Coleção 10 V - Livro 7 - Química - Professor by Editora Elabore

FRENTE

QUÍMICA Por falar nisso Desde há muito que a humanidade aprendeu a utilizar as propriedades biológicas de substâncias químicas exógenas em rituais festivos, na cura de doenças e até mesmo como veneno. A maioria dessas substâncias era empregada em poções, preparadas, na maioria das vezes, a partir de plantas. Em alguns casos, agindo como medicamento ou venenos. Aliás, para algumas pessoas, a diferença entre remédio e veneno está basicamente na dose. Substâncias em alta concentração, geralmente, atuam como veneno. Porém, quando diluídas a uma concentração adequada, elas atuam como medicamento. Por outro lado, nem sempre a solução de uma única substância é eficaz no combate a uma determinada enfermidade ou problema, necessitando que novas substâncias sejam acrescentadas à solução. Temos, nesse caso, as misturas de soluções. Essas misturas podem ser de substâncias que reagem ou não entre si. Nos casos das substâncias que reagem entre si, elas serão abordadas dentro de um ramo da química chamado de titulação de soluções. Nas próximas aulas, estudaremos os seguintes temas

A05 A06 A07 A08

Diluição de soluções ..................................................................... 202 Mistura de soluções de mesmo soluto ........................................ 208 Mistura de soluções que não reagem entre si ............................. 214 Mistura de soluções de solutos diferentes que reagem .............. 219

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QUÍMICA

MÓDULO A05

ASSUNTOS ABORDADOS n Diluição de soluções n Calculando uma nova concentração

DILUIÇÃO DE SOLUÇÕES Um produto químico muito utilizado nas atividades domésticas é a água sanitária, também chamada de alvejante. Esse produto é utilizado na limpeza de roupas, pisos, no tratamento de piscinas e em estações de tratamento de água (ETAs). A composição química dessa solução apresenta concentração entre 2% e 2,5% de cloro ativo. Às vezes, isso se torna confuso, pois na linguagem cotidiana, quando falamos que algo foi tratado com cloro, temos a impressão de que a substância utilizada é realmente o cloro (C2). Entretanto, esse halogênio é gasoso em condições ambientes, tóxico e de difícil manipulação. Por isso, utilizamos o cloro na forma de hipoclorito de sódio, que, em presença de água, dissocia-se liberando o íon hipoclorito (CO−). Posteriormente, por decomposição, esse íon libera o cloro gasoso (C2). A equação de dissociação do hipoclorito de sódio é dada a seguir. NaCO(aq) → Na+(aq) + CO−(aq) Por que, então, a preocupação com a concentração da solução? Não deveríamos executar todas as tarefas com a mesma concentração? A resposta é não. Dependendo do uso, a concentração de hipoclorito de sódio deve ser reduzida por processo de diluição. O hipoclorito de sódio é um alvejante de ampla ação e de grande intensidade. A concentração do cloro ativo especificado no rótulo (entre 2% e 2,5%) é capaz de produzir grandes estragos, como oxidar tecidos de lã, de seda, de couro e até produzir manchas em tecidos coloridos. Assim, é necessário trabalhar com concentrações diferentes, dependendo de seu uso. Os dados da tabela a seguir foram retirados de um rótulo de água sanitária. A tabela, por exemplo, nos informa os valores de concentração que devemos utilizar para efetuar a limpeza de diversos meios.

Lavagem de roupas

Adicione 1 copo (200 mL) em 20 litros de água. Deixe de molho por 30 minutos antes de iniciar a lavagem no tanque ou na máquina.

Limpeza de banheiros e pias

Adicione 1/2 copo (100 mL) em 10 L de água. Deixe por 30 minutos e depois enxague.

Limpeza de porcelanas, mármores e plásticos

Adicione 3 colheres (sopa) (24 mL) em 1 litro de água. Limpe os objetos com esponja ou pano embebido com essa solução.

Limpeza de ralos e vasos sanitários

Na remoção de manchas ou crostas, use esse produto puro e enxágue após 10 minutos.

Limpeza geral

Em banheiros, pisos, azulejos e paredes, adicione 1 copo (200 mL) para cada 5 L de água. Enxágue após 10 minutos.

Desinfecção de frutas, verduras e legumes

Misture 1 colher (sopa) (8 mL) em 1 litro de água. Deixe de molho por 10 minutos e depois enxágue com água potável.

Como podemos observar na tabela, as concentrações em cada um dos meios são diferentes. Por isso, a necessidade de diluir o produto antes de utilizá-lo. 202

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Calculando uma nova concentração As soluções utilizadas em laboratórios ou até mesmo disponíveis em mercados são, em geral, adquiridas em altos valores de concentração. Essas soluções são denominadas de soluções estoque. Dessa solução, podemos preparar soluções com valores de concentrações menores pelo processo de adição de solvente – diluição. Exemplo 1: Utilizando os dados da tabela acima, vamos calcular a concentração em massa da água sanitária na solução final utilizada para lavagem de roupas, obedecendo às recomendações especificadas pelo fabricante: adicione um copo (200 mL) de água sanitária em 20 L de água, deixando as roupas de molho por 30 minutos antes de iniciar a lavagem. A resolução dos problemas de diluição pode ser feita de duas maneiras: pela aplicação de fórmulas ou pela regra de três simples. Em termos de fórmulas, temos:

1iVi = 1fVf CiVi = CfVf τi m i= τf mf em que,

Assim, temos: d = 1 g/mL V = 2 00mL τ = 2,5% Cálculo da massa de 200 mL de solução 1 g ------------- mL x ------------- 200 mL x = 200 g de solução Cálculo da massa de NaCO presente em 200 g de solução 200 g ------------- 100% y ------------- 2,5% y = 5 g de NaCO A esses 5 g de NaCO presentes em 200 mL de solução são acrescentados 20 L de água (20 000 mL) em um processo de diluição. Portanto, o volume final é 20 200 mL, em que agora temos os 5 g de NaCO. Como admitimos que a densidade da solução era de 1g/mL, temos a massa final de 20 200 g.

i = início

Cálculo da nova concentração

f = fim

20 200 g ------------- 100% 5 g ------------- z

1 = concentração em quantidade de matéria (mol/L)

z = 0,02475 ou z ≅ 0,025%

C = concentração comum (g/L)

Note que a concentração em massa de NaCO diminuiu de 2,5% para 0,025%, o que caracteriza um processo de diluição.

τ = título em massa m = massa da solução Vamos resolver, primeiramente, com aplicação direta de fórmula.

Exemplo 2: Vamos supor que queiramos preparar 250 mL de uma solução de 0,10 mol L−1 de CuSO4 por diluição de uma solução estoque de concentração 1,00 mol L−1 de CuSO4. Vamos calcular quantos mL da solução inicial devemos utilizar, e quanto de solvente (água) devemos acrescentar à solução inicial.

τi =2,5% d = 1 g/mL mi = 200 mL = 0,2 L mf = 20 200 mL = 20,2 L τimi = τf mf 2,5% × 0,2 L = τf × 20,2 L τf = 0,025% Agora, vamos resolver com aplicação de regra de três simples. Inicialmente, vamos admitir que a água sanitária apresente na concentração de 2,5% em massa de hipoclorito de sódio (NaCO) e que a densidade da solução seja de 1g/mL.

Resolveremos esse problema também de duas maneiras. Resolução com aplicação direta de fórmula. Dados:

A05  Diluição de soluções

Dados:

Vf = 250 mL = 0,25 L

1f = 0,1 mol L−1 1i = 1 mol L−1 Vi = ?

1iVi = 1fVf

→ 1 × Vi = 0,1 × 0,25 → Vi = 0,025 L 203

Química

Logo, devemos retirar da alíquota inicial o volume de 0,025 L ou 25 mL. Para determinar o volume de água que devemos acrescentar, basta subtrair o volume de 25 mL do volume final (250 mL), admitindo que não haja variação de volume durante o processo. Assim, temos:

Vinicial + VH2O 25 + VH2O

= Vfinal = 250

VH2O = 225 mL A diluição deve ser feita da seguinte maneira: retire da solução estoque, de concentração 1,00 mol L−1, 0,025 L (25 mL) usando uma pipeta. Em seguida, adicione a solução a um balão volumétrico de 250 mL e dilua acrescentando solvente, até completar o volume de 250 mL de solução. Admitindo que os volumes de solução e solvente (água) sejam aditivos, vamos proceder à resolução a seguir. Contudo, podemos obter o mesmo resultado pela aplicação de regra de três. O ponto de partida é admitir que a quantidade de matéria de soluto antes e depois da adição de solvente é sempre a mesma. Como sabemos a concentração e o volume da solução diluída (solução final), podemos calcular a quantidade de matéria (nfinal) na solução final. nfinall =

⇒ nfinal = 0,10 × 0,25 ⇒ nfinal = 0,025 mol

Assim, podemos dizer que a quantidade de matéria na solução inicial também é de 0,025 mol. Portanto, podemos calcular o volume (x) necessário da solução concentrada para fornecer 0,025 mol de CuSO4. 1 L ------------- 1 mol x ------------- 0,025 mol x = 0,025 L O cálculo do volume de água a ser adicionado segue de maneira idêntica ao realizado na primeira resolução.

Vinicial + VH2O 25 + VH2O

= Vfinal = 250

VH2O = 225 mL Logo, devemos diluir a solução estoque acrescentando 225 mL de água.

A05  Diluição de soluções

Figura 01 - À esquerda, temos uma solução inicial de elevada concentração; à direita, a solução inicial após várias diluições.

204

Fonte: shutterstock.com / dianavulpes

A concentração de uma solução estoque é sempre maior que a concentração de uma solução diluída, uma vez que o volume da solução aumenta com a diluição.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Exercícios de Fixação

02. (UFPI) Que volume de água devemos acrescentar a 300 mL de solução 1,5 mol/L de ácido clorídrico, HC, para torná-la 0,3 mol/L? a) 1 000 mL b) 1 500 mL c) 1 200 mL d) 1 800 mL e) 500 mL 03. (Fund. Oswaldo Cruz SP) Que volume de água devemos adicionar a 10 mL de solução 2 mol/L para torná-la 0,25 mol/L? a) 80 mL b) 70 mL c) 40 mL d) 250 mL e) 500 mL 04. (Uespi PI) Na preparação de 200 mL de uma solução aquosa 1 mol/L de ácido clorídrico, um estudante dispõe de uma solução aquosa 5 mol/L desse ácido. Qual o volume da solução inicial que será utilizado? a) 4 mL b) 20 mL c) 40 mL d) 100 mL e) 150 mL 05. (UFRN) Num laboratório de química, o estoque de reagentes disponível pode ser formado por soluções concentradas. Partir-se de uma solução concentrada para se obter uma solução diluída é um procedimento de rotina em laboratório. Na preparação de uma solução diluída, com base em uma mais concentrada, retira-se um volume de solução concentrada de hidróxido de sódio (NaOH) 1 mol/L para se preparar 500 mL de uma solução diluída de 0,2 mol/L. Se C1V1 = C2V2, o volume inicial de solução de NaOH 1 mol/L retirado para se obter a solução diluída corresponderá a: a) 40 mL b) 200 mL c) 125 mL d) 100 mL

06. (UFRRJ) Tem-se 50 mL de solução 0,1 mol/L de Nitrato de Prata (AgNO3). Ao se adicionar 150 mL de água destilada à solução, esta passará a ter a concentração, em mol/L, de a) 0,5. b) 0,2. c) 0,025. d) 0,01. e) 0,033. 07. (UEMG) Um desodorante vendido comercialmente nas farmácias traz a seguinte descrição do produto: “Lysoform Primo Plus − desodorante corporal que previne e reduz os maus odores, deixando uma agradável sensação de limpeza e frescor. Insubstituível na higiene diária, garante o bem-estar e a tranquilidade para o convívio social. Finalidade: Desodorizar e higienizar o corpo. Modo de Usar: Usar uma solução contendo 8 tampas (32 mL) de Lysoform Primo Plus para cada 1 litro de água.” Seguindo as orientações do fabricante, uma pessoa que preparar uma solução do produto com 250 mL de água terá que adicionar quantas tampas da solução de Lysoform? a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 08. (FGV SP) O Brasil é um grande produtor e exportador de suco concentrado de laranja. O suco in natura é obtido a partir de processo de prensagem da fruta que, após a separação de cascas e bagaços, possui 12% em massa de sólidos totais, solúveis e insolúveis. A preparação do suco concentrado é feita por evaporação de água até que se atinja o teor de sólidos totais de 48% em massa. Quando uma tonelada de suco de laranja in natura é colocada em um evaporador, a massa de água evaporada para obtenção do suco concentrado é, em quilograma, igual a a) 125. b) 250. c) 380. d) 520. e) 750. 09. (Puc RS) Foram adicionados 35,00 mL de água destilada a 15,00 mL de uma solução 0,50 mol/L em KMnO4 . A molaridade dessa nova solução é a) 0,050. b) 0,075. c) 0,100. d) 0,150. e) 0,175.

205

A05  Diluição de soluções

01. (Vunesp SP) Na preparação de 500 mL de uma solução aquosa de H2SO4 de concentração 3 mol/L, a partir de uma solução de concentração 15 mol/L do ácido, deve-se diluir o seguinte volume da solução concentrada: a) 10 mL b) 100 mL c) 150 mL d) 300 mL e) 450 mL

Química

Exercícios Complementares 01. (Udesc SC) Assinale a alternativa que corresponde ao volume de solução aquosa de sulfato de sódio, a 0,35 mol/L, que deve ser diluída, por adição de água, para se obter um volume de 650 mL de solução a 0,21 mol/L. a) 500 mL b) 136 mL c) 227 mL d) 600 mL e) 390 mL 02. (UFU MG)

a) dilui o suco gástrico, diminuindo sua concentração e dificultando a digestão. b) causa azia e, após diluir o suco gástrico, aumenta sua concentração. c) dilata o estômago, favorecendo a digestão e aumentando a concentração de ácido. d) engorda, uma vez que melhora o processo digestivo e a liberação dos nutrientes. 03. (Univag MT) Para a realização de um experimento com o objetivo de avaliar a toxicidade de íons Cu2+ em solução aquosa, foi preparada uma solução padrão de concentração 2 × 10–3 g ⋅ L–1. A partir dessa solução, foram realizadas diluições com o objetivo de reduzir a concentração do íon. Para preparar 100 mL de uma solução de concentração 4 × 10–5 g ⋅ L–1 de Cu2+, o volume da solução padrão a ser utilizado na diluição, em mL, deve ser igual a a) 4. b) 8. c) 6. d) 2. e) 10. 04. (FCM MG)

A05  Diluição de soluções

Fonte: Manual do Consumidor de Homeopatia (Associação Brasileira de Farmacêuticos Homeopatas – ABFH)

Disponível em: <http://g1.globo.com>. Acesso em: 17 fev. 2014.

De acordo com a figura, o consumo de líquidos durante as refeições deve ser evitado, porque

206

No preparo das formas farmacêuticas derivadas, em homeopatia, 1,0 parte do insumo ativo (Tintura-mãe) é misturado com 99 partes do veículo (diluente apropriado). Após a sucussão (agitação 100 vezes), obtém-se a dinamização 1CH (1/102). 1,0 parte da 1CH + 99 partes do veículo, após a sucussão, obtém-se a 2CH e assim sucessivamente, conforme o esquema da figura. Sabendo-se que o número de Avogadro é 6,02 x 1023, a partir de qual dinamização centesimal de Hahnemann (CH) não haverá mais molécula alguma do insumo ativo no medicamento? a) 5CH b) 10CH c) 12CH d) 23CH

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

05. (Unificado RJ) Erros de medicação têm sido apontados como a

07. (UFPB) O formaldeído, também conhecido como formol, tem

causa de cerca de 8 mil mortes por ano no Brasil. Um exemplo

sido indevidamente utilizado no alisamento capilar, acarretan-

dessa situação está apontado no fragmento de notícia abaixo:

do risco à saúde, uma vez que é adicionado manualmente à

“Uma mulher morreu depois de ficar dez dias internada para

formulação, nos próprios institutos de beleza. A legislação sani-

tratar de uma pneumonia num hospital da zona oeste de São

tária, estabelecida pela Agência Nacional de Vigilância Sanitária

Paulo. Segundo familiares, a paciente de 28 anos teria rece-

(ANVISA), permite o uso do formol em produtos cosméticos ca-

bido, direto na veia, uma medicação que deveria ser diluída

pilares, apenas, na função de conservante e com concentração

em soro. Depois de uma parada respiratória, ela ficou na UTI

máxima de 0,2% em volume, e restringe o acesso da população

(Unidade de Tratamento Intensivo) e morreu após voltar para o

ao formol, coibindo seu uso como alisante capilar.

quarto, 24 horas depois.”

Adquirindo-se um produto cuja concentração de formol é de

Disponível em: <http://noticias.r7.com/ sao-paulo/noticias/ apos-morte-de-paciente-20110905.html>. Acesso em: 05 out. 2012.

1,0% em volume, um procedimento para que a solução mani-

Segundo a família, a diluição do medicamento poderia ter evi-

a) Retirar uma parte do produto e adicionar uma parte do sol-

a) adição de um soluto sólido a um solvente líquido. b) adição de mais solvente a uma solução, diminuindo a concentração do soluto. c) adição de um reagente padrão a uma solução de analito até que a reação entre os dois se complete. d) separação de dois componentes de uma mistura heterogênea pela diferença de densidade. e) separação de uma mistura heterogênea composta por uma fase sólida e uma fase fluída através da passagem por um material poroso semipermeável. 06. (Puc Campinas SP) Cada um dos bastõezinhos espiralados da

vente. b) Retirar duas partes do produto e adicionar uma parte do solvente. c) Retirar uma parte do produto e adicionar duas partes do solvente. d) Retirar quatro partes do produto e adicionar uma parte do solvente. e) Retirar uma parte do produto e adicionar quatro partes do solvente. 08. (UEPG PR) Adicionando-se 75 mL de água a 25 mL de uma solução 0,20 mol/L de cloreto de sódio, obtém-se uma solução de concentração molar igual a:

Campylobacter jejuni tem de 0,5 a 5 micrômetros de compri-

a) 0,010

mento. Eles são uma das principais causas de diarreia no mun-

b) 0,025

do, via consumo de água ou de leite contaminados, em geral.

c) 0,035

Um levantamento feito no Reino Unido em 2000, por exemplo,

d) 0,040

concluiu que a C. jejuni estava por trás de 77% das intoxicações

e) 0,050

alimentares causadas por bactérias. (Revista Galileu, agosto de 2012. p. 81)

Além de estar isenta de micro-organismos, a água potável também deve ter o nível controlado de vários constituintes. Por exemplo, o cloro total livre, usado na desinfecção, tem um limite de

09. Para realizar um experimento, um químico precisa de solução de NaOH de concentração 0,2 mol/L. Contudo, no laboratório só havia NaOH de concentração 0,5 mol/L. A partir da solução encontrada, o químico deverá

5 mg.L (Portaria nº 2.914/2011 do Ministério da Saúde).

a) evaporar água da solução.

Cada litro de água potável que tenha 8 mg.L–1 de cloro total

c) titular até precipitar NaOH.

–1

livre, para chegar no limite estabelecido pela legislação, deve ser diluído para um volume, em L, igual a a) 1,2.

b) diluir a solução com água. d) dissolver a solução em NaOH sólido. e) misturar a solução com uma solução de NaCl. A05  Diluição de soluções

tado a morte da paciente. Assim, deveria ter sido realizada a

pulada esteja em conformidade com a legislação é:

b) 1,6. c) 1,9. d) 2,2. e) 2,5.

207

FRENTE

QUÍMICA

MÓDULO A06

ASSUNTOS ABORDADOS n Mistura de soluções que não

reagem

n Mistura de soluções de mesmo soluto n Mistura de soluções de solutos diferentes

MISTURA DE SOLUÇÕES QUE NÃO REAGEM Vimos, em aulas anteriores, que os meios materiais são, em sua maioria, misturas de substâncias. Em alguns casos, essas substâncias reagem entre si; em outros, elas coexistem e não reagem. Por exemplo, ao se colocar sódio metálico em recipientes contendo vapores de água, eles reagem violentamente. Contudo, o sódio metálico pode ser armazenado em gasolina líquida. A gasolina é uma mistura de hidrocarbonetos com predominância de alcanos. Nesse meio, o sódio se torna inerte, ou seja, não reage. Da mesma forma, quando analisamos as soluções químicas, podemos dizer que, em alguns casos, ao adicionar duas ou mais soluções, pode haver ou não reação química. No caso de uma solução de cloreto de sódio NaC e nitrato de sódio (NaNO3), não há reação química. Podemos justificar a não reatividade das soluções de cloreto de sódio e nitrato de sódio pelo fator íon comum, ou seja, o sódio é o íon comum. Sempre que duas soluções apresentarem pelo menos um íon comum, podemos dizer que entre elas não há reatividade. NaC(aq) + NaNO3(aq)  → não há reação

Fonte: shutterstock.com / PhotoSky

Contudo, esse não é um único caso em que duas soluções não reagem. Também podemos citar os casos de soluções de concentrações diferentes, porém formadas a partir do mesmo soluto. A partir de agora, faremos o estudos dos casos em que duas ou mais soluções são misturadas, e não reagem entre si.

208

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

O princípio básico das misturas de soluções que não reagem entre si é o de que a quantidade de matéria do soluto na solução final é sempre igual à soma das quantidades de matéria dos solutos existentes nas soluções iniciais. Por exemplo, ao adicionarmos 200 mL de solução de NaOH de concentração 2 mol/L a 300 mL de outra solução, também de NaOH, de concentração 1 mol/L, formamos um sistema final diferente dos sistemas iniciais. A representação esquemática pode ser feita da seguinte maneira: HC

M = 1 mol.L-1 V = 200 mL

M = 2 mol.L-1 V = 300 mL

? V = 500 mL

Figura 01 - Mistura de soluções de mesmo soluto. Imagem fora de escala e em cores ilustrativas.

Podemos observar que o volume das soluções é aditivo, ou seja, o sistema final tem como volume o somatório dos volumes iniciais (200 mL + 300 mL = 500 mL). Mas isso é válido apenas para o volume. A concentração de NaOH no sistema final não pode ser obtida simplesmente pela soma das concentrações iniciais. Para determiná-la, devemos estabelecer o princípio básico da conservação da quantidade de matéria do soluto, ou seja, a quantidade de matéria de soluto no sistema final é dada pela soma das quantidades de matéria nos sistemas iniciais. Assim, temos a seguinte aplicação matemática: ηNaOH(A) + ηNaOH(B) = ηSistema final Como sabemos que a quantidade de matéria ( η ) pode ser calculada pelo produto da concentração pelo volume, podemos estabelecer a seguinte equação matemática: ηNaOH(A) + ηNaOH(B) = ηSistema final

1AVA

(2 × 0,2) + (1 × 0,3) =

1fVf 1f × 0,5

0,7 0,5 1f = 1,4 mol L−1

1f =

Observe que a concentração final é calculada pela média ponderada das concentrações dos sistemas iniciais. Portanto, em soluções de mesmos solutos, podemos aplicar as fórmulas que se seguem para cálculo de concentração final.

A seguir, exemplificaremos casos de misturas de soluções de mesmo soluto em diferentes valores de concentrações, bem como de concentrações de naturezas diferentes. Discutiremos a forma de se determinar a concentração da solução final para as seguintes naturezas de concentrações: n n n

Concentração em quantidade de matéria por litro de solução ( 1 ) Concentração em massa de soluto por litro de solução (C) Concentração título em massa de soluto por massa da solução (τ)

Concentração em quantidade de matéria por litro de solução A concentração em quantidade de matéria, antigamente chamada de molaridade, estabelece a relação entre a quantidade de matéria do soluto por litro de solução. Por exemplo, uma solução cuja concentração é de 2 mol/L significa que a cada litro de solução existe uma quantidade de matéria de soluto de 2 mol. Quando adicionamos duas ou mais soluções cujas concentrações em quantidade de matéria sejam diferentes, formamos uma nova solução. Para determinar a concentração em quantidade de matéria dessa nova solução partimos do princípio de que a quantidade de matéria do soluto se conserva, ou seja, somando as quantidades de matéria de soluto das soluções utilizadas chegaremos à quantidade de matéria de soluto na solução final. Matematicamente, podemos expressar da seguinte forma n1(sistema final) = n1(A) + n1(B)

1fVf

1f =

1AVA + 1 BVB 1A VA + 1B VB

Vf Como exemplo de misturas de soluções de mesmos solutos, faremos uso de uma situação cotidiana. Uma dona de casa preparou uma solução de água sanitária alvejante a uma concentração de 0,3 mol/L para uso doméstico em lavagem de roupas. Em seguida, preparou outra solução de água sanitária para utilizar em limpeza de porcelana e mármore, de concentração 0,6 mol/L. Nos dois casos, obedeceu apenas às instruções do rótulo. Os volumes de solução preparados não foram totalmente gastos nos afazeres do dia, sobrando 3,0 L de solução de limpeza de roupa e 2,0 L de solução de limpeza de porcelana e mármore. No mesmo dia, houve a necessidade de uma nova solução para a limpeza de um banheiro. Por questão de economia, a dona de casa resolveu misturar as sobras das duas soluções preparadas e fazer a limpeza do banheiro com a solução resultante. Vamos calcular qual a concentração da solução resultante em quantidade de matéria por litro. 209

A06  Mistura de soluções que não reagem

Mistura de soluções de mesmo soluto

Química

Lavagem de roupas

Limpeza de mármore

V = 3,0 L

V = 2,0 L

1 = 0,3 mol/L

1 = 0,6 mol/L

Vamos utilizar o princípio da conservação da quantidade de matéria do soluto. np/ roupas =

np/ porcelanas =

n = 0,3 × 3,0

n = 0,60 × 2,0

np/ roupas = 0,9 mol

np/ porcelanas = 1,2 mol

Portanto, ao misturar as duas soluções, a dona de casa obteve um sistema com volume total de 5,0 L e 2,1 mol em quantidade de matéria. Assim, podemos determinar a concentração em quantidade de matéria final: 2,1 mol ---------------- 5,0 L x ---------------- 1,0 L x = 0,42 mol/L Concentração em massa de soluto por litro de solução A concentração em massa do soluto expressa a relação entre a massa de soluto presente na solução e o volume ocupado pela solução. Da mesma forma, o príncípio que permite a determinação da concentração em g/L da solução final é o de que a quantidade de soluto na solução final é o resultado da soma das massas dos solutos nas soluções acrescentadas, ou seja, m1(sistema final) = m1(A) + m1(B). Em termos matemáticos, podemos expressar a situação da seguinte maneira:

= m1(A) + m1(B) m1(final)

m = m1(A) + m1(B) 1(final) τ(f)m1(final) =τ(A)m1(A) + τ(B)m1(B) τ(A)m1(A) + τ(B)m1(B) τ(f) = m1(final)

Mistura de soluções de solutos diferentes No caso de misturas de soluções de solutos diferentes que não reagem entre si, temos uma situação diferente das misturas de mesmos solutos. Primeiramente, podemos dizer que o princípio básico é o mesmo: a quantidade de matéria dos dois solutos se conserva durante o processo, mas não podemos somá-la, já que os solutos são diferentes. O volume do sistema final é resultado da soma dos volumes das soluções iniciais misturadas. Isso significa que para os volumes ainda podemos adotar a propriedade de aditividade e somá-los. Por isso as misturas de solutos diferentes que não reagem entre si serem tratadas como casos de diluição, pois ocorre aumento de volume em relação aos sistemas iniciais, porém a quantidade de matéria dos participantes permanece constante e, consequentemente, há diminuição da concentração das espécies químicas. Exemplo: Foram misturados 500 mL de solução aquosa de hidróxido de sódio de concentração 2 mol L−1 com 500 mL de solução aquosa de cloreto de sódio de concentração 3 mol L−1. NaOH -1 M’ = 1 mol . L V’ = 200 mL

NaC -1

M” = 2 mol . L V” = 300 mL

Mistura Final MF = ? V = 500 mL

C= C A VA + CB VB f Vf +

A06  Mistura de soluções que não reagem

Cf =

C A VA + CB VB Vf

Concentração título em massa de soluto por massa da solução Quando estudamos a concentração título em massa, vimos por definição que essa concentração expressa a relação entre a massa de soluto e a massa da solução. O princípio que rege a mistura de soluções que não reagem entre si, cujas concentrações são expressas em título em massa, é que a soma das massas de soluto presentes nas soluções misturadas é igual à massa de soluto presente na solução final. Em termos matemáticos, podemos expressar a situação da seguinte maneira: 210

Figura 02 - Mistura de soluções de solutos diferentes que não reagem entre si.

Vamos determinar a concentração em mol L−1 na solução final para o NaOH e para o NaC. Como não há reação entre os solutos, podemos dizer que houve apenas aumento de volume, portanto, podemos considerar como um processo de diluição para cada um dos participantes. Para o NaOH:

1iVi = 1fVf

⇒ 2 × 0,5 =

1f × 1 ⇒ 1f = 1,0 mol L−1 de NaOH

Para o NaC:

1iVi = 1fVf

⇒ 3 × 0,5 =

1f × 1 ⇒ 1f = 1,5 mol L−1 de NaC

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Exercícios de Fixação 01. (Fesp SP) O volume de uma solução de hidróxido de sódio

a) 0,34 mol.L–1.

1,5 mol/L que deve ser misturado a 300 mL de uma solução 2 mol/L da mesma base, a fim de torná-la solução 1,8

b) 0,65 mol.L–1.

mol/L, é:

d) 0,88 mol.L–1.

a) 200 mL b) 20 mL

e) 1,3 mol.L–1.

e) 350 mL 02. (FEI SP) Calcule a concentração em mol/L da solução obtida

06. (IFGO) Um laboratorista misturou 200 mL de uma solução aquosa de NaC 0,3 mol/L com 100 mL de solução aquosa 0,2 mol/L de MgC2. Em relação a esse processo e a sua solução resultante, é

pela adição de 250 mL de solução de H2SO4 1 mol/L a 600

correto afirmar que:

mL de H2SO4 a 0,1 mol/L. a) 0,15 b) 0, 11

a) A concentração de íons Mg2+ é igual a 0,4 mol/L. b) A concentração de íons C– é igual a 0,3 mol/L.

c) 0,22 d) 0,33 e) 0,66

d) A quantidade aproximada, em gramas, de Mg2+ é igual

03. (UFCE) No recipiente A, temos 50 mL de uma solução 1 mol/L de NaC. No recipiente B, há 300 mL de uma solução que possui 30 g de NaC por litro de solução. Juntou-se o conteúdo dos recipientes A e B e o volume foi completado com água até formar 1 litro de solução. Dessa forma, a concentração final da solução obtida foi de, aproximadamente, (Massa Molar NaC: 58,5 g/mol) a) 0,2 mol/L. b) 0,5 mol/L. c) 0,8 mol/L. d) 1,0 mol/L. e) 1,5 mol/L. 04. (UERGS RS) O volume em litros de uma solução de HNO3 0,1 mol.L–1 que deve ser adicionado a 5 litros de uma solução de HNO3 0,5 mol.L–1 para obter uma concentração final igual a 0,2 mol.L–1 é a) 3. b) 6. c) 12. d) 15. e) 30. 05. (Puc SP) Em um béquer foram misturados 200 mL de uma solução aquosa de cloreto de cálcio de concentração 0,5 mol.L–1 e 300 mL de uma solução 0,8 mol.L–1 de cloreto de sódio. A solução obtida apresenta concentração de ânion cloreto de aproximadamente

c) A concentração de íons Na+ é igual a 0,02 mol/L. a 1,46. e) A quantidade aproximada, em gramas, de C– é igual a 0,3. 07. (UFT TO) A uma solução de 250 mL de NaOH 3 mol/L foi adicionado 250 mL de solução de Na2SO4 3 mol/L. Qual a concentração de íons Na+ na solução resultante da mistura? a) 3,0 mol/L b) 6,0 mol/L c) 9,0 mol/L d) 4,5 mol/L e) 3,5 mol/L 08. (UFAM) A dois litros de solução aquosa sacarose de concentração 50 g/L foram adicionados 6 litros de concentração 2 mol/L de solução aquosa de cloreto de sódio. Qual a concentração do sal e do açúcar na solução final? a) 25,0 g/L; 3,0 mol/L b) 0,2 Kg/L; 3,0 mol/L c) 12,5 g/L; 1,5 mol/L d) 25,0 g/L; 1,5 mol/L e) 12,5 g/L; 3,0 mol/L 09. (UFES) 1L de solução a 0,5 mol/L de CaC 2 é adicionada a 0,4 L de solução a 0,1 mol/L de NaC. As concentrações em mol/L dos íons Ca2+, Na+ e C − na mistura são, respectivamente: a) 0,16 0,04 0,25 b) 0,10 0,08 0,28 c) 0,04 0,08 0,25 d) 0,20

0,25

0,16

e) 0,10

0,08

0,04

211

A06  Mistura de soluções que não reagem

c) 2 000 mL d) 400 mL

c) 0,68 mol.L–1.

Química

Exercícios Complementares 01. (Mackenzie SP) Adicionando-se 600 mL de uma solução 0,25 mol/L de KOH a um certo volume (v) de solução 1,5

Considerando o grau de dissociação desses sais igual a 100%

mol/L de mesma base, obtém-se uma solução 1,2 mol/L.

a concentração, em quantidade de matéria (mol/L), dos íons

O volume (v) adicionado de solução 1,5 mol/L é de: a) 0,1 L

cloreto (C–) na solução resultante será de: b) 0,20.

d) 1,5 L

d) 0,10.

02. (UFF RJ) A molaridade de uma solução X de ácido nítrico é o triplo da molaridade de outra solução Y do mesmo ácido. Ao se misturar 200,0 mL da solução X com 600,0 mL da solução Y, obtém-se uma solução 0,3 mol/L do ácido. Pode-se afirmar, então, que as concentrações em mol/L das soluções X e Y são, respectivamente: a) 0,60 e 0,20 b) 0,45 e 0,15 c) 0,51 e 0,17 d) 0,75 e 0,25 e) 0,30 e 0,10 03. (Unirio RJ) Misturando-se 25,0 mL de uma solução 0,50 mol/L de KOH com 35,0 mL de solução 0,30 mol/L de KOH e 10,0 mL de uma solução 0,25 mol/L de KOH, resulta uma solução cuja concentração em mol/L, admitindo-se a aditividade de volume, é, aproximadamente, igual a:

A06  Mistura de soluções que não reagem

a) 0,25.

b) 3,0 L c) 2,7 L e) 1,9 L

c) 0,15. e) 0,05. 06. (Fuvest SP) Uma usina de reciclagem de plástico recebeu um lote de raspas de 2 tipos de plásticos, um deles com densidade 1,10 kg/L e outro com densidade 1,14 kg/L. Para efetuar a separação dos dois tipos de plásticos, foi necessário preparar 1 000 L de uma solução de densidade apropriada, misturando-se volumes adequados de água (densidade = 1,00 kg/L) e de uma solução aquosa de NaC, disponível no almoxarifado da usina, de densidade 1,25 kg/L. Esses volumes, em litros, podem ser, respectivamente, a) 900 e 100. b) 800 e 200. c) 500 e 500. d) 200 e 800. e) 100 e 900. 07. (Fameca SP) 250 mL de uma solução aquosa de cloreto de

a) 0,24 b) 0,36 c) 0,42

sódio (solução-1) são misturados a 250 mL de solução aquo-

d) 0,50 e) 0,72

final de cloreto de sódio é 0,8 g.mL−1. Calcule a massa, em

04. (Puc RJ) Uma solução de ácido clorídrico (HC) 4,0 mol/L foi misturada com outra solução do mesmo ácido (HC) 1,5 mol/L, obtendo-se 400 mililitros de solução 2,5 mol/L. Os volumes em mililitros das soluções 4,0 mol/L e 1,5 mol/L de HC que foram adicionadas são, respectivamente: a) 120 e 280 b) 140 e 260 c) 160 e 240 d) 180 e 220 e) 200 e 200 05. (Unesp SP) Em um laboratório, foram misturados 200 mL de solução 0,05 mol/L de cloreto de cálcio (CaC2) com 600 mL de solução 0,10 mol/L de cloreto de alumínio (AC3), ambas aquosas.

212

e o volume final igual à soma dos volumes de cada solução,

sa de cloreto de sódio (solução-2) de densidade de 1,40 g.mL−1 e um título igual a 20% em massa. A concentração gramas, de cloreto de sódio existente na solução 1. a) 330 g b) 130 g c) 50 g d) 100 g e) 120 g 08. (Escs DF) Em 1980, os médicos Irineu Velasco e Maurício da Rocha e Silva descobriram que a utilização de soluções hipertônicas contendo 7 500 mg de cloreto de sódio dissolvidos em 100 mL de solução aquosa representava uma alternativa segura e eficiente para o tratamento de vítimas de choque hemorrágico. Os tratamentos utilizados até então recomendavam, entre outros procedimentos, a aplicação de grandes volumes de soro fisiológico contendo 900 mg de cloreto de sódio em 100 mL de solução.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Um determinado grupo de pesquisadores decidiu realizar um

lizando uma combinação dos frascos I e II. Em função das ca-

estudo utilizando uma nova solução salina, preparada a partir

racterísticas do solo, a concentração final da solução deve ser

da combinação da solução hipertônica de Velasco e Silva com o

ajustada de forma a conter 0,1 g / L de potássio e 0,1 g / L de

soro fisiológico convencional.

nitrogênio.

