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Eduardo Fleury Mortimer Andréa Horta Machado QUÍMICA - ENSINO MÉDIO MANUAL DO PROFESSOR Mortimer_Quimica_Vol3_PNLD2018_Capa_AL_PR.indd 2 3/23/16 6:06 PM 3 Eduardo Fleury Mortimer Andréa Horta Machado química - Ensino médio 3ª edição São Paulo, 2016 Eduardo FlEury MortiMEr Professor titular da Faculdade de Educação da Universidade Federal de Minas Gerais. Bacharel e licenciado em Química pela Universidade Federal de Minas Gerais. Mestre em Educação pela Universidade Federal de Minas Gerais. Doutor em Educação pela Universidade de São Paulo. Pós-doutorado na Washington University, em St. Louis, Estados Unidos. Pesquisador do CNPq na área de Educação em Ciências. andréa Horta MacHado Professora associada do Colégio Técnico da Universidade Federal de Minas Gerais. Bacharela e licenciada em Química pela Universidade Federal de Minas Gerais. Mestra e doutora em Educação – Metodologia de Ensino de Química pela Faculdade de Educação da Universidade Estadual de Campinas-SP. manuaL do PRoFEssoR Mortimer_Quimica_V3_PNLD2018_001a002_INICIAIS.indd 1 5/19/16 2:07 PM Diretoria editorial Lidiane Vivaldini Olo Gerência editorial Luiz Tonolli Editoria de Biologia e Química Isabel Rebelo Roque Edição Regina Melo Garcia, Daniela Teves Nardi Gerência de produção editorial Ricardo de Gan Braga Arte Andréa Dellamagna (coord. de criação), Adilson Casarotti (progr. visual de capa e miolo), André Gomes Vitale (coord.), Mauro Roberto Fernandes (edição) e DIGKIDS (diagram.) Revisão Hélia de Jesus Gonsaga (ger.), Rosângela Muricy (coord.), Célia da Silva Carvalho, Luís Maurício Boa Nova, Heloísa Schiavo, Brenda Morais e Gabriela Miragaia (estagiárias) Iconografia Sílvio Kligin (superv.), Denise Durand Kremer (coord.), Karina Tengan (pesquisa), Cesar Wolf e Fernanda Crevin (tratamento de imagem) Ilustrações Alex Argozino, Antonio Robson, Avits, Mauro Nakata e Paulo Manzi Cartografia Eric Fuzii e Márcio Souza Foto da capa: Olga Nikonova/Shutterstock Protótipos Magali Prado Direitos desta edição cedidos à Editora Scipione S.A. Avenida das Nações Unidas, 7221, 1o andar, Setor D Pinheiros – São Paulo – SP – CEP 05425-902 Tel.: 4003-3061 www.scipione.com.br / atendimento@scipione.com.br 2016 ISBN 978 85 262 9929 0 (AL) ISBN 978 85 262 9930 6 (PR) Cód. da obra CL 713398 CAE 566105 (AL) / 566106 (PR) 3a edição 1a impressão Impressão e acabamento Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) (Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil) Mortimer, Eduardo Fleury Química : ensino médio / Eduardo Fleury Mortimer, Andréa Horta Machado. -- 3. ed. -- São Paulo : Scipione, 2016. Obra em 3 v. Bibliografia. 1. Química (Ensino médio) I. Machado, Andréa Horta. II. Título. 16-01900 CDD-540.7 Índices para catálogo sistemático: 1. Química : Ensino médio 540.7 2 Mortimer_Quimica_V3_PNLD2018_001a002_INICIAIS.indd 2 5/19/16 2:07 PM 3 ApresentAção Prezado aluno, Este livro contém atividades e textos destinados ao estudo introdutório da Química. As atividades aqui propostas estão estruturadas de modo a possibilitar que vocês, alunos, discutam em grupo e apresentem interpretações para fenôme- nos simples que são importantes para o entendimento da Química. A realização dos experimentos aqui propostos não requer equipamentos sofisticados e pode ser desenvolvida em uma sala de aula comum. O objetivo é promover uma integração entre teoria e prática usando os experimentos como forma de interrogar a natureza e gerar discussões sobre os fenômenos de interesse da Química. A sua participação nas discussões é fundamental, pois aprender Química é, de certa forma, aprender a dialogar com e sobre a Química. Então, não tenha medo de errar! Ao expressar seu pensamento e submeter suas opiniões à crítica construtiva dos colegas e do professor, você terá oportunidade de aprimorar suas concepções sobre a Química e se aproximar cada vez mais do mundo da ciência. Afinal, essa é a forma como a ciência tem se desenvolvido ao longo da História. Hipóteses e teorias, hoje consideradas válidas, poderão, no futuro, parecer tão in- gênuas quanto os enganos que cometemos. Por isso, não há que se temer os erros, mas sim aprender a conviver com eles, percebendo-os como uma etapa no cami- nho da aprendizagem da Química. Os autores Mortimer_Quimica_V3_PNLD2018_001a009_C0.indd 3 3/31/16 10:57 AM 4 Como A obrA está orgAnizAdA O CONTEÚDO O volume inclui textos que abordam aspectos teóricos e conceituais de acordo com os temas trabalhados em cada capítulo. Inclui também textos retirados de periódicos ou de páginas da internet, os quais apresentam informações mais amplas e contextualizadas. quEsTõEs prElImINarEs questões que antecedem o estudo de um tema e permitem ao aluno formular hipóteses sobre fenômenos cotidianos, tornando mais fácil e atraente o ensino da química. CapíTulOs Os temas são desenvolvidos ao longo de cada capítulo, conforme seções descritas a seguir. A obrA O conteúdo deste volume é dividido em cinco capítulos, em que são tratados temas fundamentais para a construção de uma base conceitual que possibilita uma visão ampla, interdisciplinar e contextualizada da Química. prOjETO Os projetos, cujo objetivo é trabalhar o tema de forma mais ampla e contextualizada, têm um caráter de atividade integradora, pois promovem a interação do conhecimento químico com outras áreas do conhecimento. Mortimer_Quimica_V3_PNLD2018_001a009_C0.indd 4 3/31/16 10:57 AM 5 rEflExãO Esta seção traz questões relacionadas ao que foi abordado ao longo do texto principal ou na seção Investigação. muitas vezes são propostas para ajudar o aluno a compreender o conteúdo, envolvendo respostas mais diretas; em outras, são questões que buscam fazer o aluno utilizar conceitos abordados para pensar um pouco mais ao elaborar as respostas. são também propostas questões a serem respondidas em duplas ou em grupos na seção Reflexão em grupo. INvEsTIgaçãO Esta seção propõe atividades (experimentais, de pesquisa, de elaboração de texto, de raciocínio lógico, entre outras) acompanhadas de questões que promovem o diálogo dos alunos com os fenômenos em foco. quEsTõEs DE ExamEs são propostas questões extraídas dos vestibulares de universidades brasileiras e do Enem, relacionadas ao que foi abordado no capítulo. Na INTErNET Esta seção traz sugestões de páginas da internet que se referem ao conteúdo estudado no capítulo. • além Da químICa • um pOuCO DE hIsTórIa • CálCulOs ao longo do texto principal o aluno encontrará boxes com textos, muitas vezes extraídos de revistas, jornais ou da internet, que trazem informações adicionais ao conteúdo que está sendo estudado. são eles: Além da Química, Um pouco de História e Cálculos. prOjETO INvEsTIgaçãO rEflExãO ExErCíCIOs identificAção dos ícones Mortimer_Quimica_V3_PNLD2018_001a009_C0.indd 5 3/31/16 10:57 AM 6 SUMçRIO CAPÍTULO 1 A QUÍMICA DAS DROGAS E DOS MEDICAMENTOS E AS FUNÇÕES ORGÂNICAS ....................... 10 O que são drogas e medicamentos? ...................................... 12 O tabaco e a história de um hábito que se tornou uma epidemia mundial ............................................................... 15 A representação das moléculas orgânicas e as funções orgânicas ............................................................................. 16 INVESTIGAÇÃO: A estrutura das moléculas orgânicas e os orbitais – I ...........................................................................17 Compreendendo a relação entre orbitais e a estrutura das moléculas orgânicas ................................................... 18 Orbitais atômicos ................................................................18 Configuração eletrônica ..................................................... 19 Orbitais moleculares........................................................... 20 A ligação covalente e a estrutura do carbono ................. 20 Geometria molecular e moléculas orgânicas ......................... 26 Um pouco sobre a nomenclatura dos compostos orgânicos.................................................. 28 A representação das moléculas orgânicas: os alcanos ........ 29 INVESTIGAÇÃO: A estrutura das moléculas orgânicas e os orbitais – II ..........................................................................31 Propriedades físicas dos alcanos ............................................ 32 Alquenos e a isomeria cis-trans ............................................... 34 Alquenos e alquinos .................................................................. 37 Os hidrocarbonetos aromáticos e a ocorrência de câncer de pulmão entre fumantes ..............................40 Outras substâncias presentes nos cigarros ou na sua fumaça: aldeídos e cetonas ............................. 43 Caracterizando quimicamente a nicotina: a função amina ...................................................................46 As bebidas alcoólicas e o etanol ..............................................48 INVESTIGAÇÃO: Bebida e direção: uma mistura perigosa ........ 52 Mas nem tudo é dor: o ácido acetilsalicílico e o paracetamol .................................................................. 54 Cafeína ........................................................................................ 58 Maconha ..................................................................................... 59 Efeitos da maconha ............................................................ 60 Uma nova função orgânica presente na estrutura molecular do THC – os éteres ..................................... 61 Cocaína ....................................................................................... 62 O que é cocaína?................................................................. 