Química - Livro 2-019-021

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19
Para remover os resíduos de polímero das peças,
o funcionário dispunha de apenas dois solventes:
água e n-hexano. O funcionário analisou as fórmulas
estruturais dos três polímeros e procurou fazer a cor-
respondência entre cada polímero e o solvente mais
adequado para solubilizá-lo. A alternativa que repre-
senta corretamente essa correspondência é:
Polímero I Polímero II Polímero III
A água n-hexano água
b n-hexano água n-hexano
C n-hexano água água
d água água n-hexano
e água n-hexano n-hexano
18 Unioeste 2012 Um dos grandes problemas de poluição
mundial é o descarte de detergentes não biodegradá-
veis nos rios, lagos e mananciais. Os detergentes não
biodegradáveis formam densas espumas que impedem
a entrada de gás oxigênio na água e com isso afeta a
vida das espécies aeróbicas aquáticas. Para resolver ou
amenizar este problema surgiu o detergente biodegra-
dável, a qual sua estrutura pode ser observada abaixo:
SO
3
–Na+
Com relação aos detergentes biodegradáveis, pode-
-se armar que
A sua cadeia carbônica saturada apresenta somente
uma ramificação.
b sua estrutura apresenta uma porção polar e uma
apolar.
C o anel aromático é monossubstituído.
d a parte apolar apresenta uma cadeia insaturada.
e a porção sulfônica apresenta ligação metálica.
19 PUC-Minas A maionese é uma emulsão formada en-
tre óleo (azeite, por exemplo) e água (proveniente do
ovo). Como água e óleo não se misturam, é neces-
sária a presença de um agente tensoativo, que pode
ser representado pelas lecitinas, fosfolipídeos que po-
dem possuir a estrutura exemplificada a seguir e que
são encontrados na gema do ovo.
O
O CH
2
CH
3
N
+
CH
3
CH
3
H
2
C
O
O
O O
CH
P
O
–
Parte B
Parte A
O
Sobre as lecitinas e seu papel na formação da maio-
nese, é incorreto armar que:
A as lecitinas apresentam uma porção hidrofílica (po-
lar) representada por A e uma porção hidrofóbica
(apolar) representada por B.
b as lecitinas diminuem a tensão superficial entre a
água e o óleo.
C na formação da maionese, a parte A das lecitinas
deve ficar voltada para as gotas de óleo e a parte
B, para as gotas de água.
d as lecitinas na maionese apresentam o mesmo
papel que os detergentes na remoção de gor-
duras.
20 Enem 2013 As fraldas descartáveis que contêm o po-
límero poliacrilato de sódio (1) são mais eficientes na
retenção de água que as fraldas de pano convencio-
nais, constituídas de fibras de celulose (2).
O–Na+
O
HO OH
OH
O
n
n
O
(1)
(2)
CURI, D. Química nova na escola,
São Paulo, n. 23, maio 2006. (Adapt.)
A maior eciência dessas fraldas descartáveis, em re-
lação às de pano, deve-se às
A interações dipolo-dipolo mais fortes entre o
poliacrilato e a água, em relação às ligações de hi-
drogênio entre a celulose e as moléculas de água.
b interações íon-íon mais fortes entre o poliacrilato
e as moléculas de água, em relação às ligações
de hidrogênio entre a celulose e as moléculas
de água.
C ligações de hidrogênio mais fortes entre o po-
liacrilato e a água, em relação às interações
íon-dipolo entre a celulose e as moléculas de
água.
d ligações de hidrogênio mais fortes entre o po-
liacrilato e as moléculas de água, em relação às
interações dipolo induzido-dipolo induzido entre
a celulose e as moléculas de água.
e interações íon-dipolo mais fortes entre o polia-
crilato e as moléculas de água, em relação às
ligações de hidrogênio entre a celulose e as mo-
léculas de água.
QUÍMICA Capítulo 4 Propriedades físicas das substâncias20
eTexto complementar
Propriedades dos líquidos
As forças intermoleculares evidenciam algumas características e pro-
priedades dos líquidos. Vamos analisar dois fenômenos associados aos
líquidos em geral: a tensão superficial e a viscosidade. Discutiremos
também as estruturas e propriedades da água.
Tensão superficial
As moléculas do interior de um líquido são puxadas em todas as direções
pelas forças intermoleculares; não há tendência de elas serem puxadas
em direção preferencial. Contudo, as moléculas situadas na superfície
são puxadas para dentro do líquido e para os lados por outras moléculas,
mas não para fora (figura a seguir).