A razão entre os volumes de soro fisiológico e de solução hiper-

Calcule a concentração, em g/L, de fósforo presente na solução

tônica necessários para preparar uma solução com concentra-

de fertilizante usada no tratamento da lavoura de morangos. 0,27g/L

ção igual a 20 g/L de NaC é igual a:

11. (Uerj RJ) Para estudar os processos de diluição e mistura,

a) 10

foram utilizados, inicialmente, três frascos contendo dife-

b) 7,5

rentes líquidos.

c) 5

A caracterização desses líquidos é apresentada na ilustração

d) 2,5

abaixo.

e) 1 09. (Fuvest SP) Uma enfermeira precisa preparar 0,50 L de soro que contenha 1,5 x 10−2 mol de KC e 1,8 x 10−2 mol de NaC, dissolvidos em uma solução aquosa de glicose. Ela tem à sua disposição soluções aquosas de KC e NaC de concentrações, respectivamente, 0,15 g/mL e 0,60 x 10−2 g/mL. Para isso, terá

A seguir, todo o conteúdo de cada um dos frascos foi transferi-

que utilizar x mL da solução de KC e y mL da solução de NaC

do para um único recipiente.

e completar o volume, até 0,50 L, com a solução aquosa de

Considerando a aditividade de volumes e a ionização total dos

glicose.

ácidos, a mistura final apresentou uma concentração de íons

Os valores de x e y devem ser, respectivamente,

H+, em mol.L−1, igual a:

Dados: massa molar (g/mol)

a) 0,60 Gabarito questão 12

KC ............... 75

b) 0,36 cada béquer, pode-se afirmar que os béqueres A e E são os mais concentrados

NaC ............. 59

c) 0,24 b) Não. No béquer A, tem-se a seguinte razão de soluto/volume de so-

a) Considerando o número de partículas de soluto e o volume das soluções em em relação aos demais e ambos estão na mesma concentração, 6/250.

d) 0,12 lução: 12/500. Ao se combinar as soluções contidas nos béqueres B e E,

a) 2,5 e 0,60 x 102

tem-se a razão 9/500, a qual é menor do que a encontrada no béquer A.

b) 7,5 e 1,2 x 10

12. (UEL PR) Cada um dos béqueres representados a seguir contém soluções aquosas com partículas de um determinado soluto. O soluto é o mesmo em todos os béqueres.

c) 7,5 e 1,8 x 102 d) 15 e 1,2 x 102 e) 15 e 1,8 x 102 10. (UFRJ) A técnica de aplicação de fertilizantes líquidos em lavouras tem sido cada vez mais utilizada pelos agricultores. Os fertilizantes são vendidos na forma de soluções concentradas que contêm diferentes composições de nutrientes, e são formuladas e diluídas pelo agricultor, de acordo com a lavoura a ser tratada. dois frascos de fertilizantes líquidos concentrados de duas marcas diferentes. Elemento

Frasco – I

Frasco – II

Nitrogênio

100 g/L

0 g/L

Potássio

70 g/L

10 g/L

Fósforo

30 g/L

80 g/L

Com base nos conhecimentos sobre concentração de soluções, responda aos itens a seguir. a) Quais soluções são as mais concentradas? Explique. b) Quando as soluções B e E são combinadas, a solução resul-

Para tratar uma lavoura de morangos um agricultor necessita

tante terá a mesma concentração da solução contida no bé-

preparar 100 litros de uma solução diluída de fertilizante uti-

quer A? Explique.

213

A06  Mistura de soluções que não reagem

A tabela a seguir apresenta dados encontrados nos rótulos de

FRENTE

QUÍMICA

MÓDULO A07

ASSUNTOS ABORDADOS n Mistura de soluções que reagem

entre si

MISTURA DE SOLUÇÕES QUE REAGEM ENTRE SI Em aulas anteriores, vimos que ao misturar duas ou mais soluções químicas elas podem ou não reagir entre si. Os casos de reações que reagem entre si são os mais diversificados. Podemos ter reações entre um ácido e uma base, entre um ácido e um sal etc. Nesta aula, faremos o estudo das misturas de soluções que reagem. Por exemplo, quando adicionamos solução aquosa de cloreto de sódio (NaC) à solução aquosa de nitrato de prata (AgNO3) ocorre reação formando novos compostos. Os produtos da reação são o nitrato de sódio (solúvel em água) e cloreto de prata (sólido). A formação de um sólido é a evidência de que houve reação química entre os reagentes. Uma das evidências de reação química é a formação de precipitado, mudança de cor etc. Por isso, num laboratório de química é muito importante fazer o uso correto das tabelas de propriedades físicas dos materiais. O cloreto de prata, por exemplo, é um sólido de cor branca. Na mistura de solução aquosa de cloreto de sódio (incolor) com solução aquosa de nitrato de prata (incolor) tem por evidência de reação a formação de cloreto de prata, um sólido branco e insolúvel em água (ilustração a seguir). Em termos de representação por meio de equação química, podemos fazer da seguinte maneira: NaC(aq) + AgNO3(aq)  → NaNO3(aq) +

Figura 01 - Na ilustração vemos a precipitação do cloreto de prata formado na reação do cloreto de sódio com o nitrato de prata.

214

AgC(s)

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Para exemplificar o processo, admita que houve adição de 200 mL de solução de cloreto de sódio de concentração 1,5 mol/L a 300 mL de solução aquosa de nitrato de prata de concentração 1 mol/L. Considerando essas informações, qual será a concentração do nitrato de sódio na solução final? Para resolver esse problema, partiremos do seguinte pressuposto: as espécies químicas reagem em quantidade de matéria de 1 : 1. Assim, o primeiro passo que temos pela frente é determinar a quantidade de matéria de NaC e de AgNO3. Utilizando a definição de concentração em quantidade de matéria por litro de solução, temos que 200 mL de solução de NaC a 1,5 mol/L, tem quantidade de matéria igual a: η(NaC) = 1 ⋅V

η(NaC) =1,5 ⋅ 0,2 η(NaC) = 0,30 mol

Da mesma forma, podemos determinar a quantidade de matéria presente em 300 mL de solução de nitrato de prata cuja concentração é de 1 mol/L. η(AgNO3 ) =⋅ 1V η(AgNO3 ) = 1 ⋅ 0,3 η(AgNO3 ) = 0,30 mol Para isso, construiremos o quadro a seguir: Reação

NaC(aq) + AgNO3(aq) →

Início

0,30

Reage

0,30

Forma Fim

zero

NaNO3(aq) + AgC(s) zero

zero

0,30

Analisando o quadro construído, podemos dizer que os reagentes cloreto de sódio e nitrato de prata foram completamente consumidos. Por outro lado, uma vez que a proporção estequiométrica entre reagentes e produtos é de 1 : 1, houve formação de 0,30 mol de nitrato de sódio e 0,30 mol de cloreto de prata (sólido). A07  Mistura de soluções que reagem entre si

Para determinar a concentração em quantidade de matéria por litro de solução do nitrato de sódio na solução final, devemos considerar aditividade dos volumes adicionados, ou seja, o volume final é a soma de 200 mL + 300 mL. Portanto, a quantidade de matéria de nitrato de sódio formada está dissolvida em 500 mL de solução. Para cálculo da concentração, temos: η 1 = V1 0,3 1 = 0,5

= 0,6 mol/L NaNO3

Nos laboratórios de química, o uso de meios materiais que reagem entre si é constantemente utilizado para diversos fins. Por exemplo, em uma indústria química, o proprietá215

Química

rio adquiriu carbonato de sódio junto a um de seus fornecedores. O fornecedor garantia uma pureza do produto na faixa de 96 a 98%. O químico dessa indústria, para verificar a veracidade das informações, estimou a pureza da amostra de carbonato pela titulação de 1,13 g dessa amostra com 40 mL de uma solução de ácido clorídrico 0,5 molL-1. Dado: Massa molar do Na2CO3 = 106 g mol−1 Considerando essas informações, mostre que a indústria química deve devolver o lote de carbonato de sódio adquirido junto ao fornecedor. Carbonato de sódio

Ácido clorídrico

Na2CO3    1,13 g 1=  A   1 = ? 

HC    40 mL  V=  B  −1  1B = 0,5 mol.L 

A equação da reação pode ser representada da seguinte forma: Na2CO3 + 2 HC → 2 NaC + H2CO3 Lembrando que o ácido carbônico (H2CO3) é instável e sofre decomposição em H2O e CO2. Contudo, optamos por manter a representação H2CO3 na equação, uma vez que não interfere na resolução do problema. Da mesma forma que fizemos no primeiro exemplo, construiremos um quadro para facilitar o processo de resolução. A massa de carbonato de sódio é de 1,13 g. Contudo, para o HC, não temos massa e sim volume de solução a uma determinada concentração. Para determinar a quantidade de matéria de HC presente na solução, podemos empregar a definição concentração em quantidade de matéria. η(HC) =1 ⋅ V η(HC) = 0,5 ⋅ 0,04 η(HC) = 0,02 mol

Reação

Na2CO3(s) +

Início

1,13 g

HCl(aq)

→

NaC(aq) + H2CO3(aq)

0,02

Reage Forma

A07  Mistura de soluções que reagem entre si

Fim

Como a proporção é de 1 : 2, entre carbonato e ácido, respectivamente, temos que a quantidade de matéria de carbonato é 1,0 × 10−2mol. Cálculo da massa de Na2CO3 1 mol --------------- 106 g 1,0 × 10−2 mol --------------- x x = 1,06 g CaCO3 1,13 g --------------- 100% 1,06 g --------------- y y = 93,8% Deve devolver, pois a pureza da amostra é de apenas 93,8%. 216

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Na tabela ao lado, listamos cores de alguns compostos que contêm a prata como cátion. Verifique que pode haver cores bem intensas e escuras (sulfeto de prata) a cores brancas como o cloreto de prata. A maioria dos sais de prata, fazendo exceção aos nitratos e cloratos são insolúveis em água, ou seja, quando em solução aquosa, formam precipitado (sólido).

Exercícios de Fixação

hidróxido de magnésio. O volume de solução de HC a 0,1 mol.L-1 (aproximadamente a concentração de ácido no estômago), que corresponde à neutralização total do ácido pela base, é: Dados: Mg(OH)2 = 58 g/mol a) 300 mL b) 78 mL c) 155 mL d) 0,35 L e) 0,10 L 02. (UFPA) 200 mL de uma solução aquosa de HC 0,20 mol/L neutralizaram completamente 50 mL de uma solução aquosa de Ca(OH)2. Determine a concentração em quantidade de matéria por litro da solução básica. a) 0,10 b) 0,20 c) 0,30 d) 0,40 e) 0,50 03. (UFMG) 100 mL de uma solução aquosa de ácido clorídrico 1 mol/L foram misturados a 100 mL de uma solução aquosa de nitrato de prata 1 mol/L, formando um precipitado de cloreto de prata, de acordo com a equação. HC + AgNO3 → AgC + HNO3 Em relação a esse processo, todas as afirmativas estão corretas, exceto: a) A concentração do íon nitrato na mistura é 0,50 mol/L. b) A reação produz um mol de cloreto de prata. c) A cloreto de prata é muito pouco solúvel. d) A solução final é ácida. e) O sistema final é constituído de duas fases. 04. (Mackenzie SP) Para neutralizar totalmente 2,0 L de solução aquosa de ácido sulfúrico contidos em uma bateria, foram usa-

dos 5,0 L de solução 0,8 mol/L de hidróxido de sódio. A concentração, em mol/L, do ácido presente nessa solução é de: a) 5 mol/L. b) 4 mol/L. c) 3 mol/L. d) 2 mol/L. e) 1 mol/L. 05. (Enem MEC) O peróxido de hidrogênio é comumente utilizado como antisséptico e alvejante. Também pode ser empregado em trabalhos de restauração de quadros enegrecidos e no clareamento de dentes. Na presença de soluções ácidas de oxidantes, como o permanganato de potássio, esse óxido decompõe-se, conforme a equação a seguir: 5 H2O2 (aq) + 2 KMnO4 (aq) + 3 H2SO4 (aq) → 5 O2 (g) + 2 MnSO4 (aq) + K2SO4 (aq) + 8 H2O () ROCHA-FILHO, R. C. R.; SILVA, R. R. Introdução aos Cálculos da Química. São Paulo: McGraw-Hill, 1992.

De acordo com a estequiometria da reação descrita, a quantidade de permanganato de potássio necessária para reagir completamente com 20,0 mL de uma solução 0,1 mol/L de peróxido de hidrogênio é igual a a) 2,0 . 100 mol. b) 2,0 . 10–3 mol. c) 8,0 . 10–1 mol. d) 8,0 . 10–4 mol. e) 5,0 . 10–3 mol. 06. (UFMG) O hidróxido de sódio, NaOH, neutraliza o ácido sulfúrico, H2SO4, de acordo com a equação abaixo: 2 NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + 2 H2O. O volume, em litros, de uma solução de H2SO4, 1 mol/L que reage com 0,5 mol de NaOH é: a) 4,00 b) 2,00 c) 1,00 d) 0,50 e) 0,25

217

A07  Mistura de soluções que reagem entre si

01. (UNA MG) Um tablete de antiácido contém 0,450 g de

Química

Exercícios Complementares 01. (UEL PR) Algumas pessoas acabam culpando o cozinheiro pelos distúrbios estomacais que sentem. Para eliminar o “mal-estar” é frequente usar, como antiácido estomacal, o bicarbonato de sódio (NaHCO3). A reação que ocorre com o uso desse antiácido pode ser representada pela equação a seguir:

→ NaC(aq) + H2O(aq) + CO2(g) NaHCO3(aq) + HC(aq)  Considerando que o suco gástrico contenha 100 mL de HC 0,100 mol.L–1, para neutralizar completamente essa quantidade de ácido, a massa necessária, em gramas, de bicarbonato de sódio, será: a) 0,100. b) 0,300. c) 0,840. d) 3,00. e) 84,0 02. (Puc RJ) Considere a reação entre 10 g de carbonato de cálcio e 250 mL de solução 1,0 mol L–1 de HC: CaCO3(s) + 2 HC(aq) → CaCl2(aq) + CO2(g) + H2O() A reação produz, considerando um rendimento percentual de 90%, uma massa de CO2 que mais se aproxima a: a) 1,0 g. b) 2,5 g. c) 4,0 g. d) 6,5 g. e) 9,0 g. 03. (Puc RJ) O volume de 25,00 mL de uma amostra aquosa de ácido oxálico (H2C2O4) foi titulado com solução padrão 0,020 mol L–1 de KOH.

A07  Mistura de soluções que reagem entre si

H2C2O4(aq) + 2OH–(aq) → C2O42–(aq) + 2 H2O () A titulação alcançou o ponto de equivalência com 25,00 mL de solução titulante; assim, a concentração, em mol L–1, de ácido oxálico na amostra original é igual a a) 1,0 × 10–3. b) 2,0 × 10–3. c) 1,0 × 10–2. d) 2,0 × 10–2. e) 1,0 × 10–1. 04. (Unimep SP) O número de cm3 de solução a 2 mol L-1 de NaC necessários para reagir com exatamente 5,37 g de AgNO3 para formar AgC é aproximadamente igual a: a) 21,50 b) 31,60 c) 15,80 d) 8,50 e) 12,80

218

05. (Puc RJ) Na reação de neutralização de 40 mL de solução 1,5 mol L–1 de hidróxido de sódio com 60 mL de solução 1,0 mol L–1 de ácido clorídrico, é correto afirmar que a concentração em quantidade de matéria (mol L–1) de Na+ nos 100 mL resultantes da mistura das soluções é igual a: a) 0,2 b) 0,4 c) 0,6 d) 0,8 e) 1,2 06. (UFGD MS) Um caminhão tanque tombou e derramou 400 L de ácido sulfúrico de concentração 6 mol/L para dentro de uma lagoa. Para amenizar os danos ecológicos decidiu-se adicionar bicarbonato de sódio à água da lagoa. Calcule, em kg, a massa mínima de bicarbonato de sódio necessária para reagir com todo o ácido derramado. a) 302,2 b) 352,2 c) 378,6 d) 403,2 e) 505,2 07. (UnB DF) Uma remessa de soda cáustica está sob suspeita de estar adulterada. Dispondo de uma amostra de 0,5 g foi preparada uma solução aquosa de 50 mL. Essa solução foi titulada, sendo consumidos 20 mL de uma solução 0,25 mol/L de ácido sulfúrico. Determine a porcentagem de impureza existente na soda cáustica, admitindo que não ocorra reação entre o ácido e as impurezas. Dados: NaOH = 40.mol-1 a) 5% b) 10% c) 15% d) 20% e) 25% 08. (Mackenzie SP) Foram misturados 100 mL de solução aquosa de cloreto de sódio 0,1 mol.L–1 com 200 mL de solução aquosa de nitrato de prata 0,2 mol.L–1. Considerando que as condições sejam favoráveis à ocorrência da reação, é incorreto afirmar que a) o cloreto formado é insolúvel em meio aquoso. b) o cloreto de sódio será totalmente consumido. c) haverá excesso de 0,03 mol de nitrato de prata. d) ocorrerá a precipitação de 0,01 mol de cloreto de prata. e) a concentração do nitrato de prata na solução final é de 0,03 mol.L–1.

FRENTE

QUÍMICA

MÓDULO A08

TITULAÇÃO Diariamente, vemos, pelas mídias televisivas, anúncios de marcas e produtos cheios de cores, preços baixos, tamanhos e formatos encantadores. Quando nos deparamos com esses produtos, eles, muitas vezes, apresentam rótulos confusos, às vezes, ilegíveis e não destacam as especificações corretas propostas pelas agências reguladoras – como durabilidade, selo de aprovação por órgãos competentes, quantidade relativa do princípio ativo, entre outros.

ASSUNTOS ABORDADOS n Titulação n Áreas da química analítica n Procedimentos da titulação

Quando se trata de substâncias comercializadas em meio líquido, como os alvejantes, detergentes, desinfetantes, vinagres, leite, sucos, torna-se praticamente impossível dizer se o produto é de boa qualidade ou não. Até porque não podemos abrir a embalagem e testar a maioria desses produtos antes de adquiri-los. O consumidor vê-se diante de uma situação de risco. Mesmo que queira, não pode estabelecer uma escolha crítica do produto que pretende comprar. Nesse contexto, o conhecimento da química analítica é muito valoroso para todos nós. Usada de maneira correta para o bem da sociedade, ela revela aspectos que o senso comum não pode ver. O conhecimento da química analítica torna-se uma ferramenta contra possíveis fraudes nos produtos. Por meio dela, podemos nos posicionar de maneira mais segura e crítica, exercendo o verdadeiro papel de cidadão consciente diante do mercado globalizado em que vivemos. O papel do químico analítico, como cidadão, é o de fornecer elementos de análise e dosagem de substâncias, questionando a veracidade das informações contidas nos rótulos. Sua atividade não fica restrita ao mundo dos laboratórios e pesquisas. É responsabilidade do químico analítico a análise de materiais e substâncias presentes em nosso dia a dia, como os princípios ativos dos medicamentos, o grau de contaminação dos alimentos por agrotóxicos, inseticidas, entre outras substâncias.

219

Química

#Conceito Concepções históricas do termo titulação “Para tentar entender a origem do termo titulação, é preciso retornar a relatos iniciais que foram originalmente publicados em francês. O termo ‘titre’ parece ter sido usado pela primeira vez em 1802, [...] e estava relacionado ao grau de pureza ou qualidade de amostras de potassas (nome comum de diversos compostos que contêm potássio). Atualmente, ‘titre’, em francês, significa a relação entre a massa/ volume de uma substância e a massa/volume do solvente ou da solução, indicando uma unidade de concentração que, em português, corresponde ao título. As primeiras citações de ‘titre’ foram traduzidas para outros idiomas como similar a ‘title’ (título) e dessa forma, propagou-se no século XIX. O primeiro registro de uso do termo ‘titration’ ocorreu em 1832, num trabalho de Gay-Lussac sobre um método para a determinação de prata a partir de uma reação com NaC padrão em solução.

A08  Titulação

Associações de ‘title’ com ‘título’, a tradução para o português (que também indica uma unidade de concentração), podem ter originado o significado químico da palavra titulação. Vale destacar que, atualmente, em francês, ‘titrage’ é a palavra que designa titulação, com o sentido dos procedimentos de análise química.”

Áreas da química analítica Dividimos a química analítica em duas áreas: a análise qualitativa e a análise quantitativa. A análise qualitativa procura identificar alguma substância em um produto que esteja submetido à investigação, já a análise quantitativa procura dizer quanto dessa substância o produto apresenta. Para ilustrar a atuação da química analítica como ciência aplicável ao cotidiano, vejamos, por exemplo, o caso das soluções de ácido muriático comercializadas em casas de ferragens. Encontramos uma variedade muito grande de marcas, qualidade e de preços. Contudo, no rótulo das embalagens a concentração do princípio ativo não aparece de maneira clara e explicativa ao consumidor. Na maioria das vezes encontramos frases de efeito comercial, como “produto 100% puro”, quando na verdade o maior grau de pureza possível para o ácido muriático em laboratório é de 37% (massa/massa). Aplicando os conhecimentos da química analítica, temos como determinar quanto de princípio ativo (HC(aq)) existe no frasco, por meio da titulação. Sabemos que a solução comercializada apresenta comportamento ácido (aspecto qualitativo), portanto, só nos falta determinar o aspecto quantitativo – dosar a quantidade de ácido que existe na solução e confrontar com os valores anunciados e comercializados. Titulação ácido-base: trata-se de um procedimento de determinação da concentração do soluto de uma solução (solução problema), utilizando outra solução de concentração conhecida, denominada solução padrão ou solução titulada.

Procedimentos da titulação A titulação volumétrica tem sido usada para realizar análises quantitativas há mais de dois séculos, sendo, por isso, tradicionalmente considerada como um método primário de análise muito utilizada para validar outros métodos secundários. Por não necessitar de calibração, a volumetria também é considerada como um método absoluto. Em termos de procedimentos, podemos dizer que a titulação pode ser realizada a partir de uma sequência de etapas, ou seja, inicialmente, colocamos na bureta a solução titulada até o traço de aferição. No erlenmeyer, colocamos um volume conhecido (V2) da solução problema e algumas gotas de um indicador de meio. Em seguida, deixamos a solução da bureta gotejar lentamente no interior do erlenmeyer, que deve ser mantido sob agitação contínua, até o ponto de viragem ser atingido. Nesse momento, haverá mudança de cor do meio, indicando o final do processo titulométrico. Fechamos a torneira e aferimos o volume gasto de solução padrão. Observe a ilustração a seguir.

TERRA, Juliana; ROSSI, Adriana Vitorino. Sobre o desenvolvimento da análise volumétrica e algumas aplicações atuais. Extraído do site: <www.scielo. br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-40422005000100029>. Acesso em: 18 maio 2016. Figura 01 - Representação do processo de titulação.

220

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Determinação do ponto de equivalência ou ponto de viragem Geralmente, o mais difícil em uma titulação é identificar o ponto de viragem ou de equivalência, momento em que a solução problema tem o seu princípio ativo completamente consumido. Para isso, utilizamos espécies químicas indicadoras do ponto de viragem. Os indicadores visuais são os mais empregados. Um indicador visual é uma espécie química que exibe alteração de cor visível nas proximidades do ponto de equivalência de uma titulação. Contudo, existem outros métodos para identificar o ponto de viragem. Qualquer propriedade do sistema que exiba uma modificação brusca nas proximidades do ponto de equivalência pode servir para identificar o ponto final da titulação. No entanto, os indicadores visuais são os mais usados. Veja alguns indicadores visuais na tabela abaixo. Principais indicadores de meio Indicador

Meio ácido

Meio básico

Fenolftaleína

Incolor

Róseo

Tornassol

Vermelho

Azul

Alaranjado de metila

Vermelho

Amarelo

Azul de bromotimol

Amarelo

Azul

Suponhamos que o descrito anteriormente sejam os procedimentos empregados na titulação de uma amostra de ácido muriático comercial com uma solução de hidróxido de sódio (NaOH) de concentração conhecida. No rótulo desse frasco, os dados técnicos nos informam uma concentração 15% em massa do princípio ativo. Considere como indicador utilizado a fenolftaleína. No instante em que houver a neutralização total entre as soluções, devemos observar a mudança de cor do meio: de incolor passará para róseo (fenolftaleína). Uma gota de base a mais que cair na solução do erlenmeyer produzirá mudança de cor: de incolor passará para vermelho. Esse é o ponto de viragem. Vejamos o exemplo a seguir: Foram consumidos na titulação 250 mL de NaOH de concentração 0,2 mol L−1 para neutralizar um volume de 20 mL de solução de ácido muriático. Vamos determinar a concentração desse ácido em solução. Sabendo que a densidade da solução é de 1 g/mL, determine se a solução de ácido muriático está de acordo com o esperado. Cálculo da concentração em quantidade de matéria Reação: 1 NaOH(aq) + 1 HC(aq) → 1 NaC(aq) + 1 H2O(aq) Proporção: 1 mol nbase

1 mol =

↓

1 bVb

nácido ↓

1 acVac ⇒ 0,20 mol/L × 0,25 L = 1 ac × 0,02 L ⇒ 1 ac= 2,5 mol/L

Cálculo da concentração em massa (%) m1 2,5 ⋅ 36,5 = ∴τ = ∴τ 0,09125 = ∴τ 9,125% m1 + m2 1000

A08  Titulação

= τ

Como o rótulo informa uma concentração em massa de 15%, e na titulação só encontramos 9,215%, temos que o produto não está de acordo com o divulgado. 221

Química

Exercícios de Fixação 01. (UFMS) Ao analisar 50 mL de amostra de leite integral de uma marca comercial de leite longa vida por titulometria de complexação, verificou-se a presença de 60 miligramas (mg) de cálcio. A concentração de cálcio (Ca2+) no leite em mol por litro (mol/L) será de a) 0,20. b) 1,50. c) 0,80. d) 0,03. e) 2,00. 02. (Unicid SP ) A massa de ácido oxálico, H2C2O4, que pode ser completamente neutralizada com 100 mL de solução de NaOH 0,5 mol/L é igual a a) 9,00 g. b) 4,50 g. c) 4,00 g. d) 2,25 g. e) 2,00 g. 03. (Unificado RJ) Desejando determinar a concentração de uma solução de NaOH, usou-se uma titulação com H2SO4, 0,1 mol/L. Para a neutralização de 25 mL da base, foram necessários 27,5 mL solução ácida a concentração de NaOH, em mol/L, encontrada foi: a) 0,09 b) 0,10 c) 0,11 d) 0,15 e) 0,19

A08  Titulação

04. (Enem MEC) Os exageros do final de semana podem levar o indivíduo a um quadro de azia. A azia pode ser descrita como uma sensação de queimação no estômago, provocada pelo desbalancemento do pH estomacal (excesso de ácido clorídico). Um dos antiácidos comumente empregados no combate à azia é o leite de magnésia. O leite de magnésia possui 64,8 g de hidróxido de magnésio (Mg(OH)2) por litro da solução. Qual a quantidade de ácido neutralizado ao se ingerir 9 mL de leite de magnésia? Dados: Mg = 24,3; C = 35,4; O = 16; H = 1. a) 20 mol b) 0,58 mol c) 0,2 mol d) 0,02 mol e) 0,01 mol 05. (UCS RS) Dois laboratórios (A e B) de análise química foram contratados por uma empresa de alimentos para determinar o teor de ácido acético em uma amostra de vinagre. A

222

técnica utilizada consistiu na titulação da amostra com uma solução de NaOH 0,100 mol L-1 na presença do indicador fenolftaleína. O quadro abaixo mostra como foi realizada a preparação do titulado pelos dois laboratórios.

Laboratório A

Laboratório B

Volume de vinagre (mL)

Volume de água (mL)

Gotas de fenolftaleína

Com base nessas informações, pode-se afirmar que o resultado obtido pelo laboratório B será a) três vezes menor que o resultado obtido pelo laboratório A. b) três vezes maior que o resultado obtido pelo laboratório A. c) duas vezes maior que o resultado obtido pelo laboratório A. d) quatro vezes menor que o resultado obtido pelo laboratório A. e) similar ao resultado obtido pelo laboratório A. 06. (Ibmec RJ) A acidez do vinagre pode ser determinada por meio de um processo conhecido como titulação, em que uma quantidade conhecida da amostra é colocada para reagir com uma base de concentração conhecida. A partir do volume gasto dessa base, para neutralizar completamente a amostra de vinagre, é possível calcular a concentração do ácido e, consequentemente, a acidez. A equação que representa uma possível reação é a mostrada a seguir: CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O Se o volume da amostra foi de 10,00 mL e o volume gasto da base de concentração 0,05 mol/L foi de 20,00 mL, qual a concentração do ácido acético no vinagre? a) 0,01 mol/L b) 0,05 mol/L c) 0,1 mol/L d) 0,5 mol/L e) 1,0 mol/L 07. (Udesc SC) A molaridade da solução de NaOH, da qual 50 mL requerem 21,2 mL de solução de H2SO4 1,18 mol/L para total neutralização, é: a) 0,10 mol/L b) 0,05 mol/L c) 0,010 mol/L d) 1,0 mol/L e) 0,5 mol/L

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Exercícios Complementares 01. (Fund. Oswaldo Cruz SP) Um químico, ao titular volumes iguais de sucos, obtidos com 4 amostras de laranjas, anotou os seguintes dados:

Amostra da Laranja

Volume de NaOH 0,05 Mol/L gasto

12,0 mL

15,4 mL

III

9,3 mL

7,8 mL

A quantidade, em gramas, de NaOH consumida na neutralização do suco de menor acidez foi: a) 1,56 x 10-2 g

titulação, 5,0 mL de uma solução de nitrato de prata, AgNO3 0,050 mol L-1. A concentração do íon cloreto na amostra é aproximadamente a) 0,18 g de cloreto por litro de água analisada e o resultado encontra-se na faixa de aceitação. b) 0,25 g de cloreto por litro de água analisada e o resultado encontra-se na faixa de aceitação. c) 0,71 g de cloreto por litro de água analisada e o resultado encontra-se fora da faixa de aceitação. d) 3,36 g de cloreto por litro de água analisada e o resultado encontra-se na faixa de aceitação. e) 7,20 g de cloreto por litro de água analisada e o resultado encontra-se fora da faixa de aceitação. 05. (UEFS BA) A adição de 100,0 mL de uma solução aquosa de

b) 2,4 x 10-2 g

hidróxido de sódio, NaOH(aq), concentração 2,0 mol L–1, a

c) 3,08 x 10 g

300,0 mL de uma amostra contendo 9,8 g de ácido sulfúrico,

d) 0,0186 g

H2SO4(aq), leva à obtenção de um sal e de água.

e) 0,156 g

Considerando-se essa informação e as propriedades das

-2

02. (Uniube MG) Um estudante, ao fazer uma titulação de 25 mL de uma solução de hidróxido de sódio (NaOH), gastou 30 mL de uma solução de ácido sulfúrico (H2SO4) 0,2 mol L-1. A concentração da solução de hidróxido de sódio em mol . L é: -1

a) 0,12 b) 0,24 c) 0,33 d) 0,48 e) 0,96 03. (FEI SP) Por meio de uma titulação determine o volume de solução aquosa de ácido clorídrico (HC) a 3,65 g/L que seria necessário para reagir com 50,0 mL de solução de hidróxido de sódio (NaOH) a 0,1 mol L-1. a) 0,02 L b) 0,05 L c) 0,0137 L

substâncias químicas, em solução aquosa, é correto afirmar que: a) A reação é de neutralização total com formação de 14,2 g de sulfato de sódio. b) A concentração da amostra de ácido sulfúrico é de, aproximadamente, 30,0 gL–1. c) A quantidade de matéria de cátions sódio presentes na solução resultante é de 0,1 mol. d) O valor da concentração molar de ânions sulfato, SO42− na solução final é de 0,2 molL–1. e) O sólido obtido na reação química, após a vaporização da água, tem fórmula química NaHSO4(s). 06. (Puc RJ) Neutraliza-se 50 mL de solução aquosa de hidróxido de sódio 0,10 mol L–1 com 50 mL de solução aquosa de ácido clorídrico 0,10 mol L–1. Nessa reação, há formação de água. As espécies Na+ e C– os são íons espectadores. NaOH(aq + HC(aq) → H2O() + NaC(aq)

d) 0,075 L

Admitindo como desprezível a expansão de volume como

e) 50,0 L

resultado dessa reação, a concentração de C, em quantida-

dade da água é a concentração do íon cloreto, que em excesso provoca um sabor salgado à água. Segundo a Portaria 2914/2011 do Ministério da Saúde, a concentração aceitável é da ordem de 250 mg/L. Para quantificar a presença do íon cloreto em 50,0 mL de água, foram gastos, em uma

de de matéria (mol L–1), na solução resultante é aproximadamente igual a: a) 0,05 b) 0,10

A08  Titulação

04. (Unifor CE) Um dos indicadores utilizados para a potabili-

c) 0,14 d) 0,18 e) 0,20

223

FRENTE

QUÍMICA

Exercícios de Aprofundamento 01. (FM Petrópolis RJ) Um estagiário de um laboratório de análises clínicas deve preparar uma solução de cloreto de sódio a 0,9%, o soro fisiológico. Como não deseja pesar o pó, decide usar uma solução estoque de NaC 5 mol/L. Ele obtém 10 mL dessa solução, conforme a figura a seguir. 10 mL

NaC 5 mol/L

H2 O

NaC 0,9%

Considerando-se o peso molecular do NaC como 54 g/mol, para facilitar o cálculo, e tendo-se obtido os 10 mL de solução 5 mol/L de NaC, qual volume, em mL, ele poderá preparar da solução final de 0,9%? a) 300 b) 150 c) 100 d) 60 e) 30 02. (UFG GO) Uma alíquota de 15,0 mL de uma solução 0,80 g/L (solução 1) de uma substância foi transferida para um balão volumétrico de 100,0 mL (solução 2). Após completar o volume total do balão com água destilada, transferiu-se uma alíquota de 5,0 mL para outro balão volumétrico de 100,0 mL (solução 3). Ao completar-se o balão com água destilada, obteve-se uma solução com concentração diferente das demais. Com base nas diluições sequenciais, os valores das concentrações das soluções 2 e 3 são, respectivamente, a) 0,08 g/L e 0,0080 g/L. b) 0,12 g/L e 0,0120 g/L. c) 0,12 g/L e 0,0060 g/L. d) 0,12 g/L e 0,0012 g/L. e) 0,60 g/L e 0,0060 g/L. 03. (Fuvest SP) Água e etanol misturam-se completamente, em quaisquer proporções. Observa-se que o volume final da mistura é menor do que a soma dos volumes de etanol e de água empregados para prepará-la. O gráfico a seguir mostra como a densidade varia em função da porcentagem de etanol (em volume) empregado para preparar a mistura (densidades medidas a 20 °C). 224

Se 50 mL de etanol forem misturados a 50 mL de água, a 20 °C, o volume da mistura resultante, a essa mesma temperatura, será de, aproximadamente, a) 76 mL. b) 79 mL. c) 86 mL. d) 89 mL. e) 96 mL. 04. (UFRGS RS) Misturam-se duas soluções aquosas conforme o esquema a seguir: Solução A 4g de Ca(OH)2

solução B 6,3g HNO3

→

solução final

Após a reação observa-se que a solução final é: a) Neutra, pois não há reagente em excesso. b) Ácida, devido a um excesso de 0,6g de HNO3. c) Ácida, devido a um excesso de 0,3g de HNO3. d) Neutra, devido à formação de Ca(NO3)2. e) Básica, devido a um excesso de 0,3g de Ca(OH)2. 05. (UFBA) 100 mL de uma solução 1 mol/L de A2(SO4)3 são adicionados a 900 mL de uma solução 1/3 mol/L de Pb(NO3)2. Determine, em gramas, o valor aproximado da massa do PbSO4 formado. Considera-se desprezível a perda de massa do PbSO4 por solubilidade. a) 71 b) 81 c) 91 d) 101 e) 111

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

I2(s) + 2 Na2S2O3 (aq) → 2 NaI (aq) + Na2S4O6(aq) O valor aproximado do volume mínimo, em mL, de uma solução 1,0 mol/L de Na2S2O3, necessário para reagir completamente com 2,54 g de I2, será: a) 40 b) 10 c) 20 d) 0,01 e) 0,04 07. (UFG GO) O preparo de soluções pode apresentar erros experimentais e, consequentemente, afetar o valor da concentração da solução resultante. Para contornar esse problema, utilizam-se padrões primários para encontrar a concentração exata das soluções preparadas. O ácido oxálico (H2C2O4), por exemplo, é um composto utilizado para corrigir a concentração de soluções alcalinas por meio da técnica de titulometria. Uma alíquota de 5,0 mL de uma solução de H2C2O4 0,100 mol/L foi titulada com uma solução de NaOH 0,100 mol/L, utilizando-se a fenolftaleína como indicador. De acordo com a equação química (não balanceada) apresentada a seguir H2C2O4 (aq) + NaOH (aq) → Na2C2O4 (aq) + H2O (aq) o volume esperado para observação do ponto de viragem é: a) 10,0 mL b) 20,0 mL c) 30,0 mL d) 40,0 mL e) 50,0 mL 08. (Unifor CE) A neutralização de ácidos pode ocorrer pela adição de soluções aquosas de hidrogenocarbonatos, como representado a seguir: H+ (aq) + HCO−3 (aq)  H2CO3 (aq) H2CO3 (aq)  CO2 (g) + H2O (l) Em um acidente de bancada onde foram derramados 10,0 mL de solução de H2SO4 1,0 mol/L, deve-se adicionar para neutralização total do ácido, um volume de solução de NaHCO3 0,5 mol/L de, aproximadamente, a) 0,01 L. b) 0,02 L. c) 0,03 L. d) 0,04 L. e) 0,05 L.

