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Módulo 09 Frente A 3Bernoulli Sistema de Ensino QUÍMICA Ligações Covalentes I As InterAções e As energIAs nA formAção dA LIgAção CovALente Precisamos entender por que os átomos de elementos não metálicos podem se ligar uns aos outros uma vez que não podem formar íons de cargas opostas. Primeiramente, é preciso entender que os elementos não metálicos possuem altas energias de ionização e não costumam formar cátions. Lewis propôs que cada átomo em uma molécula é ligado por um par de elétrons compartilhado. Ele imaginou que o par de elétrons compartilhado estava situado entre os dois átomos e interagia com ambos os núcleos. A ligação covalente seria, então, resultado das interações de dois elétrons e dois núcleos, o que acaba provocando abaixamento da energia potencial nos átomos. Elétron Repulsão Núcleo Atração (a) (b) ++ (a) Atrações e repulsões entre elétrons e núcleos na molécula de hidrogênio. (b) Distribuição eletrônica na molécula de H2. A concentração de densidade eletrônica entre os núcleos leva a uma força de atração líquida que constitui a ligação covalente, que mantém a molécula unida. ConCeIto de LIgAção CovALente Ligação covalente consiste no compartilhamento de elétrons entre átomos. Esse compartilhamento leva à formação de espécies menos energéticas, ou mais estáveis que os átomos isolados. A molécula de H2 fornece o exemplo mais simples de ligação covalente. Quando dois átomos de hidrogênio estão próximos, ocorrem interações eletrostáticas entre eles não apenas atrativas, mas também repulsivas. Os dois núcleos com cargas positivas repelem-se mutuamente, bem como os elétrons com suas cargas negativas. Entretanto, como já exposto, núcleos e elétrons atraem-se mutuamente e, para que uma molécula de H2 exista como espécie química estável, as forças atrativas devem superar as de repulsão. A figura a seguir mostra como essas forças afetam a energia potencial dos átomos de hidrogênio durante a formação da molécula. Distância internuclear / nm Repulsão Atração 0 –458 0,074 En er gi a po te nc ia l kJ .m ol –1 (1) (2) (3) (4) (1) Primeiramente, os átomos estão a uma distância infinita um do outro. Nessa situação, praticamente, não há forças de atração ou repulsão entre eles e foi atribuído valor de energia potencial igual a zero para os átomos. (2) Os átomos estão mais próximos e as interações entre eles já são importantes. As forças de atração núcleos- -elétrons são mais intensas que as de repulsão, fazendo com que os átomos se aproximem, e essa aproximação produz abaixamento na energia potencial dos átomos. (3) As forças de repulsão e de atração se equilibraram. Essa situação é a que abaixa mais a energia dos átomos e, portanto, a mais estável. (4) Os átomos estão se aproximando muito e as forças de repulsão passam a ficar mais intensas que as de atração. Assim, a aproximação agora só ocorre se os átomos tiverem energia suficiente para vencer a repulsão. A tendência de dois átomos que estão muito próximos é de se afastarem um pouco para aumentar a estabilidade. CLAssIfICAções dAs LIgAções CovALentes Quanto à ordem As ligações covalentes podem ser simples (ordem 1) quando um par de elétrons é compartilhado por dois átomos; dupla (ordem 2) quando dois pares de elétrons são compartilhados; ou ainda tripla (ordem 3) quando o número de pares de elétrons compartilhados é igual a três. N N C O (a) (b) (c) H HC� C� Estruturas de Lewis para algumas substâncias: (a) gás cloro com ligação simples, (b) metanal com ligações simples e dupla e (c) gás nitrogênio com ligação tripla. Note que todos os átomos passam a ter configuração de gás nobre. 