62 Uma breve história de seu cultivo e uso .......................... 62 Como funciona a dependência? ....................................... 63 Sobre o ópio e seus derivados: morfina e heroína ................ 64 Uma breve história do cultivo e uso do ópio .................... 64 Morfina e heroína – aspectos químicos .......................... 65 Morfina e heroína – dependência ..................................... 66 Um pouco de fisiologia e química do sistema nervoso ......... 66 As aminas do cérebro – alegria, depressão e neuroses .................................................................... 67 NA INTERNET ...........................................................................68 QUESTÕES DE EXAMES ............................................................69 CAPÍTULO 2 ALIMENTOS E NUTRIÇÃO: QUÍMICA PARA CUIDAR DA SAÚDE .....78 Manutenção do peso saudável ................................................80 O que é peso saudável? .....................................................80 IMC e circunferência abdominal: parâmetros para avaliar a composição corporal ...........................80 Calorias e rótulos de produtos .......................................... 84 PROJETO: Dietas em debate ...........................................................88 Diet e light .................................................................................. 90 Substâncias e alimentos que nos ajudam a manter a saúde ................................................................ 93 Vitaminas e sais minerais: micronutrientes importantes em nossa dieta .............................................96 Vitaminas .............................................................................96 Sais minerais ....................................................................... 97 Interações entre nutrientes na alimentação .........................99 Interação entre magnésio e cálcio ...................................99 Interação entre vitamina C e ferro ..................................100 Castanhas ................................................................................103 Ácidos graxos e gorduras .......................................................104 A química dos ácidos graxos e das gorduras ................105 As gorduras trans e a indústria alimentícia ...................109 Ácidos graxos e gorduras na manutenção da saúde .... 111 M a ri ly n B a rb o n e /S h u tt e rs to ck Mortimer_Quimica_V3_PNLD2018_001a009_C0.indd 6 7/7/17 5:54 PM 7 Colesterol: aprendendo um pouco sobre esta molécula complexa ........................................................... 113 aspectos químicos do colesterol .................................... 113 O colesterol lDl................................................................. 114 O colesterol hDl ................................................................ 114 O colesterol vlDl .............................................................. 114 Importância do colesterol na manutenção da saúde ... 114 Conhecendo um pouco sobre as fibras ................................ 116 a celulose ........................................................................... 116 a lignina .............................................................................. 117 a pectina ............................................................................ 117 função das fibras no organismo ..................................... 118 açúcar: ingestão limitada ....................................................... 119 sal: ingerir moderadamente ...................................................122 O cloreto de sódio .............................................................122 a função do sal em nosso corpo ..................................... 123 Onde o sal está escondido? ............................................ 124 Na iNterNet .........................................................................125 Questões de exames ..........................................................126 cApítulo 3 ÁguA nos Ambientes urbAnos: QuímicA pArA cuidAr do plAnetA ............................................................134 as águas de nossa cidade e sua qualidade .......................... 136 parâmetros de qualidade da água ........................................140 investigAção: qualidade da água de sua cidade ................... 145 Tratamentos bem-sucedidos e a situação brasileira ..........146 a importância do oxigênio dissolvido na água ....................150 investigAção: Determinação do oxigênio dissolvido numa amostra de água ......................................................... 153 Determinação do oxigênio dissolvido numa amostra de água ....................................................156 a importância do oxigênio dissolvido em ambientes aquáticos .................................................158 relembrando o que são substâncias ácidas e básicas ......160 O ph e a qualidade da água .................................................... 162 investigAção: medindo o ph de uma amostra de água a partir de uma escala de ph ...................................... 165 pa rte a – preparando as soluções e o indicador de repolho roxo ............................................................ 166 pa rte B – preparando a escala-padrão de ph .............. 166 pa rte C – Testando o ph de diferentes amostras de água ........................................................ 167 a turbidez das águas ...............................................................168 investigAção: Construindo um turbidímetro ......................... 170 investigAção: Determinando a turbidez de uma amostra de água ..................................................................... 172 a turbidez como parâmetro de qualidade das águas .......... 173 Condutividade elétrica comoparâmetro de qualidade da água ....................................................... 174 investigAção: medindo a condutividade de uma amostra de água ......................................................................174 Condutividade elétrica nos sistemas aquáticos ................. 176 Eutrofização e cianobactérias ............................................... 178 parâmetros biológicos de qualidade da água – coliformes ..........................................................................180 Coliformes Totais (CT) ...................................................... 181 Coliformes Termotolerantes (ou fecais) (Cf) .............. 181 Estreptococos fecais (Ef) ..............................................182 padrões de depuração da água .............................................184 investigAção: Crise hídrica e alternativas de uso de água nas residências ....................................................... 185 parte 1 – Investigando a água que chega .....................187 parte 2 – Investigando a água que sai...........................188 Na iNterNet ........................................................................ 188 Questões de exames ......................................................... 189 M a rc o s A m e n d / P u ls a r Im a g e n s Mortimer_Quimica_V3_PNLD2018_001a009_C0.indd 7 3/31/16 10:57 AM 8 cApítulo 4 efeito estufA e mudAnçAs climÁticAs: QuímicA pArA cuidAr do plAnetA .................................... 194 investigAção: O que sabemos sobre efeito estufa? ............. 196 as temperaturas da Terra e a radiação solar ........................ 197 Como explicar as variações da temperatura média global? .............................................198 investigAção: medindo temperaturas de sistemas que recebem continuamente energia de uma fonte externa ........................................................................... 199 O balanço energético do planeta Terra ..................................202 a radiação no infravermelho e o espectro eletromagnético ................................................................204 a descoberta da radiação na região do infravermelho .......206 investigAção: anéis ressonantes ............................................206 investigAção: um modelo para o comportamento das moléculas de gás carbônico ......................................... 207 um modelo para a interação entre a radiação infravermelha e as moléculas de gás carbônico ..........208 gases estufa ............................................................................ 211 alguns gases envolvidos no efeito estufa ...................... 211 Na iNterNet ......................................................................... 216 Questões de exames .......................................................... 217 cApítulo 5 QuímicA de mAteriAis reciclÁveis .........................................................222 investigAção: separando o lixo reciclável .............................. 224 qual parte do lixo de nossa casa é reciclável? ....................225 Ciclo de vida: de onde vem e para onde vai o que produzimos e consumimos? ................228 Ciclo de vida das garrafas pET ................................................229 investigAção: reconhecendo o pET.........................................230 Do petróleo ao polímero: de onde vêm as garrafas pET......234 para onde vão as garrafas pET? ............................................ 237 investigAção: polímeros sintéticos ......................................... 238 investigAção: produzindo um polímero termorrígido ........... 243 O polímero ureia-formaldeído: obtenção e características................................................................244 investigAção: polímeros e interações intermoleculares ..... 