09. (ITA SP) Num recipiente, mantido a 25 °C, misturam-se 50 mL de uma solução 5,0 milimol/L de HC, 50 mL de água destilada e 50 mL de uma solução 5,0 milimol/L de NaOH. A concentração de íons H+, em mol/L, na solução resultante é: a) 1,3 ⋅ 10−11 b) 1,0 ⋅ 10−7 c) 0,8 ⋅ 10−3 d) 1,0 ⋅ 10−3 e) 3,3 ⋅ 10−3 10. (Enem MEC) Produtos de limpeza, indevidamente guardados ou manipulados, estão entre as principais causas de acidentes domésticos. Leia o relato de uma pessoa que perdeu o olfato por ter misturado água sanitária, amoníaco e sabão em pó para limpar um banheiro: A mistura ferveu e começou a sair uma fumaça asfixiante. Não conseguia respirar e meus olhos, nariz e garganta começaram a arder de maneira insuportável. Saí correndo à procura de uma janela aberta para poder voltar a respirar. Entre os procedimentos recomendados para reduzir acidentes com produtos de limpeza, aquele que deixou de ser cumprido, na situação discutida, foi: a) Não armazene produtos em embalagens de natureza e finalidade diferentes das originais. b) Leia atentamente os rótulos e evite fazer misturas cujos resultados sejam desconhecidos. c) Não armazene produtos de limpeza e substâncias químicas em locais próximos a alimentos. d) Verifique, nos rótulos das embalagens originais, todas as instruções para os primeiros socorros. e) Mantenha os produtos de limpeza em locais absolutamente seguros, fora do alcance de crianças. 11. (Vunesp SP) Quando se adiciona uma solução de cloreto de cálcio a uma solução de carbonato de sódio forma-se uma solução de carbonato de cálcio insolúvel (utilizado como giz), de acordo com a equação: CaC2(aq) + Na2CO3(aq) → CaCO3(s) + 2 NaC(aq) Para reagir completamente com 50mL de solução 0,150 mol/L de Na2CO3, é necessário um volume de solução 0,250 mol/L de CaC2, expresso em mL, igual a: a) 15,0 b) 25,0 c) 30,0 d) 50,0 e) 75,5 225

FRENTE A  Exercícios de Aprofundamento

06. (UFCE) Os alvejantes são comumente constituídos de agentes oxidantes, que retiram elétrons dos materiais coloridos, transformando-os em outras substâncias incolores, normalmente solúveis em água. Por exemplo, na limpeza de uma peça de roupa branca manchada de iodo (cor púrpura), pode-se aplicar uma solução aquosa de tiossulfato de sódio (Na2S2O3), que originará produtos incolores e solúveis em água, conforme indicado abaixo.

FRENTE

wikimedia commons/Roger McLassus 1951

QUÍMICA Por falar nisso Você já parou para pensar por que devemos colocar frutas e verduras em geladeiras? Elas durariam mais ou menos se as deixássemos expostas às condições ambientes? Por que alguns alimentos comercializados nos supermercados apresentam durabilidade de seis meses ou mais, enquanto outros têm que ser consumidos em algumas horas? Ou melhor, por que os alimentos se deterioram? Por meio do estudo da cinética química que podemos elaborar respostas técnicas para esses e outros questionamentos. Mas a importância dessa área não fica restrita apenas ao estudo da conservação dos alimentos. Ela constitui-se de um campo extremamente vasto, englobando desde a descrição experimental da variação da concentração de reagentes e produtos com o tempo até a otimização dos processos de síntese nos laboratórios de pesquisa para que sejam mais bem aproveitados em escala industrial. Nas próximas aulas, estudaremos os seguintes temas

B05 B06 B07 B08

Cinética química............................................................................ 228 Fatores cinéticos ........................................................................... 235 Expressão de velocidade .............................................................. 245 Relação entre temperatura e energia cinética ............................. 251

FRENTE

QUÍMICA

MÓDULO B05

ASSUNTOS ABORDADOS n Cinética química n Rapidez das reações químicas n Quantidade de substância em função do tempo n Velocidade média

CINÉTICA QUÍMICA Até o momento, estudamos diversos assuntos relacionados à Química, mas sempre desprezando a variável tempo. Na termoquímica, estudamos a termodinâmica e nos tornamos aptos a dizer se uma reação química ocorre de maneira espontânea ou não. Contudo, nenhum dos princípios da termodinâmica faz referência ao tempo de duração dos processos. A transformação do carbono diamante em carbono grafita, por exemplo, ocorre de maneira espontânea, uma vez que a forma alotrópica grafita é mais estável que a forma diamante. Entretanto, a velocidade dessa reação é tão pequena que não podemos constatar a sua ocorrência no cotidiano. Já alimentos como as saladas têm durabilidade tão pequena que rapidamente podemos avaliar a variável tempo. A cinética química trata fundamentalmente do estudo das velocidades das transformações químicas e por isso o tempo ocupa papel central. É também função da cinética química estudar os fatores que alteram o tempo de ocorrência de uma reação com base em dados experimentais, visando estabelecer possíveis mecanismos reacionais.

Rapidez das reações químicas As reações químicas ocorrem o tempo todo no nosso dia a dia, seja em nosso próprio corpo, como a digestão e a respiração, ou em outros eventos que ocorrem ao nosso redor, caso da formação de ferrugem e da queima de combustíveis. Reações rápidas

Figura 01 - Os airbags são inflados em apenas 4 centésimos de segundo, após a colisão do automóvel, protegendo, assim, o motorista e o passageiro de lesões mais graves.

228

A reação química que permite o preenchimento de ar do airbag é obtida por meio do acionamento de um dispositivo elétrico que produz uma faísca necessária para que a reação ocorra. Observe que um dos produtos da reação, o nitrogênio, está no estado gasoso. Pois é exatamente o nitrogênio que preenche a bolsa de plástico de ar, formando o anteparo protetor. faísca 6 NaN3() + Fe2O3(s)  → 3 NaO(s) + 2 Fe(s) + 9 N2(g)

Fonte: shutterstock.com / corbac40

Reações como a combustão da gasolina ou a explosão de uma banana de dinamite são extremamente rápidas. Da mesma forma, o acionamento dos airbags também é muito rápido. Os airbags são bolsas com função protetora de motoristas e passageiros. Em um acidente, essas bolsas são acionadas por dispositivos eletrônicos. Em frações muito pequenas de tempo (centésimos de segundos), as bolsas são preenchidas de ar protegendo os ocupantes do automóvel tornando menos vulneráveis a impactos e a fraturas e lesões graves no tórax e cabeça.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Chamamos “lixo” a uma grande diversidade de resíduos sólidos de diferentes procedências, dentre eles o resíduo sólido urbano gerado em nossas residências. A taxa de geração de resíduos sólidos urbanos está relacionada aos hábitos de consumo de cada cultura, em que se nota uma correlação estreita entre a produção de lixo e o poder econômico de uma dada população. Material

Tempo em anos para total decomposição

Papel

0,25

Palito de fósforo

0,5

Ponta de cigarro

1a2

Chiclete

Lata

Sacos plásticos

30 a 40

Garrafa PET

> 100

Latinha de alumínio

200

Tecido

100 a 400

Vidro

> 4 000

O lixo faz parte da história do homem, já que a sua produção é inevitável. Na Idade Média, acumulava-se pelas ruas e pelas imediações das cidades, provocando sérias epidemias e causando a morte de milhões de pessoas. A partir da Revolução Industrial, iniciou-se o processo de urbanização, o que provocou o êxodo do homem do campo para as cidades. Observou-se assim um vertiginoso crescimento populacional, favorecido também pelo avanço da medicina e consequente aumento da expectativa de vida. A partir de então, os impactos ambientais passaram a ter um grau de magnitude alto, devido aos mais diversos tipos de poluição, dentre eles a poluição gerada pelo lixo. O fato é que o lixo passou a ser encarado como um problema, o qual deveria ser combatido e escondido da população. A solução para o lixo naquele momento não foi encarada como algo complexo, pois bastava simplesmente afastá-lo,

Quantidade de substância em função do tempo Quando analisamos uma reação química em busca de determinar alguma regularidade em termos de quantidade de matéria envolvida, podemos notar dois pontos básicos: com o passar do tempo, a quantidade de matéria dos reagentes diminui, e a quantidade de matéria dos produtos aumenta. É importante lembrar que, para os produtos, no início da reação, a quantidade de matéria é igual a zero.

Produtos

Reagentes Tempo Gráfico 01 - No gráfico, podemos observar que com o passar do tempo a concentração dos reagentes diminui e a concentração dos produtos aumenta.

Para exemplificar esse processo, consideraremos a reação do nitrogênio (N2) com hidrogênio (H2) para formar a amônia (NH3), ambos no estado gasoso. 1 N2(g) + 3 H2(g)  → 2 NH3(g) Os numerais destacados em cor vermelha traduzem a proporção estequiométrica entre reagentes e produtos. Isso significa dizer que para cada 1 mol de nitrogênio utilizado na reação é necessário que se tenham 3 mol de hidrogênio gasoso. Obedecendo a essa proporção, serão formados 2 mol de amônia gasosa. Para exemplificar a variação da quantidade de matéria em função do tempo, utilizaremos no início do processo 10 mol de N2 para 15 mol de H2. Admitiremos também que a reação se processa consumindo reagentes e formando produto de acordo com a tabela a seguir. 229

B05  Cinética química

As reações lentas são aquelas em que o reagente e o substrato combinam-se lentamente e ocorrem em longos períodos de tempo. A decomposição de materiais plásticos, por exemplo, é bastante lenta. Por isso, os materiais plásticos geralmente são vistos como grandes causadores de impactos ambientais, quando descartados de forma inadequada no meio ambiente ou abandonados em lixões.

descartando-o em áreas mais distantes dos centros urbanos, denominados “lixões”. Nos dias atuais, com a maioria das pessoas vivendo nas cidades e com o avanço mundial da indústria provocando mudanças nos hábitos de consumo da população, vem-se gerando um lixo diferente em quantidade e diversidade. Até mesmo nas zonas rurais, encontram-se frascos e sacos plásticos acumulando-se devido a formas inadequadas de eliminação.

Concentração

Reações lentas

Química

Tempo (s)

1 N2(g)

3 H2(g)

t0 = 0

10 mol

15 mol

zero

t1 = 2

8 mol

9 mol

4 mol

t2 = 4

7 mol

6 mol

t3 = 8

6 mol

3 mol

8 mol

→

2 NH3(g)

A representação gráfica pode ser feita da seguinte maneira:

Analisando o gráfico, podemos observar que, das três curvas representadas, duas delas decrescem com o tempo, e uma das curvas tem variação crescente com o tempo. Respectivamente, essas curvas representam reagentes (decrescem) e produtos (aumentam). Outra maneira de expressar a variação de concentração das substâncias com o tempo é por meio da determinação da velocidade média de consumo ou formação. Para as substâncias consumidas, a velocidade tem valor negativo; para as substâncias formadas, a velocidade tem valor positivo.

Velocidade média A velocidade média pode ser determinada pela variação da concentração de um dos participantes em função do tempo. E a razão entre a quantidade de matéria consumida ou produzida da substância (Δquantidade) e o intervalo de tempo (Δt) em que a reação ocorreu. Vm =

Δquantidade Δt

Para os reagentes da reação, trabalharemos com o módulo da variação da quantidade de matéria, senão a velocidade terá valor negativo. B05  Cinética química

Vm =

Δquantidade Δt

Dessa forma, para a reação de formação da amônia, podemos determinar a velocidade de consumo do nitrogênio (N2) e do hidrogênio (H2), além da velocidade média de formação da amônia (NH3). Fazendo os cálculos entre os instantes (t0 = 0) e (t1 = 2s), temos: 230

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Δquantidade 8 − 10 −2 Vm(N2 ) = ∴ Vm(N2 ) = ∴ Vm(N2 ) = ∴ Vm(N2 ) =1 mol.s−1 2−0 2 Δt Δquantidade 9 − 15 −6 Vm(H2 ) = ∴ Vm(H2 ) = ∴ Vm(H2 ) = ∴ Vm(H2 ) =3 mol.s−1 2−0 2 Δt

Δquantidade 4−0 4 Vm(NH3 ) = 2 mol.s−1 ∴ Vm(NH3 ) = ∴ Vm(NH3 ) = ∴ Vm(NH3 ) = 2−0 2 Δt

Uma vez que temos a velocidade de consumo das substâncias em quantidade de matéria por unidade de tempo, podemos determinar a velocidade em quantidade de matéria por litro (ou seja, concentração) por unidade de tempo. Para isso, basta pegar a velocidade em quantidade de matéria por unidade de tempo e dividir por unidade de volume. Por exemplo, para a reação de formação da amônia, expressamos a quantidade de matéria de cada um dos participantes, contudo, para que essa quantidade de matéria seja expressa em concentração devemos considerar o volume do sistema em que o processo ocorreu. Para isso, vamos considerar que o sistema em questão tenha volume de 5 L. A concentração é determinada pela relação entre quantidade de matéria e volume da solução. Portanto, devemos utilizar os dados da tabela anterior dividindo todos os valores por 5 L. Tempo (s)

1 N2(g)

3 H2(g)

t0 = 0

2 mol.L-1

3 mol.L-1

zero

t1 = 2

1,6 mol.L-1

1,8 mol.L-1

0,8 mol.L-1

t2 = 4

1,4 mol.L-1

1,2 mol.L-1

t3 = 8

1,2 mol.L-1

0,6 mol.L-1

1,6 mol.L-1

→

2 NH3(g)

Dessa forma, para a reação de formação da amônia, podemos determinar a velocidade, em mol.L−1.s−1 de consumo do nitrogênio (N2) e do hidrogênio (H2), além da velocidade média de formação da amônia (NH3). Fazendo os cálculos entre os instantes (t0 = 0) e (t1 = 2), temos: Δ[ ] 1,6 − 2 0,4 Vm(N2 ) = ∴ Vm(N2 ) = ∴ Vm(N2 ) = − ∴ Vm(N2 ) = −0,2 mol.L−1 .s−1 Δt 2−0 2 Δ[ ] 1,8 − 3 1,2 Vm(H2 ) = ∴ Vm(H2 ) = ∴ Vm(H2 ) = − ∴ Vm(H2 ) = −0,6 mol.L−1 .s−1 Δt 2−0 2

B05  Cinética química

Δ[ ] 0,8 − 0 0,8 Vm(NH3 ) = ∴ Vm(NH3 ) = ∴ Vm(NH3 ) = ∴ Vm(NH3 ) = 0,4 mol.L−1 .s−1 Δt 2−0 2 O fato de alguns valores de velocidade terem sinal algébrico negativo nos diz que a substância é reagente da reação, portanto, está sendo consumida no processo. Portanto, sinal negativo na velocidade das substâncias nitrogênio e hidrogênio nos diz que elas são reagentes. Já na determinação da velocidade de formação do amônia, obtivemos valor com sinal algébrico positivo, portanto, a amônia é produto da reação. 231

Química

Outro fato importante a se destacar é que, independentemente da velocidade ser determinada em termos de quantidade de matéria por unidade de tempo ou em concentração por unidade de tempo, os resultados numéricos obtidos são proporcionais aos coeficientes estequiométricos da reação. Por exemplo, na determinação em quantidade de matéria por unidade tempo, tivemos os seguintes resultados: −1

Vm(N2 ) = −1 mol.s−1 ; Vm(H2 ) = −3 mol.s ; Vm(NH3 ) = 2 mol.s−1 Tratando esses valores em módulo.

Vm(N2 ) = 1 mol.s−1 ; Vm(H2 ) = 3 mol.s−1 ; Vm(NH ) = 2 mol.s−1 3 Da mesma forma, podemos utilizar a variação da velocidade da reação em termos de concentração por unidade de tempo para determinar uma proporção estequiométrica.

Vm(N2 ) = −0,2 mol.L−1 .s−1 Vm(H2 ) = −0,6 mol.L−1 .s−1 Vm(NH3 ) = 0,4 mol.L−1 .s−1

Tratando esses valores em módulo, podemos determinar os coeficientes estequiométricos da reação.

Vm(N2 ) = 0,2 mol.L−1 .s−1 ; Vm(H2 ) = 0,6 mol.L−1 .s−1 ; Vm(NH3 ) = 0,4 mol.L−1 .s−1

Dessa forma, podemos estabelecer a seguinte proporção estequiométrica:

Vm(N2 )

Vm(H2 )

Vm(NH3 )

−1 −1 0,2 mol.L .s ; 0,6 mol.L .s ; 0,4 mol.L .s

−1 −1

Considerando apenas os valores numéricos, temos: 1 N2 : 3 H2 : 2 NH3.

Exercícios de Fixação 01. (IFGO) A tabela abaixo apresenta a variação da concentração do reagente hipotético A, que participa de uma reação química, em função do tempo de reação. Concentração de [A] (mol.L-1)

40,0

30,0

20,0

10,0

Tempo (h)

5,0

10,0

15,0

A velocidade média expressa em termos do consumo do reagente A após 15,0 h de reação é igual a a) 6,0 mol.L–1h–1 b) 10/15 mol.L–1h–1 c) 10/3 mol.L–1h–1 d) 4,0 mol.L–1h–1 e) 2,0 mol.L–1h–1 02. (UFRR) Considere a reação de combustão completa do metano (não balanceada):

B05  Cinética química

CH4(g) + O2(g) → CO2(g) + H2O() Se admitirmos que a velocidade média constante de consumo de metano é de 0,25 mol/min, a massa de gás carbônico, em gramas, produzida em 1 hora será de: a) 111 d) 132 b) 1 320 e) 660 c) 540 03. (Acafe SC) Considere a reação de decomposição do pentóxido de dinitrogênio: 2 N2O5(g) → 4 NO2(g) + O2(g)

Considerando que a velocidade de desaparecimento do pentóxido de dinitrogênio seja de 6×10–3 mol.L–.s–, assinale a alternativa que apresenta o valor correto para a velocidade de aparecimento NO2 expressa em mol.L–.s–. a) 18 × 10–3 c) 6 × 10–3 –3 b) 24 × 10 d) 12 × 10–3 1 1 H2 (g) + I2 (g) → HI(g) . 2 2 Se, numa temperatura definida, a velocidade de consumo de hidrogênio é 2,50 x 10–3 mol s–1, a velocidade de formação do iodeto de hidrogênio em mmol s–1 é: a) 1,25 c) 5,00 b) 2,50 d) 10,00

04. (Puc MG) Considere a reação

05. (Unesp SP) Em um laboratório, nas condições ambientes, uma determinada massa de carbonato de cálcio (CaCO3) foi colocada para reagir com excesso de ácido nítrico diluído. Os valores do volume de gás liberado pela reação com o transcorrer do tempo estão apresentados na tabela. Tempo (min)

Volume de gás (cm3)

150

240

300

Escreva a equação balanceada da reação e calcule a velocidade média da reação, em mol ⋅ min–1, no intervalo entre 1 minuto e 3 minutos. Volume molar do CO2 nas condições ambientes = 25,0 L ⋅ mol–1 CaCO3(s) + 2 HNO3(aq) → Ca(NO3)2(aq) + CO2(g) + H2O() vm = 0,003 mol/min

232

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Exercícios Complementares

2 C8H18() + 25 O2(g) → 16 CO2(g) + 18 H2O(g) Se a concentração de C8H18 está diminuindo até a velocidade de 0,22 mol.l–1s–1, as velocidades de formação da concentração de CO2 e H2O, respectivamente são: a) 1,22 e 1,38 mol.L–1s–1 b) 1,76 e 1,98 mol.L–1s–1 c) 1,96 e 2,12 mol.L–1s–1 d) 2,08 e 2,18 mol.L–1s–1 e) 2,17 e 2,22 mol.L–1s–1 02. (UEPA PA) Um dos grandes problemas ambientais na atualidade relaciona-se com o desaparecimento da camada de ozônio na atmosfera. É importante notar que, quando desaparece o gás ozônio, aparece imediatamente o gás oxigênio de acordo com a equação abaixo: hv

→ 3 O2 (g) 2 O3 (g)  Considerando a velocidade de aparecimento de O2 igual a 12 mol/L.s, a velocidade de desaparecimento do ozônio na atmosfera em mol/L.s é: a) 12 b) 8 c) 6 d) 4 e) 2 03. (UPE PE) Admita-se que uma planta aquática exposta ao CO2 e à luz solar fixa o dióxido de carbono pelo processo de fotossíntese, armazenando-o na forma polimérica, de acordo luz com a equação simplificada CO2(g) + H2O() (CH2O)n + O2(g). Sabe-se que 0,30 g da planta aquática absorve pela fotossíntese 1,0 . 10–2 mol de CO2 /h, retendo os átomos de carbono sob a forma (CH2O)n. Considere que a velocidade da reação de fotossíntese é constante. Em quanto tempo a planta aquática terá sua massa triplicada? a) 3h b) 2h c) 1h d) 5h e) 4h 04. (Unicastelo SP) Considere a reação: 2 NO2(g) → 2 NO(g) + O2(g) Considere que essa reação foi realizada em condições tais que a velocidade de decomposição do dióxido de nitrogênio foi determinada como sendo 3,2×10–3 mol/s. Nesse caso, é

correto afirmar que a velocidade de formação do oxigênio gasoso, em mol/s, é igual a a) 1,6 × 10–3. b) 4,8 × 10–3. c) 3,2 × 10–3. d) 6,4 × 10–3. e) 10,2 × 10–3. 05. (UEPA PA) Preparar o sagrado cafezinho de todos os dias, assar o pão de queijo e reunir a família para almoçar no domingo, são tarefas simples do cotidiano que tendem a ficar mais caras a cada semana. Em virtude disso, o preço do gás de cozinha é reajustado constantemente pelas distribuidoras. Com isso, cozinhar fica mais caro. A equação química que mostra a queima do butano (gás de cozinha), em nossas residências é: 13 C4H10 (g) + O2 (g) → 4 CO2 (g) + 5 H2O() 2 O quadro abaixo ilustra a variação da concentração do gás butano em mol/L em função do tempo: [C4H10] (mol/L)

22,4

20,8

18,2

16,6

15,4

14,9

Tempo (horas)

As velocidades médias da queima do gás de cozinha nos intervalos entre 0 a 5 e 1 a 3 horas são respectivamente: a) –1,5 mol/L.h e –2,1 mol/L.h b) 1,5 mol/L.h e 2,1 mol/L.h c) 1,5 mol/L.h e –2,1 mol/L.h d) 2,1 mol/L.h e 1,5 mol/L.h e) –1,5 mol/L.h e 2,1 mol/L.h 06. (Udesc SC) Um fogão de cozinha consome 134,4 L de metano por hora, medidos nas CNTP. Nas mesmas condições, a velocidade de formação do dióxido de carbono, resultante da combustão completa do metano, é: a) 6,0 moléculas/h b) 6,02 x 1023 moléculas/h c) 8,4 mol/h d) 22,4L/h e) 6,0 mol/h 07. (UECE) Manchete do jornal o Estado de São Paulo em 23/4/2014: “Gás metano produzido por vacas é usado para abastecer veículos”. Cientistas argentinos desenvolveram tecnologia para aproveitar o gás metano gerado pelos bovinos, que tem efeito estufa na atmosfera do planeta. Pesquisando o gás metano, um grupo de estudantes da UECE realizou, em laboratório, uma combustão e coletou os dados da tabela a seguir:

233

B05  Cinética química

01. (UEPA PA) Considere a queima do isooctano, segundo a reação abaixo:

Química

Tempo (min)

[CH4] mol/L

[CO2] mol/L

0,050

0,030

0,020

Com os dados da tabela, a velocidade média da reação entre 0 e 20 minutos foi determinada com o valor a) 1,2 × 10–3 mol/ L–1.min–1. b) 0,8 × 10–3 mol/ L–1.min–1. c) 1,3 × 10–3 mol/ L–1.min–1. d) 1,5 × 10–3 mol/ L–1.min–1.

a) 1,69 × 10–5 b) 5,63 × 10–6 c) 1,90 × 10–6 d) 1,13 × 10–6 e) 1,80 × 10–16 10. (IFSC) Analise a figura abaixo, que representa a sequência de uma reação química de A sendo convertido em B. No tempo inicial, o recipiente de 1 litro contém 1 mol do reagente A.

A 0

B 10

08. (Uerj RJ) As curvas que descrevem as velocidades de reação de muitas enzimas em função das variações das concentrações de seus substratos seguem a equação de Michaelis. Tal equação é representada por uma hipérbole retangular cuja fórmula é: v=

Vmax × [ S] Km + [ S ]

v = velocidade de reação Vmax = velocidade máxima de reação Km = constante de Michaelis

Leia e analise as seguintes proposições e assinale a soma da(s) CORRETA(S).

[S] = concentração de substrato

01. A velocidade da reação no segundo intervalo de tempo foi

A constante de Michaelis corresponde à concentração de subsV trato na qual v = max . 2 Considere um experimento em que uma enzima, cuja constante de Michaelis é igual a 9 × 10–3 milimol/L, foi incubada

02. A velocidade média dessa reação química no intervalo de

quatro vezes menor do que no primeiro intervalo.

B05  Cinética química

em condições ideais, com concentração de substrato igual a 10–3 milimol/L. A velocidade de reação medida correspondeu a 10 unidades. Em seguida, a concentração de substrato foi bastante elevada de modo a manter essa enzima completamente saturada. Nesse caso, a velocidade de reação medida será, nas mesmas unidades, equivalente a: a) 1 b) 10 c) 100 d) 1000 09. (ITA SP) A reação entre os íons brometo e bromato, em meio aquoso e ácido, pode ser representada pela seguinte equação química balanceada: 5 Br–(aq) + BrO3–(aq) + 6 H+(aq) → 3 Br2(aq) + 3 H2O() Sabendo que a velocidade de desaparecimento do íon bromato é igual a 5,63 × 10–6 mol⋅L–1⋅s–1, assinale a alternativa que apresenta o valor CORRETO para a velocidade de aparecimento do bromo, Br2, expressa em mol⋅L–1⋅s–1. 234

0 a 40 minutos foi igual à velocidade de formação de B nos primeiros 10 minutos de reação. 04. A velocidade de formação de B no segundo intervalo de tempo foi maior do que a de consumo de A no primeiro intervalo. 08. A velocidade inicial de consumo de A, nos primeiros 10 minutos, da reação foi de 25 mmol/(L⋅min). 16. Entre 15 e 40 minutos da reação foram formados 0,5 mol/ (L⋅h) de B. 11. (Puc RS) Numa experiência, a reação de formação de amônia (NH3), a partir do N2 e do H2, está ocorrendo com um consumo de 12 mols de nitrogênio (N2) a cada 120 segundos. Nesse caso, a velocidade de consumo de hidrogênio (H2) é: a) 6 mols por minuto b) 12 mols por minuto. c) 18 mols por minuto. d) 24 mols por minuto. e) 36 mols por minuto.

FRENTE

QUÍMICA

MÓDULO B06

FATORES CINÉTICOS As reações químicas são de fundamental importância para nós. Foi com base nelas que se propôs uma explicação para a origem da vida e hoje temos certeza de que são elas as principais responsáveis pela manutenção do equilíbrio no planeta Terra. A vida depende da maior ou da menor velocidade com que algumas situações acontecem. Algumas vezes nos interessa aumentar a velocidade de um processo como, por exemplo, a obtenção industrial de determinado produto. Às vezes, temos que diminuir a velocidade de outros processos, como o uso de combustíveis não renováveis e a constante poluição atmosférica do meio ambiente, os quais têm tido aumentos de velocidades assustadores nas últimas décadas. E, em todos os casos, há fatores que agem diretamente nas transformações da matéria, aumentando ou diminuindo a velocidade das reações.

ASSUNTOS ABORDADOS n Fatores cinéticos n Fatores que alteram a velocidade das reações

Fatores que alteram a velocidade das reações De maneira geral, podemos dizer que os principais fatores que afetam as reações químicas são: estado físico, concentração dos reagentes, superfície de contato, temperatura, pressão, catalisadores e inibidores. A superfície de contato, por exemplo, é importante nos casos em que os participantes da reação estão no estado sólido. Da mesma forma, a pressão tem grande importância quando os participantes estão no estado gasoso. Estado físico A análise do estado físico dos participantes de uma reação química nos revela que as maiores velocidades ocorrem no estado gasoso. A justificativa para esse fato baseia-se na teoria das colisões. Quando um sólido se converte em um líquido, e este em um gás, há aumento de energia cinética e, portanto, as moléculas gasosas têm maior probabilidade de sofrer colisões efetivas. Quanto maior o número de colisões efetivas, maior será a velocidade de formação dos produtos. As reações que ocorrem no estado líquido ou aquoso também apresentam boa velocidade reacional, porém, no estado sólido, a velocidade é relativamente baixa quando comparada às velocidades dos outros estados físicos.

Fonte: pixabay.com

Figura 01 - As reações de oxirredução de um metal, no estado sólido e exposto ao ar atmosférico, ocorrem de maneira relativamente lenta.

235

Química

Concentração

Fonte: http://cdn.c.photoshelter.com/

Superfície de contato

Fonte: ID da Imagem:122092693

Figura 02 - Na presença de umidade e ar atmosférico, a oxidação da palha de aço ocorre com boa velocidade.

Talvez seja a superfície de contato o fator mais comum ao nosso cotidiano. Por exemplo, a sabedoria popular diz que, para acender uma lareira, devemos utilizar inicialmente lascas de lenha e só depois colocar pedaços maiores de madeira. Na verdade, quando analisamos esse processo, vemos a interferência direta da superfície de contato. As reações químicas dependem de contato entre os reagentes. Por isso, podemos dizer que, quanto maior a superfície de contato, maior será a velocidade das reações. Um pedaço de madeira sob a forma de lascas tem maior superfície de contato e por isso queima mais rapidamente. Já sob a forma de tora a madeira mantém o fogo por mais tempo e dizemos que tem menor velocidade de combustão porque possui menor superfície de contato.

Figura 03 - Quanto maior a superfície de contato entre os reagentes, maior será a velocidade de reação.

B06  Fatores cinéticos

Figura 03 - Quando submersa em água, a palha de aço oxida com menor velocidade devido à baixa concentração de oxigênio.

A concentração dos reagentes também é um fator de grande importância para o aumento das velocidades das reações. Um aumento na concentração dos reagentes implica um aumento da velocidade das reações. Esse fato pode ser notado quando comparamos a velocidade de oxidação da palha de aço em um ambiente em que a concentração de oxigênio apresenta valores diferentes. Exposta ao ar atmosférico e à umidade, a palha de aço sofre oxidação rapidamente devido à alta concentração de oxigênio. Entretanto, ao mergulhar a palha de aço em um copo com água, a velocidade de oxidação diminui. Nesse caso, o fator analisado é a concentração de oxigênio, que está presente em maior concentração no ar atmosférico do que dissolvido na água. 236

Outro exemplo fácil que nos permite verificar a diferença de velocidade de reação é a dissolução de um sal de frutas em um copo de água. Quando esse experimento é feito com o sal na forma de pastilha, temos que o tempo necessário para o término do processo é bem maior do que se o sal estivesse na forma de pó. O sal em pó se dissolve com alta velocidade devido à grande superfície de contato. Justamente por isso é que o armazenamento de sólidos sob a forma de pó é muito perigoso. Um exemplo é o carvão de churrasqueira. No fundo da embalagem do carvão vegetal costuma ficar um pó residual de carvão. Quando esse pó é lançado ao fogo, a velocidade de combustão aumenta rapidamente, tornando-se perigosa. Isso acontece porque o carvão em pó pode formar uma mistura explosiva quando em altas temperaturas. Temperatura Já tivemos a oportunidade de analisar o fator temperatura. Na introdução do estudo da cinética química, discutimos o fato de que a conservação dos alimentos é maior quando

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

esses são mantidos no interior de geladeiras. Por que isso ocorre? É evidente que a maioria de nós responderá que a baixa temperatura no interior desse dispositivo é o fator que impede a rápida deterioração dos alimentos.

em uma temperatura acima de 100 oC, o que implica diminuição no tempo de cozimento dos alimentos. Logo, há aumento de velocidade. n

Segundo Van’t Hoff, um aumento de 10 oC na temperatura pode duplicar ou até mesmo triplicar a velocidade de uma reação.

Fonte: https://www.flickr.com/photos/bradipo

Pressão A pressão só tem interesse de fato se um dos reagentes participantes estiver no estado gasoso. Aumentamos a pressão de um sistema diminuindo seu volume, ou mantendo o volume constante e aumentando a temperatura do sistema. Consequentemente, o número de colisões entre as moléculas aumenta, ou seja, alteramos a frequência das colisões e, por conseguinte, a velocidade das reações aumenta. Observe a ilustração a seguir.

Figura 04 - A diminuição da temperatura no interior de uma geladeira reduz a velocidade das reações, aumentando a durabilidade dos alimentos.

Mas de que maneira a temperatura influencia na velocidade das reações?

Figura 05 - Com a panela de pressão, cozinhamos os alimentos em menos tempo do que em panelas abertas. Isso acontece porque o aumento de pressão produz aumento da temperatura de ebulição. Logo, maior temperatura, maior velocidade de cozimento dos alimentos.

A panela de pressão utiliza-se desse princípio para aumentar a velocidade de cozimento dos alimentos. Quando a pressão no interior da panela aumenta, a água entra em ebulição

(a)

(b)

Figura 06 - À medida que o volume do sistema reacional diminui (b), ocorre maior número de colisões, o que implica maior velocidade de reação.

Nos motores de explosão dos automóveis, o fator pressão é muito importante. As constantes buscas por combustíveis que suportam altos valores de compressibilidade sem que ocorra a detonação tem melhorado bastante a qualidade da gasolina. Quanto maior o índice de compressibilidade de um combustível, maior é a eficiência do motor. Catalisador O estudo da catálise tem produzido resultados surpreendentes para a sociedade: maior rapidez dos processos químicos, menor poluição na atmosfera, medicamentos mais eficazes etc. Mas o que são catalisadores? De maneira bem simples, podemos dizer que catalisadores são substâncias que atuam aumentando as velocidades das transformações químicas por meio da diminuição da energia de ativação das reações. A maioria das reações químicas apresenta velocidade reacional muito pequena e dificilmente ocorrem de maneira natural. Mesmo sendo reações espontâneas, é necessário 237

B06  Fatores cinéticos

Fonte: https://commons.wikimedia.org/Hustvedt

Sabemos da termodinâmica que o aumento da temperatura de um meio produz transferência de energia sob a forma de calor. Quando uma substância tem aumento de temperatura, suas moléculas passam a um estado de maior agitação devido ao aumento de energia cinética. Isso provoca maior probabilidade de colisões efetivas entre as moléculas e, consequentemente, maior velocidade reacional.

Química

que alguma forma de energia, como uma faísca, um aumento de temperatura ou até mesmo um choque mecânico desencadeie o início do processo. Essa barreira energética inicial é denominada energia de ativação. Podemos entender melhor a energia de ativação por meio da representação gráfica abaixo. Imagine que esse gráfico seja representativo de uma reação entre as substâncias A e B.

Em que, HR = Entalpia dos reagentes HP = Entalpia dos produtos Ea = Energia de ativação ECA = Energia do complexo ativado ΔH = Variação de entalpia da reação O contato entre as duas substâncias não é suficiente para desencadear a reação. É necessário que se adicione ao sistema um valor mínimo de energia, a energia de ativação. No gráfico, para a reação direta em condições normais, a energia de ativação está representada por Ea. Note também que nessa transformação o conteúdo energético dos reagentes é maior que o conteúdo energético dos produtos. Por isso, podemos dizer que há liberação de calor para o meio – reação exotérmica. Porém nesse mesmo gráfico, podemos verificar uma curva em que o estado de transição ou complexo ativado apresenta um valor de energia menor, pois segue um outro caminho reacional. Essa curva representa a mesma reação entre A e B, porém na presença de um catalisador. Observe que o catalisador atua na reação direta e na reação inversa, portanto a variação de entalpia (ΔH) não se altera. A energia de ativação, entretanto, é diminuída nos dois sentidos do processo: tanto para a reação direta quanto para a reação inversa.

B06  Fatores cinéticos

O uso de catalisador provoca um aumento de velocidade considerável e pode transformar reações de velocidades quase nulas em reações praticamente instantâneas. Outra característica dos catalisadores é o fator econômico: são espécies químicas que participam ativamente dos processos reacionais e são regenerados em uma das etapas de finalização. Isso significa dizer que os catalisadores podem ser utilizados várias vezes sem necessidade de serem repostos. Mas, ao final de um número muito grande de catálises, esses dispositivos acabam perdendo a eficiência, havendo, então, a necessidade de trocas. Dizemos que nesses casos houve envenenamento do catalisador ou que ocorreu o seu desgaste. 238

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Formas de catálise O fenômeno de catálise ocorre segundo duas formas: catálise homogênea e catálise heterogênea. Quando reagentes e catalisadores estão em uma mesma fase, o sistema de catálise é dito homogêneo. Catálise homogênea 2 SO2 (g)

NO(g) + O2 (g)  → 2 SO3 (g)

Mas se os reagentes e catalisadores estiverem em fases diferentes, dizemos que a catálise é heterogênea. Nesse caso, o catalisador apresenta pequenos orifícios (espaços vazios) que realizam a adsorção dos gases. Catálise heterogênea () H2C CH2 (g) + H2 (g)  = → H3C − CH3 (g) Pt s /Δ

Figura 07 - Representação esquemática da catálise heterogênea. Átomos representados com cores fantasia e fora de escala de tamanho.

