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Dificuldade: por definir

Os telescópios espaciais, que orbitam a Terra ou o Sol, permitem observar o espaço longínquo em diferentes comprimentos de onda.

Na Figura 1, está representado o Telescópio Espacial James Webb (cuja sigla corrente, JWST, designa o seu nome original, em inglês, James Webb Space Telescope), podendo observar-se o espelho principal, o escudo solar e os painéis fotovoltaicos.

Enquanto nos espelhos comuns, na Terra, se utiliza, como superfície refletora, o alumínio, $\mathrm{Al}$, o espelho principal do JWST é revestido por uma camada de ouro, $\mathrm{Au}$.

Questão:

Compare o número de átomos de ouro com o número de átomos de alumínio necessários para revestir espelhos de área igual com uma camada metálica de espessura igual.

Considere as massas volúmicas do ouro e do alumínio, respetivamente, $\rho_{\mathrm{Au}}=19,3 \mathrm{~g} \mathrm{~cm}^{-3}$ e $\rho_{\mathrm{Al}}=2,7 \mathrm{~g} \mathrm{~cm}^{-3}$.

Na sua resposta, estabeleça a razão entre o número de átomos de ouro e o número de átomos de alumínio, arredondada às unidades.

Mostre como chegou ao resultado solicitado.

Fonte: Exame - 2024, 2ª fase
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Tabela Periódica
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Formulário

Fonte: IAVE

Fonte: IAVE

Resolução do Exercício:

A massa volúmica pode ser calculada da seguinte forma:

$$\rho=\frac{m}{V}$$

Sendo que o volume considerado refere-se à unidade de volume do espelho que é revestido por uma dada massa, ou seja, para revestir um centímetro de cubo de um espelho com ouro seriam necessários $19,3 \mathrm{~g}$ deste material, enquanto para revestir este mesmo volume com alumínio seriam requeridos apenas $2,7 \mathrm{~g}$ deste material.

Considerando agora a massa molar da substância que reveste o espelho, é possível representar a sua massa de uma outra forma:

$$\begin{gathered}n=\frac{m}{M} \Leftrightarrow m=n \times M \\\rho=\frac{n \times M}{V}\end{gathered}$$

Recorrendo agora à constante de Avogrado:

$$\begin{gathered}n=\frac{N}{N_{\mathrm{A}}} \\\rho=\frac{\frac{N}{N_{\mathrm{A}}} \times M}{V}\Leftrightarrow \rho=\frac{N \times M}{N_{\mathrm{A}} \times V}\Leftrightarrow N=\frac{\rho \times N_{\mathrm{A}} \times V}{M}\end{gathered}$$

Considerando agora um volume $V$ de espelho que deve ser revestido, é possível calcular o número de átomos de alumínio / ouro que seriam necessários para o fazer.

$$\begin{gathered}N_{\mathrm{A u}}=\frac{19,3 \times N_{\mathrm{A}} \times V}{196,97} \approx 0,098 ~N_{\mathrm{A}} V \\\\N_{\mathrm{A l}}=\frac{2,7 \times N_{\mathrm{A}} \times V}{29,98} \approx 0,090 ~N_{\mathrm{A}} V\end{gathered}$$

Calculando a razão entre estes números de átomos obtém-se:

$$\frac{N_{\mathrm{A u}}}{N_{\mathrm{A l}}}=\frac{0,098 ~N_{\mathrm{A}} V}{0,090 ~N_{\mathrm{A}} V} \approx 1$$

Resposta: É necessário, sensivelmente, o mesmo número de átomos de ouro e alumínio para revestir espelhos de igual área e de estrutura metálica de igual espessura.

Fonte: Mestre Panda

Assinala os critérios que a tua resposta incluiu corretamente:



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