246 pa rte a – papel molhado ..................................................246 pa rte B – polímeros e absorção de água .......................247 pa rte C – polímeros nas fraldas ......................................248 polímeros e interações intermoleculares .............................249 Ciclo de vida do papel .............................................................. 251 Ciclo de vida dos vidros: de onde vêm os vidros utilizados para embalagens? ..........................................258 Outros tipos de vidro ........................................................259 O que é um vidro? .............................................................260 simetria e periodicidade translacional ...........................260 Transição vítrea ................................................................. 261 Ciclo de vida dos vidros: como são preparados os vidros? ..........................................................................262 Ciclo de vida dos vidros: para onde vão os vidros? .............265 Ciclo de vida do alumínio: produção da alumina .................266 Ciclo de vida do alumínio: produção do alumínio metálico ........................................................268 Ciclo de vida do alumínio: reciclagem ...................................270 Na iNterNet .........................................................................271 Questões de exames ..........................................................272 PoteNciais de eletrodos-Padrão – a 25 °c ............279 tabela Periódica ........................................................282 Valores da Primeira eNergia de ioNização ............283 resPostas das Questões de exames ......................284 sugestões de leitura e bibliografia coNsultada ...285 ÍNdice remissiVo .........................................................287 NOAA/Associated Press/G lo w Im a g e s G. Baden/Corbis/Latin sto ck Mortimer_Quimica_V3_PNLD2018_001a009_C0.indd 8 3/31/16 10:57 AM 9 volume 2 2 sumário cApítulo 1 O que é química? cApítulo 2 Introdução ao estudo das propriedades específicas dos materiais cApítulo 3 materiais: estudo de processos de separação e purificação cApítulo 4 aprendendo sobre o lixo urbano cApítulo 5 um modelo para os estados físicos dos materiais cApítulo 6 modelos para o átomo e uma introdução à tabela periódica cApítulo 7 Introdução às transformações químicas cApítulo 8 quantidades nas transformações químicas cApítulo 9 ligações químicas, interações intermoleculares e propriedades dos materiais cApítulo 1 soluções e solubilidade cApítulo 2 Termoquímica: energia nas mudanças de estado físico e nas transformações químicas cApítulo 3 Cinética química: controlando a velocidade das reações químicas cApítulo 4 uma introdução ao estudo do equilíbrio químico cApítulo 5 movimento de elétrons: uma introdução ao estudo da eletroquímica cApítulo 6 propriedades coligativas volume 1 1 C sa b a T o ko ly i/ M o m e n t/ G e tt y I m a g e s Fa b io C o lo m b in i/ A ce rv o d o f o t— g ra fo Mortimer_Quimica_V3_PNLD2018_001a009_C0.indd 9 3/31/16 10:57 AM 1 Capítulo 10 S c ie n c e F a c ti o n /M a s te rf il e /L a ti n s to ck A QuímicA dAs drogAs e dos medicAmentos e As funções orgânicAs N este capítulo, vamos estudar um tema polêmico: as drogas. A discussão já se inicia quando tentamos responder à pergunta: o que são drogas? A resposta não é tão evidente ou óbvia como alguns poderiam pensar. estudaremos também os medicamentos, conhecidos cientifi- camente como fármacos. nessa abordagem, conheceremos um con- junto de substâncias que têm características em comum – as subs- tâncias orgânicas – e identificaremos suas funções e propriedades. Cigarros e bebidas alcoólicas podem ser classificados como drogas? Reprodução/Arquivo da editora Mortimer_Quimica_V3_PNLD2018_010a077_C1.indd 10 3/31/16 11:19 AM Muitas drogas e medicamentos são constituídos por substâncias orgânicas. Importante: medicamentos só devem ser utilizadossob prescrição médica. 11 Mortimer_Quimica_V3_PNLD2018_010a077_C1.indd 11 3/31/16 11:19 AM CAPÍTULO 112 O que sãO drOgas e medicamentOs? Figura 1.1 medicamento: produto farmacêutico, tecnicamente obtido ou elaborado, com finalidade profilática, curativa, paliativa ou para fins de diagnóstico. (fonte: Anvisa.) Im a g e B ro k e r/ A la m y /L a ti n s to ck A palavra usada atualmente pela ciência para designar os medicamentos é fármaco, que pode ser definido como qualquer substância farmacologicamente ativa usada em benefício da saúde. Por motivos didáticos e por seu uso consa- grado na vida cotidiana, no entanto, continuaremos a usar aqui a palavra “me- dicamentos” com mais frequência, apesar de a palavra “fármacos” também ser empregada em algumas situações. Aplicamos essa distinção (droga x medicamento) porque faz parte da nossa forma cotidiana de falar sobre esses assuntos, embora essa diferen- ça nem sempre seja tão clara e precisa. Algumas substâncias consideradas drogas são ou já foram usadas como medicamentos. Um exemplo clássico é a morfina, sem dúvida uma droga que também é usada como medicamento para pacientes com doença terminal, por ser um potente analgésico capaz de aliviar dores muito fortes. Muitos dos assuntos que trataremos aqui têm uma interface grande com a Biologia e, em alguns momentos, com a História e a Geografia. Seria ideal que eles fossem estudados em uma perspectiva multidisciplinar: consulte os profes- sores de Biologia, História e Geografia sempre que tiver alguma dúvida relacio- nada aos temas aqui abordados que envolvem essas disciplinas. Antes de tentar responder às várias questões que esse tema gera, vamos re- fletir um pouco mais sobre algumas perguntas. Discuta com seus colegas de grupo e tente responder às questões a seguir, transcrevendo as respostas do seu grupo no quadro, para que vocês possam compará-las com as respostas de outros grupos. Questões prelImInares 1) O que são drogas? 2) cigarros e bebidas alcoólicas podem ser classificados como drogas? atenção! Não escreva no livro. Figura 1.2 Apesar de legais, o tabaco e o álcool podem ser considerados drogas? F o to s : R o m an S ot ol a/ Sh utt erst ock Mortimer_Quimica_V3_PNLD2018_010a077_C1.indd 12 3/31/16 11:19 AM 1 13A QuímicA dAs drogAs e dos medicAmentos e As funções orgânicAs Certamente, as respostas a essas perguntas não foram unânimes. Muitos podem ter lançado mão de um critério legal para concluir que aquilo que é proi- bido por lei pode ser considerado como droga. Nesse caso, os cigarros e as bebidas alcoólicas não seriam classificados como tal. Outros podem ter usado como crité- rio o fato de a substância alterar os estados de consciência. Por esse critério, as bebidas seriam consideradas drogas, mas os cigarros, não. Considerar uma substância legal ou ilegal exige, no entanto, uma discussão bastante am- pla, pois sua legalidade não está relacionada ape- nas às suas propriedades químicas ou a efeitos que ela possa provocar no usuário, ou ainda aos riscos que seu consumo possa representar para a saúde. Os grupos sociais é que definem a legalida- de do consumo dessas substâncias, e os critérios variam de uma cultura para outra ou de um mo- mento histórico para outro. Um bom exemplo de como esses critérios se alteram é o período da his- tória norte-americana no qual vigorou a chama- da “Lei seca”, que proibia o consumo de álcool. Ou- tro exemplo é a Lei federal n. 11705, de 2008, que proíbe que motoristas dirijam sob a influência de álcool ou de qualquer substância psicoativa. Além desses exemplos, vale registrar que no Brasil, no início do século XX, a cocaína e a maconha eram vendidas livremente nas far- mácias: a primeira como anestésico para dor de dente e a segunda como expectorante ou sedativo. Esses critérios são, portanto, mais culturais do que científicos, e não são muito úteis para um estudo químico das drogas. A farmacologia, ramo da ciência que estuda medicamentos e drogas, assim como seus efeitos sobre o organismo, define: Drogas são substâncias capazes de modificar o funcionamento dos organismos vivos, resultando em mudanças fisiológicas ou de comportamento. medicamentos são drogas utilizadas com finalidade terapêutica. Drogas psicotrópicas são substâncias que atuam sobre o sistema nervoso central (snc), modificando o comportamento do usuário. Há várias maneiras possíveis de classificar as drogas. Você já deve ter ouvi- do falar em drogas que provocam dependência. Em certos casos, essa dependên- cia pode levar à tolerância e à síndrome de abstinência. A tolerância é a necessidade de se utilizar quantidades cada vez maiores de droga para que o mesmo efeito causado por ela seja mantido. A síndrome de abstinência é um conjunto de sinais e sintomas que podem ser observados quando pessoas com dependência de alguma droga interrompem seu uso. O hábito de tomar uma “cervejinha” nas festas ou reuniões de amigos em fins de semana certamente não caracteriza alcoolismo (a dependência do ál- cool). Uma pessoa que não consiga dormir sem tomar sua dose diária de uísque pode, no entanto, ser considerada alcoólatra. Figura 1.3 Agentes de polícia da cidade de nova York, nos estados unidos, descartam no esgoto vários litros de bebida, nos anos 1920 e 1930, período no qual a fabricação, o transporte e a venda de bebidas alcoólicas para consumo foram banidos em todo o país. U ll s te in B il d /G e tt y I m a g e s Mortimer_Quimica_V3_PNLD2018_010a077_C1.indd 13 3/31/16 11:19 AM 14 CAPÍTULO 1 Uma outra maneira de classificar as drogas é considerar os grupos quí- micos presentes na estrutura molecular das substâncias. Nesse sentido, as drogas, em sua maioria, são alcaloides: bases orgânicas nitrogenadas tam- bém conhecidas como aminas. O termo alcaloide indica que esses produtos são alcalinos; portanto, comportam-se como bases na