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 3 21/01/2020 15:50:39 frente A módulo 09 4 Coleção 6V Quanto à forma de interpenetração dos orbitais A ligação covalente pode ser sigma (σ) quando o orbital molecular é resultado da interpenetração frontal de orbitais atômicos, ou seja, orbitais que antes da interpenetração estavam no mesmo eixo. Porém, se os orbitais atômicos estiverem em eixos paralelos, podem interpenetrar-se lateralmente, originando um orbital molecular com dois lobos que chamamos de ligação pi (π). + p s s p (a) Orbital σ(p-p) p sp2 sp2 sp2 sp2 σ(s-sp2) σ(sp2-sp2) Orbital π σ(s-sp2)sp2 sp2 (b) p C C C C O OCC H H H H Formação das moléculas de cloro e metanal, mostrando a interpenetração de orbitais. Os modelos mostram apenas alguns orbitais de cada um dos átomos. (a) Na molécula de cloro, temos a formação de uma ligação σ pela fusão de dois orbitais atômicos do tipo p. (b) Na molécula de metanal, há três ligações σ: duas formadas pela fusão de orbitais s do hidrogênio com orbitais sp2 (híbridos) do carbono e outra proveniente da fusão do outro orbital sp2 do carbono com um do tipo sp2 do oxigênio. Podemos observar também a formação de uma ligação π a partir de dois orbitais p: um originário do carbono e outro do oxigênio. Quanto à polaridade A ligação covalente pode apresentar algum caráter iônico quando houver diferença de eletronegatividade entre os átomos que a estabelecem. Esse caráter iônico é chamado de polaridade. Quando dois átomos que se ligam possuem a mesma eletronegatividade, dizemos que se trata de ligação covalente apolar. Nesse caso, os dois átomos atraem o par eletrônico com a mesma intensidade. No caso de existir diferença de eletronegatividade entre os átomos, forma-se a ligação covalente polar. O átomo mais eletronegativo atrai mais fortemente os elétrons da ligação e, assim, é criado um polo negativo em torno desse átomo. Por outro lado, o átomo de menor eletronegatividade fica com menor densidade eletrônica e acaba sendo o polo positivo. Quando a diferença de eletronegatividade é muito grande, a ligação passa a ser iônica. (a) (b)H H H F (a) A ligação apolar no hidrogênio. (b) A ligação polar no fluoreto de hidrogênio. É mostrada apenas a nuvem de carga do par compartilhado. Quanto à origem do par eletrônico O par eletrônico compartilhado pode ser constituído de um elétron vindo de um átomo e outro proveniente de outro átomo e, nesse caso, chamamos de ligação covalente normal. Mas, quando os dois elétrons compartilhados vêm apenas de um dos átomos e passam a ocupar um orbital que resulta da fusão de dois outros orbitais: um preenchido e o outro vazio do segundo átomo, denominamos ligação covalente coordenada, antigamente chamada de ligação covalente dativa. (a) (b) + + H H H H+ H + H H H C� C� C� C� N N (a) Formação de uma ligação covalente normal entre dois átomos de cloro. Cada átomo contribuiu com um elétron. (b) Formação de uma ligação covalente coordenada entre a amônia e o cátion hidrogênio (próton). O par eletrônico, inicialmente, era só do nitrogênio e o hidrogênio apresentava um orbital vazio antes da ligação. A ligação covalente coordenada normalmente se estabelece entre uma espécie que tem pares eletrônicos isolados disponíveis (chamado de base de Lewis) e outra que tem orbitais vazios para acomodar elétrons (ácido de Lewis). Antes da ligação, o ácido de Lewis é carente em elétrons e a base de Lewis tem excesso de elétrons. fAtores Que AfetAm A IntensIdAde dA LIgAção CovALente Os fatores que podem explicar a maior ou menor intensidade das ligações covalentes são: presença de pares isolados (elétrons não ligantes), tamanho dos átomos envolvidos (raio atômico) e ordem de