SAIBA MAIS O uso da tecnologia no desenvolvimento de dispositivos que melhorem as condições de vida do ser humano é uma constante nos últimos tempos. Já tivemos oportunidade de discutir esse assunto nesta coleção e esse desenvolvimento teve início, basicamente, a partir do século XVIII, com o surgimento das primeiras máquinas a vapor. Essas máquinas utilizavam a queima do carvão para produzir vapor de água, que movimentava os motores. Atualmente, a matriz energética mundial é bem mais ampla e complexa. As máquinas evoluíram e o consumo de combustíveis fósseis aumentou surpreendentemente, gerando grandes impactos ambientais. Durante a queima de combustível são produzidos diversos compostos e, dentre eles, podemos destacar dois que, expelidos juntamente com a fumaça do cano de escapamento, estão diretamente relacionados com o smog fotoquímico, que será discutido no capítulo de Química Ambiental, neste volume. Esses dois gases são resíduos de hidrocarbonetos e óxidos de nitrogênio e são responsáveis por grandes danos na qualidade do ar nos grandes centros urbanos. Um outro gás, presente nas combustões incompletas, é o monóxido de carbono, que, além de estar relacionado a fenômenos fotoquímicos atmosféricos, também é um gás de alta toxicidade, podendo levar à morte os indivíduos a ele expostos, mesmo em baixas concentrações. É nesse contexto que devemos discutir a importância dos catalisadores de automóveis. Gases como o monóxido de carbono, os resíduos de hidrocarbonetos e os óxidos de nitrogênio reagem de forma muito lenta e demoram para se transformar em compostos inofensivos à saúde humana. Daí a necessidade do uso de catalisadores para aumentar a velocidade desses processos. Os catalisadores só deixariam de ser úteis, por exemplo, se a indústria automobilística desenvolvesse métodos de combustão que evitassem a formação dessas substâncias, o que é praticamente impossível. A maneira encontrada para reduzir o problema da poluição produzida pelos veículos foi utilizar conversores catalíticos que atuam na mistura gasosa de escape, isto é, antes que ela seja lançada na atmosfera.

239

B06  Fatores cinéticos

A IMPORTÂNCIA DOS CATALISADORES NOS AUTOMÓVEIS

Química

#Conceito Fenômenos fotoquímicos atmosféricos: São reações químicas que ocorrem na atmosfera em decorrência da presença de luz. Como exemplo, podemos citar a fotossíntese – reação do CO2 com a H2O na presença de luz e clorofila; a destruição da camada de ozônio pelos CFCs (clorofluorcarbonos), na presença de luz ultravioleta; a formação dos smogs fotoquímicos pelos óxidos de nitrogênio e as reações de compostos orgânicos voláteis com a luz (como o metano e o cloro na presença de luz).

A presença dos catalisadores no interior dos tubos de escapamento de automóveis acelera a reação de conversão de gases como o CO, o NO e os resíduos de hidrocarbonetos a gases menos tóxicos, como o CO2, o N2 e o H2O, respectivamente. Dessa forma, a reação ocorre de forma quase instantânea, produzindo um impacto ambiental bem menor. Mas para que tudo isso aconteça, é preciso um catalisador. A produção industrial de catalisadores envolve tecnologia de ponta, os custos são elevados e poucas indústrias no Brasil têm condições de fabricá-los. Além do mais, os parâmetros de controle são muito variáveis, pois os catalisadores enfrentam condições bastante adversas, como grandes variações de temperatura; combustíveis adulterados e resistência física aos impactos sofridos pelo automóvel em condições imprevistas nas estradas e rodovias do País. Devemos também lembrar que os catalisadores são dispositivos que devem apresentar grande durabilidade. O mecanismo de ação de um catalisador ocorre por superfície de contato, ou seja, os gases são adsorvidos na superfície dos catalisadores e têm suas ligações enfraquecidas, permitindo que os reagentes, no caso o oxigênio, tenham alta eficiência na conversão dos gases tóxicos em outras substâncias de menor toxicidade. O dispositivo catalisador normalmente é feito de material de alta resistência (aço inoxidável) e revestido de outros óxidos metálicos que garantem uma boa durabilidade. O seu interior apresenta uma malha de orifícios também metálicos que são impregnados com o material catalisador, normalmente óxidos de metais como platina, ródio, cromo

B06  Fatores cinéticos

até mesmo o cobre.

Figura 08 - Esquema do processo de catálise com vista interior de um tipo de conversor catalítico utilizado em automóveis.

240

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Exercícios de Fixação

um bico de gás, a velocidade da reação de oxidação é tão grande que incendeia o material. O mesmo não ocorre ao se levar uma lâmina de aço à chama. Nessas experiências, o fator que determina a diferença de velocidades de reação é: a) a pressão b) o catalisador c) o estado físico d) a concentração e) a superfície de contato 02. (UFMG) Três experimentos foram realizados para investigar a velocidade da reação entre HC aquoso diluído e ferro metálico. Para isso, foram contadas, durante 30 segundos, as bolhas de gás formadas imediatamente após os reagentes serem misturados. Em cada experimento, usou-se o mesmo volume de uma mesma solução de HC e a mesma massa de ferro, variando-se a forma de apresentação da amostra de ferro e a temperatura. O quadro indica as condições em que cada experimento foi realizado.

Experimento

Ferro (2 g)

Temperatura (°C)

Prego

III

Palha de aço

Assinale a alternativa que apresenta os experimentos na ordem crescente do número de bolhas observado. a) II, I, III b) III, II, I c) I, II, III d) II, III, I 03. (UFGD MS) A reação representada pela equação abaixo é realizada segundo dois procedimentos: NaHSO4 + CH3COONa → CH3COOH + Na2SO4 I. Triturando os reagentes sólidos. II. Misturando soluções aquosas concentradas dos reagentes. Utilizando mesma quantidade de NaHSO4 e mesma quantidade de CH3COONa nesses procedimentos, à mesma temperatura, a formação do ácido acético a) é mais rápida em II porque em solução a frequência de colisões entre os reagentes é maior. b) é mais rápida em I porque no estado sólido a concentração dos reagentes é maior.

c) ocorre em I e II com igual velocidade porque os reagentes são os mesmos. d) é mais rápida em I porque o ácido acético é liberado na forma de vapor e) é mais rápida em II porque o ácido acético se dissolve na água. 04. (Unisinos RS) Nas indústrias químicas, os catalisadores são utilizados em larga escala, sendo responsáveis por inúmeros processos econômicos empregados na obtenção de bens de consumo importantes para o homem moderno. Podemos afirmar que, nas reações em que atuam, os catalisadores: a) aumentam a energia de ativação necessária para a reação. b) diminuem a variação de entalpia do sistema. c) atuam somente entre substâncias em solução. d) diminuem a energia de ativação necessária para a reação. e) aumentam a variação de entalpia da reação. 05. (IFGO) A teoria das colisões explica como as reações químicas ocorrem e porque a velocidade das reações diferem para diferentes reações. Essa teoria é baseada na ideia que partículas reagentes devem colidir para uma reação ocorrer, mas somente uma certa fração do total de colisões tem a energia para conectar-se efetivamente e causar a transformação dos reagentes em produtos. Dos fatores a seguir, o único que altera a velocidade das reações a partir da redução da energia de ativação é: a) redução de volume do frasco. b) aumento da pressão. c) redução da velocidade. d) uso de catalisadores. e) aumento da concentração dos reagentes. 06. (Udesc SC) Considere que um prego é fabricado apenas com o metal Fe. Se esse prego entrar em contato com uma solução aquosa de HC, irá acontecer a seguinte reação de corrosão: Fe(s) + 2 HC(aq) → FeC2(aq) + H2(g) A velocidade com que a corrosão do Fe ocorre depende de alguns fatores. Assinale a alternativa que contém os fatores que podem influenciar a velocidade dessa reação. B06  Fatores cinéticos

01. (Uerj RJ) Quando se leva uma esponja de aço à chama de

a) temperatura – massa molar – pressão b) temperatura – pressão – concentração dos reagentes c) concentração dos reagentes – pressão – densidade d) densidade – massa molar – temperatura e) catalisador – densidade – pressão

241

Química

07. (Uerj RJ) A sabedoria popular indica que, para acender uma

utilizamos a panela de pressão porque nela podemos atingir

lareira, devemos utilizar inicialmente lascas de lenha e só de-

temperaturas maiores que 100 °C, acelerando o cozimento.

pois colocarmos as toras. Em condições reacionais idênticas e

Para fazer com que as reações ocorram mais rapidamente, uti-

utilizando massas iguais de madeira em lascas e em toras, ve-

lizam-se os catalisadores, que são substâncias aceleradoras da

rifica-se que madeira em lascas queima com mais velocidade.

velocidade das reações, mas não são por elas consumidas.

O fator determinante, para essa maior velocidade da reação, é

Analise as afirmações abaixo em relação aos catalisadores.

o aumento da:

a) pressão b) temperatura

II.

c) concentração d) superfície de contato 08. (Univag MT) O esquema representa dois experimentos, 1 e 2, que demonstram fatores que podem influenciar na rapidez das reações, como temperatura, superfície de contato e concentração dos reagentes.

Os catalisadores aceleram a velocidade das reações químicas porque diminuem a energia de ativação. Os catalisadores aumentam a massa do produto obtido na reação.

III.

Os catalisadores transformam uma reação direta em uma reação inversa.

IV.

Os catalisadores aumentam as quantidades de calor liberados ou absorvidos nos processos químicos.

Luz e calor também são considerados catalisadores, pois aceleram a velocidade das reações

É(são) verdadeira(s): a) Apenas I b) Apenas I e III c) Apenas I, II e III d) Apenas I e V e) Todas as afirmações 10. (FGV SP) Os automóveis são os principais poluidores dos centros urbanos. Para diminuir a poluição, a legislação obriga o uso de catalisadores automotivos. Eles viabilizam reações que transformam os gases de escapamento dos O principal componente da casca de ovo é o carbonato de cálcio (CaCO3) e, em ambos os experimentos, a casca foi totalmente consumida. Com base nessas informações, é correto concluir que a) a reação no tubo 1 se completaria mais rapidamente se a temperatura diminuísse. b) o volume de gás carbônico produzido nos tubos 1 e 2, ao final da reação, foi igual. c) a casca de ovo contida no tubo 2 foi consumida mais lentamente. d) a reação no tubo 1 seria mais rápida se a concentração do ácido fosse 0,001 mol/L. e) as cascas de ovo foram consumidas com a mesma velocidaB06  Fatores cinéticos

de nos tubos 1 e 2. 09. (IFPE) A cinética química é parte da química que estuda a velocidade ou rapidez das reações químicas e, se controlarmos algumas delas, podemos tirar proveito de seus efeitos, por exemplo, se você deixa o leite líquido fora da geladeira, em algumas horas ele pode ficar azedo e, no entanto, se colocado na geladeira, pode durar dias. Já para cozinhar os alimentos, 242

motores, óxidos de nitrogênio e monóxido de carbono, em substâncias bem menos poluentes. Os catalisadores __________ a energia de ativação da reação no sentido da formação dos produtos, __________ a energia de ativação da reação no sentido dos reagentes e __________ no equilíbrio reacional. No texto, as lacunas são preenchidas, correta e respectivamente, por: a) diminuem/ aumentam/ interferem b) diminuem/ diminuem/ não interferem c) diminuem/ aumentam/ não interferem d) aumentam/ diminuem/ interferem e) aumentam/ aumentam/ interferem 11. Para um alimento cozinhando numa panela aberta na base e no topo de uma montanha, tem-se que a velocidade do processo a) é igual nos dois locais. b) é maior na base da montanha. c) é maior em altitudes elevadas. d) aumenta à medida que se aumenta latitude. e) diminui à medida que se aumenta a pressão.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Exercícios Complementares

Temperatura (°C)

Zinco

Ácido (mol.L-1)

Granulado

1,0

Granulado

0,5

III

Em pó

1,0

Em pó

0,5

Em raspas

1,0

02. (Fatec SP) A platina é um metal nobre, encontrada livre na natureza na forma de pepitas, e é muito empregada na produção de catalisadores, que são utilizados para a) acelerar a formação de compostos gasosos, somente. b) aumentar a velocidade de reações químicas específicas. c) retardar a produção de compostos indesejáveis, somente. d) controlar o deslocamento de uma reação química específica. e) promover a decomposição sólida de reações químicas, somente. 03. (Ufpel RS) Para conservar os alimentos, costumamos guardá-los em um refrigerador, no qual a temperatura geralmente é mais baixa do que no ambiente. Nessas condições, os alimentos duram mais porque a) o pH dos alimentos, devido à baixa temperatura, torna-se mais alcalino, conservando-os. b) com o aumento da energia cinética das moléculas dos alimentos devido à temperatura menor do que a ambiente, dificulta o crescimento bacteriano. c) as reações químicas que deterioram os alimentos acontecem mais devagar devido à menor energia cinética das moléculas. d) a energia de ativação das reações no alimento torna-se menor do que a temperatura ambiente, dificultando a deterioração. e) todas as reações no alimento são exotérmicas, e com o abaixamento da temperatura, acontecem mais facilmente. 04. (Fund. Oswaldo Cruz SP) Determinada reação, em presença de catalisador, ocorre em três etapas: XY + A → AY + X AY + B → AB + Y AB + X → AX + B

05. (Puc Campinas SP) Os métodos de obtenção da amônia e do etanol: Fe I - N2 (g) + 3 H2 (g)  → 2 NH3 (g) Zimase II - C6H12O6  → 2 C2H5OH + 2 CO2

representam, respectivamente, reações de catálise a) homogênea e enzimática. b) homogênea e autocatálise. c) heterogênea e enzimática. d) heterogênea e autocatálise. e) enzimática e homogênea. 06. (FCM MG)

14 12 10 8 B 6 A 6 2 0

12 14

Muitas vezes se usa a reação do alumínio com solução ácida para se produzir gás no enchimento de balões, o que não se deve fazer pelo fato de o gás formado ser inflamável. Massas iguais de duas amostras de alumínio, uma pulverizada e outra em pedaços, foram colocadas em dois frascos contendo soluções aquosas de ácido clorídrico de mesma concentração. As reações se completaram produzindo gás hidrogênio. O gráfico ilustra a variação de massa do gás formado com o decorrer do tempo, nas duas reações, realizadas nas mesmas condições. Analisando o gráfico e as informações, NÃO podemos concluir que a) a curva A corresponde a amostra de alumínio em pedaços. b) a curva B corresponde à reação que formou menor quantidade de gás. c) a massa de alumínio utilizada, em cada experimento, foi de 81 g. d) a espécie oxidante é o hidrogênio que ganhou 1,0 mol de elétron por grama de gás hidrogênio formado.

243

B06  Fatores cinéticos

Experiência

Qual das espécies indicadas constitui o catalisador? a) XY b) A c) X d) AB e) B

massa de H2 (g)

01. (Puc Campinas SP) Em laboratório, o hidrogênio pode ser preparado pela reação de zinco com solução de ácido clorídrico. Observe as condições especificadas nas experiências a baixo. A velocidade da reação é maior em:

Química

c) a rapidez de formação de reagentes e produtos é a mesma. d) a concentração dos produtos é necessariamente maior que a concentração de reagentes. e) foi colocado um excesso de reagentes, daí sua presença após uma semana. 08. (UnB DF) Além da energia solar, o hidrogênio (H2) também apresenta potencial para ser utilizado como fonte alternativa de energia limpa. Atualmente, o uso de hidrogênio como combustível está praticamente restrito à propulsão de naves espaciais, nas quais tanques cilíndricos carregam hidrogênio (1,46 x 106 L) e oxigênio (5,43 x 105 L) no estado líquido, que se combinam, gerando energia. Em apenas alguns minutos de voo, o combustível se esgota, tendo produzido energia necessária para impulsionar a nave. Um dos principais obstáculos para o uso do hidrogênio como combustível tem sido o elevado custo de sua obtenção a partir de matérias-primas diferentes dos combustíveis fósseis. Apesar

B06  Fatores cinéticos

de abundante no planeta, como componente da água, a sua obtenção por eletrólise tem sido desestimulada devido ao alto custo da energia elétrica. Com relação ao assunto abordado no texto, julgue os itens abaixo em C ou E: 01. A utilização do hidrogênio como combustível, conforme descrito no texto, contribuiria para intensificar o efeito estufa. 02. Do ponto de vista cinético, a reação entre hidrogênio e oxigênio é uma reação rápida. 03. Devido à pouca disponibilidade na natureza, a substância H2 não pode ser utilizada como fonte primária de energia. 04. Uma alternativa para viabilizar a decomposição da água em hidrogênio e oxigênio seria a utilização de catalisadores específicos. E-C-C-C 09. (Uniube MG) O gás hidrogênio (H2) é usado na hidrogenação de óleos vegetais, e esses são empregados na produção industrial de margarinas. Esse gás pode ser preparado em laboratório por meio da reação Zn(s) + 2 HC(aq) → ZnC2(aq) + H2(g) Considerando as condições experimentais, descritas na tabela a seguir, 244

Condição

Temperatura (°C)

Estado de agregação

Concentração do HC (mol.L-1)

Granulado

1,0

Granulado

0,5

III

Pulverizado

1,0

Pulverizado

0,5

é correto afirmar que a formação do gás hidrogênio ocorre com maior rapidez em a) I. b) II. c) III. d) IV. 10. (Fac. Anhembi Morumbi SP) O oxigênio foi descoberto por Priestley em 1722. A partir de 1775, Lavoisier estabeleceu suas propriedades, mostrou que existia no ar e na água, e indicou seu papel fundamental nas combustões e na respiração. Na natureza, o elemento químico oxigênio ocorre como uma mistura de 16O, 17O e 18O. Na baixa atmosfera e à temperatura ambiente, o oxigênio está presente principalmente na forma de moléculas diatômicas (O2) que constituem um gás incolor, inodoro e insípido, essencial para os organismos vivos. São inúmeras as aplicações do oxigênio. Na medicina, o seu uso mais comum é na produção de ar enriquecido de O2. (http://tabela.oxigenio.com. Adaptado.)

Em um estudo sobre respiração celular, determinou-se o consumo de O2 durante a germinação de sementes de milho, a duas diferentes temperaturas e à pressão ambiente. O gráfico apresenta os resultados do estudo realizado. Volume de O2 consumido (mL)

07. (Furg RS) Quando quantidades equimolares de etanol e ácido acético reagem, são produzidos acetato de etila e água. Suponha que etanol e ácido acético tenham sido colocados em um recipiente para reagir, sendo este vedado a seguir, para evitar perdas de substâncias. Após uma semana, o frasco foi aberto e a análise de uma amostra da solução líquida detectou as seguintes substâncias: etanol, ácido acético, acetato de etila e água. O resultado do experimento indica que: a) no instante em que foi aberto o frasco, as concentrações das quatro substâncias eram iguais. b) é preciso deixar os reagentes mais tempo reagindo para que sejam completamente consumidos.

2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0

milho germinado 22°C

milho germinado 12°C

5 10 15 tempo (minutos)

milho não germinado 22°C milho não 25 germinado 12°C (www.phschool.com)

Os resultados mostrados no gráfico permitem afirmar que, no intervalo de temperaturas de 12 °C a 22 °C, a respiração celular é uma transformação em que a) a velocidade aumenta com a elevação da temperatura. b) o volume de oxigênio consumido, a 12 °C, é de 0,08 mL de O2/min. c) o consumo de oxigênio é o mesmo, qualquer que seja a temperatura em que ocorra. d) o volume de oxigênio consumido, a 22 °C, cai pela metade a cada 10 minutos. e) o consumo de oxigênio em células não germinadas é 10 vezes menor do que nas células germinadas.

FRENTE

QUÍMICA

MÓDULO B07

EXPRESSÃO DE VELOCIDADE

ASSUNTOS ABORDADOS

A determinação da expressão de velocidade de uma reação química é feita sempre de maneira experimental. Em um laboratório podemos avaliar a variável tempo em função de vários fatores. Dentre eles, o fator concentração é o que realmente contribui para a determinação da expressão de velocidade.

n Expressão de velocidade n Lei da ação das massas n Representações gráficas e mecanismos de reação

Na segunda metade do século XIX, já se tinha um bom conhecimento a respeito da velocidade das reações químicas em função da concentração dos reagentes. Os cientistas noruegueses Cato Maximillian Guldberg (1836-1902) e Peter Waage (18331900) se dedicaram ao estudo das velocidades das reações em função da variação da concentração dos reagentes, mantidas as demais condições constantes. Com base em dados experimentais, Guldberg e Waage enunciaram a lei matemática que rege a velocidade das reações.

Lei da ação das massas A lei de Guldberg-Waage, também conhecida como lei da ação das massas, diz em seu enunciado que, mantida a temperatura constante, a velocidade de uma reação química é diretamente proporcional ao produto da concentração dos reagentes elevados a expoentes numéricos que são determinados experimentalmente. Para facilitar o entendimento de como agem os químicos na determinação experimental da expressão da velocidade de uma reação, vamos admitir o seguinte: Em um laboratório preparado para registrar a variação das concentrações dos reagentes, um químico observa que para uma reação genérica formada por 2A + B → C + 3D foram obtidos os seguintes dados sobre a velocidade inicial com respeito às concentrações iniciais dos reagentes. Experimentos

[A] mol/L

[B] mol/L

Velocidade (µ mol/L.s)

0,1

0,3

1,5

0,2

0,3

3,0

0,2

0,667

0,2

1,0

Com base nos valores obtidos experimentalmente, o que podemos verificar sobre tal reação química? Em primeiro lugar, devemos dizer que nenhuma conclusão pode ser tirada com base em aspectos de estequiometria da reação, ou seja, a proporção estequiométrica na equação química acima é 2 : 1 : 1 : 3, respectivamente, em relação aos coeficientes estequiométricos das substâncias A, B, C e D. Entretanto, não podemos afirmar que a dependência da concentração das substâncias em relação aos expoentes matemáticos seja exatamente essa. Isso só pode ser dito após verificação dos dados experimentais disponíveis no quadro de velocidades. Mas como devemos interpretar esses dados? Com base no experimento (1), podemos dizer que a velocidade inicial é de 1,5 µ mol/L.s. Mas no experimento (2), o químico utilizou uma concentração de valor 245

Química

diferente para a substância A – o dobro da concentração utilizada no experimento 1 – e manteve constante a concentração da substância B. Como a velocidade foi determinada nessas condições e o valor encontrado foi exatamente o dobro da velocidade anterior, podemos dizer que a velocidade varia com a concentração da substância A de maneira diretamente proporcional, ou seja, se a concentração de A dobra, a velocidade da reação também dobra.

Nessa expressão, tem-se que a velocidade da reação é de primeira ordem em relação à substância A e de segunda ordem em relação à substância B. A ordem global da reação é obtida como sendo o somatório das ordens de todas as substâncias participantes da expressão de velocidade, ou seja, a reação é de terceira ordem em relação ao processo global.

Analisando os experimentos (2) e (3) podemos constatar que o químico manteve a concentração da substância A e variou a concentração da substância B, utilizando exatamente o dobro da concentração utilizada no experimento (2). Porém, o valor encontrado para a velocidade da reação não foi o dobro do valor encontrado para o experimento (2), mas, sim, um valor quatro vezes maior. Assim, podemos concluir que a velocidade da reação varia de maneira diretamente proporcional ao quadrado da concentração da substância B, ou seja, se a concentração de B dobra, a velocidade da reação quadruplica.

Quando analisamos uma reação química apenas pela verificação da equação global do processo, não temos a certeza de que a reação aconteceu em uma única etapa ou mais. As reações que ocorrem em uma única etapa são ditas reações elementares e, nesse caso, os coeficientes estequiométricos sempre coincidem com os expoentes matemáticos que indicam a ordem da reação em relação às concentrações dos participantes. Mas nas reações que ocorrem em duas ou mais etapas, isso não acontece. É necessário encontrar exatamente a etapa que determina a expressão de velocidade.

A análise dos experimentos (3) e (4), inicialmente, não parece obedecer aos raciocínios empregados nos casos anteriores, pois não conseguimos verificar uma relação de proporcionalidade entre os dados de maneira rápida. Quando isso ocorre e a interpretação se torna mais difícil, podemos recorrer ao uso da matemática para nos auxiliar na determinação dos valores.

No gráfico abaixo, podemos verificar as duas etapas de mecanismos reacionais obtidas na adição de HBr ao eteno. O eteno é um hidrocarboneto insaturadao (alceno) que reage com o brometo de hidrogênio da seguinte maneira:

Mas por que a ordem de velocidade não coincidiu com os coeficientes estequiométricos 2 A + B → C + 3 D?

CH2 = CH2 + HBr → CH3 – CH2Br

Vamos admitir que o expoente matemático da substância A seja x e o da substância B seja y. Em seguida, montamos uma expressão matemática que relaciona essas concentrações, juntamente com as respectivas velocidades. Por comodidade, a relação matemática será estabelecida entre os experimentos (4) e (3). y

[A]x4 .[B]y4 V4 [0,2]x .[1,0]y 27  1,0  9 =∴ =∴ = [A]3x .[B]3y V3 [0,2]x .[0,6]y 12  0,6  4 y

3 3 y 2 ∴  =   ∴ = 2 2 Dessa forma, demonstramos que a velocidade reacional também depende de maneira diretamente proporcional ao quadrado da concentração da substância B, o que confirma o que já havíamos determinado entre os experimentos (2) e (3). Assim, podemos escrever a expressão matemática da velocidade da reação:v = k[A]1[B]2. B07  Expressão da velocidade

V = k[A]n .[B]m n ⇒ ordem da reação em relação à substância A m ⇒ ordem da reação em relação à substância B n + m ⇒ ordem global da reação

246

Observe que a primeira etapa consiste na colisão do HBr com o eteno, após receber energia de ativação (primeiro estado de transição). Após perda de energia, há a formação do primeiro intermediário reacional – o carbocátion etila. Logo em seguida, esse carbocátion colide com o íon Br−, formando o segundo estado de transição, que perde energia e resulta no bromoetano. Podemos observar pelo gráfico que o primeiro estado de transição é o determinante da velocidade da reação, pois exige um alto conteúdo de energia para ser atingido (energia de ativação). De modo geral, é isso que acontece, ou seja, a velocidade de um processo é determinada pela etapa que exige maior valor de energia para atingir o estado de transição.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Para elucidar melhor a dependência da velocidade de um processo com a etapa mais lenta, faremos uso de analogias. Imagine uma situação industrial de produção de parafusos e arruelas: para cada parafuso, deve haver uma arruela. Porém, essas duas peças são produzidas em setores diferentes e independentes entre si. Após um dia de trabalho os dois setores apresentam os seguintes resultados: o setor de parafusos produziu um total de 2 000 parafusos, enquanto o setor de arruelas só produziu um total de 1 500 arruelas. Como a velocidade de produção depende dos dois setores, pois para cada parafuso deve haver uma arruela, podemos dizer que a velocidade de produção diária da indústria foi determinada pelo setor de produção de arruelas (lento). De nada adiantou o setor de parafusos ter produzido 2 000 parafusos, uma vez que só existem 1 500 arruelas disponíveis, isto é, ficam faltando 500 arruelas. Dessa forma, podemos dizer que a velocidade de uma reação que ocorre em mais de uma etapa é determinada pelo produto das concentrações da etapa lenta, não interessando as etapas que ocorrem com maior rapidez.

Representações gráficas e mecanismos de reação Já sabemos que as reações não elementares ocorrem em duas ou mais etapas. Sabemos também que de todas as etapas apenas a etapa lenta é que nos interessa para a determinação das expressões da velocidade global do processo. Essas observações nos permitem elaborar sugestões de como as reações químicas se processam no decorrer do tempo. Mas atenção! Mecanismos reacionais são modelos explicativos e todo modelo está sujeito a inadequações para uma ou outra situação, podendo ser alterado ou refutado a qualquer momento. Portanto, o que buscamos com o estudo da concentração em função da variável tempo é um modo adequado de entender de que forma as reações se processam até atingirem o estado de produtos da reação. Por exemplo, considere a reação do íon hipoclorito formando clorato e íon cloreto: 3 CO− → CO3− + 2 C−. A representação gráfica desse processo pode ser feita pelo seguinte diagrama de energia potencial (EP) em função das coordenada da reação (gráfico ao lado). Com base nessa representação gráfica, vamos levantar a explicação para os seguintes questionamentos:

Ea vação1 3C O

–

Em quantas etapas essa reação ocorre? É possível propor um mecanismo para a reação com base em etapas elementares para esse processo? Em caso afirmativo, quais seriam essas etapas? Qual a expressão da velocidade da reação global?

Ea vação2 –

–

3C O 3 + 2C –

–

C O 2 + C + C O

–

Coordenada da reação

As explicações para essas questões são colocadas a seguir. A reação ocorre em duas etapas, caracterizadas no gráfico pela existência de duas energias de ativação.

B07  Expressão da velocidade

O mecanismo para a reação com base em etapas elementares pode ser indicado da seguinte forma: 3 CO− → CO2− + C− + CO−

1a. etapa:

2a. etapa: CO2− + C− + CO− → CO3− + 2 C− _______________________________________________________

A reação global é:

3 CO− → CO3− + 2 C−

O gráfico permite concluir que a energia de ativação da primeira etapa é maior que a da segunda. Assim, a primeira etapa é a que determina a velocidade global, cuja expressão é: v = k[CO−]3. 247

Química

Exercícios de Fixação 01. (UERN) Uma das formas para se obter o monóxido de dinitrogênio é reagindo óxido de nitrogênio II com gás hidrogênio, de acordo com a seguinte reação: 2 NO(g) + H2(g) → N2O(g) + H2O(g) De acordo com os dados anteriores, é correto afirmar que a ordem global dessa reação é igual a a) 2. b) 3. c) 4. d) 5. 02. (UEPA PA) De um modo geral, a ordem de uma reação é importante para prever a dependência de sua velocidade em relação aos seus reagentes, o que pode influenciar ou até mesmo inviabilizar a obtenção de um determinado composto. Sendo assim, os dados da tabela abaixo mostram uma situação hipotética da obtenção do composto “C”, a partir dos reagentes “A” e “B”. Experimento

[A] mol.L-1

[B] mol.L-1

Velocidade inicila (mol.L-1s-1)

0,1

4,0 x 10-5

0,1

0,2

4,0 x 10-5

0,2

0,1

16,0 x 10-5

A partir dos dados da tabela acima, é correto afirmar que a reação: A + B → C, é de: a) 2ª ordem em relação a “A” e de ordem zero em relação a “B” b) 1ª ordem em relação a “A” e de ordem zero em relação a “B” c) 2ª ordem em relação a “B” e de ordem zero em relação a “A” d) 1ª ordem em relação a “B” e de ordem zero em relação a “A” e) 1ª ordem em relação a “A” e de 1ª ordem em relação a “B”

B07  Expressão da velocidade

03. (Unimontes MG) A velocidade da reação genérica 2A + B → C é dada por V1 = k [A]2.[B]1. Em uma determinada situação, a concentração de A foi triplicada, e a de B duplicada. O novo valor de velocidade (V2), em função de V1, será: a) igual a V1. b) 18 vezes maior. c) 2 vezes maior. d) 18 vezes menor. 04. (Mackenzie SP) No estudo cinético do processo químico equacionado por A(g) + B(g) + C(g) → D (g), foram realizados experimentos a uma dada temperatura T, por meio dos quais foram obtidos os dados que se encontram na tabela a seguir:

248

Experimento

[A] (mol.L-1)

[B] (mol.L-1)

[C] (mol.L-1)

Velocidade (mol.L-1.s-1)

1,0 . 10-1

1,0 . 10-5

1,0 . 10-1

2,0 . 10-1

1,0 . 10-5

III

1,0 . 10-1

2,0 . 10-1

1,0 . 10-1

2,0 . 10-5

2,0 . 10-1

1,0 . 10-1

4,0 . 10-5

A partir desses dados, foram feitas as seguintes afirmações: I. II.

Trata-se de um processo de ordem global igual a 3. A expressão da velocidade cinética do processo é

III.

dada por v = k⋅[A]⋅[B]⋅[C]. O valor da constante de proporcionalidade k, na temperatura T, é de 0,01.

É correto dizer que a) apenas I e III são verdadeiras. b) apenas I e II são verdadeiras. c) apenas I é verdadeira. d) apenas II é verdadeira. e) apenas III é verdadeira. 05. (Unitau SP) A reação química abaixo foi estudada, e os resultados experimentais obtidos estão descritos na tabela abaixo. aA+bB→xX Concentração inicial (mol/L-1) [B]

Velocidade (mol.L-.h-1)

-1

5,0 x 10

2,0 x 10-1

5,0 x 10-3

2,5 x 10-1

5,0 x 10-1

1,25 x 10-2

7,5 x 10-1

2,0 x 10-1

5,0 x 10-3

5,0 x 10-1

4,0 x 10-1

1,0 x 10-2

1,0 x 10-1

2,0 x 10-1

5,0 x 10-3

7,5 x 10-1

6,0 x 10-1

1,5 x 10-2

[A]

A partir dos dados acima, o valor da constante de velocidade da reação é a) 5,0 x 10–2 b) 7,5 x 10–2 c) 2,5 x 10–2 d) 1,0 x 10–2 e) 0,5 x 10–2

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Exercícios Complementares

Experimento

Reagente A (mol.L-1)

Reagente B (mol.L-1)

Reagente C (mol.L-1)

Velocidade da reação (mol.L-1s-1)

III

Após a realização dos experimentos, o engenheiro pode concluir corretamente que a ordem global da reação estudada é igual a a) 1. b) 2. c) 3. d) 4. e) 5. 02. (Udesc SC) O monóxido de nitrogênio (NO), também conhecido por óxido nítrico, é uma molécula de relevância biológica que está amplamente envolvida em processos fisiológicos. No campo da medicina, é utilizado como substância vasodilatadora, auxiliando na redução da pressão sanguínea em pacientes hipertensos. Entretanto, na presença de oxigênio, esta substância sofre facilmente oxidação, segundo a reação química elementar: 2 NO(g) + O2(g) → 2 NO2(g) Em um experimento, 4,0 mol de NO e 2,0 mol de O2 foram colocados em um recipiente em que, no instante inicial, a velocidade da reação era v0. Decorridos 10 minutos, constatou-se que 1,0 mol de O2 foi consumido. Com base nesses dados, assinale a alternativa correta. a) A alteração da concentração de algum dos reagentes não influi na velocidade da reação química, uma vez que o processo é dito elementar. b) O número de mol de óxido nítrico gasto quando t = 10 minutos é a metade do número de mol de O2 gastos ao final deste intervalo de tempo. c) Sendo a equação de velocidade v = k[NO]2[O2] para a reação em discussão, é possível afirmar que a reação é de primeira ordem com relação à concentração do gás oxigênio.

d) A presença de um catalisador aumentaria a velocidade de oxidação do NO uma vez que a energia de ativação também é aumentada. e) Sendo as concentrações iniciais 0,025 mol L–1 e 0,01 mol L–1 de NO, e O2, respectivamente, e a velocidade inicial 2,4 × 10–6 mol L–1 s–1, o valor da constante de velocidade k é dado por 9,6 × 10–3 L2 mol–2 s–1. 03. (FCM PB) Conhecer os fundamentos teóricos da cinética química é de grande importância, principalmente para as indústrias químicas. Afinal, acelerando-se as reações, reduz-se o tempo gasto com a produção, tornando os processos químicos mais econômicos e os produtos finais mais competitivos no mercado. Com relação à cinética das reações, considere o mecanismo abaixo da reação de decomposição do peróxido de hidrogênio em presença de íons iodeto. Etapa 1 (lenta): H2O2(aq)+ I–(aq) → H2O() + IO–(aq) Etapa 2 (rápida): H2O2(aq) + IO–(aq) → H2O() + O2(g) + I–(aq) Com base no mecanismo, assinale a alternativa correta. a) O íon IO–(aq) é o intermediário da reação. b) O íon I–(aq) atua aumentando a energia de ativação. c) A água é o complexo ativado da reação. d) A lei de velocidade do processo é v = k [H2O2]2. e) A segunda etapa é a determinante da velocidade. 04. (Unimontes MG) Considere a reação a seguir: C4H9C(aq) + H2O() → C4H9OH(aq) + HC(aq) Em um laboratório, a concentração de cloreto de butila foi medida conforme a reação se processava, como apresentado na tabela: Tempo (s)

[C4H9C] mol.L-1

0,0

0,1000

50,0

0,0905

100,0

0,0820

150,0

0,0741

200,0

0,0671

300,0

0,0549

400,0

0,0448

500,0

0,0368

800,0

0,0200

À medida que a reação se processa, pode-se afirmar que a taxa ou a velocidade média dessa reação a) aumenta. c) duplica. b) não se altera. d) diminui.

249

B07  Expressão da velocidade

01. (FGV SP) Para otimizar as condições de um processo industrial que depende de uma reação de soluções aquosas de três diferentes reagentes para a formação de um produto, um engenheiro químico realizou um experimento que consistiu em uma série de reações nas mesmas condições de temperatura e agitação. Os resultados são apresentados na tabela:

Química

05. (UERN) No estudo cinético da reação representada por: X + Y → Z foram encontradas as seguintes variações de concentração e velocidade em um intervalo de tempo: Concentração (mol/L) [X]

Velocidade (mol/L.h)

[Y]

1,0 . 10

2,0 . 10

1,0 . 10

4,0 . 10

1,0 . 10-2

2,0 . 10-2

8,0 . 10-2

-2

Experimento

[X]0 (mmol.L-1)

[Y]0 (mmol.L-1)

V0 (mmol.L-1s-1)

3,0

7,0

6,0

3,0

14,0

6,0

9,0

42,0

Com os dados apresentados, indique a alternativa correta para a equação de velocidade dessa reação. a) v = k b) v = k.[X] c) v = k.[X].[Y] d) v = k.[X]2.[Y]3 e) v = k.[Y] 07. (UFRGS RS) O tempo de meia-vida é definido como o tempo necessário para que a concentração inicial de reagente seja reduzida à metade. Uma reação química do tipo A → B tem a concentração do reagente A e a velocidade instantânea de decomposição monitoradas ao longo do tempo, resultando na tabela abaixo.