maioria das reações ácido-base. Já o álcool etílico e a maconha são alcoóis, substâncias que têm um grupo hidroxila (k OH) ligado a cadeias carbônicas. Todas as drogas são, portanto, subs- tâncias orgânicas, ou seja, possuem cadeias carbônicas. Do ponto de vista da ação das drogas sobre o sistema nervoso central, elas podem ser classificadas como depressoras, estimulantes ou perturbadoras. Os três grupos de drogas promovem alterações na comunicação química, por meio da ativação ou desativação de certos neurotransmissores, substâncias responsáveis pela transmissão de sinais elétricos entre as diversas partes do sistema nervoso central. A diferença entre os grupos relaciona-se ao tipo de efeito comportamental: as depressoras e estimulantes promovem alterações quantitativas, e as perturbadoras, alterações qualitativas (delírios e alucina- ções, ou seja, a pessoa entra num “mundo de fantasias”). As drogas depressoras diminuem a atividade cerebral, e por essa razão são chamadas de depressoras da atividade do sistema nervoso central. A pessoa que faz uso desse tipo de droga fica “desligada”, “devagar”. Já as drogas estimu- lantes aumentam a atividade do cérebro, deixando o usuário “ligado”, “elétrico”. Finalmente, as drogas perturbadoras normalmente provocam alucinações, sen- do por isso chamadas de alucinógenas. No quadro 1.1 apresentamos algumas drogas psicotrópicas classificadas segundo esse critério: Quadro 1.1 Alguns exemplos de drogas psicotr—picas. Depressoras da atividade do SNC Estimulantes do SNC Perturbadoras da atividade do SNC •• álcool •• soníferos ou hipnóticos (provocam sono): barbitúricos, alguns benzodiazepínicos •• ansiolíticos (acalmam, inibem a ansiedade): benzodiazepínicos, etc. •• opiáceos (aliviam a dor e provocam sonolência): morfina, heroína, codeína, meperidina, etc. •• inalantes ou solventes: colas, tintas, removedores, tíner, benzina, éter, esmalte, lança-perfume, “cheirinho da loló” •• cocaína •• crack•• nicotina •• anfetaminas •• de origem vegetal: mescalina (do cacto mexicano), tetraidrocanabinol – tHc (da maconha), psilocibina (de certos cogumelos), lírio, trombeta, zabumba ou saia-branca •• de origem sintética: ácido lisérgico – Lsd, ecstasy, anticolinérgicos Mortimer_Quimica_V3_PNLD2018_010a077_C1.indd 14 3/31/16 11:19 AM 1 15A QUÍMICA DAS DROGAS E DOS MEDICAMENTOS E AS FUNÇÕES ORGÂNICAS O tabacO e a História de um HábitO que se tOrnOu uma epidemia mundiaL O tabaco começou a ser utilizado em rituais religiosos nas sociedades indí- genas da América Central há mais de 3 mil anos. A planta, cientificamente chama- da Nicotiana tabacum, chegou ao Brasil provavelmente trazida pelas tribos tupi- -guarani que migraram daquela região. Foram os colonizadores portugueses que aqui chegaram no século XVI que levaram o tabaco para a Europa. Ainda naquele século, seu uso começou a se disseminar por todo o Velho Continente, introduzido por Jean Nicot (1530-1600), diplomata francês vindo de Portugal. Como acontece com a maioria das novidades, ao tabaco inicialmente também foram atribuídas propriedades curativas. Dizem até que Catarina de Médici (1519-1589), rainha da França, utilizava-o para curar suas enxaquecas – ela só não sabia da dor de cabeça que esse novo modismo ainda causaria à humanidade... Suas folhas eram inicialmente comercializadas sob a forma de fumo para ca- chimbo, rapé, tabaco para mascar e charutos. Já ao final do século XIX, porém, o taba- co começou a ser industrializado sob a forma de cigarros. Seu uso espalhou-se como uma epidemia por todo o mundo, a partir de meados do século XX, com o desenvolvi- mento da publicidade e do marketing. A folha do tabaco, pela importância econômi- ca que o produto representava para o Brasil, foi incorporada ao brasão da República. A partir da década de 1960, surgiram os primeiros relatos médicos que relacio- navam o cigarro a várias doenças contraídas pelos fumantes. O então hábito de fumar (considerado charmoso por alguns, muitas vezes associado à autoafirmação) passou a ser encarado como uma dependência que precisa ser tratada e acompanhada. Existem muitas substâncias nas folhas de tabaco e outras que são adicio- nadas durante o processo de produção dos cigarros. Mas você tem ideia de quais são essas substâncias? Segundo dados da Secretaria Nacional de Políticas sobre Drogas (Senad), a queima do tabaco dá origem a uma fumaça composta de cerca de 4 700 compo- nentes já identificados até 2002. São reconhecidamente carcinogênicas – causa- doras de câncer – 68 dessas substâncias. A seguir listamos algumas delas: •• acetona; •• alcatrão; •• amônia; •• arsênico; •• butano; •• cádmio; •• cianeto; •• monóxido de carbono; •• naftalina; •• nicotina; •• tolueno; •• dicloro-difenil- -tricloroetano (DDT). reFlexão 3) Faça uma pesquisa sobre o tabaco e apresente argumentos contra seu uso. 4) pesquise páginas antitabagistas na internet e compare as informações encontra- das com aquelas presentes nas páginas de fabricantes de cigarros. 5) pesquise as substâncias que foram listadas no texto como constituintes do cigarro e descubra algumas de suas utilizações. 6) pesquise a existência de outras substâncias na constituição do cigarro e tente obter as suas fórmulas estruturais. Figura 1.5 Por sua importância econômica para o Brasil da virada do século XiX, as folhas de tabaco foram incorporadas ao brasão da república. D iv u lg a ç ã o /A rq u iv o d a e d it o ra Mark Gibson/Visuals Unlimited/Corbis/Latinstock Figura 1.4 Plantação de Nicotiana tabacum, nos estados unidos, em 2007. atenção: não deixe de indicar a fonte das pesquisas realizadas. Mortimer_Quimica_V3_PNLD2018_010a077_C1.indd 15 3/31/16 11:19 AM 16 CAPÍTULO 1 a representaçãO das mOLécuLas Orgânicas e as Funções Orgânicas Do ponto de vista químico, podemos classificar as substâncias orgânicas levando em consideração os grupos funcionais presentes em suas moléculas. As substâncias que encontramos nos organis- mos vivos são consideradas substâncias orgânicas. Até meados do século XIX, acreditava-se que ape- nas os organismos vivos eram capazes de sintetizar substâncias orgânicas – doutrina que ficou conheci- da como vitalismo. Desde a síntese da ureia a partir de cianato de amônia, realizada em laboratório por Friedrich Wöhler (1800-1882), em 1828, essa doutri- na, porém, caiu em desuso, e muitas das substâncias orgânicas utilizadas passaram a ser sintetizadas em laboratório. Essas substâncias geralmente são constituídas por moléculas que apresentam cadeias de átomos de carbono – as chamadas cadeias carbônicas –, na maior parte das vezes ligadas a outros grupos que, além do carbono e do hidrogênio, podem conter átomos de oxi- gênio e nitrogênio. Esses quatro átomos – carbono, hi- drogênio, oxigênio e nitrogênio – são os principais constituintes das substâncias orgânicas, sendo os componentes das partes fundamentais das células dos or- ganismos vivos. Além dessas substâncias, existe ainda uma variedade de outros átomos nos organismos vivos, que inclui: fósforo, componente dos ossos e dos dentes, substância que desempenha papel fundamental no metabolismo dos organismos vivos; cálcio, outro componente dos ossos e dentes; magnésio, que também desempenha papel importante na regulação do metabolismo; sódio, potássio e cloro, que regulam a pressão osmótica das células; ferro, que forma um complexo com a hemoglobina e por isso participa do transporte do oxigênio no sangue e de seu armazenamento nas células; e uma série de outros elementos químicos componentes das enzimas. Nas substâncias que são formadas por moléculas não muito complexas, o grupo funcional é que vai caracterizar o comportamento químico dessas substâncias. Nas substâncias formadas por moléculas mais complexas, como a maioria das drogas e medicamentos que serão estudados neste capítulo, há geralmente mais de um grupo funcional, e o comportamento químico é defi- nido não só pela presença desses grupos, mas também pela forma como eles se distribuem na estrutura molecular e pelas relações que estabelecem com as substâncias presentes no organismo. Nesse sentido, não é fácil prever o com- portamento químico de substâncias constituídas por moléculas complexas que apresentam mais de um grupo funcional. Esse comportamento pode ser estudado empiricamente, mas é difícil predizê-lo apenas com o conhecimento da estrutura molecular. M a r ia P la tt -E v a n s /S P L /L a ti n s to c k Figura 1.6 com a síntese da ureia, realizada em laboratório em 1828, friedrich Wöhler pôs em xeque a doutrina conhecida como vitalismo. Mortimer_Quimica_V3_PNLD2018_010a077_C1.indd 16 3/31/16 11:19 AM 1 A QuímicA dAs drogAs e dos medicAmentos e As funções orgânicAs 17 a estrutura das mOLécuLas Orgânicas e Os Orbitais – i Neste capítulo abordaremos as funções orgânicas presentes nas moléculas de diferentes drogas e medicamentos, suas propriedades, algumas transforma- ções nas quais estão envolvidas e sua representação. Existem diferentes formas de representação para as moléculas orgânicas. Neste momento do estudo precisamos de novos instrumentos teóricos que nos ajudem a ampliar a compreensão sobre o modo como essas substâncias são constituídas. Para abordarmos a forma como os átomos de carbono se ligam quando par- ticipam de ligações simples, duplas e triplas, na atividade de Investiga•‹o a seguir, vamos trabalhar com balões de látex − como aqueles usados em festas de aniver- sário –, para fazermos uma analogia com o carbono quando ele se encontra envol- vido em ligações simples, duplas e triplas com outros átomos de carbono. Depois discutiremos a teoria por trás dessas ligações e entenderemos melhor a analogia. InvestIgação materIal nove balões de látex (iguais aos usados em festas de aniversário). o Que Fazer >1º encham doisbalões e amarrem um ao outro pelas bocas (figura 1.7.a). >2º soltem o conjunto sobre a mesa e observem a disposição geométrica que adquire. >3º encham em seguida três balões e amarrem uns aos outros pelas bocas (figura 1.7.b). >4º soltem o conjunto sobre a mesa e observem a disposição geométrica que adquire. >5º encham por fim quatro balões e amarrem uns aos outros pelas bocas (figura 1.7.c). >6º soltem o conjunto sobre a mesa e observem a disposição geométrica que adquire. reFlexão 7) considerando os arranjos que os conjuntos de balões adquiriram, o que vocês po- dem dizer sobre a disposição geométrica deles? 