 1,2 L/min × 15 min = 18 L.
O enunciado informa que a quantidade de matéria de oxigênio consumida não depende da altitude. Portanto, podemos usar o volume molar fornecido para o nível do mar: 24 L/mol. Como cada mol ocupa 24 L, a quantidade de oxigênio necessária é 18 L ÷ 24 L/mol = 0,75 mol.
A decomposição do clorato de sódio deve ser balanceada para conservar o número de átomos de cada elemento nos dois lados da reação: 2 NaClO₃ → 2 NaCl + 3 O₂.
Os coeficientes da equação mostram que 2 mol de clorato de sódio produzem 3 mol de oxigênio. Assim, para produzir 0,75 mol de oxigênio, a quantidade de clorato de sódio necessária é 0,75 × 2/3 = 0,50 mol.
A massa é obtida multiplicando a quantidade de matéria pela massa molar do clorato de sódio: 0,50 mol × 106 g/mol = 53 g. Essa é a massa mínima por reservatório, pois produz exatamente o oxigênio necessário para os 15 minutos.