B07  Expressão da velocidade

250

[A] (mol.L )

b) primeira ordem, 5 minutos. c) primeira ordem, 10 minutos. d) segunda ordem, 5 minutos.

os seguintes dados sobre a velocidade inicial com respeito à

06. (UFGD MS) Em uma reação química hipotética X + Y → produto, obteve-se, experimentalmente, os dados apresentados na tabela:

t (min)

a) ordem zero, 5 minutos.

08. (Unifor CE) Para a reação entre os gases abaixo, obtiveram-se

Analisando os resultados, a expressão correta da Lei da Velocidade para essa reação é: a) v = k . [x]2 . [y]2 b) v = k . [x]3 . [y]3 c) v = k . [x]3 . [y]2 d) v = k . [x]2 . [y]3

-1

são, respectivamente,

e) segunda ordem, 10 minutos.

-2

A ordem dessa reação e o tempo de meiavida do reagente A

V (mol.L s ) -1 -1

1,20

0,0832

0,85

0,0590

0,60

0,0416

0,42

0,0294

0,30

0,0208

concentração inicial (mol/L) dos reagentes: 2H2 + 2NO → N2 + 2H2O

[H2]

[NO]

Velocidade (mol/L.min)

1,8 . 10-3

1,2 . 10-3

3,0 . 10-5

3,6 . 10-3

1,2 . 10-3

6,0 . 10-5

3,6 . 10-3

2,4 . 10-3

24,0 . 10-5

3,6 . 10-3

Pode-se dizer que a expressão da velocidade da reação e a velocidade da reação no ponto ‘X’ indicado são: a) V = k [NO] [H2], v = 48 × 10–5 b) V = k [NO]2 [H2], v = 54 × 10–5 c) V = k [NO] [H2]2, v = 72 × 10–5 d) V = k [NO] [H2]2, v = 96 × 10–5 e) V = k [NO]2 [H2], v = 72 × 10–5 09. (UEM PR) Dado o mecanismo em duas etapas para uma reação em fase gasosa, assinale a(s) alternativa(s) correta(s). A) HBr + NO2 → HBrO + NO (etapa lenta) B) HBr + HBrO → H2O + Br2 (etapa rápida) 01. A reação global pode ser expressa como: 2 HBr + NO2 → H2O + NO + Br2. 02. A etapa determinante na velocidade da reação é a etapa B. 04. A equação que representa a velocidade da reação é v = k [HBr] [NO2]. 08. Em uma reação não elementar, a velocidade da reação global não pode ser escrita a partir da equação da reação global. 16. O ácido hipobromídrico pode ser considerado um composto intermediário na reação, pois é formado e consumido durante o processo.

FRENTE

QUÍMICA

MÓDULO B08

RELAÇÃO ENTRE TEMPERATURA E ENERGIA CINÉTICA Em situações cotidianas de preparo de alimentos, principalmente em áreas rurais, é comum se dizer que aumentando o fogo da fornalha os alimentos cozinham mais rapidamente. De início, essa afirmação parece óbvia. Mas em que princípio cinético essa afirmação se baseia? Quase sempre o aumento de temperatura causa aumento na velocidade da reação e, como regra prática muito geral, para muitas reações, esse aumento de velocidade pode ser percebido na prática. Segundo Van´t Hoff, a cada aumento de 10 °C, a velocidade de uma reação pode duplicar ou, em alguns casos, até triplicar.

ASSUNTOS ABORDADOS n Relação entre temperatura e

energia cinética

n Energia de ativação n Curvas de distribuição de energia cinética n Medida da Energia de Ativação

Energia de ativação A barreira energética que dificulta o início de uma reação química é chamada de energia de ativação. Para que duas ou mais espécies químicas colidam com energia cinética suficiente para reagir, elas devem fazê-lo de tal forma que a energia cinética mínima seja suficiente para atingir o complexo ativado. Nos gráficos a seguir, temos representadas duas reações químicas diferentes. No primeiro meio reacional (I), temos uma reação exotérmica (ocorre com liberação de calor). No meio reacional (II), temos uma reação endotérmica (ocorre com absorção de calor). Para análise da velocidade com que uma reação ocorre, devemos mensurar a energia de ativação. Dos gráficos, fazendo a comparação das energias de ativação, podemos notar que a reação (II) apresenta uma barreira energética muito maior que a reação (I) para atingir o complexo ativado. Essa barreira é a energia de ativação. Assim, podemos dizer que a reação (I) ocorre com maior velocidade reacional, pois apresenta menor energia de ativação.

A relação cinética do aumento da temperatura tem por base o aumento da fração de moléculas com energia cinética mínima igual ou superior à energia de ativação. Ora, se a energia de ativação é a barreira energética que impede o início das reações, pode-se dizer que, com o aumento da temperatura, a fração de moléculas com energia cinética mínima para reagir aumenta. Consequentemente, a velocidade da reação aumenta. 251

Química

Curvas de distribuição de energia cinética

Medida da Energia de Ativação

No gráfico abaixo, vemos as curvas de distribuição de energia cinética para as moléculas e a fração de moléculas que apresentam energia cinética mínima para reagir em dois valores de temperaturas, T1 e T2, em que T2 > T1.

Até o momento vimos que, para uma reação ocorrer, é necessário que as moléculas colidam com energia cinética suficiente para vencer a barreira do complexo ativado e que a colisão seja efetiva ou orientada. Por outro lado, analisando a expressão de velocidade segundo a Lei de Guldberg-Waage (V = k.[A]x . [B]y), temos que a velocidade de uma reação quando todas as concentrações têm valor igual a um, é numericamente igual à constante de velocidade k. Esses fatores (energia de ativação, orientação da colisão e constante de velocidade da reação) quando relacionados de maneira conjunta, podem ser expressos por meio da equação matemática a seguir: k = Ae

Observe que o aumento de temperatura produziu um aumento no número de moléculas com energia cinética igual ou superior à energia de ativação. Esse fato é conseguido à custa de colisões entre as moléculas, que, no estado gasoso, obedecem à teoria das colisões.

B08  Relação entre temperatura e energia cinética

Em princípio para uma reação química ocorrer, as moléculas dos reagentes devem colidir umas com as outras. Esse é o conceito básico da teoria das colisões da cinética química. E segundo esse conceito, a velocidade de uma reação é proporcional ao número de colisões que ocorrem a cada segundo entre as moléculas. Por outro lado, a teoria do estado de transição tem por foco, a orientação com que as moléculas se colidem. Nesse sentido, afirma-se que muitas moléculas até têm energia cinética suficiente para colidir com outras moléculas, porém o fazem de tal forma que não reagem. Isso porque somente algumas moléculas com energia cinética suficiente para colidir, colidem com orientação adequada (colisões efetivas). Por exemplo, moléculas de hidrogênio (H2) e iodo (I2), ambos no estado gasoso podem reagir para formar o iodeto de hidrogênio (HI) (ilustração abaixo). Para que isso ocorra, além de energia cinética suficiente para atingir o complexo ativado, essas moléculas devem colidir de forma orientada. A seguir, ilustramos três situações possíveis de colisões entre moléculas de hidrogênio e iodo. Apenas em um dos casos, as colisões são efetivas e com energia suficiente para reagir. Aproximação

E  − a   RT 

Essa equação é também chamada de equação de Arrhenius, em homenagem ao químico sueco August Svant Arrhenius. em que, k = constante cinética de velocidade A = fator de frequência de colisões e = base de logaritmos naturais R = constante universal dos gases perfeitos T = temperatura absoluta (Kelvin) A equação de Arrhenius fornece um meio de se determinar o valor da energia de ativação a partir das medições da constante de velocidade em, pelo menos, duas temperaturas diferentes. Não aprofundaremos na demonstração das equações que relaciona tais temperaturas, que podem ser relacionadas das seguintes maneiras. em termos de logaritmo natural

 k 1  Ea  1 1  ln=    −   k2  R  T2 T1  convertendo essas expressão para logaritmo de base 10, temos

k  Ea  1 1  = log  1   −   k2  2,303R  T2 T1 

Colisão ente as moléculas Colisão desfavorável Não há reação

Colisão desfavorável Não há reação

Colisão favorável Há reação Figura 01 - Reação entre moléculas de hidrogênio (H2) e iodo (I2), ambos no estado gasoso. Verifique que somente as colisões efetivas (favoráveis) produzem reação.

252

Ciências da Natureza e suas Tecnologias Gabarito − Questão 01 Energia de ativação → é o mínimo valor de energia que as moléculas de reagentes devem colidirem, a fim de que essa colisão seja efetiva. Colisão efetiva → é o choque entre moléculas de reagentes que conduz à formação de produtos.

Exercícios de Fixação 01. (UFU MG) Conceituar energia de ativação e colisão efe-

Baseado nas informações apresentadas nesta figura, é COR-

tiva de acordo com a teoria das colisões.

RETO afirmar que:

02. (UFG GO) Observe o gráfico abaixo:

a) A constante de equilíbrio da reação nas condições do experimento I é igual à da reação nas condições do experimento II.

a) supondo que o gráfico represente a distribuição da energia cinética das moléculas de um líquido, qual das curvas representa aquele com temperatura mais alta? Justifique

b) A velocidade medida para a reação nas condições do experimento I é maior que a medida nas condições do experimento II. c) A temperatura do experimento I é menor que a temperatura do experimento II.

sua resposta. b) supondo que o gráfico represente a distribuição da energia cinética das moléculas de dois gases, à temperatura, qual das curvas representa o gás de maior massa molar? Justifique a sua resposta.

d) A constante de velocidade medida nas condições do experimento I é igual à medida nas condições do experimento II.

03. (Unesp SP) Quando cozinhamos os alimentos, o aquecimento acelera os processos que degradam as membranas celulares e as biomoléculas, por exemplo, as proteínas. O

E  = nk nA −  a   RT  Da equação acima, é correto afirmar que: a) o parâmetro A é a constante de velocidade da reação. b) k é o fator pré-exponencial e depende do valor da temperatura. c) k e A são fator pré-exponencial e energia de ativação, respectivamente. d) k e Ea independem da reação que está sendo estudada.

dições do experimento II. 05. (ITA SP) A decomposição química de um determinado gás A (g) é representada pela equação: A (g) → B (g) + C (g). A reação pode ocorrer numa mesma temperatura por dois caminhos diferentes (I e II), ambos com lei de velocidade de primeira ordem. Sendo v a velocidade da reação, k a constante de velocidade, ∆H a variação de entalpia da reação e t1/2 o tempo de meia-vida da espécie A, é CORRETO afirmar que: a) ΔHI < ∆HII b)

e) A e Ea são basicamente independentes da temperatura. 04. (ITA SP) A figura ao lado representa o resultado de dois experimentos diferentes (I) e (II) realizados para uma mesma reação química genérica (reagentes → produtos). As áreas hachuradas sob as curvas representam o número de partículas reagentes com energia cinética igual ou maior que a energia de ativação da reação (Eat). Gabarito − Questão 02 a) quanto maior a energia cinética das moléculas maior a temperatura do sistema, uma vez que são diretamente proporcionais. Assim, a curva 2 representa o líquido com temperatura mais alta. b) a energia cinética é diretamente proporcional à velocidade média e esta é inversamente proporcional à massa molar, a curva 1 representa o gás de maior massa molar.

kI (t1/2 )II = kII (t1/2 )I

c) kI =

[B][C] [A]

d) vII = kII e)

[B][C] [A]

vI kII = vII kI

253

B08  Relação entre temperatura e energia cinética

efeito da temperatura na velocidade da reação química foi identificado por Svante Arrhenius no final do século XIX pela equação:

e) A energia cinética média das partículas, medida nas condições do experimento I, é maior que a medida nas con-

Química

Exercícios Complementares 01. (UFG GO) “A transesterificação de triglicerídeos (T) (óleo vegetal) não ocorre em uma única etapa. Em geral, os triglicerídeos transformam-se rapidamente em diglicerídeos e monoglicerídeos (M). Entretanto, a conversão do monoglicerídeo em éster (E) metílico, ou etílico (biodiesel), constitui uma etapa lenta.” QUÍMICA NOVA, 2007, 30(5), 1374-1380.

De acordo com o texto, o gráfico que representa o perfil cinético da transesterificação de um triglicerídeo é:

A lei de velocidade para essa reação e o valor da constante de velocidade estão expressos na alternativa a) v = k [A]2 [B]0, k = 0,01 s−1 b) v = k [A]1, k = 0,0025 mol s−1 1 0 c) v = k [A] [B] , k = 0,01 s−1 d) v = k [B]1, k = 0,0025 s−1 e) v = k [A]1 [B]0, k = 0,01 mol s−1 03. (Uerj RJ) A equação química abaixo representa a hidrólise de alguns dissacarídeos presentes em importantes fontes alimentares: C12H22O11 + H2O → 2 C6H12O6 A tabela a seguir relaciona os resultados da velocidade inicial de reação dessa hidrólise, em função da concentração e da temperatura, obtidos em quatro experimentos, sob as seguintes condições: - Soluções de um desses dissacarídeos foram incubadas com quantidades iguais ora de suco gástrico, ora de suco intestinal rico em enterócitos; - O tempo de reação e outros possíveis fatores interferentes foram mantidos constantes.

N° do experimento

B08  Relação entre temperatura e energia cinética

02. (Ufla MG) Sabe-se que a reação abaixo é de primeira ordem em relação à concentração de A. Para saber qual a ordem da reação em relação à concentração de B, fizeram-se alguns experimentos, cujos resultados são mostrados no quadro abaixo. A+B → C+D

Experimentos 1

254

Concentração (mol/L)

III

Velocidade inicail e de consumo de A (mol/L.s)

0,50

0,005

0,50

0,10

0,005

1,00

0,15

0,010

Valor da concentração de dissacarídeo

Temperatura da reação (°C)

Velocidade de reação (unidades arbitrárias)

9,5

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

tica ocorrida quando o dissacarídeo foi incubado com suco intestinal são os de números: a) I e II b) I e IV c) II e III d) III e IV 04. (Unimontes MG) A distribuição das velocidades moleculares para os gases He, O2, H2O e N2, a 300 °C, em função do número de moléculas (N) / N total ou fração de moléculas, encontra-se representada aleatoriamente por I, II, III e IV como mostra a figura abaixo:

Os gases I, II, III e IV são, respectivamente: a) He,O2, H2O e N2. c) O2, N2, H2O e He. b) O2, H2O, N2, e He. d) N2, O2, He e H2O. 05. (UEPG PR) Considerando a seguinte reação genérica:

Observação: Concentrações iniciais em mol⋅L−1 a) Escreva a equação química balanceada da reação. b) Determine as ordens de reação em relação ao dissulfeto e ao oxigênio. c) Determine o valor da constante de velocidade. 07. (UEG GO) Considere a fase gasosa da reação entre o óxido nítrico e a molécula de bromo a 273 °C. A velocidade inicial de formação do NOBr foi determinada experimentalmente para várias concentrações iniciais de NO e Br2. Os resultados podem ser vistos na tabela abaixo.

2 NO(g) + Br2 (g) → 2 NOBr(g) Experimento

[NO]/molL-1

[Br2]/molL-1

V/molL-1s-1

0,10

0,20

0,25

0,20

150

0,10

0,50

0,35

0,50

735

a) Determine a ordem de reação em relação ao NO e ao Br2. b) Determine a constante de velocidade na temperatura considerada.

Gabarito − Questão 07 a) é de 2ª ordem em relação ao NO; 1ª ordem em relação ao Br2 b) k = 1,2 ⋅ 104L2mol−2s−1

Os experimentos que podem corresponder à hidrólise enzimá-

Gabarito − Questão 06 a) A equação química balanceada será: CS2(g) + 3 O2(g) → CO2(g) + 2 SO2(g) b) 0(zero) em relação ao dissulfeto e 2(dois) em relação ao oxigênio. c) 4,5 . 10−2 mol−1.L.s−1

08. (Ufop MG) O gráfico abaixo refere-se à variação de energia de uma reação hipotética, ocorrendo no sentido direto, em duas etapas.

01. 02. 04. 08. 16.

Y + W → K (rápida) K + Z → 4 X (rápida) Se duplicar a concentração de Z, a velocidade quadruplica. Se duplicar a concentração de Y, a velocidade dobra. A ordem da reação é 3. Se triplicar simultaneamente as concentrações de Z e Y, a velocidade da reação ficará 27 vezes maior. A expressão da lei da velocidade da reação é a seguinte: v = k[Z].[Y].

06. (UFES ES) O quadro a seguir apresenta dados cinéticos sobre a reação de combustão do dissulfeto de carbono (CS2) para produzir gás carbônico e dióxido de enxofre. [CS2]0

[O2]0

Velocidade Inicial (mol.L-1.s-1)

1,44

0,35

5,37 ⋅ 10-3

1,44

0,70

2,15 ⋅ 10-2

2,88

0,35

5,37 ⋅ 10-3

a) Qual das duas etapas é determinante da velocidade da reação hipotética global? Justifique. b) Calcule o calor de reação, ΔH, correspondente à etapa mais endotérmica da reação hipotética global. c) Calcule o calor de reação, ΔH, correspondente à reação hipotética global inversa. a) A etapa determinante é a etapa mais lenta, ou seja, a que tem maior energia de ativação. Portanto, a etapa determinante da reação é a primeira. b) 25 kJ c) -35 kJ

255

B08  Relação entre temperatura e energia cinética

3Z + 2Y → 4X As etapas do mecanismo dessa reação estão abaixo representadas: 2 Z + Y → W (lenta)

FRENTE

QUÍMICA

Exercícios de Aprofundamento

Os dados obtidos, sob temperatura e pressão constantes, estão representados na tabela abaixo e no gráfico do item b. Tempo (min)

Volume de H2 acumulado (cm3)

a) Analisando os dados da tabela, um estudante de Química afirmou que a velocidade de formação do gás H2 varia durante o experimento. Explique como ele chegou a essa conclusão.

256

Em um novo experimento, a chapa de Mg foi substituída por raspas do mesmo metal, mantendo-se iguais a massa da substância metálica e todas as demais condições experimentais. b) No gráfico abaixo, esboce a curva que seria obtida no experimento em que se utilizou raspas de Mg. Gabarito no final do módulo

Volume de H2(cm3)

01. (Fuvest SP) Investigou-se a velocidade de formação de gás hidrogênio proveniente da reação de Mg metálico com solução aquosa de HC. Uma solução aquosa de HC foi adicionada em grande excesso, e de uma só vez, sobre uma pequena chapa de magnésio metálico, colocada no fundo de um erlenmeyer. Imediatamente após a adição, uma seringa, com êmbolo móvel, livre de atrito, foi adaptada ao sistema para medir o volume de gás hidrogênio produzido, conforme mostra o esquema abaixo.

90 80 70 60 50 90 30 20 10 0

4 6 Tempo (min)

02. (Unesp SP) Uma forma de obter hidrogênio no laboratório é mergulhar zinco metálico em uma solução de ácido clorídrico, conforme a reação descrita pela equação apresentada a seguir. Zn (s) + 2 HC(aq) → ZnC2 (aq) + H2(g) Considere que uma tira de zinco metálico foi colocada em um recipiente contendo HC em solução aquosa na concentração de 1 mol/L. Em 20 segundos a temperatura do recipiente elevou-se em 0,05 °C e 25 mL de hidrogênio foram produzidos. Considerando que essa reação ocorreu a 27 °C e 1 atm, determine a velocidade da reação em mL H2/s e em mol H2/s. Dado: R = 0,082 L ⋅ atm ⋅ K–1 ⋅ mol–1 vH 1,25 mL / s e vH 5,1 10 5 mol / s 2

03. (UFG GO) O diagnóstico de doenças tropicais pode ser realizado por meio do uso de biossensores. Esses dispositivos monitoram a reação entre antígenos e anticorpos, que normalmente resultam na formação de um complexo colorido. A tabela a seguir apresenta as concentrações do complexo AB formado em função do tempo em uma reação entre um antígeno A e um anticorpo B na proporção estequiométrica de 1:1. Tempo (s)

[AB] (x10-6 mol/L)

A partir dos dados apresentados, a) esboce o gráfico que represente a cinética de formação do complexo AB colorido; Gabarito no final do módulo b) calcule a velocidade média da reação. v = 4,35 x 10–6 (mol/L.s)

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

04. (IME RJ) Considere a reação catalisada descrita pelo mecanismo a seguir. Primeira etapa: A + BC → AC + B Segunda etapa: AC + D → A + CD O perfil energético dessa reação segue a representação do gráfico abaixo.

07. (UFRGS RS) A possibilidade de reação de o composto A se transformar no composto B foi estudada em duas condições diferentes. Os gráficos abaixo mostram a concentração de A, em função do tempo, para os experimentos 1 e 2. Experimento 1

[A] (mol L–1)

(4)

tempo (min)

(3) (5)

(1)

Experimento 2

[A] –1 (mol L )

Evolução da reação Diante das informações apresentas, é correto afirmar que: a) Os intermediários de reação são representados por (2) e (3) e equivalem, respectivamente, aos compostos BC e AC. b) Os reagentes, representados por (1), são os compostos A e D. c) O complexo ativado representado por (4) tem estrutura A----C-----D. d) O produto, representado por (5), é único e equivale ao composto CD. e) A presença do catalisador A torna a reação exotérmica. 05. (ITA SP) Consideremos um gás formado de moléculas todas iguais e que corresponda ao que se considera um gás ideal. Esse gás é mantido num recipiente de volume constante. Dentre as afirmações abaixo, todas referentes ao efeito do aumento de temperatura, assinale a CORRETA, em relação ao caminho livre médio das moléculas e à frequência das colisões entre as mesmas: Caminho livre médio a) Inalterado b) Diminui c) Aumenta d) Inalterado e) Diminui

Frequência de colisões Aumenta Inalterada Aumenta Diminui Aumenta

06. (ITA SP) Dentre as afirmações abaixo, todas relativas a ação de catalisadores, assinale a ERRADA: a) Um bom catalisador para uma certa polimerização também é um bom catalisador para a respectiva despolimerização. b) Enzimas são catalisadores, via de regra, muito específicos. c) Às vezes, as próprias paredes de um recipiente podem catalisar uma reação numa solução contida no mesmo. d) A velocidade de um reação catalisada depende da natureza do catalisador, mas não de sua concentração na fase reagente. e) Fixadas as quantidades iniciais dos reagentes postos em contato, as concentrações no equilíbrio final independem da concentração do catalisador adicionado.

tempo (min)

Em relação a esses experimentos, considere as afirmações abaixo. I. No primeiro experimento, não houve reação. II. No segundo experimento, a velocidade da reação diminui em função do tempo. III. No segundo experimento, a reação é de primeira ordem em relação ao composto A. Quais estão corretas? a) Apenas I. b) Apenas II. c) Apenas III. d) Apenas I e III. e) I, II e III. 08. (UFPE) A determinação da lei de velocidade de uma reação é baseada em resultados experimentais. No estudo cinético da reação NO(g) + 1 2 O2 (g) → NO2(g) , realizado na temperatura T, observou-se como a velocidade inicial da reação variou, de acordo com o gráfico abaixo: Velocidae inicial –1 –1 (mol L min ) –3

8,4 10

[NO]0 = 0,10M [NO]0 = 0,05M

6,3 10–3 –3

4,2 10

2,1 10–3 0,003M

0,006M

[O2]0

257

FRENTE B  Exercícios de Aprofundamento

Energia Potencial

(2)

Química

Com base nas informações do gráfico, é correto afirmar que: 01. A ordem da reação em relação ao O2 é 0,5. 02. A reação é de segunda ordem em relação ao NO. 03. A unidade de k é L2 mol–2min–1. 04. Na temperatura T, se [NO] = [O2] = 1 mol/L, a velocidade da reação será igual a 28 mol L–1 min–1 05. O aumento da concentração dos reagentes aumenta a velocidade da reação devido a uma diminuição da energia de ativação.

12. (ITA SP) A figura mostra cinco curvas de distribuição de velocidade molecular para diferentes gases (I, II, III, IV e V) a uma dada temperatura. Assinale a opção que relaciona CORRETAMENTE a curva de distribuição de velocidade molecular a cada um dos gases.

02-03-04

09. (Unitau SP) Os dados da tabela abaixo referem-se ao processo químico: X + Y + Z → W. Para esse processo, assinale a alternativa que apresenta CORRETAMENTE a expressão da velocidade e a ordem da reação em relação a X, Y e Z. [X] (mol.L-1)

[Y] (mol.L-1)

[Z] (mol.L-1)

Velocidade (mol.L-1.s-1)

0,125

0,315

0,225

0,090

0,250

0,630

0,450

2,880

0,125

0,630

0,450

0,720

0,250

0,315

0,225

0,360

0,125

0,630

0,225

0,090

a) v = k [X]2 ⋅ [Z]3, X: 2ª ordem, Y: ordem zero, Z: 3ª ordem b) v = k [X]⋅[Y]⋅[Z]3, X: 1ª ordem, Y: 1ª ordem, Z: 3ª ordem c) v = k [X]⋅[Z]3, X: 1ª ordem, Y: ordem zero, Z: 3ª ordem d) v = k [X]2⋅[Y]2⋅[Z]2, X: 2ª ordem, Y: 2ª ordem, Z: 2ª ordem e) v = k [X]⋅[Y]3, X: 1ª ordem, Y: 3ª ordem, Z: ordem zero 10. (Acafe SC) Sob condições apropriadas, a decomposição térmica da vitamina C a 175 °C apresentou as seguintes características: cinética de primeira ordem e constante de velocidade de 0,020 min–1. Qual o tempo necessário para que 500mg dessa vitamina seja reduzida a 50 mg, a 175 °C? Dados: Equação de velocidade de primeira ordem

a) I = H2, II = He, III = O2, IV = N2 e V = H2O. b) I = O2, II = N2, III = H2O, IV = He e V = H2. c) I = He, II = H2, III = N2, IV = O2 e V = H2O. d) I = N2, II = O2, III = H2, IV = H2O e V = He. e) I = H2O, II = N2, III = O2, IV = H2 e V = He. 13. (ITA SP) A equação de Arrhenius k = A.e–Ea/RT mostra a relação de dependência da constante de velocidade (k) de uma reação química com a temperatura (T), em kelvin (K), a constante universal dos gases (R), o fator pré-exponencial (A) e a energia de ativação (Ea). A curva abaixo mostra a variação da constante de velocidade com o inverso da temperatura absoluta, para uma dada reação química que obedece à equação acima. A partir da análise deste gráfico, assinale a opção que apresenta o valor da razão Ea/R para essa reação.

FRENTE B  Exercícios de Aprofundamento

 X   k⋅t  log10  o  =    X   2,30  X0 = quantidade inicial; X = quantidade final; k = constante de velocidade; t = tempo. a) 150 minutos b) 115 minutos c) 2 500 minutos d) 10 minutos 11. (ITA SP) Qual foi a contribuição de ARRHENIUS para o entendimento da cinética das reações químicas? Gabarito no final do módulo

258

a) 0,42 b) 0,50 c) 2,0 d) 2,4 e) 5,5

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

14. (Fuvest SP) Quando certos metais são colocados em contato com soluções ácidas, pode haver formação de gás hidrogênio. Abaixo, segue uma tabela elaborada por uma estudante de Química, contendo resultados de experimentos que ela realizou em diferentes condições. Tempo para liberar 30 mL

Observações

1,0 g de Zn (raspas)

30 s

Liberação de H2 e calor

200 mL

1,0 g de Cu (fio)

Não liberou H2

Sem alterações

200 mL

1,0 g de Zn (pó)

18 s

Liberação de H2 e calor

200 mL

1,0 g de Zn (raspas) + 1,0 g de Cu (fio)

Liberação de H2 e calor; massa de Cu não se alterou

Experimento

Solução de HC a 0,20 mol/L

Metal

200 mL

2 3

Após realizar esses experimentos, a estudante fez três afirmações: I. A velocidade da reação de Zn com ácido aumenta na presença de Cu. II. O aumento na concentração inicial do ácido causa o aumento da velocidade de liberação do gás H2. III. Os resultados dos experimentos 1 e 3 mostram que, quanto maior o quociente superfície de contato/massa total de amostra de Zn, maior a velocidade de reação. Com os dados contidos na tabela, a estudante somente poderia concluir o que se afirma em a) I. b) II. c) I e II. d) I e III. e) II e III. 15. (UFCE) a) Preencha as lacunas abaixo com as palavras corretas. Um dado sistema gasoso ideal é constituído por moléculas em movimento constante, uniforme, ________________ e ________________. As distâncias intermoleculares são muito ________________ que as dimensões moleculares, minimizando a possibilidade de ________________. As moléculas se chocam entre si e/ou com as paredes do recipiente que as contém de modo elástico com uma dada força, originando a ________________ do sistema. b) O gráfico a seguir representa curvas de distribuição de número de moléculas em função da velocidade média para gases ideais. a) Os termos corretos são, respectivamente: aleatório, linear, maiores, choques, pressão. b) X = C2 a 100 K; Y = C2 a 1000 K e Z = H2 a 100 K. X e Y → para uma mesma espécie de gás, quanto maior a temperatura, maior a velocidade média das moléculas. X e Z → a uma mesma temperatura, moléculas de H2 têm maior velocidade média em função de sua menor massa molar.

Considere os seguintes sistemas: – gás H2 a 100 K; – gás C2 a 100 K; – gás C2 a 1 000 K. Faça a correta associação entre estes sistemas e as curvas X, Y e Z. Justifique sua resposta. Questão 01 a) Chegou a essa conclusão observando a tabela e verificando que a variação de volume a cada intervalo de tempo não é a mesma. Exemplo: V Intervalo de 0 min – 1 min: 15 cm3 – 0cm3 = 15 cm3; velocidade = 15 cm3/min t 3 3 3 Intervalo de 1 min – 2 min: 36 cm – 27 cm = 9 cm ; velocidade = 9 cm3/min b)

Questão 03 (Lebra A) a) O gráfico que representa a cinética de formação do complexo AB colorido é:

Questão 11 Arrhenius participou de forma ativa no estudo da dependência da velocidade das reações quando ocorre a variação de temperatura (aumento). Dependência esta determinada pela expressão: K = A eεa / RT em que: A é o fator de frequência εa = é a energia de ativação Obs.: quanto maior for a energia de ativação mais lenta será a velocidade de uma reação numa dada temperatura. Em geral, a dependência entre a constante de velocidade k e a temperatura T (em kelvins) segue a equação de Arrhenius, pelo menos em faixas não muito grandes de temperatura (cerca de uns 100 K). 259 Uma das forma mais comum de apresentação dessa forma é: LogK = logA - εa /2,303RT

FRENTE B  Exercícios de Aprofundamento

Reagentes

FRENTE

Fonte: shutterstock.com/ Por mailsonpignata

QUÍMICA Por falar nisso Os compostos orgânicos ocorrem na natureza em quantidade tão grande e tão diferente que, para efeito de estudo, é necessário que eles sejam reunidos em grupos ou classes de compostos com propriedades químicas semelhantes. Em aulas anteriores, estudamos os hidrocarbonetos. A partir de agora, estudaremos os compostos oxigenados e nitrogenados. Diversas funções estão presentes nessas classes de compostos. O etanol, obtido nas destilarias, imagem de abertura dessa página, é um composto oxigenado presente nas bebidas alcoólicas, em produtos de assepsia e outros, além de ser utilizado como combustível em veículos automotores. Os fenóis são utilizados no preparo de produtos de limpeza, medicamentos veterinários etc. Os aldeídos são de extrema importância para preservação de peças anatômicas. As cetonas, por sua vez, são utilizadas como solvente orgânico. Os ácidos carboxílicos estão envolvidos em processos fisiológicos de produção dos lipídeos HDL e LDL, além de compor os óleos vegetais e azeites, e não menos importante, os sais de ácidos carboxílicos, usados há séculos como sabões. Nas próximas aulas, estudaremos os seguintes temas

C05 C06 C07 C08

Álcoois, enóis e fenóis ..................................................................262 Aldeídos, cetonas e éteres ...................................................................271 Ácidos carboxílicos, sais de ácidos carboxílicos e ésteres ............285 Aminas, amidas e nitrocompostos ...............................................297

FRENTE

QUÍMICA

MÓDULO C05

ASSUNTOS ABORDADOS n Álcool, Enol, Fenol e Éter n Cana-de-açúcar e sua importância n Projeto Proálcool n Função álcool n Função enol n Função fenol n Função éter

ÁLCOOL, ENOL, FENOL E ÉTER Cana-de-açúcar e sua importância O potencial de produção e o papel fundamental da cana-de-açúcar e de seus subprodutos – açúcar, etanol e energia elétrica, entre outros –, tanto na agricultura quanto na indústria, fazem dessa cultura uma das mais importantes atividades da agroindústria nacional. O Brasil é hoje o maior produtor mundial de cana em uma área de 8,1 milhões de hectares, o que representa apenas 2,3% da área agrícola do País. Os bons números e o aprimoramento tecnológico permitem que o País seja também o maior exportador mundial de açúcar, respondendo sozinho por 45% de todo o produto comercializado no mundo. Na fabricação de etanol, que utiliza aproximadamente 1% da área agricultável do País e 57% da área plantada com cana, o Brasil também ocupa liderança nas exportações e compartilha, com os Estados Unidos da América (EUA), a posição de maior produtor mundial. Na prática, os dois países são responsáveis por 70% de toda a fabricação desse combustível no mundo. A crise do petróleo na década de 1970 levou o Governo a incentivar o desenvolvimento da produção de álcool etílico retirado da cana-de-açúcar em um grande projeto denominado de Proálcool.O uso do álcool como combustível automotivo é de grande importância para a sociedade, pois, além de ter custo de produção menor do que o da produção do petróleo, é um combustível renovável obtido da fermentação do caldo da cana-de-açúcar. Mas a cana-de-açúcar não é a única fonte de etanol. Também podemos obtê-lo do arroz, da beterraba e da mandioca. A cana-de-açúcar sempre teve um papel importante na economia brasileira, desde o período dos engenhos coloniais. Não é de hoje que especialistas vêm buscando maneiras de aprimorar o cultivo da planta, tornando-a mais produtiva e resistente, entre outras vantagens agronômicas. Com o êxito do mapeamento de seu genoma, abrem-se as portas para uma infinidade de possibilidades, entre elas, o melhoramento genético assistido por marcadores moleculares e a biotecnologia aplicada à cana-de-açúcar.

262

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

A obtenção do etanol resultante da cana-de-açúcar pode ser resumida nas etapas a seguir: Plantio Colheita Moagem Mosto Mistura azeotrópica e  → e  → da  → de  → Destilação  → contendo 96o GL Cultivo Transporte Cana − de − açúcar Fermentação

Projeto Proálcool Diante de um cenário de crise internacional do açúcar e do primeiro choque do petróleo, surge em 14 de novembro de 1975, o Programa Nacional do Álcool (Proálcool). O objetivo desse programa era diminuir a dependência externa de energia – questão de estratégia de segurança nacional – e de melhorar o balanço de pagamentos, reduzir as disparidades regionais de renda, expandir a produção de bens de capital e gerar empregos. Os esforços para superar o choque do petróleo (1973 a 1975) fizeram os setores agrícola e industrial de cana-de-açúcar experimentar um grande desenvolvimento tecnológico. Um êxito inegável do Proálcool foi exatamente promover sinergias, aliando competências técnicas de importantes indústrias e instituições de pesquisas, que contaram com o apoio continuado de organismos governamentais em diversas áreas, como tecnologia, política industrial, planejamento energético, agricultura, entre outros, para realizar uma das poucas iniciativas de inovação de alcance global que ocorreram no Brasil. Apesar das dificuldades, desde a sua criação, o Proálcool gerou grandes benefícios econômicos e ambientais – estima-se, pelo menos, que setecentas mil pessoas estejam, hoje, envolvidas com a cana-de-açúcar em cinquenta mil estabelecimentos agrícolas e na produção de álcool e açúcar em centenas de unidades industriais. Diante de um futuro pouco preciso, os cientistas acreditam que a era do petróleo chegue a um ponto de insuficiência no atendimento da demanda mundial em algumas décadas. Outros dizem que os combustíveis fósseis ainda devem durar por muito tempo. De qualquer maneira, todos estão certos de que o petróleo terá outra crise de escassez e com efeitos superiores aos da década de 1970.

C05  Álcool, Enol, Fenol e Éter

Em virtude de uma eficiência no sistema agroindustrial da cana-de-açúcar, é possível, atualmente, produzir álcool a custo inferior ao da gasolina e de outros derivados do petróleo. Diante desse quadro, é possível prever que a produção industrial de carros bicombustíveis só aumente. Os dados dizem isso, veja: em 2005, por exemplo, o percentual de venda desses carros era de 51,9% do total de vendas internas, e estimava-se que em 2010 esse porcentual chegasse a 80%.

Fonte: Anfavea, Copersuçar e Unica.

263

Química

Para atender ao aumento esperado de consumo interno e de exportações, o Brasil deve se preparar para produzir algo em torno de 100 bilhões de litros de etanol combustível nos próximos vinte anos. Essa meta vai exigir desenvolvimento tecnológico e formulação de políticas governamentais eficientes que contemplem a energia obtida da biomassa de cana-de-açúcar e que realmente sejam as bases de um projeto nacional de desenvolvimento tecnológico e social.

Fonte: Anfavea, Copersuçar e Unica.