8) copiem o quadro 1.2 no caderno e completem-no com dados sobre os arranjos geo- métricos que vocês observaram. Quadro 1.2 figuras e nomes das disposições geométricas envolvendo dois, três e quatro balões. Número de balões Figura que representa a disposição geométrica dos balões Nome da disposição geométrica dos balões 2 ////////////////////////////// ////////////////////////////// 3 ////////////////////////////// ////////////////////////////// 4 ////////////////////////////// ////////////////////////////// Figura 1.7 a B C F o to s : D o tt a 2 /A rq u iv o d a e d it o ra atenção! Não escreva no livro. Mortimer_Quimica_V3_PNLD2018_010a077_C1.indd 17 3/31/16 11:19 AM 18 CAPÍTULO 1 cOmpreendendO a reLaçãO entre Orbitais e a estrutura das mOLécuLas Orgânicas Ao estudarmos os modelos para o átomo no Capítulo 6 do Volume 1, discutimos a distribuição dos elétrons em níveis e subníveis de energia. Considerando o modelo proposto pela mecânica quântica, discutimos a exis- tência de orbitais atômicos. Vamos agora retomar a ideia de orbitais atômicos para estudar a relação exis- tente entre a forma desses orbitais e a estrutura espacial das moléculas orgânicas. orBItaIs atômICos Existem diferentes tipos de orbitais atômicos, e os elétrons com dife- rentes energias ocupam orbitais diferentes. A forma desses orbitais atômi- cos e sua posição relativa no espaço são fatores diretamente relacionados ao arranjo espacial dos átomos na molécula. Esse arranjo espacial também está relacionado ao tipo de ligação covalente que será estabelecida entre os áto- mos, ao comportamento químico das moléculas e, portanto, às propriedades das substâncias. Considerando o modelo atual para o átomo, concebemos o orbital como a região do espaço onde, com maior probabilidade, se pode encontrar o elétron. Essa forma de conceber o orbital é resultante de uma abordagem matemática complexa. As expressões matemáticas utilizadas – chamadas equações de onda – descrevem algumas propriedades dos elétrons em função de sua distribuição nos átomos e moléculas: por exemplo, a energia total e o momento angular de cada elétron. Cada equação de onda apresenta várias soluções, e cada uma des- sas soluções corresponde a um orbital de energia diferente para o elétron. Para representar os orbitais e dar uma ideia físi- ca de suas formas, é interessante usarmos a imagem de uma nuvem, que se apresenta mais densa nas re- giões onde for mais elevada a probabilidade de se en- contrar o elétron. Note que um orbital, coerente com a ideia de uma descrição probabilística que a equação de onda fornece, é uma região do espaço que não tem fronteiras bem delimitadas. O orbital 1s, por exemplo, pode ser representado como uma esfera com o centro no núcleo do átomo. A figura 1.8 apresenta um gráfico que relaciona a função de onda, y, em função do raio do átomo. Neste gráfico observamos que a probabilidade de encontrar o elétron é maior próxima ao núcleo e decresce muito rapidamen- te à medida que o raio da esfera vai aumentando. O orbital 2s também se apresenta na forma es- férica, maior que o orbital 1s. Possui maior energia e menor estabilidade, em virtude de a distância média entre o elétron e o núcleo ser maior e, consequente- mente, menor a atração eletrostática. Figura 1.8 diagrama da função de onda (y) em função do raio da esfera (r) para o orbital 1s. A v it s /A rq u iv o d a e d it o ra r c nuvem eletrônica probabilidade Mortimer_Quimica_V3_PNLD2018_010a077_C1.indd 18 3/31/16 11:19 AM 1 A QuímicA dAs drogAs e dos medicAmentos e As funções orgânicAs 19 Com uma energia um pouco maior, temos os orbitais 2p. Cada orbital p tem a forma de um haltere com lobos a igual distância do núcleo do átomo. Os eixos dos três orbitais são perpendiculares entre si e se cruzam sobre o núcleo. Para distingui-los, uti- lizamos a notação 2p x , 2p y e 2p z , e, nestes casos, x, y e z referem-se aos eixos cartesianos correspondentes. A figura 1.9 representa cada orbital p em seu respectivo eixo. A v it s /A rq u iv o d a e d it o ra Figura 1.9 representação para os orbitais 2p x , 2p y e 2p z . (imagens fora de proporção. cores fantasia.) z p z x y 2 1 z p y y x 2 1 p x y x z 12 ConFIguração eletrônICa Ao fazermos a distribuição eletrônica dos elétrons em um átomo, é impor- tante considerar alguns pontos. Já sabemos que, para um átomo no estado fundamental, os elétrons encon- tram-se nos níveis, subníveis e orbitais de menor energia. Portanto, para fazer- mos a distribuição eletrônica por subníveis para esse átomo, começamos preen- chendo os orbitais de menor energia. Quando aprendemos sobre o tipo e a forma dos orbi- tais, verificamos que cada orbital atômico pode ser preenchi- do por, no máximo, dois elétrons. Mas isso só pode acontecer caso seus spins sejam opostos, pois os elétrons em um átomo sempre têm um conjunto único dos quatro números quân- ticos que os caracterizam. Assim, dois elétrons no mesmo orbital têm: o mesmo número quântico n correspondente a sua energia total e ao nível de energia em que se encontram; o mesmo número quântico l, correspondente ao subnível de energia em que se encontram; e o mesmo número quântico m l , correspondente ao orbital em que se encontram. Portanto, seu número quântico spin tem que ser di- ferente: um elétron terá spin 1 2 e o outro, 2 1 2 . Esse princípio, segundo o qual em um átomo dois elétrons nunca podem ter os mesmos quatro números quânticos, é conhecido como Princípio de Exclusão de Pauli. Não aprofundaremos a abordagem sobre o significado do número quântico spin. Por enquanto basta entendermos que é um dos números quânticos associados ao elétron. Existe ainda outra regra, conhecida como Regra de Hund, que diz que para orbitais de mesma energia ( p x , p y e p z ) distribui-se, inicialmente, um elétron em cada orbital. Somente quando todos os orbitais estiverem preenchidos, o segun- do elétron, com spin oposto, é colocado naquele orbital. Outro aspecto importante a ser considerado é o fato de que, a partir do ní- vel n 5 3, surgem algumas inversões nos subníveis de energia. O subnível 4s, por exemplo, apresenta menor energia do que o subnível 3d e, portanto, ao fazermos a distribuição eletrônica, devemos preencher o subnível 4s antes do 3d. 1 2 1 1 2 � Figura 1.10 representação esquemática de elétrons com spins opostos. o número quântico de spin indica o sentido do movimento de rotação do elétron. (imagens fora de proporção. cores fantasia.) A v it s /A rq u iv o d a e d it o ra Mortimer_Quimica_V3_PNLD2018_010a077_C1.indd 19 3/31/16 11:19 AM CAPÍTULO 1CAPÍÍTULO 1 Tormod Sandtorv/Wikimedia Commons/Creative Commons orBItaIs moleCulares Do ponto de vista do modelo atômico proposto pela mecânica quântica, quando ocorre a formação de uma molécula, os orbitais atômicos interagem e dão origem a um novo conjunto de níveis energéticos que correspondem a novas dis- tribuições da nuvem eletrônica (densidade de probabilidade). Esses novos orbitais moleculares passam a envolver dois ou mais núcleos. É aqui que entra uma nova ferramenta teórica que nos oferece elementos para compreender esses novos orbitais formados: a Teoria dos OrbitaisMole- culares, também conhecida por TOM. Não vamos nos aprofundar nos aspectos teóricos, mas essa teoria coloca seu foco na ligação química e diz que todos os elétrons de valência têm uma influência na estabilidade da molécula. Para compreendermos aspectos ligados às representações de moléculas orgânicas, é importante retomarmos ideias sobre a formação de ligações cova- lentes que envolvem átomos de carbono. a lIgação Covalente e a estrutura Do CarBono Para que uma ligação covalente entre dois átomos seja formada, um orbi- tal de um deles deve se sobrepor a um orbital do outro, e cada um desses orbitais deve conter apenas um elétron. Quando isso acontece, os dois orbitais atômicos combinam-se para originar orbitais moleculares, ocupados pelos dois elétrons. Esses dois elétrons possuem spins opostos, isto é, devem estar desemparelhados. Essa nova organização dos elétrons e núcleos contém menos energia – ou seja, é mais estável – que a organização correspondente aos átomos isolados. No entanto, nessa nova configuração, a atração eletrostática aumenta, pois cada um dos elétrons, que era atraído apenas por um núcleo no átomo isolado, passa a ser atraído por dois núcleos de carga positiva quando a ligação é formada. O carbono é um elemento essencial na estrutura dos compostos orgâ- nicos. Nesse ponto do estudo vamos aprofundar a compreensão de como po- dem ser entendidas as ligações covalentes dos átomos de carbono com outros átomos. Começaremos por investigar as ligações químicas em uma molécula de metano, CH 4 . Figura 1.11 o metano, cH 4 , é produzido pela ação de microrganismos que degradam a matéria orgânica. trata-se de um gás inflamável e incolor. na foto, a cratera de darvaza, conhecida também como “Porta para o inferno”, localizada no deserto de Karacum, no turcomenistão, cujo depósito de gás metano mantém o fogo que queima continuamente desde 1971. foto de 2011. 