Forças intermoleculares agindo em uma molécula situada na camada superficial
de um líquido e no interior do líquido.
A tensão superficial permite que alguns insetos “andem” sobre a água.
Estas atrações intermoleculares tendem a puxar as moléculas para
dentro do líquido e levam a superfície a comportar-se como um filme
elástico. Uma vez que as atrações entre as moléculas polares da água e
as moléculas apolares da cera na superfície de um automóvel encerado
são pequenas ou nulas, uma gota de água toma a forma de uma gotícula
redonda, já que essa forma esférica minimiza a área superficial de um
líquido. A superfície envernizada de uma maçã úmida também produz
esse efeito (figura a seguir).
Gotas de água em uma maçã com a superfície encerada.
Uma medida da força elástica que existe na superfície de um líquido é
a tensão superficial. Atensão superficial de um líquido é a quantidade
de energia necessária para esticar ou aumentar a área dessa superfície
em uma unidade (por exemplo, em 1 cm2). Os líquidos que têm forças
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intermoleculares intensas têm também elevadas tensões superficiais. As-
sim, a água, devido às ligações de hidrogênio, tem uma tensão superficial
consideravelmente mais elevada do que a maioria dos líquidos comuns.
Outro exemplo de existência de tensão superficial é a ação capilar.
A próxima figura (a) mostra a água subindo espontaneamente em um
tubo capilar. Um fino filme de água adere à parede do tubo de vidro. A
tensão superficial da água provoca a contração do filme, que, por sua
vez, faz a água subir no tubo. Há dois tipos de forças responsáveis pela
ação capilar. Uma é a coesão, a atração intermolecular entre moléculas
semelhantes (nesse caso, as moléculas de água). A outra, chamada de
adesão, é a atração entre moléculas diferentes, como as da água e as
das paredes do vidro. Se a adesão for mais forte que a coesão, como
na figura (a), o líquido contido no tubo é puxado para cima ao longo do
tubo. Oprocesso continua até que a força de adesão seja equilibrada
pelo peso da água no tubo. Esse comportamento está longe de ser
universal para todos os líquidos, como se vê na figura (b). No mercúrio,
a coesão é maior do que a adesão entre o mercúrio e o vidro, de modo
que, quando se mergulha um tubo capilar em mercúrio, o resultado é
uma descida no nível do mercúrio – ou seja, a altura do líquido no tubo
capilar está abaixo do nível exterior do mercúrio no recipiente.
(a) (b)
(a) Quando a adesão é maior do que a coesão, o líquido (por exemplo, a água)
sobe no tubo capilar. (b) Quando a coesão é maior do que a adesão, como
acontece com o mercúrio, surge uma depressão do líquido no tubo capilar.
Note que o menisco no tubo com água é côncavo ou arredondado para baixo,
enquanto no tubo de mercúrio é convexo ou arredondado para cima.
Viscosidade
A veracidade da expressão “lento como melaço em junho” deve-se a
outra propriedade física dos líquidos chamada viscosidade. Aviscosida-
de é uma medida da resistência que um fluido oferece ao escoamento.
Quanto maior a viscosidade, mais lentamente flui o líquido. A viscosidade
de um líquido normalmente diminui à medida que a temperatura aumen-
ta; por isso, o melaço quente flui mais depressa do que o melaço frio.
Os líquidos que têm grandes forças intermoleculares têm também vis-
cosidades mais altas do que os que têm forças intermoleculares mais
fracas (tabela a seguir). A água tem uma viscosidade superior a de muitos
outros líquidos por causa de sua capacidade de formar ligações de hidro-
gênio. É interessante notar que o glicerol é o líquido da tabela a seguir
com maior valor de viscosidade. A estrutura do glicerol é a seguinte:
CH
CH
2
OH
OH
CH
2
OH
Tal como a água, o glicerol pode formar ligações de hidrogênio. Cadamolécula de glicerol tem três grupos –OH que podem participar de
ligações de hidrogênio com outras moléculas de glicerol.
Além disso, estas moléculas, devido à sua forma, têm grande tendência
a se entrelaçar em vez de escorregar umas sobre as outras, como acon-
tece com as moléculas de líquidos menos viscosos. Essas interações
contribuem para a elevada viscosidade do glicerol.
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Líquido Viscosidade (N s/m
2
)
Fig. 13 Viscosidade de alguns líquidos comuns a 20 °C
Estrutura e propriedades da água
A água é uma substância tão comum na Terra que muitas vezes não
percebemos sua natureza única. Todos os processos vitais envolvem
água. A água é um excelente solvente para muitos compostos iônicos,
assim como para outras substâncias capazes de formar com ela ligações
de hidrogênio.