Entretanto, a produção industrial do álcool e do açúcar retirados da cana-de-açúcar gera grande impacto ambiental em algumas regiões do Brasil, além do impacto social, como péssimas condições de trabalho, baixos salários, falta de assistência médico-hospitalar e falta de programas educacionais nas regiões de corte de cana. Impacto ambiental Sobre o solo A produção agrícola da cana-de-açúcar em grande escala e a produção industrial de etanol nas destilarias têm como principal impacto o solo, porque, de início, reduz a disponibilidade hídrica decorrente da captação de água e induz processos erosivos e consequente assoreamento de corpos d’águas superficiais. Depois, vem o risco de contaminação do solo e dos recursos hídricos, em decorrência do uso de fertilizantes, defensivos agrícolas e também decorrentes da disposição inadequada do vinhoto. Sobre o meio aquático No ciclo industrial da produção de álcool derivado da cana-de-açúcar, os principais efluentes líquidos que podem ser lançados no meio aquático (corpos d’águas) são o vinhoto, as águas de lavagens e águas de remoção química. O vinhoto constitui-se de resíduos provenientes da destilação do melaço fermentado para obtenção do álcool. Como são materiais orgânicos, apresentam altos índices de débito bioquímico de oxigênio (DBO) e débito químico de oxigênio (DQO). C05  Álcool, Enol, Fenol e Éter

As águas de lavagem podem ser provenientes das dornas e da lavagem da cana antes da moagem; as águas provenientes da lavagem dos recipientes de fermentação (dornas) têm composição muito próxima da composição do vinhoto, porém bem mais diluídas. As águas provenientes da lavagem da cana antes da moagem têm alto teor de sacarose, principalmente as provenientes da cana queimada. As águas de remoção química são as que têm composição ácida (HC) ou básica (NaOH) utilizadas para remoção de incrustações formadas principalmente por sais de fosfatos, carbonatos, oxalatos, entre outros. 264

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Sobre a atmosfera Tradicionalmente no Brasil, a colheita manual da cana-de-açúcar é precedida das queimadas das lavouras canavieiras. As queimadas produzem impactos sérios sobre a saúde das populações vizinhas às lavouras e também sobre o meio ambiente. As queimadas emitem: n

Gás eteno à atmosfera, além de outros hidrocarbonetos precursores da formação do ozônio troposférico, principal componente do smog fotoquímico. Os smogs são causadores de problemas respiratórios nos seres humanos; Substâncias que podem ser convertidas em ácidos e posteriormente depositados no solo ou em rios, alterando a acidez do meio. Essa acidificação pode causar mortandades de peixes, declínio florestal, corrosão de metais, acidificação do solo etc.; Materiais particulados finos que podem atingir os pulmões durante o processo respiratório, causando problemas respiratórios principalmente em crianças, adolescentes e idosos.

Função álcool Os álcoois são compostos que apresentam o grupo OH ligado diretamente a um carbono saturado (carbono alcânico). Portanto, o grupo funcional dos álcoois pode ser representado por:

Todos os compostos orgânicos que apresentarem esse agrupamento de átomos terão a função química álcool e pertencerão à classe funcional dos álcoois, apresentando propriedades químicas semelhantes entre si. Classificação e nomenclatura Em função da classificação do átomo de carbono que o grupo OH encontra-se ligado, podemos classificar o álcool em primário, secundário e terciário.

SAIBA MAIS No dia 10 de agosto de 2009, a 2ª Turma do Superior Tribunal de Justiça (STJ) manteve a decisão judicial que proibiu a queimada de palha como método preparatório para colheita de cana-de-açúcar no interior de São Paulo. A proibição foi estabelecida no julgamento de uma ação civil pública proposta pelo Ministério Público de São Paulo (MP-SP) com o objetivo de proteger o meio ambiente e a saúde dos trabalhadores que fazem o corte da planta. Além de vetar a queima da cana-de-açúcar, a Justiça paulista condenou produtores a pagar indenização correspondente a 4 936 litros de álcool por alqueire eventualmente queimado. A decisão foi contestada em recurso interposto pelos produtores, mas o entendimento da primeira instância foi mantido pelo Tribunal de Justiça de São Paulo (TJ-SP). Disponível em: <https://jus.com.br/ artigos/14279/as-queimadas-nos-canaviais>. Acesso em 02 dez. 2017.

A seguir, listamos álcoois primários, secundários e terciários, bem como seus respectivos nomes segundo o sistema IUPAC de nomenclatura substitutiva. A nomenclatura IUPAC – sistema substitutivo – é feita com base na nomenclatura do hidrocarboneto substituído.

O menor hidrocarboneto é o metano. Se substituirmos um átomo de hidrogênio do metano por um grupo OH, teremos um composto do tipo álcool. O nome desse álcool vem de alcano, do qual retira-se o sufixo o, que caracteriza a nomenclatura dos hidrocarbonetos, e substitui-se pelo sufixo ol, que caracteriza a nomenclatura dos álcoois. Os álcoois com três ou mais átomos de carbono na cadeia devem ter a cadeia carbônica numerada de tal maneira que o grupo funcional receba o menor localizador. Portanto, a numeração deve começar sempre da extremidade mais próxima do grupo funcional. Os álcoois de cadeias ramificadas devem apresentar as ramificações listadas segundo a ordem de prioridade alfabética. C05  Álcool, Enol, Fenol e Éter

Álcoois primários

Figura 01 - Nesses exemplos, o grupo OH está ligado em carbono primário, e, portanto, são álcoois primários.

265

Química

Álcoois secundários

Figura 02 - Nesses exemplos, todos os grupos OH estão ligados em carbonos secundários e, portanto, são álcoois secundários. O caso do propano-1,2,3-triol apenas uma das três hidroxilas é secundária, as outras duas são hidroxilas primárias.

Álcoois terciários

Figura 03 - Nesses exemplos, todos os grupos OH estão ligados em carbonos terciários e, portanto, são álcoois terciários.

A nomenclatura IUPAC – sistema radicofuncional – é obtida com base na nomenclatura do radical formado pela retirada de um átomo de hidrogênio do hidrocarboneto. No caso do metano, só podemos obter um único radical monovalente, o metil. Assim, o álcool H3C – OH pode ser nomeado utilizando o nome do radical adjetivado em ílico, porém precedido do nome da classe funcional (álcool): álcool metílico.

C05  Álcool, Enol, Fenol e Éter

Outros exemplos de nomenclatura radicofuncionais de álcoois.

Função enol Os enóis são compostos que apresentam o grupo OH ligado diretamente a um carbono insaturado por dupla ligação (carbono alcênico). 266

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

O grupo funcional dos enóis é:

Todos os compostos orgânicos que apresentarem esse agrupamento de átomos possuem a função química enol, isto é, pertencem à classe funcional dos enóis e apresentam propriedades químicas semelhantes. Nomenclatura Para os enóis, utilizamos preferencialmente o sistema IUPAC substitutivo de nomenclatura. Para isso, partimos do nome do hidrocarboneto substituindo o sufixo o por ol. A seguir, listamos exemplos de nomenclatura de enóis. Quando houver necessidade de numeração da cadeia para localizar o grupo funcional, deve-se numerá-la a partir da extremidade mais próxima do grupo funcional.

Todos os compostos orgânicos que apresentarem o OH ligado diretamente em um carbono aromático pertencem à função fenol, isto é, pertencem à classe funcional dos fenóis e apresentam propriedades químicas semelhantes.

Função éter Os éteres são compostos de fórmula geral:

em que R e Ar podem ser iguais ou diferentes. Os grupos R são alquilas e os grupos Ar são arilas.

Função fenol Os fenóis são compostos que apresentam o grupo OH ligado diretamente a um carbono aromático. No caso dos fenóis derivados de hidrocarbonetos aromáticos, podemos dizer que o grupo hidroxila se apresenta ligado ao carbono do anel benzênico. Portanto, o grupo funcional dos fenóis é: Ar  OH, em que Ar representa o anel aromático. Nomenclatura Os principais fenóis derivam do benzeno, tolueno e naftaleno. Esses fenóis resultam da substituição de átomos de hidrogênios pelo grupo OH. Em função dos nomes históricos dos hidrocarbonetos que dão origem aos fenóis, o sistema de nomenclatura é feito de forma não sistemática.

Se os grupos R e Ar forem iguais, temos um éter simétrico, mas se esses grupos forem diferentes entre si, temos um caso de éter assimétrico ou misto. O éter mais conhecido de todos é o éter dietílico de fórmula H3C – CH2 – O – CH2 – CH3, um composto líquido em condições ambientes, altamente volátil, inflamável e de odor pungente. Esse éter foi usado na medicina como anestésico em 1931, apesar de ter sido sintetizado por Valerius Cordus, em 1543. Nomenclatura dos éteres A nomenclatura IUPAC radicofuncional dos éteres é feita com base nos grupos orgânicos ligados ao átomo de oxigênio. Por exemplo, no caso dos éteres sempre há dois grupos substituintes ligados ao oxigênio.

Nesse caso, os dois grupos são iguais, portanto devemos quantificá-los usando o prefixo di. Assim, o nome do éter é dado pelo nome da função + di + grupo adjetivado em ílico. 267

C05  Álcool, Enol, Fenol e Éter

Os enóis são compostos de baixa estabilidade em comparação aos álcoois, porque apresentam o grupo OH ligado diretamente ao carbono que possui a ligação pi (π).

Química

Por exemplo, no caso do éter dimetílico, podemos tratá-lo como derivado do metano (CH4) pela substituição de um átomo de hidrogênio por um grupo metóxi (H3C – O). Assim, o nome oficial será metoximetano.

Figura 04 - Sistema radicofuncional de nomenclatura IUPAC.

Outra forma de nomenclatura para os éteres, segundo o sistema IUPAC, é aquela feita por substituição. Nesse sistema, o éter é tratado como derivado de um hidrocarboneto pela substituição de um ou mais hidrogênio por grupos oxigenados alquilóxi.

Figura 05 - Sistema substitutivo de nomenclatura IUPAC.

Exercícios de Fixação 01. (UPE PE) [...] Porém um dia, cansados de tanto mexer e com serviços ainda por terminar, os escravos simplesmente pararam, e o melado desandou! O que fazer agora? A saída que encontraram foi guardar o melado longe da vista do feitor. No dia seguinte, encontraram o melado azedo (fermentado). Não pensaram duas vezes e misturaram o tal melado azedo com o novo e levou-se ao fogo. Resultado: o “azedo” do melado antigo era álcool que aos poucos foi evaporando, no teto do engenho, se formaram umas goteiras que pingavam constantemente [...] Quando a pinga batia nas suas costas marcadas com as chibatadas dos feitores, ardia muito. História contada no Museu do Homem do Nordeste, Recife, Pernambuco. In: SILVA, Ricardo O. Cana de Mel, Sabor de Fel – Capitania de Pernambuco: Uma Intervenção Pedagógica com Caráter Multi e Interdisciplinar. Química Nova na Escola, 32, 2, 2010.

C05  Álcool, Enol, Fenol e Éter

Em relação aos aspectos abordados no texto acima, analise as afirmativas a seguir: I. A aguardente produzida no Brasil Colônia era de qualidade, por ser puro etanol. II. O “melado” era uma solução de sacarose que se tornava muito densa ao ser aquecida. III. A pinga, um legado do sistema escravocrata, estimulou a produção de etanol no Brasil. IV. A evaporação continua sendo a melhor etapa para a separação do etanol produzido a partir do melado. V. Produtos contendo etanol são produzidos por fermentação do caldo de cana-de-açúcar, desde os tempos coloniais. Quais desses cinco itens veiculam informações CORRETAS quanto ao processamento de produtos da cana-de-açúcar? a) I e V b) II e V c) II e IV d) III e IV e) III e V.

268

02. (Puc Campinas SP) A forma orgânica do carbono é encontrada nos hidrocarbonetos, carboidratos, proteínas, álcoois, entre outros grupos de materiais. A diferença entre um hidrocarboneto e um monoálcool com o mesmo número de átomos de carbono é que, no monoálcool, há um a) grupo OH, obtido pela substituição de um C do hidrocarboneto. b) grupo OH, obtido pela substituição de um H do hidrocarboneto. c) átomo O, obtido pela substituição de um C do hidrocarboneto. d) átomo C, adicionado à cadeia carbônica do hidrocarboneto. e) átomo H, adicionado à cadeia carbônica do hidrocarboneto. 03. (Mackenzie SP) O isopropanol, que tem fórmula estrutural, pode ser usado para limpar CDs e teclados de computadores. Esse composto é: a) conhecido no comércio pelo nome de formol. b) o 2-propanol. c) um álcool insaturado. d) um álcool com cadeia carbônica ramificada. e) isômero de função do 1-propanol. 04. (Unimontes MG) A estrutura de quatro compostos é dada abaixo:

Muitos fenóis são encontrados em vegetais e sofrem a ação de enzimas oxidativas, exceto os compostos metadiidroxilados. Dos compostos apresentados, aquele que NÃO sofre ação enzimática é o a) resorcinol. c) catecol. b) cresol. d) floroglucinol.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

05. (Uespi PI) Os representantes dos compostos dessa função orgânica são oxigenados. Têm caráter relativamente ácido, porém, menos ácido que os ácidos carboxílicos. Em geral, eles são pouco solúveis ou insolúveis em água, mas os seus sais são bem mais solúveis. Alguns são utilizados como desinfetantes e na produção de resinas. As características apontadas anteriormente estão associadas à função: a) álcool. b) aldeído. c) cetona. d) éter. e) fenol. 06. (UCS RS) O resveratrol é um antioxidante natural presente nas sementes e cascas de uvas. Estudos indicam que esse composto pode ajudar a diminuir o mau colesterol (LDL) e aumentar o bom colesterol (HDL), auxiliando na redução do risco de doenças cardiovasculares, como o infarto do miocárdio. Sua estrutura química está representada abaixo.

a) O composto possui a função enol que tautomeriza com a função cetona. b) O composto possui uma função álcool. c) O composto possui 2 carbonos primários. d) O composto possui 4 dos seus átomos de carbono formando somente ligações simples e apenas 2 átomos de carbono que formam ligação dupla entre eles. e) O composto tem fórmula molecular C6H12O. 09. (Unificado RJ) BIOTECNOLOGIA MARINHA NO BRASIL Desde o fim da Segunda Guerra Mundial, o mar tem despertado o interesse dos biólogos, oceanógrafos, bioquímicos e químicos sobre o seu potencial biotecnológico. O Brasil, com 8.698 km de costa litorânea, com uma invejável biodiversidade, não pode abdicar dos estudos sobre o potencial tecnológico dos organismos marinhos. Hoje vários grupos de pesquisas no Brasil investigam as substâncias isoladas de algas, fungos e invertebrados marinhos e sua utilização contra várias doenças, como câncer, trombose e aids. A figura a seguir apresenta a fórmula de uma substância isolada de alga marinha com potencial antiviral contra o HIV – 1.

O resveratrol pertence à classe funcional a) álcool. b) cetona. c) aldeído. d) éster. e) fenol. 07. (UEPG PR) O mentol é utilizado em vários produtos comerciais tais como balas e loções. Com base na fórmula estrutural desse composto, que é mostrada abaixo, assinale o que for correto.

10. (UEM PR) O uso de Bisfenol A (BPA) na produção de garrafas plásticas, mamadeiras e copos para bebês foi proibido no Brasil, no final de 2011, devido a suspeitas de danos à saúde humana. Sobre o BPA (estrutura mostrada a seguir), assinale o que for correto.

É um álcool. Sua fórmula molecular é C10H20O É um composto insaturado. Sua fórmula mínima é igual à sua fórmula molecular. Todos os átomos de carbono estão situados no mesmo plano.

08. (UEM PR) Considerando a fórmula estrutural do composto abaixo, assinale a alternativa incorreta.

01. 02. 04. 08. 16.

É um hidrocarboneto aromático. É uma molécula planar. Apresenta plano de simetria. Sua fórmula molecular é C15H16O2. Devido à presença de grupos hidroxila, é um composto altamente solúvel em água.

269

C05  Álcool, Enol, Fenol e Éter

01. 02. 04. 08. 16.

A fórmula estrutural ilustrada acima a) apresenta função fenol b) apresenta seis carbonos do tipo sp c) apresenta seis carbonos do tipo sp2 d) corresponde à função álcool de cadeia cíclica e) corresponde à função álcool de cadeia acíclica

Química

Exercícios Complementares 01. (UEPG PR) Considere as estruturas químicas dos hormônios sexuais: estrogênio (I); testosterona (II) e progesterona (III) e assinale o que for correto.

c) O etanol apresenta cadeia carbônica maior que o metanol. d) O metanol também é conhecido como álcool etílico. e) O etanol também é conhecido como álcool metílico. 04. (UFMG) A estrutura dos compostos orgânicos pode ser representada de diferentes modos. Analise estas quatro fórmulas estruturais:

A partir dessa análise, é CORRETO afirmar que o número de compostos diferentes representados nesse conjunto é 01. A progesterona e a testosterona são isômeros. 02. Todos os grupos hidroxila presentes nestes compostos são álcoois secundários. 04. O estrogênio é o composto mais ácido. 08. O composto menos oxidado é o estrogênio. 16. Os 3 compostos podem reagir com ácidos carboxílicos, formando ésteres. 02. (UECE) Encher o prato de ervas e condimentos pode inibir um processo danoso por trás do envelhecimento precoce e de problemas como a resistência à insulina. Cravo-da-índia, canela, orégano, alecrim e manjerona, ricos em polifenóis, são exemplos de especiarias que inibem esse processo. Assinale a alternativa que contém um exemplo de polifenol.

a) 1. b) 2. c) 3. d) 4. 05. (UFPE) Fenóis são obtidos principalmente através da extração de óleos a partir do alcatrão de hulha. Fenol é também o nome usual do fenol mais simples, que consiste em uma hidroxila ligada ao anel benzênico. Outros nomes para esta substância incluem: ácido fênico, hidroxibenzeno ou monohidroxibenzeno. Com relação ao fenol (hidroxibenzeno), analise os itens a seguir. 01. Possui ponto de ebulição menor que o do benzeno. 02. É mais ácido do que o ciclo-hexanol. 03. Quando reage com uma base forma o ânion fenolato que é estabilizado por ressonância. 04. Reage com ácido acético na presença de H2SO4 como catalisador para formar o acetato de fenila. 05. Em uma reação de nitração, o produto principal é o meta-nitro-fenol, já que o grupo -OH é meta dirigente.

C05  Álcool, Enol, Fenol e Éter

06. (Unifor CE) O etanol, também conhecido como álcool etílico, é considerado um combustível renovável. Sobre o etanol 03. (Udesc SC) Com relação ao metanol e etanol, a alternativa correta é: a) O metanol é o álcool mais utilizado como combustível para automóveis. b) Ambos os álcoois podem ser utilizados na fabricação de bebidas alcoólicas.

270

é correto afirmar que: a) apresenta hidroxila ligada a carbono com hibridização sp2. b) é um composto orgânico de natureza apolar. c) sofre interação intermolecular do tipo ligação de hidrogênio. d) a ligação entre o oxigênio e o hidrogênio é do tipo iônica. e) é um álcool secundário.

FRENTE

QUÍMICA

MÓDULO C06

ALDEÍDOS, CETONAS, ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Você já deve ter sentido um odor que, de repente, trouxe à memória uma lembrança antiga. Então, você experimentou um fenômeno característico do nosso sentido do olfato, um sentido muito primitivo e único para o qual os nervos sensoriais a ele relacionados fazem parte efetiva do cérebro. Esses sensores reconhecem substâncias específicas – a partir de suas geometrias moleculares ou de seus grupos funcionais polares. Entre os compostos orgânicos de odores mais potentes, estão aqueles que possuem o grupo funcional carbonila (aldeídos e cetonas), além de ácidos carboxílicos e ésteres. Os ésteres serão estudados na próxima aula. Aldeídos e cetonas são abundantes na natureza. Eles contribuem para o aroma e sabor de muitos alimentos e participam das funções biológicas de muitas enzimas. Além disso, a indústria utiliza aldeídos e cetonas como reagentes e solventes em sínteses. Nesse aspecto, é de grande importância o papel de solvente da propanona – uma cetona utilizada em solução aquosa como solvente de esmalte de unhas. É por isso que, de maneira geral, costumamos dizer que aldeídos e cetonas estão entre as funções químicas mais importantes da Química Orgânica. As substâncias que desencadeiam as sensações olfativas chegam aos receptores olfatórios pelo ar. Esse fenômeno também ocorre em outros animais. Para os insetos, ele adquire um papel especial em virtude da existência dos feromônios. O termo feromônio pode ser usado para fazer referência a uma substância em particular ou para uma mistura de substâncias que atua como feromônio e que permite a comunicação com outros indivíduos da mesma espécie, ou seja, trata-se de uma linguagem. Os insetos se comunicam assim, por meio de sinais químicos emitidos e, dependendo da ação, temos um tipo específico de feromônio, isto é, feromônio de marcação de trilha, de alarme, de ataque, de agregação de indivíduos e também de marcação sexual.

ASSUNTOS ABORDADOS n Aldeídos, cetonas, ácidos car-

boxílicos

n Função aldeído n Função cetona n Ácidos carboxílicos n Ácidos orgânicos e fármacos n Ácidos carboxílicos graxos

Figura 02 - Feromônio da formiga longinoda ao preparar-se para a luta. Função cetona.

Figura 03 - Feromônio de alarme das formigas ao pressentir perigo de morte. Função aldeído.

Figura 04 - Feromônio de trilhas da abelha Apis mellifera. Em dias de ventania e chuva, as abelhas têm dificuldade para retornar à colmeia porque a trilha feromônica se desfaz e muitas delas acabam morrendo. Funções álcool e alceno.

Figura 01 - Abelhas e outros insetos se comunicam utilizando substâncias especiais denominadas feromônios.

271

Química

Para a agricultura, os feromônios são importantes na medida em que permitem o controle das populações de insetos, em especial no caso de “pragas” que agridem as lavouras. Uma vez identificado o feromônio de comunicação e possibilitada a sua produção sintética, ele pode servir de isca, nas lavouras, para atrair e capturar insetos em armadilhas previamente preparadas. Por serem substâncias naturais que regulam comportamentos essenciais para a sobrevivência da espécie, é pouquíssimo provável que os insetos possam vir a desenvolver algum tipo de resistência a eles, à semelhança do que ocorre com agrotóxicos tradicionais. A possibilidade de haver danos ambientais, portanto, estaria completamente descartada.

Função aldeído

C06  Aldeídos, cetonas, ácidos carboxílicos

Os compostos pertencentes à classe funcional dos aldeídos caracterizam-se por apresentar o grupo funcional – CHO na cadeia. Esse agrupamento recebe o nome de carbonila aldeídica, formila, aldoxila ou grupo carbaldeído.

O aldeído de menor massa molar é o metanal e apresenta grupo formila ligado diretamente a um átomo de hidrogênio. Esse aldeído é utilizado para o preparo de uma solução aquosa chamada formol, usada como preservativo de peças anatômicas e animais. Além desse uso, o formol é produzido em grandes quantidades para uso posterior na indústria de produção de plásticos e resinas, como a cola ureia-formaldeído, o baquelite e outros polímeros.

Fonte: Wikimedia Commons

Uma análise rápida do surgimento da agricultura, por meio da qual o homem passa de coletor para produtor de seu alimento, faz surgir a importância dos vegetais como alimentos cultivados pelo homem, que passam a ser essenciais ao novo modo de vida e de sobrevivência.

Figura 05 - O formol é empregado na conservação de peças anatômicas e de animais.

O aldeído acético ou etanal é muito usado na indústria farmacêutica na produção de fármacos. A acroleína é um aldeído formado no processo de frituras de alimentos gordurosos.

Na indústria de cosméticos e de alimentos diversos, os aldeídos são empregados como aromatizantes. A seguir, listamos as fórmulas de alguns compostos utilizados como aditivos químicos na indústria.

Nomenclatura dos aldeídos A nomenclatura IUPAC substitutiva é feita com base no hidrocarboneto do qual se derivou o aldeído. Nesse sistema, emprega-se o nome do hidrocarboneto seguido da substituição da terminação o por al. Se houver ramificação ou presença de grupos funcionais insaturados, a numeração da cadeia carbônica é feita da extremidade que contém o grupo funcional aldeído.

272

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

#TÁ NA MÍDIA ANVISA ALERTA SOBRE O USO DE FORMOL EM ALISAMENTO CAPILAR A Anvisa não registra alisantes capilares que tenham como base o formol em sua fórmula. O alerta é da gerente-geral de cosméticos da Anvisa, Josineire Sallum. De acordo com a gerente, o formol, nas concentrações permitidas pela agência, não tem função de alisante. A substância só tem uso permitido em cosméticos nas funções de conservante (limite máximo de uso permitido 0,2%, conforme a Resolução 162/01) e como agente endurecedor de unhas (limite máximo de uso permitido 5%, segundo a Resolução 79/00, anexo V). “Todos os produtos registrados pela Anvisa que apresentam o formol na sua composição têm as concentrações da substância dentro dos limites previstos nas legislações. Quando o produto não é registrado, significa que a composição não foi avalia- Figura 06 - A defrisagem do cabelo é um método da, o que pode representar perigos à saúde”, explica. [...] muito comum nos salões de beleza. Atualmente emprega-se o formol como agente químico. Riscos do formol As reações do uso do formol podem ser: n Contato com a pele– tóxico. Causa irritação à pele, como vermelhidão, dor e queimaduras. n Contato com os olhos. Causa irritação, vermelhidão, dor, lacrimação e visão embaçada. Altas concentrações causam danos

irreversíveis. n Inalação. Pode causar câncer no aparelho respiratório, dor de garganta, irritação do nariz, tosse, diminuição da frequência

respiratória, irritação e sensibilização do trato respiratório. Pode ainda causar graves ferimentos nas vias respiratórias, levando ao edema pulmonar e à pneumonia. Fatal em altas concentrações. n Exposição crônica. A frequente ou prolongada exposição pode causar hipersensibilidade, levando às dermatites. O contato

repetido ou prolongado pode causar reação alérgica, debilitação da visão e aumento do fígado. No caso da escova progressiva, dependendo da concentração do formol, pode ainda causar queda capilar. Extraído do site:<www.anvisa.gov.br/divulga/noticias/2007/210307.htm>. Acesso em 12 dez. 2007.

C06  Aldeídos, cetonas, ácidos carboxílicos

Função cetona Os compostos pertencentes à classe funcional das cetonas caracterizam-se por apresentar o grupo funcional carbonila na cadeia.

A menor cetona é a propanona, também conhecida no comércio por acetona – que é a cetona comercial de maior importância. A propanona e a butanona são solventes industriais muito comuns, porque dissolvem grande variedade de produtos orgânicos e têm baixa toxicidade. 273

Química

Na foto, vemos uma manicure usando a acetona comercial para retirar o esmalte da unha.

Figura 07 - A acetona é grandemente utilizada para remover o esmalte de unhas.

Nomenclatura das cetonas A nomenclatura IUPAC para as cetonas acíclicas é feita substituindo o sufixo o do nome do hidrocarboneto de mesmo número de carbono pelo sufixo ona. A cadeia principal deve ser numerada de tal maneira que se dê ao carbono da carbonila o menor número possível na cadeia principal.

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Nas cetonas cíclicas (cicloalcanonas), o carbono da carbonila C=O recebe o número 1, e a numeração do ciclo é feita de tal maneira que os substituintes recebam os menores localizadores numéricos possíveis.

A nomenclatura radicofuncional para as cetonas acíclicas é feita a partir dos grupos substituintes ligados ao grupo carbonila. Cada grupo é nomeado, em seguida, listados em ordem alfabética. 274

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Diferentemente dos aldeídos de baixo peso molecular, que têm odores desagradáveis, as cetonas naturais e sintéticas têm odores muito apreciados, com grande aplicação em perfumaria e como agentes aromatizantes em alimentos, fármacos e outros produtos. A ilustração a seguir mostra algumas cetonas naturais e sintéticas de odores bem conhecidas. A cânfora, obtida da madeira da canforeira, é empregada para fins medicinais, embora seu valor terapêutico não tenha sido comprovado até o momento.

C06  Aldeídos, cetonas, ácidos carboxílicos

Diversos outros compostos de estruturas complexas e de grande importância biológica possuem o grupo funcional carbonila (cetona). A testosterona é necessária à produção de espermatozoides, uma vez que é ainda responsável pelo aparecimento das características sexuais secundárias que ocorrem na puberdade em homens. A principal função da progesterona é a manutenção da gravidez. A cortisona é um hormônio produzido pelas glândulas suprarrenais e relacionada ao controle dos níveis de sais minerais e carboidratos no organismo, podendo ainda ser empregada como anti-inflamatório.

275

Química

Ácidos carboxílicos Historicamente, o estudo dos ácidos carboxílicos inicia-se de maneira sistemática nos séculos XVIII e XIX com o desenvolvimento da química experimental. Os registros feitos por Carl Wilhelm Scheele (1842-1886), brilhante químico sueco, são de fundamental importância. Descobridor de grande parte das substâncias de caráter ácido – ácidos carboxílicos e fenóis – Scheele morreu aos 44 anos, deixando para trás um legado de técnicas e reações até então empregadas na química inorgânica, e agora empregadas para a obtenção dos ácidos orgânicos. Contudo, alguns desses ácidos orgânicos foram descobertos por outros cientistas, antes mesmo das descobertas de Scheele. Em 1843, por exemplo, Louis Pasteur, investigando os depósitos cristalinos que se formavam nos barris de uva, descobriu o ácido racêmico. O interessante é que Pasteur conseguiu separar duas formas cristalinas que se comportavam como imagens especulares entre si – são os primeiros registros do início do estudo dos fenômenos ópticos na Química (isomeria óptica). A técnica utilizada por Pasteur foi a catação, mesmo que para isso fosse necessária uma pinça muito fina. Grupo carboxila Os ácidos carboxílicos são compostos que se caracterizam por apresentar o grupo funcional carboxila (COOH).

A presença desse agrupamento confere as propriedades características dessa classe funcional. Entretanto, a acidez desses compostos é relativamente baixa, tanto em solução aquosa quanto em outros solventes. Por esse motivo, os ácidos carboxílicos são tratados como ácidos fracos, quando comparados com os ácidos inorgânicos. A equação de ionização dessa classe funcional em presença de água pode ser representada da maneira a seguir:

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Figura 08 - Da esquerda para a direita, temos queijo, manteiga e azeite. Nesses tipos de alimentos, estão presentes em maior ou menor grau os ácidos carboxílicos.

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Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Nomenclatura O sistema IUPAC de nomenclatura dos ácidos carboxílicos é feito com base no nome do hidrocarboneto do qual o ácido carboxílico derivou, porém ocorre a substituição do sufixo o do hidrocarboneto pelo sufixo oico, característico da nomenclatura desses ácidos. Essa nomenclatura é designada como: substitutiva. Ácidos monocarboxílicos

Diversos ácidos carboxílicos participam ativamente do nosso cotidiano. O ácido metanoico, por exemplo, recebeu o nome de ácido fórmico porque foi isolado de vapores de soluções aquosas de formigas, e o ácido etanoico ou acético é o principal ingrediente do vinagre – solução aquosa desse ácido. O nome acético vem do latim acetum e significa azedo, e o nome fórmico também vem do latim formica e significa “formiga, não só como inseto, mas também como formigamento, comichão, entorpecimento”. O ácido propiônico é responsável pelo odor característico do queijo suíço, enquanto o ácido butanoico ou butírico recebe esse nome porque é responsável pelo odor de manteiga rançosa. O ácido valérico ou pentanoico é responsável pelo odor do queijo Roquefort. O nome valérico é histórico e também vem do latim valere, pois foi isolado pela primeira vez da raiz de uma valeriana. No caso dos ácidos de cadeias carbônicas ramificadas ou que apresentam outros grupos funcionais, a numeração é feita a partir do grupo funcional carboxila, independentemente da ramificação ou do grupo funcional presente.

Observação: Outra maneira de numeração da cadeia carbônica é aquela feita pelo alfabeto grego. Contudo, esse sistema de nomenclatura não é oficialmente aceito pela IUPAC. C06  Aldeídos, cetonas, ácidos carboxílicos

No caso dos ácidos carboxílicos de cadeias carbônicas fechadas, a nomenclatura é feita pelo sistema substitutivo, acrescentando o nome do grupo funcional carboxila no final do nome e adjetivado em ílico.

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Química

Ácidos policarboxílicos

Fonte: shutterstock.com/ Por Artem Kutsenko

Por exemplo, quando percebemos a acidez de um fruto cítrico, estamos, na verdade, verificando a propriedade organoléptica comum aos ácidos: as soluções aquosas desses ácidos dão a sensação de azedo. A substância responsável por essa propriedade nos frutos cítricos é o ácido cítrico – ácido tricarboxílico hidroxilado, cujo nome oficial IUPAC é ácido 2-hidroxipropano-1,2,3-tricarboxílico.

Figura 09 - O limão é um fruto rico em ácido cítrico.

O ácido cítrico é muito empregado industrialmente como acidulante de bebidas carbonatadas e de alimentos. É empregado também como aromatizante e antioxidante e até na produção de medicamentos efervescentes, como sais de frutas à base de citratos, na fabricação de sorvetes, suco de frutas, balas e fritas (batatas), entre outros. O ácido cítrico é obtido da fermentação do açúcar bruto (sacarose) ou do açúcar de milho (a dextrose) por uma classe especial de micro-organismos fermentantes denominados Aspergillus niger. O ácido oxálico é outro ácido policarboxílico. Isolado pela primeira vez do trevo-azedo (Oxalis acetosella), trata-se de um ácido dicarboxílico, tóxico e presente em plantas como o espinafre e a azedinha.

C06  Aldeídos, cetonas, ácidos carboxílicos

Empregado como um bom removedor de manchas e ferrugem, e por isso usado em vários preparos comerciais, o ácido oxálico é tóxico e fatal se ingerido. Contudo, seu teor nas plantas é muito pequeno, não oferecendo risco de intoxicação quando nos alimentamos desses vegetais. Outro fato interessante no estudo do ácido oxálico refere-se aos cálculos renais, que, em sua maioria, constituem-se de sais de oxalato de cálcio mono-hidratado, um sal de baixa solubilidade.

Figura 10 - Fórmulas estruturais de ácidos dicarboxílicos.

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Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Ácidos orgânicos e fármacos Ácido acetilsalicílico Um dos fármacos mais utilizados em todo o mundo é o ácido acetilsalicílico. Patenteado no Brasil e em muitos outros países com o nome de aspirina, trata-se de um medicamento sólido, comercializado em pó ou em pastilhas (comprimidos) e ligeiramente solúvel em água. O nome salicílico deriva do latim salix e significa salgueiro. Na Grécia Antiga, a casca dessa árvore era empregada no combate do estado febril (antipirético) e na redução de dores (analgésico).

O uso desse ácido não é indicado em casos de doenças hemorrágicas, como a dengue, porque age no processo de coagulação sanguínea, inibindo o processo de agregação das plaquetas. Sua ingestão em excesso causa intoxicação aguda, sendo uma das principais causas de envenenamento por fármacos.

Ácidos carboxílicos graxos A alimentação não balanceada tornou-se um dos problemas da sociedade moderna. Alimentos ricos em gorduras (ácidos graxos), por exemplo, podem produzir aumento de peso corporal, trazendo graves problemas de saúde, como o diabetes, a hipertensão, problemas cardiovasculares agravados pelo sedentarismo, pelo estresse, pelo fumo, pelo álcool e pelo alto nível de colesterol plasmático. Da digestão dos lipídeos resultam os ácidos carboxílicos graxos. Os ácidos graxos são os ácidos monocarboxílicos de cadeias carbônicas longas, não ramificadas e em número pares de átomos de carbono, que podem ser divididos em ácidos graxos inferiores e superiores, saturados e insaturados. Os ácidos graxos inferiores têm de 4 a 10 átomos de carbonos, e os ácidos graxos superiores têm 12 a 18 átomos de carbono. A nomenclatura desses ácidos, em geral, segue princípios históricos, por isso é mais utilizada. Os principais ácidos graxos e seus nomes tradicionais estão listados a seguir:

Fórmula

Nome IUPAC

Nome usual

H3C − [CH2]2 − COOH

Ácido butanoico

Ácido butírico

H3C − [CH2]4 − COOH

Ácido hexanoico

Ácido caproico

H3C − [CH2]6 − COOH

Ácido ocatnoico

Ácido caprílico

H3C − [CH2]8 − COOH

Ácido decanoico

Ácido cáprico

C06  Aldeídos, cetonas, ácidos carboxílicos

Ácidos graxos saturados inferiores

Ácidos graxos saturados superiores H3C − [CH2]10 − COOH

Ácido dodecanoico

Ácido laurico

H3C − [CH2]12 − COOH

Ácido tetradecanoico

Ácido mirístico

H3C − [CH2]14 − COOH

Ácido hexadecanoico

Ácido palmítico

H3C − [CH2]16 − COOH

Ácido octadecanoico

Ácido esteárico 279

Química

O estudo dos ácidos graxos serve de pré-requisito para o entendimento das biomoléculas que serão estudadas na bioquímica. Contudo, nesta aula, nos deteremos no estudo da estrutura e da nomenclatura dos ácidos graxos saturados (também chamados de gorduras) e dos ácidos graxos insaturados (também chamados de óleos). Porém, gorduras e óleos são estruturas bem mais complexas denominadas de lipídeos. O termo graxo significa que são ácidos que apresentam aspectos de graxas, substâncias que se apresentam no estado sólido em condições ambientes, porém pastosos. São ácidos importantes porque participam de processos metabólicos diários no nosso corpo.

O sistema bioquímico de nomenclatura denomina os ácidos oleico, linoleico e linolênico de ácidos ômegas: ω9, ω6 e ω3, respectivamente. Essa nomenclatura segue regras diferentes do sistema adotado pela IUPAC, pois a numeração da cadeia carbônica é feita da extremidade oposta ao grupo carboxila. Ao localizar a dupla ligação, ela deve ser citada por um localizador ômega acompanhado de um número subscrito que faz referência ao número do átomo de carbono em que se encontra a insaturação dupla. Assim, o ácido linolênico é chamado de ômega-3 (ω3), pois a ligação dupla está localizada no carbono número 3, a partir da extremidade oposta ao grupo COOH.