20 Mortimer_Quimica_V3_PNLD2018_010a077_C1.indd 20 3/31/16 11:19 AM 1 A QUÍMICA DAS DROGAS E DOS MEDICAMENTOS E AS FUNÇÕES ORGÂNICAS 21 reFlexão 9) em seu caderno, faça a distribuição eletrônica por subníveis para o átomo de carbono. 10) no caderno, faça a distribuição eletrônica por subníveis para o átomo de hidrogênio. 11) considerando a distribuição eletrônica feita para os átomos de carbono e hidrogê- nio, quantas ligações poderiam ser realizadas? 12) que composto de carbono e hidrogênio poderia ser formado se participassem das liga- ções os dois orbitais p do átomo de carbono que possuem elétrons desemparelhados? Para compreender como são feitas as ligações covalentes da molécula de metano (CH 4 ), você fez a distribuição eletrônica para os átomos de carbono e hi- drogênio. Se você fez corretamente essas distribuições, pôde verificar que só se- ria possível a formação de duas ligações com átomos de hidrogênio. Nesse caso, o carbono estaria utilizando dois orbitais p e poderia ser formado o composto CH 2 . Esse composto já foi detectado, mas é muito reativo, ou seja, pouco estável. Sabemos que a menor molécula formada entre carbono e hidrogênio que se apresenta estável é o metano (CH 4 ). Isso significa que o carbono se apresenta estável quando estabelece ligações covalentes com quatro átomos de hidrogênio, e não com dois, como somos levados a considerar tendo em vista a distribuição eletrônica por subníveis. Então, como é possível compreender que o CH 4 exista de forma estável? A diferença de energia entre os orbitais 2s e 2p não é muito grande. Isso nos leva a considerar a possibilidade de que um dos elétrons do orbital 2s seja promovido para um dos orbitais 2p, o qual se encontraria vazio. Esse procedimento requer que certa quantidade de energia seja fornecida, e podemos pensar que essa energia pode ser obtida a partir da formação das ligações carbono-hidrogênio. É exatamente isso que propõe o modelo da mecânica quântica. Assim, o carbono pode formar quatro ligações com quatro átomos de hidrogênio. Considerando que o orbital 2s do carbono é menor que os orbitais 2p, uma das ligações C * H, aquela feita usando um orbital 2s do carbono, deveria ser menor que as outras três, feitas com os orbitais p do carbono, mas verificou-se que as quatro ligações C * H apresentam o mesmo comprimento: 1,1 ? 10 211 m. Como podemos explicar esse dado experimental? O modelo matemático usado propõe a “mistura” de um orbital s com três orbi- tais p, formando quatro novos orbitais, denominados sp3, de mesma energia. A essa “mistura de orbitais” dá-se o nome de hibrida•‹o. A figura 1.12 mostra representações para a distribuição eletrônica do áto- mo de carbono no estado fundamental, no estado ativado e no estado no qual os orbitais s e p estão como híbridos sp3. estado fundamental 1s2 2s2 2p2 estado ativado 1s2 2s1 2p3 estado híbrido 1s2 sp3 Figura 1.12 diagramas representando a distribuição dos elétrons do átomo de carbono nos subníveis, nos estados fundamental, ativado e híbrido sp3. atenção! Não escreva no livro. Mortimer_Quimica_V3_PNLD2018_010a077_C1.indd 21 3/31/16 11:19 AM 22 CAPÍTULO 1 A ligação covalente formada pela interpenetração frontal dos orbitais sp3 – no caso de uma ligação entre dois átomos de carbono, como na molécula de etano – é uma ligação conhecida como ligação sigma, s. Em todas as situações em que o carbono participa de ligações simples, esse modelo propõe a formação de orbitais sp3 resultante de hibridação. No caso da ligação s com os átomos de hidrogênio, o que ocorre é uma sobreposição frontal entre um orbital sp3 do áto- mo de carbono e um orbital s do átomo de hidrogênio. A formação dessas ligações do tipo sigma está ilustrada nas figuras 1.13 e 1.14, para o metano e o etano, respectivamente. C H H H C 1 4 H C H H H H átomo de carbono com hibridação sp3 sobreposição dos orbitais s e sp3 ligações � no metano H Figura 1.13 formação das ligações sigma na molécula de metano. (imagens fora de proporção. cores fantasia.) Il u s tr a ç õ e s : A v it s /A rq u iv o e d it o ra Figura 1.14 formação das ligações sigma na molécula de etano. (imagens fora de proporção. cores fantasia.) 1 átomo de carbono com hibridização sp3 átomo de carbono com hibridização sp3 ligações s no etano C CC C C C O carbono, porém, em outras moléculas, pode formar outro tipo de li- gação, conhecida como ligação dupla. Na ligação dupla, além de uma liga- ção s, há uma ligação pi, p. Esse tipo de ligação está presente na molécula de eteno, C 2 H 4 . No eteno, cada átomo de carbono está ligado a três átomos. Poderíamos supor que apenas três dos orbitais semipreenchidos do carbono participassem da formação dessa ligação. Nesse caso, no entanto, continua a ocorrer uma hibridação, só que agora ela envolve apenas o orbital s e dois dos orbitais p, formando três novos orbitais de mesma energia denominados sp2. O outro orbital p não participa da hibridação, e o elétron que ocupa esse orbital permanece com a mesma energia que apre- sentava anteriormente. Assim, cada carbono tem a possibilidade de fazer três ligações covalentes do tipo s e uma ligação covalente do tipo p, que vai constituir a segunda das ligações que formam a ligação dupla presente no carbono. Mortimer_Quimica_V3_PNLD2018_010a077_C1.indd 22 3/31/16 11:19 AM 1 A QUÍMICA DAS DROGAS E DOS MEDICAMENTOS E AS FUNÇÕES ORGÂNICAS 23 Portanto, cada átomo de carbono na molécula de eteno apresenta: •• 2 ligações s formadas a partir da sobreposição frontal de orbital sp2 do carbono e orbital s do hidrogênio; •• 01 ligação s formada a partir da sobreposição frontal de orbitais sp2 dos carbo- nos – esta é uma das ligações da ligação dupla; •• 1 ligação p formada a partir da superposição lateral de orbitais p – esta é a se- gunda ligação da ligação dupla. A figura 1.15 mostra representações para a distribuição eletrônica do áto- mo de carbono no estado fundamental,no estado ativado e no estado no qual os orbitais s e p estão como híbridos sp2. Figura 1.15 diagramas que representam a distribuição dos elétrons do átomo de carbono nos subníveis, nos estados fundamental, ativado e híbrido sp2. estado fundamental 1s2 2s2 2p2 estado ativado 1s2 2s1 2p3 estado híbrido 1s2 sp2 p A ligação covalente formada pela interpenetração frontal dos orbitais sp2 – no caso de uma ligação entre dois átomos de carbono, como na molécula de eteno – é uma ligação s. Em todas as situações em que o carbono participa de ligações duplas, esse modelo propõe a formação de orbitais sp2 resultante de hi- bridação. No caso da ligação s com os átomos de hidrogênio, o que ocorre é uma sobreposição frontal entre um orbital sp2 do átomo de carbono e um orbital s do átomo de hidrogênio. No caso da ligação dupla entre os átomos de carbono, uma das ligações é do tipo s, resultante da interpenetração dos orbitais sp2, e a outra é uma ligação p, resultante da formação de uma nuvem eletrônica abaixo e acima do plano formado pela ligação s. Essa ligação é formada a partir dos orbitais p dos átomos de carbono. A formação dessas ligações, do tipo s e p, para o eteno, está representada na figura 1.16. A v it s /A rq u iv o d a e d it o ra C120 o p sp2 C C C s p sobreposição dos orbitais sp2 e p ligação p H H H H H HHH Figura 1.16 formação das ligações s e p na molécula de eteno. (imagens fora de proporção. cores fantasia.) Um outro composto de carbono e hidrogênio, o etino, C 2 H 2 , apresenta uma ligação tripla entre os átomos de carbono. Nessa molécula, cada átomo de car- bono está ligado a dois átomos diferentes e, portanto, apenas dois dos orbitais semipreenchidos do carbono participam da formação dessas ligações. Mortimer_Quimica_V3_PNLD2018_010a077_C1.indd 23 3/31/16 11:19 AM CAPÍTULO 124 Os outros dois orbitais p vão participar da formação de duas ligações p, resultantes da formação de uma nuvem eletrônica abaixo e acima do plano formado pela ligação s – umas das ligações p – , e outra nuvem eletrônica atrás e na frente da do plano formado pela ligação s. Na ligação s, por outro lado, a hibridação envolve apenas o orbital s e um dos orbitais p, formando dois novos orbitais de mesma energia, denomi- nados orbitais sp. Os dois outros orbitais p não participam da hibridação, e os elétrons nesses orbitais permanecem com a mesma energia que apresenta- vam anteriormente. Eles vão ser responsáveis pela formação das ligações p. A formação dessas duas ligações p e da ligação s, para o etino, está represen- tada na figura 1.17. A v it s /A rq u iv o d a e d it o ra Figura 1.17 formação das ligações s e p na molécula de etino. (imagens fora de proporção. cores fantasia.) HH CH C C C ligação pligação p p y p y p z p z H H � Assim, cada carbono no etino tem a possibilidade de fazer duas ligações covalentes simples e duas ligações duplas: •• 1 ligação s formada a partir da sobreposição frontal de orbital sp do carbono e orbital s do hidrogênio; •• 1 ligação s formada a partir da sobreposição frontal de orbitais sp dos car- bonos; •• 2 ligações p formadas a partir da superposição lateral de orbitais p. A figura 1.18 mostra representações para a distribuição eletrônica do áto- mo de carbono no estado fundamental, no estado ativado e no estado no qual os orbitais s e p estão como híbridos sp. B a n c o d e i m a g e n s /A rq u iv o d a e d it o ra estado fundamental 1s2 2s2 2p2 estado ativado 1s2 2s1 2p3 estado híbrido 1s2 sp pp Figura 1.18 diagramas que representam a distribuição dos elétrons do átomo de carbono nos subníveis, nos estados fundamental, ativado e híbrido sp. A sobreposição lateral de orbitais p é menos eficiente do que a sobreposi- ção frontal dos orbitais, sejam eles sp, sp2 ou sp3. Assim, as ligações p são mais fra- cas do que as ligações s. Dessa forma é necessário mais energia para promover a quebra de ligações s do que para promover a quebra de ligações p. Mortimer_Quimica_V3_PNLD2018_010a077_C1.indd 24 3/31/16 11:19 AM 1 A QUÍMICA DAS DROGAS E DOS MEDICAMENTOS E AS FUNÇÕES ORGÂNICAS 25 reFlexão 13) considerando o modelo atual para o átomo, como se pode conceber um orbital? 