A água tem um calor específico elevado. A razão disso é que a elevação
da temperatura da água (isto é, o aumento da energia cinética média das
moléculas da água) implica primeiramente a quebra de muitas ligações
de hidrogênio intermoleculares existentes. Então, a água pode absorver
uma quantidade substancial de calor enquanto a sua temperatura sofre
apenas um ligeiro aumento. O contrário também é verdadeiro: a água
pode liberar muito calor enquanto a sua temperatura diminui ligeiramen-
te. Por essa razão, as enormes quantidades de água presentes nos lagos
e ocea nos podem efetivamente moderar o clima das regiões adjacentes,
absorvendo calor no verão e liberando calor no inverno, sem haver, no
entanto, grandes variações na temperatura da água.
A propriedade mais surpreendente da água é o fato de a sua forma
sólida ser menos densa do que a líquida: o gelo flutua na superfície da
água líquida. A densidade de quase todas as outras substâncias é maior
no estado sólido do que no estado líquido (figura a seguir).
Esquerda: o benzeno sólido afunda no benzeno líquido. Direita: cubos de gelo
flutuando na água.
Para compreender por que a água é diferente, temos que observar a
estrutura eletrônica da molécula de H2O. No átomo de oxigênio há dois
pares de elétrons não ligantes, ou dois pares isolados:
H H
O
Embora muitos outros compostos possam formar ligações de hidrogênio
intermoleculares, a diferença entre H2O e outras moléculas polares,
como NH3 e HF, é que cada átomo de oxigênio pode formar duas liga-
ções de hidrogênio, ou seja, um número igual ao número de pares de
elétrons isolados. Assim, as moléculas de água ficam ligadas, forman-
do uma rede tridimensional extensa na qual cada átomo de oxigênio
está ligado a quatro átomos de hidrogênio por duas ligações cova-
lentes e por duas ligações de hidrogênio, adotando uma geometria
C
h
a
rl
e
s
 D
 W
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te
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n
c
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 S
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rc
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/F
o
to
a
re
n
a
aproximadamente tetraédrica. Esta igualdade entre o número de átomos
de hidrogênio e o número de pares isolados não se verifica nem em
NH3 ou HF, nem em alguma outra molécula capaz de formar ligações de
hidrogênio. Como consequência, estas moléculas podem formar anéis
ou cadeias, mas não estruturas tridimensionais.
A estrutura tridimensional altamente ordenada do gelo (figura a seguir)
impede as moléculas de se aproximarem demasiado umas das outras.
= O
= H
Estrutura tridimensional do gelo. Cada átomo de O está ligado a quatro átomos
de H. As ligações covalentes estão representadas por traços curtos contínuos e as
ligações de hidrogênio, mais fracas, por linhas pontilhadas mais compridas entre
O e H. O espaço vazio na estrutura é responsável pela baixa densidade do gelo.
Analisemos o que acontece quando o gelo funde. No ponto de fusão,
algumas moléculas de água têm energia cinética suficiente para se
libertarem das ligações de hidrogênio. Estas moléculas ficam presas
nas cavidades da estrutura tridimensional que se quebra, dividindo-se
em pequenos agregados. Como resultado deste processo, há mais mo-
léculas por unidade de volume na água líquida do que no gelo. Então,
uma vez que a densidade = massa/volume, a densidade da água líquida
é maior que a do gelo. Com mais aquecimento, aumenta o número de
moléculas que se libertam das ligações de hidrogênio, de modo que,
imediatamente acima do ponto de fusão, a densidade da água aumenta
com a elevação da temperatura. Claro que, ao mesmo tempo, a água ex-
pande ao ser aquecida e a sua densidade diminui. Esses dois processos
– o aprisionamento das moléculas de água em cavidades e a expansão
térmica – atuam em sentidos opostos. De 0 a 4° C, o aprisionamento
prevalece, e a água torna-se progressivamente mais densa. Acima de
4 °C, contudo, a expansão térmica predomina, e a densidade da água
diminui à medida que a temperatura aumenta (figura ao lado).
D
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n
s
id
a
d
e
 (
g
/m
L
)
1,00
0,99
0,98
0,97
–20 0 20
Temperatura (°C)
40 60 80
Densidade em função da temperatura para a água líquida. A densidade máxima
da água é atingida a 4 °C. A densidade do gelo a 0 °C é cerca de 0,92g/cm
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CHANG, Raymond; GOLDSBY, Kenneth A. Química. 11. ed. Porto Alegre: AMGH, 2013. p. 475-8.