C06  Aldeídos, cetonas, ácidos carboxílicos

A preocupação com a alimentação rica ou não em ácidos graxos saturados reside no fato de que esses ácidos formam placas que obstruem as artérias, processo chamado de ateromas. Uma alimentação rica em lipídeos é recomendada, porque a hidrólise formada durante a digestão libera ácidos graxos insaturados (provenientes de óleos). Os óleos vegetais – óleo de milho, de soja, de girassol e de oliva – são ricos em ácidos graxos insaturados e devem ser consumidos, preferencialmente. Outro mecanismo importante é a formação das lipoproteínas de altas (HDL) e baixas densidades (LDL) do colesterol. O colesterol é um importante constituinte das membranas celulares e está intimamente relacionado à síntese de esteroides. Sendo assim, o colesterol participa ativamente da formação de placas de ateromas nas paredes das artérias, diminuindo o fluxo sanguíneo e propiciando a formação de tromboses e enfartes.

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Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Exercícios de Fixação 01. (Unisc RS) O nome mais adequado para o composto a seguir é

Ao observamos os produtos da reação, podemos identificá-los respectivamente como a) pentan-4-ona e butan-1-ona. b) pentan-2-ona e butan-1-ona.

a) 2-hidróxi hept-4-en-4-ona. b) 6-hidróxi hepta-3-en-2-ona. c) 2-ceto hept-3-en-6-ol. d) 6- ceto hept-4-en-2-ol. e) 2- hidróxi hept-4-en-6-ona. 02. (UEPG PR) Baseado nas estruturas das moléculas abaixo, responsáveis pelas fragrâncias da canela e do cravo da índia, respectivamente, assinale o que for correto.

c) pentan-4-ona e butanal. d) pentan-2-ona e butanal. e) pentan-2-ona e butanol. 05. (UFG GO) No início da glicólise, a glicose na forma cíclica é fosforilada. A seguir, uma enzima promove a abertura do anel e uma transformação de grupo funcional, seguida de fechamento de anel, produzindo a frutose-6-fosfato. A sequência de transformação dos grupos funcionais está apresentada a seguir.

01. 02. 04. 08. 16.

Ambas possuem um grupamento fenil. Ambas possuem um grupamento aldeído. Somente o eugenol possui um grupamento álcool. Somente o cinamaldeído possui carbono terciário. Somente o eugenol possui um grupo éter metílico.

03. (Puc Campinas SP) A seguir estão representadas duas fórmulas de poluentes encontrados no ar, provenientes de automóveis que utilizam etanol como combustível.

Nesse sentido, conclui-se que a transformação de um dos grupos funcionais envolve a conversão de a) um álcool em éter. b) um álcool em cetona.

04. (Unioeste PR) A ozonólise foi uma reação utilizada por muito tempo para localizar a posição de uma ligação dupla em uma molécula insaturada. Os produtos da reação são compostos carbonilados, que podem ser facilmente identificados. Abaixo, tem-se a representação de uma reação de ozonólise de um alceno.

c) um aldeído em éter. d) um aldeído em cetona. e) uma cetona em éter. 06. (Puc RJ) A seguir está representada a estrutura da crocetina, uma substância natural encontrada no açafrão. C06  Aldeídos, cetonas, ácidos carboxílicos

Ambas as substâncias apresentam a função orgânica a) álcool. b) cetona. c) aldeído. d) ácido carboxílico. e) éter.

Nessa estrutura, está presente a seguinte função orgânica: a) álcool. b) cetona. c) aldeído. d) éter. e) ácido carboxílico.

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Química

07. (Unioeste PR) Nos últimos tempos, os pesquisadores têm discutido muito sobre o risco dos plásticos a saúde e ao meio ambiente. O vilão do momento é o bisfenol A (BPA). Este composto químico é largamente utilizado em utensílios tais como: mamadeiras, garrafas de água mineral, selantes dentários, latas de conserva, tubos para água, CDs e DVDs etc. Esses materiais ao sofrerem a ação de processos físicos ou químicos, liberam bisfenol A em alimentos, em bebidas e no ambiente (Ciência Hoje, Nº 292, Vol. 49, maio de 2012). Com relação a reação de obtenção do bisfenol A, as funções orgânicas envolvidas respectivamente são

a) cetona, fenol e fenol. b) fenol, cetona e fenol. c) cetona, enol e álcool. d) enol, álcool e aromático. e) álcool, aldeído e ácido carboxílico. 08. (FMJ SP) O diacetil, também denominado de 2,3-butanodiona, é usado como aromatizante sabor manteiga na fabricação de alimentos como a pipoca de micro-ondas sabor manteiga. Uma pesquisa recente aponta que esse composto pode aumentar o risco da doença de Alzheimer. A fórmula estrutural desse composto é:

a) a reação com a base hidróxido de sódio forma um sal. b) a cadeia saturada não apresenta dupla ligação. c) apresenta cadeia polar e grupo carboxila apolar. d) a ocorrência de dupla ligação gera isômeros geométricos . e) apresenta grupos hidrofóbico e hidrofílico. 11. (Uniube MG) Os compostos orgânicos são agrupados de acordo com as funções orgânicas presentes em suas estruturas químicas, os quais determinam suas propriedades físico-químicas. A seguir, estão descritos na coluna A os nomes de alguns compostos orgânicos utilizados em nosso cotidiano: COLUNA A I. Metanal, também chamado de formaldeído; II. Ácido etanoico ou ácido acético; III. Acetona ou propanona; IV. n-Hexano V. Etanoato de etila ou acetato de etila Analisando o nome dos compostos acima, identifique, na coluna B, as funções orgânicas às quais pertencem, respectivamente, esses compostos: COLUNA B ( ) Hidrocarboneto; ( ) Aldeído ( ) Éster ( ) Cetona ( ) Ácido carboxílico

C06  Aldeídos, cetonas, ácidos carboxílicos

A sequência numérica CORRETA da coluna B, de cima para baixo, é: a) I, II, III, IV e V b) I, III, V, IV e II c) II, III, I, V e IV d) V, IV, I, II e III e) IV, I, V, III e II 09. (Unirg TO) Os ácidos graxos são ácidos monocarboxílicos de cadeia alifática. Nas gorduras saturadas, o ácido palmítico, também conhecido como ácido hexadecanoico, é um dos principais ácidos graxos encontrados. Considerando-se o exposto, conclui-se que a fórmula molecular do ácido graxo citado é a seguinte: a) C6H12O2 b) C6H10O2 c) C16H30O2 d) C16H32O2 10. (Unifor CE) Os ácidos graxos podem ser usados para a produção de sabão por meio de uma reação conhecida como saponificação. Considerando a estrutura química de um ácido graxo, pode-se afirmar, EXCETO que 282

12. (Unitau SP) Observe a estrutura do ácido lático abaixo e assinale a alternativa que indica corretamente os grupos funcionais circulados com linha pontilhada (A e B) e a nomenclatura oficial desse ácido.

a) A=aldoxila, B=hidroxila, ácido 2-hidroxipropanoico b) A=carboxila, B=aldoxila, ácido dihidroxipropanoico c) A=carboxila, B=hidroxila, ácido 2-hidroxipropanoico d) A=aldoxila, B=carboxila, ácido dihidroxipropanoico e) A=hidroxila, B=carboxila, ácido 2-hidroxipropanoico

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Exercícios Complementares

É correto afirmar que a) esses dois ácido são isômeros ópticos, sendo que o ácido linoleico é o isômero dextrógiro e o linolênico é o isômero levógiro. b) a reação desses dois ácidos com hidróxido de cálcio permite a formação de detergentes apolares não biodegradáveis. c) os ácidos linoleico e linolênico são ácidos graxos insaturados, sendo que cada um deles apresenta isomeria geométrica. d) o ácido linoleico apresenta apenas duas ligações π (pi), sendo que essas ligações ocorrem entre orbitais do tipo sp2-sp2, o que facilita as reações de adição. e) os dois ácidos, linoleico e linolênico, principais componentes das gorduras de origem animal, facilmente se oxidam, por isso são muito empregados na produção de margarinas. 02. (UCS RS) A planta Vanilla planifolia, conhecida popularmente como baunilha, produz um fruto na forma de uma vagem alongada que contém sementes das quais se extrai a vanilina, cuja estrutura química está representada abaixo. Essa substância é muito utilizada na culinária como aromatizante de doces e bebidas.

As funções orgânicas presentes na estrutura química da vanilina são a) fenol, éter e aldeído. b) álcool, cetona e éster. c) éster, fenol e cetona. d) éter, fenol e cetona. e) aldeído, fenol e álcool.

03. (UFTM MG) A acroleína, CH2CHCHO, é uma substância muito tóxica e cancerígena. Ela se forma em diversos tipos de transformações químicas, entre elas as que ocorrem quando um óleo vegetal é reutilizado por diversas vezes em frituras. A acroleína é um a) ácido carboxílico insaturado. b) álcool saturado. c) ácido carboxílico saturado. d) aldeído insaturado. e) aldeído saturado. 04. (Puc RJ) A substância representada foi recentemente isolada a partir das partes aéreas de uma planta tropical existente no Brasil.

Na estrutura dessa substância, estão presentes as funções orgânicas oxigenadas: a) álcool e éter b) álcool e éster c) fenol e éster d) fenol e cetona e) aldeído e cetona 05. (FGV SP) A indústria de alimentos utiliza vários tipos de agentes flavorizantes para dar sabor e aroma a balas e gomas de mascar. Entre os mais empregados, estão os sabores de canela e de anis.

A fórmula molecular da substância I, que apresenta sabor de canela, é a) C9H8O. b) C9H9O. c) C8H6O. d) C8H7O. e) C8H8O.

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C06  Aldeídos, cetonas, ácidos carboxílicos

01. (Ufpel RS) Com relação aos ácidos linoleico e linolênico, cujas estruturas estão representadas a seguir.

Química

06. (Mackenzie SP) A hidroquinona é o ingrediente ativo mais prescrito pelos médicos dermatologistas para tratar manchas na pele. Essa substância age diretamente nos melanócitos, dificultando a reação química de formação da melanina (responsável pela pigmentação da pele), ao mesmo tempo em que degrada as bolsas que armazenam a melanina dentro das células. O seu efeito é lento, mas bastante eficiente. A equação química abaixo mostra a conversão da p-quinona em hidroquinona.

09. (Unisal SP) Pesquisadores estabeleceram uma nova técnica para transformar dióxido de carbono, uma fonte de carbono abundante, renovável e um dos gases responsável pelo efeito estufa, no composto representado a seguir. Esse composto pode ser utilizado na síntese de uma ampla gama de medicamentos contra o colesterol, certos tipos de câncer, ou, ainda, fármacos peptidomiméticos.

(A*STAR, publicado em novembro de 2010)

Considerando o composto obtido a partir de dióxido de carbono, indique a alternativa correta. A partir das informações dadas, e analisando as moléculas orgânicas acima, é INCORRETO afirmar que a) a hidroquinona também recebe a denominação de 1,4-dihidroxibenzeno. b) a p-quinona por um processo de redução converte-se na hidroquinona. c) a hidroquinona é capaz de formar ligações de hidrogênio intermoleculares. d) a p-quinona pertence ao grupo funcional cetona e a hidroquinona é um álcool. e) a hidroquinona apresenta característica ácida em solução aquosa. 07. (Unirg TO) O ácido 2-hidróxi-propanoico, conhecido como ácido lático, pode ser obtido a partir da fermentação láctea do açúcar presente no leite. A fórmula molecular que representa este ácido é a seguinte: a) C3H4O2 b) C3H4O3 c) C3H6O2 d) C3H6O3

C06  Aldeídos, cetonas, ácidos carboxílicos

08. (Udesc SC) A molécula de ibuprofeno é conhecida por seu efeito analgésico no organismo humano. No entanto, somente um de seus isômeros apresenta esse efeito.

a) Apresenta em sua estrutura uma ligação dupla entre os carbonos. b) Ao sofrer ionização libera íons hidróxido. c) Entre suas moléculas ocorrem formação de ligações de hidrogênio. d) É um álcool conhecido como propanol. e) Na presença de água não conduz corrente elétrica. 10. (Asces PE) O ácido gálico é um ácido orgânico encontrado nas folhas de chá preto, no carvalho e em outras plantas. Esse ácido, que apresenta grande atividade antifúngica, também é empregado na indústria de tinturas para o desenvolvimento de cores. Sabendo que sua fórmula estrutural é:

dê o nome do ácido gálico, de acordo com a nomenclatura IUPAC. a) ácido 3,4,5-trifenolicobenzoico. b) ácido meta, meta, para-trihidroxibenzoico. c) ácido 3,4,5-trihidroxibenzoico. d) ácido 2,3,4-trihidroxibenzoico. e) ácido 3,4,5-trifenólico. 11. (Unirg TO) Os ácidos graxos são ácidos monocarboxílicos de cadeia alifática. Nas gorduras saturadas, o ácido palmítico, também conhecido como ácido hexadecanoico, é um dos principais ácidos graxos encontrados.

Com relação à molécula de ibuprofeno, é correto afirmar que: a) apresenta em sua estrutura dois carbonos assimétricos. b) possui seis carbonos com hibridização sp2. c) sua fórmula molecular é C13H24O2. d) apresenta em sua estrutura somente um carbono assimétrico. e) é um hidrocarboneto cíclico, ramificado e saturado. 284

Considerando-se o exposto, conclui-se que a fórmula molecular do ácido graxo citado é a seguinte: a) C6H12O2 b) C6H10O2 c) C16H30O2 d) C16H32O2

FRENTE

QUÍMICA

MÓDULO C07

ÉSTERES E SAIS DE ÁCIDOS ORGÂNICOS Ésteres Os ésteres são substâncias orgânicas frequentemente encontradas na natureza, e utilizadas como importantes intermediários em síntese orgânica. Tais substâncias desempenham um papel importante na indústria farmacêutica, de perfumes, de polímeros, de cosméticos e estão presentes na composição de produtos alimentícios para realçar e imitar sabores e aromas.

ASSUNTO ABORDADO n Ésteres e sais de ácidos orgânicos n Ésteres n Reações de esterificação n Sais de ácidos orgânicos

Os ésteres, principalmente os de baixo peso molecular, são encontrados em flores e frutas propiciando-lhes um odor agradável devido às baixas massas moleculares e alta volatilidade. Durante o amadurecimento, as bananas produzem substâncias voláteis, como o acetato de isoamila, o principal responsável pelo seu aroma. Os ésteres também estão presentes em gorduras animais (ésteres graxos) e em muitas moléculas biológicas, incluindo os fosfolípideos. Na indústria química, são usados com vários propósitos. O acetato de etila, por exemplo, é um solvente orgânico de ampla aplicação e ésteres de alquila derivados de ácidos graxos são empregados como plastificantes para evitar que os polímeros se tornem quebradiços.

Figura 01 - Alimentos como abacaxi, banana e maçã são ricos em substâncias pertencentes à função éster.

Fonte: shutterstock.com/ Por xtrekx

Na indústria de medicamentos, os ésteres estão presentes tanto no revestimento de cápsulas quanto na composição química do princípio ativo. O ácido acetilsalicílico (AAS) é um anti-inflamatório não esteroidal com propriedades analgésicas e antipiréticas de maior comercialização e popularidade em todo o mundo.

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Química

Historicamente, o processo de obtenção artificial dessa classe funcional ocorreu no final do século XIX, mais precisamente em 1895, por Emil Fischer e Speier, por meio do aquecimento de um álcool com um ácido carboxílico em presença de um catalisador ácido (H2SO4). O processo realizado por esses dois cientistas é conhecido atualmente como esterificação de Fischer. Nomenclatura de éster Estruturalmente, podemos reconhecer os ésteres orgânicos pela presença do grupo funcional éster:

A nomenclatura dos ésteres orgânicos pode ser feita obedecendo à seguinte representação:

Exemplos:

O emprego industrial dos ésteres é muito grande, haja vista que podemos encontrar em quase todos os rótulos de embalagens de alimentos os seguintes dizeres: aromatizado artificialmente. O aroma e o sabor dos produtos acondicionados quase sempre são obtidos a partir de substâncias artificiais adicionadas – os flavorizantes.

C07  Ésteres e sais de ácidos orgânicos

O termo técnico para especificar esse fato, ou seja, o flavor, vem de uma palavra de origem inglesa que significa aroma + sabor. Isso mesmo, os flavorizantes artificiais têm a função de proporcionar aroma e sabor aos produtos aos quais foram adicionados. Um bom exemplo dessa relação pode ser visto na tabela abaixo, que traz parte dos ésteres aromatizantes utilizados na indústria alimentícia.

Quando comemos uma fatia de abacaxi, por exemplo, temos a exata noção do gosto. Nossos sistemas sensoriais são capazes de enviar ao sistema nervoso a sensação do grau de acidez e ao mesmo tempo a intensidade do cheiro característico do alimento que estamos ingerindo. O paladar e o olfato agem conjuntamente para traduzir o gosto dos alimentos. 286

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Na indústria alimentícia, porém, nem sempre é possível utilizar a matéria-prima diretamente da natureza. É nesse contexto que as essências artificiais entram em ação. O gosto dos alimentos (sabor + odor) da maioria dos produtos comercializados é obtido de forma artificial a partir de misturas de diversas substâncias. Tais misturas denominam-se flavorizantes.

Reações de esterificação A obtenção de um éster em laboratório pode ser feita por meio de reações de esterificação – produção de éster. No século XIX, Fischer e Speier desenvolveram a reação de esterificação a partir de ácidos carboxílicos e álcoois, submetidos a aquecimento e utilizando meio ácido como catalisador.

Entretanto, o método de Fischer não é o único. Atualmente, podemos obter ésteres de diversas maneiras. Um dos métodos bastante comuns consiste na reação de haletos de ácidos carboxílicos com álcoois. Uma vez que esse processo ocorre em fase gasosa e não estabelece equilíbrio, temos que o rendimento é maior quando comparado com a esterificação de Fischer, que ocorre em meio aquoso e atinge equilíbrio – reversibilidade.

Reações de esterificação e formação dos lipídeos Os lipídeos são classes bioquímicas de grande interesse no estudo das biomoléculas, e podem ser divididos em cerídeos, glicerídeos e fosfatídeos - todos são ésteres de ácidos graxos superiores. Já vimos que os ácidos graxos superiores podem ser classificados como saturados ou insaturados. A reação entre um ácido graxo superior e um álcool como o glicerol forma ésteres especiais – os glicerídeos –, que pertencem à classe das biomoléculas. O glicerol é um triálcool e, por isso, podemos esterificar três moléculas de ácidos carboxílicos para cada molécula de glicerol, ou seja, a proporção estequiométrica pode chegar ao valor de 3 : 1, respectivamente. Se o ácido graxo em questão for saturado, dizemos que o lipídeo formado é uma gordura. Mas, se o ácido graxo utilizado for insaturado, dizemos que o lipídeo formado é um óleo.

C07  Ésteres e sais de ácidos orgânicos

Figura 02 - A manteiga de leite é um lipídeo do tipo gordura saturada.

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Química

No exemplo a seguir, temos uma reação de esterificação do ácido octadecanoico (ácido esteárico) sob a forma de um triéster de glicerol na proporção de 3 : 1. O lipídeo formado é classificado como uma gordura saturada, pois o ácido graxo utilizado na esterificação é saturado.

Sais de ácidos orgânicos O estudo dos sais orgânicos não pode ser datado. Historicamente, a produção dessa classe funcional é tão antiga quanto a produção do vinho. Há registros arqueológicos de que uma fábrica de sabão teria existido em Pompeia, destruída em 79 a.C. pela explosão do Vesúvio. Também há relatos do historiador romano Plínio sobre a produção de sabões moles e duros por volta 50 d.C. Entretanto, ao que tudo indica, gregos e romanos não utilizavam o sabão para higiene pessoal. A maioria desses produtos era misturada com extratos de ervas aromatizantes para uso em cosméticos ou como emplastros nas queimaduras e nos ferimentos. O banho, naquela época, não era algo habitual e natural como nos dias de hoje, portanto não havia a necessidade de produtos que facilitassem a retirada das sujeiras do corpo, como as gorduras (sebo) naturalmente produzidas pelas glândulas sebáceas. Nem mesmo durante o período da Idade Média e início do Renascimento houve assiduidade na realização da higiene pessoal pelo banho. A Rainha Isabella, da Espanha, que faleceu em 1504, tinha verdadeiro orgulho em dizer a todos que durante toda sua vida só havia tomado dois banhos: um quando nascera e o outro no dia em que se casou.

C07  Ésteres e sais de ácidos orgânicos

Figura 03 - Os sais orgânicos são essenciais para a limpeza, contudo, eles também produzem grandes impactos ambientais. Da esquerda para a direita, vemos o uso de xampu para limpeza do corpo; ao centro, temos o uso de detergentes na limpeza de um carro; à direita, vemos o leito do rio Tietê poluído com grande quantidade de detergente.

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Um outro fator de entrave à prática do banho era a ação da Igreja, que pregava que o banho de corpo nu era pecado, uma vez que essa prática era realizada pelos pagãos gregos e romanos. Além disso, havia dificuldades na época para se realizar um banho confortável, como ausência de água aquecida, de locais adequados e de sabões preparados exclusivamente para realização dessa prática. Mas o que é um sal orgânico? Estamos tão acostumados a utilizar diariamente produtos de higiene pessoal, como sabão, detergente, xampu, condicionador de cabelo, creme dental, amaciante de roupas, desengordurante etc., que mal paramos para questionar a composição desses materiais.

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Os exemplos mais típicos de sais orgânicos são os sabões caseiros à base de sais de ácidos carboxílicos. Entretanto, os sais orgânicos não ficam restritos a essa classe funcional. Temos sais de ácidos sulfônicos, sais de amônio quaternário e até mesmos sais obtidos a partir de álcoois.

Figura 04 - Antigamente, os sabões caseiros eram produzidos pela ação das cinzas (álcalis) sobre as gorduras animais. Hoje em dia, são produzidos em indústrias especializadas sob diversos formatos de apresentação.

Reação de neutralização Podemos obter um sal a partir da reação de neutralização entre um ácido e uma base de Arrhenius, seguida de evaporação da água.No estudo das reações de neutralização de ácidos orgânicos por bases inorgânicas, geralmente, o faremos utilizando monácidos e monobases. Logo, a proporção estequiométrica será de 1 : 1. Contudo, há diversas reações dessas classes funcionais que não obedecem a proporção estequiométrica de 1 : 1.

Nomenclatura dos sais orgânicos

C07  Ésteres e sais de ácidos orgânicos

A nomenclatura dos sais de ácidos carboxílicos é feita com base no nome do ácido que deu origem ao sal. Porém, o sufixo oico é substituído pelo sufixo oato. Além disso, deve-se citar o nome do cátion metálico.

Saponificação das gorduras Na natureza, é mais comum encontrar os ácidos graxos “estocados” na forma de ésteres, do que de forma livre. Esses “estoques” ocorrem, principalmente, na forma de triésteres de glicerol: as gorduras animais e os óleos vegetais. Esses triésteres orgânicos são praticamen289

Química

te insolúveis em água devido ao grande comprimento das cadeias carbônicas. Contudo, quando aquecidos em meio aquoso e alcalino (presença de NaOH ou KOH) óleos e gorduras reagem produzindo sais de ácidos carboxílicos de cadeias carbônicas longas, em um processo químico denominado saponificação. Daí, o fato de antigamente produzirem-se sabões a partir da reação das gorduras sob aquecimento em presença de cinzas.

Mecanismo de ação dos sabões Os sabões são espécies químicas que apresentam comportamento peculiar, pois podem misturar-se em meios de polaridades bastante diferentes. Estruturalmente são constituídos de uma cadeia carbônica grande (cauda), também chamada porção apolar, hidrofóbica ou lipofílica, em que uma das extremidades possui carga elétrica negativa, dando origem a um ponto de interação elétrica de alta intensidade com espécies químicas polarizadas como a água. Essa porção eletricamente carregada é chamada de extremidade polar, hidrofílica ou extremidade lipofóbica. São exatamente essas características que permitem a ação eficaz dos sabões sobre as gorduras.

C07  Ésteres e sais de ácidos orgânicos

Na ilustração abaixo temos a representação de uma micela formada pela agitação do sabão em água.

Figura 05 - À esquerda, desenho ilustrativo de uma micela de gordura em água. À direita, foto de bolhas de sabão formadas quando agitadas em água.

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Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Vimos que as gorduras são estruturas químicas predominantemente apolares, portanto imiscíveis na água. Contudo, na presença dos sabões, as gorduras podem ser solubilizadas. A solubilização se deve às interações estabelecidas entre a cadeia carbônica apolar dos sabões e as gorduras, também apolares. Entretanto, como uma das extremidades possui carga elétrica de sinal negativo, também ocorrem interações eletrostáticas entre essa região eletricamente carregada e a água, permitido, assim, a solubilização das gorduras em água. Dizemos que os sabões são agentes tensoativos. Quando colocamos dois líquidos em contato, como os óleos e a água, e não notamos nenhuma mudança no grau de espalhamento das moléculas dos dois constituintes, dizemos que os líquidos são imiscíveis. Mas, com o acréscimo de um agente tensoativo, ocorrem interações capazes de emulsionar as gorduras, os óleos e outros lipídeos por diminuição da tensão superficial da água.

#Conceito n Chamamos de agente tensoativo qualquer espécie química capaz de reduzir a tensão superficial de um líquido, no caso a água. n Chamamos de tensão superficial a energia necessária para movimentar as moléculas do líquido aumentando a sua superfície de contato.

Os sabões – sais de ácidos carboxílicos de sódio ou de potássio – são agentes tensoativos grandemente utilizados em todo o mundo. Porém a ação desses tensoativos é prejudicada quando há a presença de íons como Ca2+, Mg2+ e Fe2+, um fenômeno denominado água dura. Quando se coloca um sabão em presença de água dura este precipita devido à baixa solubilidade dos carboxilatos, impedindo a ação do sabão.

Detergentes A saída para esse problema foi resolvida pela indústria, que desenvolveu os tensoativos sintéticos, também chamados detergentes. Toda espécie química utilizada como agente de limpeza é um detergente. Os sabões também são detergentes. Contudo o termo detergente é mais empregado para agentes de limpeza sintetizados pela indústria.

C07  Ésteres e sais de ácidos orgânicos

Na tabela abaixo, temos representados os principais detergentes.

Note que os dois primeiros exemplos são derivados de ácidos sulfônicos e apresentam grupo orgânico com carga elétrica negativa, sendo, por isso, chamados tensoativos aniônicos. Já o terceiro é um sal de amônio quaternário, que apresenta carga elétrica positiva, portanto, trata-se de um tensoativo catiônico. No quarto exemplo, podemos notar 291

Química

que o detergente não apresenta nenhuma carga elétrica e é denominado detergente não iônico. Já no último exemplo de detergente, aparecem dois tipos de cargas elétricas – positiva e negativa. Nesses casos, temos um tensoativo eletricamente anfótero. Os detergentes derivados de ácidos sulfônicos (sulfonatos) são superiores em termos de ação quando comparados aos sabões. Isso porque não precipitam quando em presença de água dura. A solubilidade dos íons sulfonados é bem maior que a solubilidade dos íons carboxilados. Usos de detergentes Os principais usos de detergentes sintéticos são na higiene corporal, na limpeza de objetos domésticos, como os talheres, e na limpeza de tecidos. São utilizados para produzir condicionadores de cabelo, amaciantes de roupas, tensoativos de limpeza de cozinha etc. No caso dos detergentes sintéticos não carregados eletricamente, existe a vantagem de não produzirem irritação nos olhos, além de gerarem uma boa quantidade de espuma. Por isso são muito empregados na produção de xampus para bebês. Mas, atenção! Os xampus não são constituídos de uma única substância. Diversos outros ingredientes, como perfumes, espessantes, conservantes e até outros detergentes fazem parte dos xampus. Impacto ambiental Os detergentes sintéticos de cadeias carbônicas não ramificadas apresentam boa degradabilidade. Entretanto, detergentes de cadeias carbônicas muito ramificadas não são biodegradáveis. Daí o surgimento de grandes camadas de espumas quando esses produtos são lançados, por meio da rede de esgotos, nos leitos dos córregos e dos rios. O acúmulo de espumas produz grandes danos ao ambiente, como a morte de organismos fotossintetizantes, uma vez que a espuma impede a penetração dos raios solares.

C07  Ésteres e sais de ácidos orgânicos

Um outro problema é o aumento da matéria orgânica, favorecendo a proliferação de fungos e bactérias decompositores. A ação desses micro-organismos aumenta o consumo de oxigênio, diminuindo a oxigenação da água, o que produz a morte de peixes e de outros organismos aeróbios.

Figura 06 - Para higiene corporal de recém-nascidos e crianças devem-se utilizar detergentes cujo pH esteja próximo de 7.

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Exercícios de Fixação 01. (Puc RJ) A substância representada possui um aroma agradável e é encontrada em algumas flores, como gardênia e jasmim.

O gráfico a seguir indica o percentual de cada um dos ésteres formados na primeira etapa da análise de uma amostra de manteiga:

De acordo com as regras da IUPAC, a sua nomenclatura é: a) etanoato de fenila. b) etanoato de benzila. c) etanoato de heptila. d) acetato de fenila. e) acetato de heptila.

03. (Mackenzie SP) Observe as representações a seguir:

As estruturas A, B, C, D e E, representadas anteriormente, correspondem a cinco compostos orgânicos oxigenados que pertencem, respectivamente, às funções orgânicas: a) álcool, éter, éster, cetona e aldeído. b) aldeído, cetona, ácido carboxílico, álcool e éster. c) álcool, cetona, éster, éter e ácido carboxílico. d) aldeído, éter, éster, cetona e ácido carboxílico. e) álcool, éster, éter, cetona e aldeído. 04. (Uerj RJ) Na indústria de alimentos, a análise da composição dos ácidos carboxílicos não ramificados presentes na manteiga é composta por três etapas: n reação química dos ácidos com etanol, formando uma mistura de ésteres; n aquecimento gradual dessa mistura, para destilação

fracionada dos ésteres; n identificação de cada um dos ésteres vaporizados, em

função do seu ponto de ebulição.

Na amostra analisada, está presente em maior quantidade o ácido carboxílico denominado: a) octanoico b) decanoico c) hexanoico d) dodecanoico 05. (Puc RS) Analise o texto a seguir. O sabão é um dos produtos químicos de maior importância no cotidiano. É produzido a partir de óleos e gorduras de origem vegetal ou animal e, na maioria das vezes, constitui-se dos sais de sódio ou potássio derivados de ácidos graxos. A estrutura abaixo é típica de sabões:

Embora o sabão seja muito solúvel em meio aquoso, é possível diminuir sua solubilidade. Uma forma efetiva de diminuir a quantidade de sabão dissolvido é adicionar certos compostos à solução. Dois exemplos são: a) açúcar e sal de cozinha. b) sal de cozinha e ácido de bateria. c) ácido de bateria e amoníaco. d) amoníaco e água. e) água e açúcar. 06. (Enem MEC) A capacidade de limpeza e a eficiência de um sabão dependem de sua propriedade de formar micelas estáveis, que arrastam com facilidade as moléculas impregnadas no material a ser limpo. Tais micelas têm em sua estrutura partes capazes de interagir com substâncias polares, como a água, e partes que podem interagir com substâncias apolares, como as gorduras e os óleos. SANTOS, W. L. P.; MÓL, G. S. (Coords.). Química e sociedade. São Paulo: Nova Geração, 2005 (adaptado).

293

C07  Ésteres e sais de ácidos orgânicos

02. (UFAL) A qual função orgânica pertence o composto de fórmula estrutural H2C = CH – COOCH2 – CH3? a) Ácido carboxílico b) Cetona c) Éter d) Éster e) Álcool

Química

A substância capaz de formar as estruturas mencionadas é a) C18H36. b) C17H33COONa. c) CH3CH2COONa. d) CH3CH2CH2COOH. e) CH3CH2CH2CH2OCH2CH2CH2CH3. 07. (Unicamp SP) Os sprays utilizados em partidas de futebol têm formulações bem variadas, mas basicamente contêm água, butano e um surfactante. Quando essa mistura deixa a embalagem, forma-se uma espuma branca que o árbitro utiliza para marcar as posições dos jogadores. Do ponto de vista químico, essas informações sugerem que a espuma estabilizada por certo tempo seja formada por pequenas bolhas, cujas películas são constituídas de água e a) surfactante, que aumenta a tensão superficial da água. b) butano, que aumenta a tensão superficial da água. c) surfactante, que diminui a tensão superficial da água. d) butano, que diminui a tensão superficial da água. 08. (UFSC) Cuidado com o salmão que você está comendo – especialista afirma que o salmão consumido no Brasil não contém ômega 3 O salmão do mar (selvagem) é um peixe de coloração rosa suave rico em ômega 3 (substâncias que incluem o ácido eicosapentaenoico – EPA e o ácido docosaexaenoico – DHA) que se alimenta de algas oceânicas e de fitoplânctons. Atualmente, devido ao aumento da procura, mais da metade do salmão consumido no planeta é produzido em cativeiros no Chile, Canadá, Estados Unidos e norte da Europa. O salmão de cativeiro é vendido por preços mais acessíveis, apresenta coloração bege (torna-se laranja com a adição de corantes artificiais, derivados do petróleo) e contém apenas traços insignificantes de nutrientes como ômega 3, vitaminas A, D, E e do complexo B, magnésio e ferro, presentes em abundância no salmão selvagem. Disponível em: <http://www.noticiasnaturais.com/2014/02/cuidado-com-o-salmao-que-voce-esta-comendo-especiali+sta-afirma-que-sal-mao-consumido-no-brasil-nao-contem-omega-3/> [Adaptado] Acesso em: 21 ago. 2014.

C07  Ésteres e sais de ácidos orgânicos

Considere um produto contendo ômega 3 cujo rótulo informa que uma porção de três cápsulas apresenta 0,36 g de EPA; 0,24 g de DHA; 15 mg de colesterol e 10 mg de vitamina E. Fórmulas estruturais do EPA, do DHA, do colesterol e da vitamina E

294

Sobre o assunto tratado acima, é CORRETO afirmar que: 01. as moléculas de EPA, DHA, colesterol e vitamina E apresentam mais de um átomo de carbono com orbitais híbridos sp. 02. a molécula de vitamina E apresenta as funções orgânicas éter e fenol. 04. um indivíduo que ingerir apenas uma cápsula do produto contendo ômega 3 terá ingerido 120 mg de EPA e 80 mg de DHA. 08. a molécula de EPA possui 20 átomos de carbono, ao passo que a molécula de DHA possui 22 átomos de carbono. 16. um indivíduo que ingerir diariamente três cápsulas do produto contendo ômega 3 durante quinze dias consecutivos terá ingerido 0,1 g de colesterol. 32. as moléculas de EPA e de DHA apresentam em sua fórmula estrutural um grupo carboxila, que caracteriza a presença da função orgânica aldeído. 09. (Uncisal AL) Quando se utiliza sabões/detergentes biodegradáveis em processos de lavagem industrial ou doméstico, estes podem chegar aos lagos e rios através do sistema de esgoto. Neste caso, os resíduos são degradados pela ação de microrganismos que produzem enzimas capazes de deteriorar moléculas de cadeias carbônicas lineares. Porém, estas enzimas não reconhecem moléculas de cadeias ramificadas. Spiro, T.G. e Stigliani, W.M. Química Ambiental. São Paulo: Pearson, 2009 (adaptado).

Considerando os benefícios ao ambiente, qual composto pode ser classificado como biodegradável?

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Exercícios Complementares 01. (IF SC) Uma das características dos ácidos é o gosto azedo (acetum, em latim) de onde veio o nome desse agrupamento químico. Mas identificar um ácido pelo sabor pode ser muito perigoso, porque nem todos são tóxicos como o ácido cítrico do suco do limão, por exemplo. É CORRETO afirmar que a acidez do vinagre, que é uma substância muito utilizada para temperar alimentos, se deve a presença do ácido: a) clorídrico. b) cítrico. c) acético. d) sulfúrico.

Identifique as funções orgânicas presentes simultaneamente nas estruturas dos dois biopesticidas apresentados: a) Éter e éster. b) Cetona e éster. c) Álcool e cetona. d) Aldeído e cetona. e) Éter e ácido carboxílico. 04. (Uerj RJ) A vanilina é a substância responsável pelo aroma de baunilha presente na composição de determinados vinhos. Este aroma se reduz, porém, à medida que a vanilina reage com o ácido etanoico, de acordo com a equação química abaixo.

e) carbônico. 02. (Udesc SC) Se ao realizarmos um experimento em casa, adicionando em um copo de água 3 colheres de sopa de soda cáustica e 3 colheres de óleo de cozinha, ao aquecer a mistura, mantendo fervura, o óleo sofre uma:

e) saponificação. 03. (Enem MEC) A produção mundial de alimentos poderia se reduzir a 40% da atual sem a aplicação de controle sobre as pragas agrícolas. Por outro lado, o uso frequente dos agrotóxicos pode causar contaminação em solos, águas superficiais e subterrâneas, atmosfera e alimentos. Os biopesticidas, tais como a piretrina e a coronopilina, têm sido uma alternativa na diminuição dos prejuízos econômicos, sociais e ambientais gerados pelos agrotóxicos.

A substância orgânica produzida nessa reação altera o aroma do vinho, pois apresenta um novo grupamento pertencente à função química denominada: a) éster b) álcool c) cetona d) aldeído 05. (UFU MG) A ciência tem estudado o efeito dos aditivos químicos – presentes em alimentos industrializados – com o intuito de indicar ou inibir seu consumo. Os flavorizantes ou aromatizantes, por exemplo, são substâncias utilizadas para imitar alguns sabores e também aromas de diversas frutas, como banana, laranja e uva, e podem ser naturais ou artificiais, de acordo com a especificidade do alimento. Algumas balas e chicletes apresentam sabor de maçã verde, e a substância responsável por esse sabor é o etanoato de butila, cuja fórmula estrutural está representada abaixo:

O etanoato de butila pode ser obtido pela reação entre a) etanal e ácido butanoico. b) etanona e cloreto de butila. c) ácido etanoico e butanal. d) ácido etanoico e butanol. 06. (UFAC) Os aromas e sabores dos alimentos podem ser atribuídos aos grupos funcionais de compostos orgânicos. As substâncias abaixo são encontradas em algumas frutas, sendo:

295

C07  Ésteres e sais de ácidos orgânicos

a) hidrogenação catalítica. b) polimerização por condensação. c) polimerização por adição. d) hidrólise ácida.