14) O orbital 1s pode ser representado como uma esfera com o centro no núcleo do átomo, como vemos na figura 1.19. por que a nuvem eletrônica é representada de forma mais densa no centro da esfera? A v it s /A rq u iv o d a e d it o ra Figura 1.19 diagrama da função de onda (y) em função do raio da esfera (r) para o orbital 1s. r c nuvem eletrônica probabilidade 15) que características apresentam os orbitais p? 16) Faça a distribuição dos elétrons seguindo os princípios descritos no texto para os átomos de: a) boro; b) nitrogênio; c) flúor. 17) utilizando a ideia de hibridação apresentada no texto da página 21, explique como é possível compreender que o cH 4 exista de forma estável. 18) O que é uma ligação sigma (s)? 19) O que é uma ligação pi (p)? 20) descreva as ligações existentes na molécula de eteno. 21) descreva as ligações existentes na molécula de etino. 22) considere os arranjos de balões feitos na atividade de Investigação da página 17. a B C F o to s : D o tt a 2 /A rq u iv o d a e d it o ra estabeleça a correspondência entre tais arranjos e o arranjo dos orbitais sp3, sp2 e sp que estudamos no texto anterior. Justifique sua resposta. atenção! Não escreva no livro. Mortimer_Quimica_V3_PNLD2018_010a077_C1.indd 25 3/31/16 11:20 AM 26 CAPÍTULO 1 geOmetria mOLecuLar e mOLécuLas Orgânicas Quando você e seu grupo amarraram os balões na atividade de Investigação da página 17, foi possível observar que eles ficaram arranjados de tal forma que se afastaram o máximo possível uns dos outros. Na primeira situação você amarrou dois balões que adquiriram um arranjo que chamamos de geometria linear, pois os dois balões estão dispostos ao longo de uma linha imaginária, guardando um ângulo de 180¡ entre si. Quando você amarrou três balões, eles ficaram organiza- dos numa configuração que denominamos geometria trigonal plana, pois todos os balões estão no mesmo plano, guardando um ângulo de 120° entre si. Finalmente no terceiro arranjo, com quatro balões, a configuração é conhecida como geometria tetraédrica, pois os balões estão distribuídos ao longo dos vértices de um tetraedro. A figura 1.20 mostra os arranjos dos balões nas três situações. Podemos fazer uma analogia dos balões de látex com os pares de elétrons existentes ao redor do átomo central em uma molécula. Do mesmo modo que os balões adquirem um arranjo geométrico no qual estão mais afastados uns dos outros, os pares de elétrons existentes ao redor do átomo central de uma molécula também tenderão a se afastar ao máximo uns dos outros. Isso está relacionado ao fato de possuírem carga de mesmo sinal (ne- gativa) e, portanto, se repelirem mutuamente. O formato dos orbitais sp3 não é equivalente àquele dos orbitais s ou p não híbridos. Os dois lóbulos de um orbital híbrido não são simétricos, como mostra a figura 1.21. Os quatro orbitais sp3 formam, idealmente, um ângulo de 109,5° entre si, uma vez que se orientam ao longo dos vértices de um tetraedro regular (figura 1.22). Figura 1.22 orientação espacial dos orbitais sp3. os lóbulos dos orbitais sp3 são orientados ao longo dos vértices do tetraedro. (imagens fora de proporção. cores fantasia.) No caso do metano teríamos um tetraedro com o átomo de carbono ao centro e os quatro átomos de hidrogênio nos vértices do tetraedro (figura 1.23). Figura 1.23 orientação espacial dos orbitais na molécula de metano. (imagens fora de proporção. cores fantasia.) Il u s tr a ç õ e s : A v it s /A rq u iv o d a e d it o ra C C H H H H C H H H H ligações s no metano F o to s : S é rg io D o tt a J r/ A rq uiv o d a e d it o ra Figura 1.20 orientação espacial dos balões de látex. na primeira situação estão amarrados dois balões, na segunda estão amarrados três balões, e na terceira estão amarrados quatro balões. Figura 1.21 formato geral de um orbital híbrido. neste orbital, por exemplo, o lobo positivo (mais escuro) é considerado maior que o negativo. (imagens fora de proporção. cores fantasia.) n— Mortimer_Quimica_V3_PNLD2018_010a077_C1.indd 26 3/31/16 11:20 AM 1 A QUÍMICA DAS DROGAS E DOS MEDICAMENTOS E AS FUNÇÕES ORGÂNICAS 27 Já os três orbitais sp2 orientam-se no espaço de acordo com uma geome- tria trigonal plana, ou seja, todos se encontram no mesmo plano, e o ângulo entre esses orbitais é de 120° (figura 1.24). Il u s tr a ç õ e s : A v it s /A q u iv o d a e d it o ra 120 o O orbital que não participa da hibridação fica orientado perpendicular- mente ao plano que contém os três orbitais sp2. Os dois carbonos estão ligados por uma ligação dupla. Uma das ligações é covalente, uma ligação s. A outra é formada por orbitais p desses carbonos – per- pendiculares ao plano da molécula – que se sobrepõem, formando a ligação p, que também é uma ligação covalente. A figura 1.25 é uma representação para a orientação espacial e para os ti- pos de ligação formados na molécula de eteno. H H H H σ sp2 - sp2 π σ s p 2 - s eteno: H 2 C l CH 2 C C Os dois orbitais sp do carbono estão orientados ao longo de um mesmo eixo, mas em direções opostas. O ângulo entre esses orbitais é de 180°. Os orbitais que não participam da hibridação ficam orientados perpendi- cularmente ao plano que contém os três orbitais sp. No etino formam-se duas ligações p. A figura 1.27 é uma representação para a orientação espacial das ligações no etino. � � H � sp - s H� sp - sC etino: H k C m C k H C� sp - sp Figura 1.25 orientação espacial dos orbitais na molécula de eteno. (imagens fora de proporção. cores fantasia.) Figura 1.26 orientação espacial dos orbitais sp. (imagens fora de proporção. cores fantasia.) Figura 1.27 orientação espacial dos orbitais na molécula de eteno. (imagens fora de proporção. cores fantasia.) Figura 1.24 orientação espacial dos orbitais sp2. (imagens fora de proporção. cores fantasia.) Mortimer_Quimica_V3_PNLD2018_010a077_C1.indd 27 3/31/16 11:20 AM CAPÍTULO 128 um pOucO sObre a nOmencLatura dOs cOmpOstOs OrgânicOs A nomenclatura dos compostos orgânicos segue regras muito simples, defi- nidas pela União Internacional de Química Pura e Aplicada (conhecida pela sigla inglesa IUPAC). Na nomenclatura IUPAC são utilizados prefixos que designam quantos átomos de carbono existem na cadeia principal da molécula. Os sufixos indicam a que função orgânica pertence a substância, e os números mostram a posição dessas funções ou dos grupos que substituem os hidrogênios. A nume- ração é sempre feita na cadeia carbônica principal e começa na extremidade da cadeia mais próxima ao grupo funcional. É escolhida como cadeia principal, a ser numerada, a mais longa que contenha o grupo funcional. Vamos retomar a fórmula do 2,3-dimetil-2-buteno para exemplificar essas regras: CH 3 CH 3 1 2 3 4 CC CH 3 CH 3 Note que, nesse caso, como a ligação dupla está situada no meio da cadeia numerada, não faz diferença começar a numerar da esquerda para a direita ou da direita para a esquerda. Como a cadeia mais longa que contém o grupo funcional – nesse caso uma ligação dupla, característica dos alquenos – possui quatro átomos de carbono, o prefixo usado para dar nome ao composto é but. Como a função é um alqueno, o sufixo usado para o nome do composto é eno. Daí chega-se ao nome buteno, que resulta da junção do prefixo but – para qua- tro carbonos – com o sufixo eno – para os alquenos. O número 2 imediatamente antes do nome buteno indica a posição do carbono de menor número que contém esse grupo funcional, no caso a ligação dupla, que está entre os carbonos 2 e 3. As ramificações ligadas à cadeia principal são designadas nesse caso por metil, que é o nome do grupo – CH 3 . Os números 2 e 3 antes da palavra dimetil indicam que esses grupos estão liga- dos aos carbonos 2 e 3. O prefixo di, em dimetil, indica que são dois desses gru- pos substituindo os átomos de hidrogênio. No quadro 1.3 apresentamos os prefixos usados para cadeias carbônicas con- tendo de 1 a 5 átomos: Quadro 1.3 Prefixos usados para cadeias de 1 a 5 átomos. Nome do prefixo Nº- de átomos de C Exemplo da cadeia met 1 C et 2 C C prop 3 C C C but 4 C C C C pent 5 C C C C C Figura 1.28 símbolo da união internacional de Química Pura e Aplicada (iuPAc). w w w .i u p a c .o rg /A rq u iv o d a e d it o ra Mortimer_Quimica_V3_PNLD2018_010a077_C1.indd 28 3/31/16 11:20 AM 1 A QUÍMICA DAS DROGAS E DOS MEDICAMENTOS E AS FUNÇÕES ORGÂNICAS 29 Essa lógica prossegue para cadeias maiores com o uso dos prefixos hex, hept, oct, non e dec para cadeias de 6, 7, 8, 9 e 10 átomos, respectivamente, e as- sim por diante. São três os menores grupos que fazem parte da classe de grupos alquila, e são suficientes para lidar com as moléculas mais simples (veja o quadro 1.4). Nome Grupo alquila metil cH 3 etil cH 2 cH 3 propil cH 2 cH 2 cH 3 Quadro 1.4 Prefixos utilizados para grupos originados de alcanos pela perda de um átomo de hidrogênio. Esses grupos podem ser formalmente considerados como derivados do al- cano correspondente pela perda de um átomo de hidrogênio. Assim, o metano (CH 4 ), pela perda de um átomo de hidrogênio, origina o grupo metil (K CH 3 ). grupos alquila são aqueles derivados dos hidrocarbonetos alifáticos. O grupo mais comum derivado de um hidrocarboneto aromático é o grupo fenila (figura 1.29), que pode ser formalmente considerado derivado do benzeno pela perda de um átomo de hidrogênio. Quanto ao sufixo, para as funções que já conhecemos usamos ano para os alcanos, eno para os alquenos e ino para os alquinos. Vimos também que para o grupo amina é utilizado o próprio nome amina como sufixo. À medida que formos estudando outras funções orgânicas neste capítulo, explicitaremos os sufixos correspondentes. a representaçãO das mOLécuLas Orgânicas: Os aLcanOs Para entendermos um pouco mais as representações das moléculas de substâncias orgânicas, vamos tomar dois exemplos de substâncias consti- tuídas por moléculas com apenas áto- mos de carbono e os correspondentes átomos de hidrogênio. Por conterem apenas esses átomos, essas substâncias pertencem à função orgânica denomi- nada hidrocarboneto. O butano, um dos constituintes do gás de cozinha, de fórmula mole- cular C 4 H 10 , poderia ser representado como: CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 Figura 1.29 grupo fenila, que pode ser representado por – c 6 H 5 . Figura 1.30 o butano é um dos gases que constituem o gLP (gás liquefeito de petróleo), utilizado como gás de cozinha. o gLP é incolor e inodoro, e seu cheiro característico é resultado da adição de uma substância (o mercaptano) que serve de medida de segurança em caso de vazamento. L u is C a r lo s T o rr e s /S h u tt e r s to c k Mortimer_Quimica_V3_PNLD2018_010a077_C1.indd 29 3/31/16 11:20 AM 30 CAPÍTULO 1 Essa representação, no entanto, não nos fornece qualquer informação sobre como os átomos estão distribuídos no espaço. Se representarmos a mesma molécula usando o artifício de omitir os átomos de carbono e hidro- gênio, ganhamos em informação sobre a distribuição dos átomos no espaço. Veja a figura 1.31. Note que, nessa representação, cada ponta dos traços representados in- dica a presença de um átomo de carbono, ligado aos seus respectivos hidro- gênios. É simples calcular o número de átomos de hidrogênio, pois a valência do carbono é igual a quatro nos compostos orgânicos. Isso significa que cada átomo de carbono deve estar participandode quatro ligações químicas com os átomos vizinhos. No caso dessa classe específica de hidrocarbonetos exemplificada pelo bu- tano, basta observar a quantos outros átomos de carbono cada átomo de carbono está ligado e adicionar o número de hidrogênios suficiente para perfazer quatro ligações. Note que, no caso do butano, os dois átomos de carbono da extremidade da cadeia estão ligados a apenas um outro átomo de carbono. Dessa forma, cada um estará ligado a mais três átomos de hidrogênio. Já os dois átomos de carbono situados no meio da cadeia se ligam a dois outros átomos de carbono. Dessa for- ma, cada um desses dois átomos estará ligado a mais dois átomos de hidrogênio. É assim que chegamos à seguinte representação, já apresentada anteriormente: CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 O butano faz parte do conjunto de hidrocarbonetos conhecidos como alca- nos. Alcanos são hidrocarbonetos que apresentam átomos de carbono participan- do apenas de ligações simples com outros átomos de carbono. Em todos os alcanos, os átomos de carbono, por participarem apenas de ligações simples, apresentam geometria tetraédrica. Isso significa que, considerando o átomo de carbono no cen- tro de um tetraedro, cada um dos átomos ligados a esse átomo está localizado nas extremidades desse tetraedro. O valor do ângulo entre essas ligações é de 109,5¡. Note que, nessa representação, as duas linhas comuns estão situadas no mesmo plano – o plano definido pela folha do papel –, enquanto a linha traceja- da está “entrando” para esse plano e a linha mais grossa está “saindo” desse plano. Veja a figura 1.32. Figura 1.31 representação da molécula do butano omitindo os átomos de carbono e hidrogênio. Figura 1.32 representação tetraédrica para os carbonos que participam apenas de ligações simples. E d u a rd o Z a p p ia /P u ls a r Im a g e n s Figura 1.33 o petróleo é uma fonte natural de hidrocarbonetos. na foto, plataforma de petróleo na baía de guanabara, em niterói (rJ), em 2014. Mortimer_Quimica_V3_PNLD2018_010a077_C1.indd 30 3/31/16 11:20 AM 1 A QUÍMICA DAS DROGAS E DOS MEDICAMENTOS E AS FUNÇÕES ORGÂNICAS 31 a estrutura das mOLécuLas Orgânicas e Os Orbitais – ii A estrutura das moléculas orgânicas nem sempre é de fácil visua lização. Na atividade de Investiga•‹o a seguir vocês vão construir as estruturas de mo- léculas utilizando massa de modelar para facilitar a compreensão do arranjo espacial dos orbitais das moléculas. InvestIgação materIaIs massa de modelar (ou bolinhas de poliestireno) e palitos de dente. o Que Fazer >1º construam um modelo para a molécula de metano (cH 4 ) usando massa de modelar (ou bolinhas de poliestireno) e palitos de dente. >2º a partir dos modelos das moléculas de metano que vocês fizeram, construam, com a massa de modelar, um modelo para a molécula de n-butano (c 4 H 10 ). >3º construam, ainda com a massa de modelar, um modelo para a molécu- la de 2-metil-propano (c 4 H 10 ). reFlexão 23) qual é a principal diferença entre os modelos construídos no 2º- e no 3º- item da atividade acima? 24) que tipo de ligação química existe entre os átomos de carbono na molécula de n-butano? no modelo que vocês construíram é possível girar os átomos de carbo- no em torno da ligação? 25) a figura 1.35 apresenta as variações de ener- gia potencial, devido à rotação sobre a ligação c 2 k c 3 de uma molécula de n-butano. as re- presentações para as moléculas são conhe- cidas como projeções de newman. nessa re- presentação destaca-se, no caso do n-butano, a ligação c 2 k c 3 , pois este destaque permite evidenciar o que ocorre com os grupos que estão ligados a esses átomos quando ocorre o giro dos átomos em torno da ligação. a essas diferentes configurações que a molécula pode assumir dá-se o nome de conformações. a) quais as formas mais estáveis para o n-butano? Justifiquem. b) que características têm as formas menos estáveis que promovem o aumento da energia potencial da molécula? Figura 1.34 F o to s : D o tt a 2 /A rq u iv o d a e d it o ra atenção! Não escreva no livro. Figura 1.35 Variações de energia potencial devido à rotação sobre a ligação c 2 K c 3 do n-butano. B a n c o d e i m a g e n s /A rq u iv o d a e d it o ra CH 3 CH 3 escalonada CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 escalonadaanti 3,4 kJ 14,2 kJ 18,4 - 25,5 kJ rotação en er gi a po te n ci al Mortimer_Quimica_V3_PNLD2018_010a077_C1.indd 31 3/31/16 11:20 AM CAPÍTULO 132 prOpriedades Físicas dOs aLcanOs Os alcanos de até quatro átomos de carbono são gases à temperatura ambien- te. Vamos agora comparar as temperaturas de fusão e de ebulição desses compostos com compostos de massas molares semelhantes, por exemplo, a água e a acetona. Substância Fórmula molecular Massa molar (g/mol) Temperatura de fusão (°c) Temperatura de ebulição (°c) metano cH 4 16 2183 2162 etano c 2 H 6 30 2172 288,5 propano c 3 H 8 44 2187 242 n-butano c 4 H 10 58 2138 0 acetona c 3 H 6 O 58 294 56 água H 2 O 18 0 100 Handbook of Chemistry and Physics. 79. ed. Florida: CRC Press, 1998. Quadro 1.5 temperaturas de fusão e de ebulição de alguns compostos e suas respectivas massas molares. reFlexão 26) O que você observa quando compara as temperaturas de fusão e ebulição para o n-butano e a acetona? 27) explique o que foi observado na questão 26 considerando a massa molar e os tipos de interações intermoleculares existentes em cada uma das substâncias. 28) O que você observa quando compara as temperaturas de fusão e ebulição para o etano e a água? 29) explique o que foi observado na questão 28 considerando a massa molar e os tipos de interações intermoleculares existentes em cada uma das substâncias. 30) O que você observa quando compara as temperaturas de fusão e ebulição para a acetona e a água? 31) explique o que foi observado na questão 30 considerando a massa molar e os tipos de interações intermoleculares existentes em cada uma das substâncias. Vimos que as moléculas dos alcanos apresentam apenas interações intermo- leculares do tipo Van der Waals. Como essas interações são fracas, as temperaturas de fusão e ebulição dos alcanos são relativamente baixas. Assim, os alcanos de cadeia linear constituídos por até quatro átomos de carbono são gases; os de cinco átomos de carbono até 18 são líquidos; e, a partir de 18, são sólidos à temperatura ambiente. Quando comparamos as temperaturas de fusão e ebulição dos alcanos com a acetona, observamos que para a mesma massa molar os valores para a acetona são maiores do que para o n-butano. Isso pode ser explicado já que na acetona há um grupo carbonila, o que confere à molécula a possibilidade de estabelecer interações intermoleculares do tipo dipolo-dipolo permanente, que são mais in- tensas do que as interações de Van der Waals presentes nos alcanos (figura 1.36). Já quando comparamos o etano e a água, observamos que os valores de temperatura de fusão e ebulição para a água são bem maiores que os valores para o etano. Essa diferença se deve ao fato de a água estabelecer ligações de hidrogênio entre suas moléculas. Essas interações são ainda mais fortes que aquelas presentes na acetona, o que fica claro quando comparamos os dados de temperaturas de fusão e ebulição para a água e a acetona. Vamos analisar agora alcanos que possuem a mesma massa molar e tem- peraturas de fusão e ebulição diferentes. Veja o quadro 1.6 na página a seguir. atenção! Não escreva no livro. C O Figura 1.36 representação para a carbonila. nela observamos a ligação dupla entre os átomos de carbono e oxigênio. Mortimer_Quimica_V3_PNLD2018_010a077_C1.indd 32 3/31/16 11:20 AM 1 33A QUÍMICA DAS DROGAS E DOS MEDICAMENTOS E AS FUNÇÕES ORGÂNICAS Substância Fórmula molecular Fórmula estrutural Temperatura de fusão (°c) Temperatura de ebulição (°c) hexano c 6 H 14
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