Química

(a) Voláteis, o que nos permite cheirá-las; (b) Solúveis, em água, o que nos permite saboreá-las. Essas moléculas possuem, em comum, o grupo funcional que as caracteriza como:

ao qual estão ligados outros átomos ou grupo de átomos como oxigênio, enxofre, grupos metoxi ou etoxi, ou um radical orgânico de cadeia longa. Os organofosforados são divididos em três subclasses: Tipo A, na qual o enxofre não se incorpora na molécula; Tipo B, na qual o oxigênio, que faz dupla ligação com fósforo, é substituído pelo enxofre; e Tipo C, no qual dois oxigênios são substituídos por enxofre. BAIRD, C. Química Ambiental. Bookman, 2005.

Um exemplo de pesticida organofosforado Tipo B, que apresenta grupo etoxi em sua fórmula estrutural, está representado em:

a) álcoois. b) éteres. c) ácidos carboxílicos.

d) cetonas. e) ésteres.

07. (UFU MG) Os detergentes são produtos sintéticos, derivados principalmente da indústria petroquímica. Eles começaram a ser usados com muita frequência, a partir da Segunda Guerra Mundial, quando houve carência de óleos e gorduras para a fabricação de sabão comum. A vantagem dos detergentes reside no fato de não formarem sais insolúveis com os íons da água “dura”, tais como os sais de cálcio e magnésio.

C07  Ésteres e sais de ácidos orgânicos

Considerando essas informações, marque a alternativa que indica uma molécula de detergente. a) CH3(CH2)16COO–Na+ b) [CH3(CH2)14COO–]2Ca2+ c) HOCH2CHOHCH2OH d) CH3(CH2)10CH2SO−3Na+ 08. (UFCE) Geralmente, as águas subterrâneas do semiárido nordestino apresentam elevados teores de carbonato de cálcio, CaCO3, e recebem a denominação de “águas duras”. Neste tipo de água, os sabões, CH3(CH2)nCO2Na, originam um precipitado sólido, acarretando, consequentemente, maior consumo desse produto para a remoção de sujeiras. O maior consumo de sabão para a remoção de sujeiras, em “águas duras”, é decorrente da: a) formação de ácidos carboxílicos na reação entre o sabão e CaCO3. b) alta concentração de sais de sódio na reação entre o sabão e CaCO3. c) formação de sais de cálcio na reação entre o sabão e CaCO3. d) formação de um precipitado de CH3(CH2)nCO2(CO3). e) elevada solubilidade do sabão em águas duras. 09. (Enem MEC) Os pesticidas modernos são divididos em várias classes, entre as quais se destacam os organofosforados, materiais que apresentam efeito tóxico agudo para os seres humanos. Esses pesticidas contêm um átomo central de fósforo 296

10. (UEPB) O mundo atualmente emprega centenas de milhões de dólares em produtos de limpeza (sabões, sabonetes, cremes de barbear, xampus, pastas dentais etc.), e todos esses produtos possuem o mesmo fundamento: a ação de detergência, processo indispensável à vida do homem. Entretanto, o ser humano nem sempre utiliza adequadamente esses produtos, provocando com frequência grande impacto ambiental. Marque a alternativa correta: a) Os detergentes derivam de ácidos carboxílicos. b) A presença de espumas em alguns rios indica a presença de detergentes biodegradáveis. c) Um detergente é biodegradável, quando pode ser atacado e rompido por microrganismos; caracteriza-se por apresentar cadeia carbônica normal. d) O detergente lava da mesma forma que o sabão: tem uma parte apolar que se dissolve na água e uma parte polar que dissolve a gordura. e) As bases mais utilizadas na produção de sabões são: NaOH, Ca(OH)2 e NH4OH.

FRENTE

QUÍMICA

MÓDULO C08

AMINAS E AMIDAS O estudo dos compostos orgânicos permite discutir assuntos ligados aos mais variados meios e fins: aos combustíveis, às drogas, aos solventes, aos cosméticos, aos fármacos etc. Por exemplo, o uso de substâncias orgânicas exógenas pelo ser humano vem desde a Antiguidade. Usada na cura de dores, doenças e até como veneno, essas substâncias, na maioria das vezes, eram extraídas de plantas.

ASSUNTOS ABORDADOS n Aminas e amidas n Drogas e fármacos n Aminas n Amidas

Historicamente, podemos dizer que foi Galeno (médico grego, século II d.C) quem deu início ao estudo dos princípios ativos retirados das plantas: os chás, os incensos, os venenos e os “remédios”. Os registros do uso de alguns alcaloides de forte ação sobre o sistema nervoso, datam de épocas antes de Cristo. Alcaloides são compostos extraídos de plantas que pertencem à classe funcional das aminas, que estudaremos a seguir.

Fonte: Wikimedia Commons

Os índios da América do Sul, por exemplo, utilizam uma substância tóxica para paralisar os peixes e facilitar a pesca, quando eles precisam de grandes quantidades de peixes para as comemorações festivas. Essa substância, chamada por eles de timbó, é retirada de leguminosas e induz efeitos narcóticos nos peixes. Logo após o lançamento do pó nas águas, os peixes começam a boiar e são capturados. Mas, se os peixes são deixados na água por um período de tempo maior, eles recobram os movimentos, o que indica que as substâncias tóxicas são eliminadas, podendo, portanto, ser utilizadas no preparo dos alimentos. Uma das plantas mais antigas utilizadas pelo ser humano é a Papaver somniferum, que deu origem ao ópio, do qual Armand Séquin (1767 – 1835) extraiu e isolou a morfina, em 1804. A morfina é um alcaloide de caráter básico de grande ação sobre o sistema nervoso – é um poderoso analgésico. Contudo, o uso da morfina produz tolerância, isto é, implica o uso de doses cada vez maiores para se obter o mesmo efeito, o que pode provocar dependência química. Daí o fato atual de se utilizar morfina apenas em casos específicos, como no alívio das dores em pacientes com câncer terminal.

Figura 01 - O timbó é um cipó trepador encontrado nas mais diversas regiões brasileiras, em especial na Região Amazônica, também conhecido como tingui, guaratimbó, timbosipo, timbó iurari, cururu-apé, mata-fome, entre outros; considerado venenoso, contém uma toxina capaz de asfixiar e matar peixes em poucos minutos.

297

Química

Drogas e fármacos A palavra fármaco é empregada atualmente para designar qualquer substância que exerça atividade farmacológica em um organismo vivo, propiciando benefícios à saúde. A morfina é um poderoso analgésico, portanto, um fármaco. Contudo o uso ilegal da morfina por alguns, permite-nos dizer que ela também é utilizada como droga. Daí a necessidade que temos de diferenciar o que é fármaco e o que é droga. Segundo a farmacologia – ciência que estuda as drogas e os fármacos – droga é toda substância que produz alterações no funcionamento normal de um organismo vivo, o que implica alterações fisiológicas de comportamentos.

Figura 02 - O nome morfina é em homenagem ao deus grego do sono Morpheu. A síntese da morfina aconteceu 148 anos após o seu isolamento.

Na fórmula da morfina, podemos identificar quatro classes funcionais: fenol, éter, álcool e amina. Fenol, álcool e éter já foram estudados.

Aminas As aminas são compostos nitrogenados resultantes da substituição de um ou mais átomos de hidrogênio da amônia por grupos monovalentes derivados de hidrocarbonetos – normalmente, alquilas ou arilas. No esquema a seguir, temos a representação da substituição dos átomos de hidrogênio da amônia por grupos alquilas (representados por R).

De acordo com o grau de substituição, podemos classificar as aminas em mono, di ou trissubstituídas. Contudo, na maioria das vezes, alguns autores classificam essas aminas em primárias, secundárias ou terciárias.

C08  Aminas e amidas

A presença de aminas em nosso cotidiano é muito comum. Por exemplo, quem nunca sentiu o cheiro forte de um peixe, durante o seu preparo? Ou quem nunca sentiu o cheiro proveniente de tecidos animais em putrefação? Pois bem! Em princípio, são exatamente as aminas as responsáveis por esses odores. No caso dos peixes, o cheiro é o resultado da volatilização de uma mistura de aminas em solução aquosa.

Figura 03 - Aminas responsáveis característico de peixes.

pelo

odor

Verifique que em todas elas há um par de elétrons não ligantes sobre o átomo de nitrogênio. Portanto, as aminas possuem caráter básico, segundo a teoria de Lewis. Para neutralizar o cheiro exalado pelos peixes é só acrescentar uma solução de caráter ácido. Comumente, se utiliza suco de limão ou vinagre nessa neutralização. 298

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Nomenclatura A nomenclaturadas aminas é feita com base no sistema radicofuncional IUPAC de nomenclatura.

Em alguns casos, podemos usar o sistema de nomenclatura IUPAC de substituição em que a amina é considerada derivado do hidrocarboneto pela substituição de um ou mais átomos de hidrogênio por grupos amino (–NH2). Por exemplo, o cheiro forte que percebemos quando chegamos próximo a tecidos animais em decomposição é parcialmente produzido pelos compostos putrescina e cadaverina, apresentados a seguir:

Outros exemplos de nomenclatura de aminas, utilizando os sistemas radicofuncional e substitutivo propostos pela IUPAC:

Amidas As amidas são compostos nitrogenados derivados da amônia ou de aminas pela substituição de um ou mais átomos de hidrogênio por radicais acila. Classificação das amidas

C08  Aminas e amidas

De todas as amidas, a mais comum em nosso cotidiano é a ureia, uma diamida primária cuja fórmula é:

Sintetizada em laboratório em 1828, por Wöhler, e responsável pelo descrédito da teoria da força vital, a ureia é uma substância utilizada em indústrias para o preparo de medicamentos, cremes hidratantes ou umectantes, anestésicos, sedativos, hipnóticos, polímeros (como as resinas ureia-formaldeído) etc. Outras aplicações da ureia são como adubo, na produção de fertilizantes e como ração de gado. 299

Química

Figura 04 - À esquerda, ureia no estado sólido e fórmula estrutural. À direita, trator utilizado na aplicação da ureia em lavoura de soja.

Nomenclatura A nomenclatura das amidas é feita com base no sistema de nomenclatura substitutivo proposto pela IUPAC. Por esse sistema deve-se atribuir o nome do hidrocarboneto seguido do nome amida. No caso das amidas derivadas de aminas mono o dissubstituídas, devemos citar o nome do grupo que se encontra ligado ao átomo de nitrogênio, antecedido do símbolo N.

C08  Aminas e amidas

SAIBA MAIS A ureia possui um aspecto de cristal ou pó cristalino branco.Seu ponto de fusão varia ao entorno de 132 a 135 °C, quase inodoro, com sabor salino. É muito solúvel em água (1 g em 1,5 mL), álcool (10 mL), e praticamente insolúvel em clorofórmio e éter. Suas soluções aquosas se hidrolisam facilmente liberando amônia e dióxido de carbono,e constituem o principal produto terminal do metabolismo proteico no ser humano e nos demais mamíferos. Em quantidades menores, a ureia está presente no sangue, na linfa, nos fluidos serosos, nos excrementos de peixes e de muitos outros animais inferiores. Altamente azotado, o nitrogênio da ureia (que constitui a maior parte do nitrogênio da urina), é proveniente da decomposição das células do corpo e também das proteínas dos alimentos. A ureia também está presente no mofo dos fungos, assim como nas folhas e sementes de numerosos legumes e cereais. Há décadas, a ureia vem sendo utilizada para o tratamento cosmético da pele seca. Contudo, possui importantes indicações clínicas devido às suas propriedades farmacológicas, como ação antimicrobiana e anti-inflamatória. Do ponto de vista da hidratação propriamente dita, as características particulares da ureia lhe conferem a capacidade de gerar um tipo de hidratação denominada ativa, mantendo a pele hidratada por um período mais prolongado. Parece que ureia é o único hidratante que tem um efeito de hidratação do interior das células. Isto é, ela é capaz de se ligar a moléculas de água dentro das células e possibilitar o aumento da hidratação por um tempo mais prolongado. Outro benefício da alta solubilidade da ureia em água, é poder gerar compostos sob a pele que, quando expostos a um ambiente com alta umidade, têm a capacidade de captar água desse meio.

300

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Exercícios de Fixação 01. (UCS RS) Em dez anos, a importação e a produção de metilfenidato – mais conhecido como ritalina, cresceram 373% no País. A maior disponibilidade do medicamento no merca-

03. (UEPG PR) Com relação à estrutura abaixo, assinale o que for correto.

do nacional impulsionou um aumento de 775% no consumo da droga, usada no tratamento do transtorno de déficit de atenção e hiperatividade (TDAH). O remédio é usado principalmente em crianças e adolescentes, os mais afetados pelo transtorno. Para especialistas, a alta no uso do medicamento reflete maior conhecimento da doença e aumento de diagnósticos, mas também levanta o alerta de uso indevido da substância, até por pessoas saudáveis que buscam “aumentar” o rendimento em atividades intelectuais. A estrutura química do metilfenidato encontra-se representada abaixo.

Assinale a alternativa correta sobre a molécula do metilfenidato. a) Possui as funções orgânicas amina, ácido carboxílico e fenol. b) Apresenta quatro átomos de carbono terciários. c) É um hidrocarboneto alifático com núcleos condensados. d) Possui ligações π em ressonância. e) Apresenta quatro átomos de carbono hibridizados na forma sp2.

01. Apresenta seis carbonos sp2 e sete carbonos sp3. 02. Sua fórmula molecular é C13H19O3. 04. É possível reconhecer uma amina secundária no composto. 08. Os grupos funcionais presentes na estrutura são: fenol, álcool e amina. 04. (UECE) A dengue tem aumentado muito no Brasil. De acordo com o Ministério da Saúde, no período de 04 de janeiro a 18 de abril de 2015, foram registrados 745 957 casos notificados de dengue no País. A região Sudeste teve o maior número de casos notificados (489 636 casos; 65,6%) em relação ao total do País, seguida da região Nordeste (97 591 casos; 13,1%). A forma mais grave da enfermidade pode ser mortal: nesse período, teve-se a confirmação de 229 óbitos, o que representa um aumento de 45% em comparação com o mesmo período de 2014. São recomendados contra o Aedes aegypti repelentes baseados no composto químico que apresenta a seguinte fórmula estrutural:

02. (FGV SP) O surto da doença ebola já atinge vários países da

(http://info.abril.com.br/noticias/ciencia/2014/08/japao-pode-oferecermedicamento-sem-aprovacao-para-ebola.shtml. Adaptado)

Na molécula do favipiravir, o número total de átomos de carbono que fazem ligações do tipo π e o grupo funcional destacado na estrutura são, respectivamente: a) 1 e amina. b) 3 e amida. c) 3 e amina. d) 5 e amina. e) 5 e amida.

Pela nomenclatura da IUPAC, o nome correto desse composto é a) N,N-Dimetil-3-metilbenzamida. b) N,N-Dietil-benzamida. c) N,N-Dimetil-benzamida. d) N,N-Dietil-3-metilbenzamida. 05. (UEPA PA) A imensa flora das Américas deu significativas contribuições à terapêutica, como a descoberta da lobelina (Figura abaixo), molécula polifuncionalizada isolada da planta Lobelianicotinaefolia e usada por tribos indígenas que fumavam suas folhas secas para aliviar os sintomas da asma. C08  Aminas e amidas

África, causando centenas de mortes. O Japão pode oferecer uma medicação, o favipiravir. Entretanto, ela ainda não recebeu aprovação para uso.

301

Química

Sobre a estrutura química da lobelina, é correto afirmar que: a) possui uma amina terciária b) possui um aldeído c) possui um carbono primário d) possui uma amida e) possui um fenol 06. (Unioeste PR) Recentemente, a ANVISA (Agencia Nacional de Vigilância Sanitária) proibiu a venda de suplementos alimentares que contenham a substância DMAA (dimetilamilamina), por suspeitas desta causar graves danos à saúde. A nomenclatura IUPAC do DMAA é 4-metil-2-hexanamina. Assinale, dentre as alternativas abaixo, aquela que apresenta a estrutura correta desse composto.

São funções orgânicas presentes no ELQ-300 a) amina e cetona. b) amina e éster. c) amida e cetona. d) cetona e éster. e) éter e ácido carboxílico. 09. (UEG GO) Estão apresentados a seguir quatro compostos orgânicos nitrogenados:

Dentre as moléculas apresentadas, qual estrutura é uma amina? a) IV b) I c) III d) II 10. (UECE) O ácido fólico é efetivo no tratamento de certas anemias, pode manter espermatozoides saudáveis e é um dos 07. (Puc MG) O metotrexato é um medicamento usado para o tratamento de pacientes com certos tipos de câncer. Sua estrutura química está representada abaixo.

componentes indispensáveis para uma gravidez saudável. Esse ácido também reduz o risco de mal de Alzheimer e pode ajudar a evitar doenças cardíacas e derrame, além de ajudar a controlar a hipertensão. É encontrado em vísceras de animais, verduras de folha verde, legumes, frutos secos, grãos integrais e leveduras de cerveja, e é armazenado no fígado.

C08  Aminas e amidas

São funções orgânicas presentes na molécula do metotrexato, EXCETO: a) ácido carboxílico b) amida c) amina d) álcool 08. (UFRGS RS) O ELQ-300 faz parte de uma nova classe de drogas para o tratamento de malária. Testes mostraram que o ELQ300 é muito superior aos medicamentos usados atualmente no quesito de desenvolvimento de resistência pelo parasita.

Com relação à fórmula estrutural do ácido fólico, assinale a afirmação correta. a) Sua massa molar está acima de 450 g/mol. b) Contém as seguintes funções orgânicas: álcool, fenol, ácido carboxílico, amina. c) Possui 3 anéis benzênicos. d) Possui átomos de carbono do tipo sp2e sp3.

302

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Exercícios Complementares 01. (Fuvest SP) Estudos recentes parecem indicar que o formato do olho humano e a visão são influenciados pela quantidade da substância X, sintetizada pelo organismo. A produção dessa substância é favorecida pela luz solar, e crianças que fazem poucas atividades ao ar livre tendem a desenvolver dificuldade para enxergar objetos distantes. Essa disfunção ocular é comumente chamada de miopia. Considere a fórmula estrutural da substância X e os diferentes formatos de olho:

As notas musicais dessa cantiga foram organizadas de modo a representar um grupo funcional, conforme demonstrado a seguir.

Notas musicais

Simbologia Química

Dó ou do Ré ou re Mi Fá ou fa Sol Lá ou la

02. (UFG GO) Leia a cantiga popular a seguir, conhecida como “O Pastorzinho”. 1

Havia um pastorzinho que andava a pastorear

saiu de sua casa e pôs-se a cantar.

dó, ré, mi, fá fa fa

dó ré dó ré re re

dó sol fá mi mi mi

dó ré mi fá fa fa

Chegando ao palácio a princesa lhe falou

dizendo ao pastorzinho que o seu canto lhe agradou

sol lá si dó do do

sol lá sol lá, la la

sol ré dó si si si

sol lá si dó do do

Ante o exposto, os versos que contêm notas musicais relacionadas aos grupos funcionais aminas, ácidos carboxílicos e álcoois estão descritos nas linhas a) 3 e 5. b) 3 e 6. c) 5 e 9. d) 6 e 11. e) 9 e 12. 03. (IFSC) (...) A dopamina é uma substância química do “sistema de recompensa”, que serve para reforçar alguns comportamentos essenciais à sobrevivência (como a alimentação e reprodução), ou que desempenha um papel na motivação. O neurotransmissor é também conhecido como “hormônio do prazer”. Segundo os estudiosos, pessoas dedicadas, dispostas a trabalhar duro em busca de recompensas, têm maior liberação de dopamina em áreas do cérebro responsáveis pela motivação. Disponível em: http://g1.globo.com/ciencia-e-saude/noticia/2012/05/ hormonio-do-prazer-afeta-vontade-de-trabalhar-naspessoas-diz-estudo.html. Acesso em: 12 set. 2012.

Com base na fórmula estrutural da dopamina apresentada na figura acima, assinale a alternativa CORRETA.

303

C08  Aminas e amidas

Com base nessas informações, conclui se corretamente que a miopia poderá atingir crianças cujo organismo venha a produzir ____________ X em quantidade insuficiente, levando à formação de olho do tipo ______. As lacunas da frase acima devem ser preenchidas, respectivamente, por a) o aminoácido; III d) o fenol; I b) a amina; II e) a amina; III c) o aminoácido; I

Química

a) A fórmula química da dopamina é C8H8NO2. b) A dopamina tem massa molecular igual a 72 unidades de massa atômica. c) No anel benzênico da dopamina, existem três ligações do tipo sigma (σ) e três ligações do tipo pi (π). d) A dopamina é uma amina primária com oito carbonos na sua constituição. e) A dopamina é um composto orgânico da família dos ácidos

d) As três substâncias apresentam em comum as funções orgânicas aminas, éter e ácido carboxílico. e) Somente a norfloxacina e a levofloxacina apresentam anel aromático em suas estruturas químicas. 05. (Fac. Santa Marcelina SP) Na receita médica prescrita por um gastroenterologista a um paciente diagnosticado com gastrite constava o medicamento pantoprazol 40 mg.

carboxílicos. 04. (Uniube MG) Compostos conhecidos por fluorquinolonas constituem uma classe de antibióticos capazes de combater diferentes tipos de bactérias. Dentre alguns compostos dessa classe, pode ser citada a norfloxacina, a esparfloxacina e a levofloxacina, todos com ação antibacteriana.

Na figura, os átomos de nitrogênio e de oxigênio indicados pe-

A seguir, são apresentadas as estruturas químicas dessas subs-

las setas constituem grupos funcionais característicos de

tâncias.

a) amida e éster. b) amida e éter. c) amina e cetona. d) amina e éter. e) amina e éster. 06. (Uerj RJ) Aminofenóis são compostos formados pela substituição de um ou mais átomos de hidrogênio ligados aos carbonos do fenol por grupamentos NH2. Com a substituição de apenas um átomo de hidrogênio, são formados três aminofenóis distintos. As fórmulas estruturais desses compostos estão representadas em:

C08  Aminas e amidas

Analisando as estruturas químicas dos antibióticos da figura acima, é verdadeira a afirmação: a) A norfloxacina apresenta os grupos funcionais cetona e amida em sua estrutura química. b) A norfloxacina e a esparfloxacina apresentam em comum os grupos funcionais amina e ácido carboxílico. c) A levofloxacina apresenta a função orgânica éter e aldeído em sua estrutura. 304

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

07. (Unesp SP) Recentemente, pesquisadores criaram um algodão que é capaz de capturar elevadas quantidades de água do ar. Eles revestiram fibras naturais de algodão com o polímero I, que tem a propriedade de sofrer transições rápidas e reversíveis em resposta a mudanças de temperatura. Assim, as fibras revestidas funcionam como uma “esponja de algodão”. Abaixo dos 34 °C as fibras do algodão revestido se abrem, coletando a umidade do ar. Quando a temperatura sobe, os poros do tecido se fecham, liberando toda a água retida em seu interior - uma água totalmente pura, sem traços do material sintético. (www.inovacaotecnologica.com.br. Adaptado.)

Os grupos funcionais presentes na difenidramina são a) álcool e amina terciária. b) éter e amina terciária. c) álcool e amina secundária. d) éter e amina primária. e) éster e amina primária. 10. (Uerj RJ) Em determinadas condições, a toxina presente na carambola, chamada caramboxina, é convertida em uma molécula X sem atividade biológica, conforme representado abaixo.

08. (UFTM MG) Neste ano, voltaram a ocorrer mortes decorrentes da gripe A, doença causada pelo vírus A (H1N1), que pode ser transmitido de pessoa a pessoa, principalmente por meio da tosse ou espirro e de contato com secreções respiratórias de pessoas infectadas. (www.saude.rs.gov.br. Adaptado.)

Para enfrentar tal situação, o governo distribuiu para os hospitais públicos o antiviral tamiflu, que tem como princípio ativo o fosfato de oseltamivir. A estrutura do oseltamivir é representada na figura.

Na estrutura do oseltamivir são encontradas as funções orgânicas a) amida, amina, éster e éter. b) amida, amina, éster e cetona. c) amina, aldeído, éter e cetona. d) amida, amina, aldeído e cetona. e) amida, aldeído, éster e éter. 09. (Unisa SP) A difenidramina é um anti-histamínico usado para atenuar os sintomas das reações alérgicas.

Nesse caso, dois grupamentos químicos presentes na caramboxina reagem formando um novo grupamento. A função orgânica desse novo grupamento químico é denominada: a) éster b) fenol c) amida d) cetona 11. (FCM PB) Algumas doenças infecciosas, como a dengue, são causadas por um arbovírus da família Flaviridae. São conhecidos quatro tipos de vírus da dengue, denominados DEN 1, DEN 2, DEN 3 e DEN 4; os três primeiros já produziram epidemias no Brasil. A doença, transmitida ao homem pela picada da fêmea infectada do mosquito Aedes aegypti, não tem tratamento específico, mas os medicamentos frequentemente usados contra febre e dor devem ser prescritos com cautela. Na figura abaixo é apresentada a estrutura do paracetamol, que está presente a seguinte função da química orgânica:

C08  Aminas e amidas

Na representação do polímero I, observa-se a unidade da cadeia polimérica que se repete n vezes para a formação da macromolécula. Essa unidade polimérica apresenta um grupo funcional classificado como a) amina. b) amida. c) aldeído. d) hidrocarboneto. e) éster.

a) éter b) amida c) cetona d) aldeído e) ácido carboxílico 305

FRENTE

a) CH3(CH2)3CH2OH

QUÍMICA

álcool

CH CH2CO(CH2)5CCH3

3 cetona

b) 1-pentanol ou pentan-1-ol.

Exercícios de Aprofundamento 01. (UFSC) “[...] Era o carro do Fábio que tinha acabado o freio. Mandei que ele apertasse o pedal e vi que ia até o fundo. Percebi que era falta de fluido. [...] Perguntei ao Luis se ele tinha fluido de freio e ele disse que não tinha. E ninguém tinha. Então falei com o Antonino que o jeito era tirar um pouco de cada carro, colocar naquele e ir assim até chegar numa cidade.” FRANÇA JÚNIOR, Oswaldo. Jorge, um brasileiro. Rio de Janeiro: Nova Fronteira, 1988. p. 155-156.

O fluido para freios, ou óleo de freio, é responsável por transmitir às pastilhas e lonas do sistema de freios a força exercida sobre o pedal do automóvel quando se deseja frear. Em sua composição básica há glicóis e inibidores de corrosão. Disponível em: <http://www.inmetro.gov.br/consumidor/produtos/fluidos. asp> [Adaptado] Acesso em: 26 out. 2011.

Considere as informações acima e os dados da tabela abaixo, obtidos sob pressão de 1 atm e temperatura de 20 °C:

Nome IUPAC

Ponto de ebulição (°C)

Etan-1,2-diol

197

II.

Propan-1,2-diol

187

III.

Propan-1,3-diol

215

Escreva: c) Ligação de hidrogênio, ou ponte de hidrogênio. a) o nome da função orgânica presente nos compostos apresentados na tabela. Função álcool b) a fórmula estrutural de cada um dos compostos, conforme a ordem da tabela I, II e III. c) o nome da força intermolecular responsável pelo elevado valor do ponto de ebulição dos compostos citados. 02. (Unicamp SP) Feromônios são substâncias químicas usadas na comunicação entre indivíduos de uma mesma espécie. A mensagem química tem como objetivo provocar respostas comportamentais relativas à agregação, colaboração na obtenção de alimentos, defesa, acasalamento, etc. Há uma variedade de substâncias que exercem o papel de feromônios, como o CH3(CH2)3CH2OH (sinal de alerta) e o CH3CH2CO(CH2)5CH3 (preparar para a luta). Uma mariposa chamada “Bombyx disparate” segrega um feromônio sexual capaz de atrair os machos da espécie numa distância de até 800 metros. Tal substância apresenta, na molécula, a função epóxi. Um fragmento de uma molécula desse feromônio, contendo apenas o principal grupo funcional, pode ser representado simplificadamente como −CHOCH−. a) Copie as duas fórmulas das substâncias citadas acima. Em cada uma delas, marque e dê o nome de uma função química presente. 306

Gabarito questão 01 c)

b) Escreva o nome químico da substância referente ao sinal de alerta. c) Desenhe a “fórmula estrutural” do fragmento -CHOCH-. 03. (UFPB) Gigantes reservas de petróleo foram encontradas recentemente no Brasil. Essas reservas situam-se em regiões de grandes profundidades em águas oceânicas e abaixo de uma camada de sal, por isso, denominadas de pré-sal. Com a exploração dessas reservas, o Brasil aumentará significativamente a produção de petróleo. Após a extração, o petróleo é transportado até as refinarias, onde passará por uma série de processos de purificação denominada de refino, em que o petróleo entra na fornalha, é aquecido e segue para a torre de destilação, onde serão separadas as diversas frações. A gasolina é uma mistura de diversos hidrocarbonetos. Conforme a composição dessa mistura, a gasolina poderá ter alta taxa de compressão (alta octanagem). A respeito dos compostos presentes na gasolina, julgue as afirmativas: I. Hexano, heptano e octano são hidrocarbonetos saturados. II. 2-metil-hexano (C7H16) é um hidrocarboneto aromático. III. 2,2,4-trimetil-pentano (C8H18) é um alceno. IV. Metil-benzeno (C7H8) é um hidrocarboneto aromático. V. Metóxi-terciobutano (CH3OC4H9), antidetonante usado na gasolina, é um éter. É correto o que se afirma em a) I, II, III e V b) II, III e IV c) I, II e IV d) III, IV e V e) I, IV eV 04. (UFG GO) O teste de admissão de um químico, em uma indústria de polímeros, consistiu na identificação de uma amostra de um sólido, utilizado como matéria-prima. Após alguns testes, as evidências experimentais sobre o sólido foram as seguintes: a) solubilidade em água; b) presença de ligação dupla entre o oxigênio e o carbono; c) relação de 3:5:2 entre o carbono, o hidrogênio e o oxigênio, respectivamente; d) estequiometria de neutralização com base forte, de 1 mol do sólido (146) para cada 2 mol de substância monobásica. Que nome e estrutura o químico deverá escrever em seu relatório para ser admitido na indústria? Justifique sua resposta.

Ácido 1,4-hexanodioico

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

05. (UFRJ) Em artigo publicado em 1968 na revista Science, Linus Pauling criou o termo “psiquiatria ortomolecular”, baseado no conceito de que a variação da concentração de algumas substâncias presentes no corpo humano estaria associada às doenças mentais. Por exemplo, sabe-se hoje que a variação da concentração de ácido glutâmico (C5H9NO4) tem relação com diversos tipos e graus de problemas mentais. Sabendo que o ácido glutâmico: n apresenta cadeia normal com 5 átomos de carbono; n é um ácido dicarboxílico saturado; n apresenta um grupamento amino; n e apresenta carbono assimétrico,escreva a fórmula estru-

tural desse ácido. HOOCCH2CH2CHNH2COOH 06. (UFPA) A aspirina foi sintetizada pela primeira vez em 1853 e ainda hoje é um dos medicamentos mais vendidos no mundo. Sua estrutura química está representada na figura abaixo.

Sobre a aspirina, é correto afirmar que a) não é uma substância aromática. b) apresenta as funções éter, cetona e ácido carboxílico. c) tem fórmula molecular C8H6O4. d) apresenta a função éster. e) seu nome IUPAC é ácido salicílico. 07. (UEL PR) Sabe-se que, na fabricação de muitos sorvetes, são utilizados essências artificiais, as quais apresentam o cheiro agradável das frutas. Estes odores devem-se, principalmente, à presença de ésteres. A seguir, estão os nomes de alguns ésteres e a indicação de suas respectivas frutas. n Abacaxi – butanoato de etila. n Framboesa – metanoato de isobutila. n Pêssego – metanoato de etila.

Sobre as substâncias acima, assinale a afirmativa INCORRETA. a) Todos os compostos possuem uma função amida. b) O paracetamol é um fenol derivado da acetanilida. c) Todos os compostos possuem um núcleo aromático. d) A fenacetina é um derivado éster do paracetamol. 09. (UERN) Analise a fórmula da tetraciclina.

“As tetraciclinas são antibióticos produzidos por diversas espécies de Streptomyces, e algumas são semissintéticas. As tetraciclinas recebem essa denominação devido à sua estrutura química, formada por quatro anéis.” (Disponível em: http://www.infoescola.com/farmacologia/tetraciclinas/.)

As funções orgânicas presentes na fórmula são: a) Éster, amina, cetona e fenol. b) Aldeído, amida, cetona e fenol. c) Aldeído, amina, cetona e álcool. d) Fenol, álcool, cetona, amida e amina. 10. (UFG GO) Os flavonoides, cuja estrutura básica é apresentada a seguir, são compostos comumente encontrados em alimentos. a)

n Maçã verde – etanoato de butila.

O sorvete cuja essência foi obtida a partir da reação do ácido metanoico com o 2-metil propanol-1 terá aroma de a) abacaxi. b) damasco. c) framboesa. d) maçã verde. e) pêssego. 08. (Puc MG) A acetanilida e a fenacetina são substâncias que apresentam atividade analgésica, mas que não são usadas em clínica médica por serem muito tóxicas. Já o paracetamol, um composto da mesma classe, é um dos fármacos mais utilizados em todo o mundo para o alívio da dor.

Considerando o exposto,

Os substituintes podem estar em outros carbonos, no mesmo anel.

a) introduza os substituintes adequados nos anéis A, B e C, para que sejam representados, respectivamente, os grupos funcionais de um álcool, uma amida e um ácido carboxílico; b) indique o número de carbonos sp2 e sp3 presentes na estrutura do flavonoide apresentado. 12 C sp2 e 3 C sp3 11. (Fuvest SP) Uma vela foi colocada dentro de um recipiente cilíndrico e com raio igual a 10 cm, sem tampa, ao qual também foi adicionado hidrogenocarbonato de sódio sólido, NaHCO3. 307

FRENTE C  Exercícios de Aprofundamento

n Damasco – butanoato de butila.

Química Questao 11. a) A fórmula estrutural é:

b) NaHCO3(s) + CH3COOH(aq) → CH3COONa(aq) + H2O(l) + CO2(g)

A vela foi acesa e adicionou-se ao recipiente, lentamente,

13. (FCM PB) Algumas doenças infecciosas, como a dengue, são

solução aquosa de ácido acético, C2H4O2, de tal forma que o

causadas por um arbovírus da família Flaviridae. São conheci-

nível da solução atingiu somente a parte inferior da vela, fi-

dos quatro tipos de vírus da dengue, denominados DEN 1, DEN

cando distante da chama. Após 3 segundos, observou-se que a chama apagou.

2, DEN 3 e DEN 4; os três primeiros já produziram epidemias no Brasil. A doença, transmitida ao homem pela picada da fêmea infectada do mosquito Aedes aegypti, não tem tratamento específico, mas os medicamentos frequentemente usados contra febre e dor devem ser prescritos com cautela. Na figura abaixo é apresentada a estrutura do paracetamol, que está presente a seguinte função da química orgânica:

a) Apresente a fórmula estrutural do ácido acético. b) Escreva a equação química balanceada da reação entre o sólido e a solução aquosa de ácido acético. c) O experimento foi repetido com outra vela de mesma altura e com as mesmas quantidades de reagentes utilizadas anteriormente. Mudou-se apenas o recipiente, que foi substituído por outro, de mesma altura que o anterior, mas com

a) éter b) amida c) cetona d) aldeído e) ácido carboxílico

raio igual a 20 cm. Dessa vez, após os mesmos 3 segundos,

14. (UEG GO) As propriedades físicas e químicas das moléculas or-

observou-se que a chama não apagou. Proponha uma expli-

gânicas estão associadas à presença de grupos funcionais em

cação para esse fato, considerando a densidade das substân-

suas estruturas. A figura a seguir é um exemplo de uma molé-

cias gasosas presentes.

cula contendo alguns grupos funcionais.

Dados: Massa molar (g/mol) C .... 12 N .... 14 O .... 16 12. (Uerj RJ) Em determinadas condições, a toxina presente na carambola, chamada caramboxina, é convertida em uma molécula X sem atividade biológica, conforme representado abaixo.

Após a análise de sua estrutura, constata-se a presença do grupo funcional a) cetona b) amina c) amida d) álcool 15. (Acafe SC) O álcool obtido em maior quantidade na fermenta-

FRENTE C  Exercícios de Aprofundamento

ção alcoólica do açúcar é o: a) metílico b) etílico Nesse caso, dois grupamentos químicos presentes na caramboxina reagem formando um novo grupamento. A função orgânica desse novo grupamento químico é denominada: a) éster b) fenol c) amida d) cetona 308

c) alético d) amílico e) benzílico Questao 11. (Letra C) Para as mesmas condições de pressão e temperatura, a densidade dos gases é proporcional à massa molar. P Assim: d M RT P P P dN2 28 , dO2 32 e dCO2 44 RT RT RT À medida que ocorre a reação, o CO2(g) formado, que é mais denso que o N2(g) e O2(g), concentra-se na região mais próxima da superfície da solução até atingir a chama, quando então ela apaga. Para as mesmas quantidades de reagentes, em um frasco de maior raio, esse fato demora mais para acontecer.