ligação. presença de pares isolados Quando comparamos a entalpia de dissociação do Cl2 (254 kJ.mol–1) e do H2 (432 kJ.mol–1), percebemos que é muito mais fácil quebrar a ligação cloro-cloro do que a hidrogênio-hidrogênio. A ligação entre átomos de hidrogênio é mais forte em virtude de ele não apresentar pares isolados. A presença de pares isolados intensifica as forças de repulsão, enfraquecendo a ligação. raio atômico Quanto maiores forem os átomos envolvidos na ligação covalente, mais fraca ela será. Em ligações formadas por átomos grandes,as distâncias médias entre os orbitais moleculares formados e os núcleos dos átomos são maiores, diminuindo a intensidade das forças atrativas. 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 4 21/01/2020 15:50:40 Ligações Covalentes I Q U ÍM IC A 5Bernoulli Sistema de Ensino Veja como decresce a entalpia de dissociação dos halogenidretos com o aumento do respectivo halogênio: HF (568 kJ.mol–1) HC (431 kJ.mol–1) HBr (366 kJ.mol–1) HI (298 kJ.mol–1) Decresce a intensidade das forças atrativas ordem da ligação Quanto maior o número de pares eletrônicos compartilhados, mais curta e mais intensa será a ligação covalente entre dois átomos. O aumento da ordem de ligação significa aumento no número de elétrons nela envolvidos, ou seja, aumento da carga negativa, o que determina aumento das forças atrativas. Veja, por exemplo, as entalpias de dissociação médias de ligações carbono-carbono aumentando à medida que aumenta a ordem de ligação: C—C (416 kJ.mol–1) C== C (613 kJ.mol–1) C≡≡ C (845 kJ.mol–1) Cresce a intensidade das forças atrativas Ligação covalente Nesse vídeo, será possível entender como as ligações covalentes são formadas. Atente para a forma como ocorrem as interações entre orbitais atômicos, possibilitando o estabelecimento das ligações covalentes sigma (σ) e pi (π). Bons estudos! HIT7 formuLAção de substânCIAs QuímICAs Nós iremos lidar, a partir de agora, basicamente, com três tipos de fórmulas: molecular, eletrônica e estrutural plana. fórmula molecular A fórmula molecular somente indica os elementos existentes em uma molécula da substância e quantos átomos de cada elemento existem nela. Exemplos: HCl ⇒ 2 elementos: hidrogênio e cloro, com um átomo de cada. H3PO4 ⇒ 3 elementos: hidrogênio, fósforo e oxigênio, com 3, 1 e 4 átomos, respectivamente. fórmula eletrônica A fórmula eletrônica é aquela que se baseia na representação de Lewis. Exemplos: [Na]+ C –[ ] H H O fórmula estrutural plana A fórmula estrutural plana é aquela que representa as ligações por meio de traços e setas, não importando a distribuição espacial dos átomos. Exemplo: H O P O H O O H Agora, conseguiremos montar as fórmulas eletrônicas e estruturais a partir das fórmulas moleculares. Para isso, teremos de seguir algumas regras: 1ª regra O átomo que se encontra em menor quantidade deve ir para o centro e ficar rodeado pelos demais átomos. Exemplos: N H HH H H H H C CH4: NH3: 2ª regra Quando o número de átomos, na fórmula molecular, for igual, o elemento que possuir maior número de valências, normalmente, deve ir para o centro da molécula. Exemplos: C N N NH H H HCN N2H2 3ª regra Só será possível realizar uma ligação coordenada (dativa) quando o átomo central já estiver estável e com pelo menos um par de elétrons disponível. Exemplo: S OO O enxofre já está estável e possui 2 pares de elétrons disponíveis para realizar ligações coordenadas. 4ª regra Quando começamos a ligar um determinado átomo a outro, só poderemos ligá-lo a um terceiro átomo após o primeiro se tornar estável. Exemplos: O Errado Certo Errado Certo O C O O O C O S OO O S OO 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 5 21/01/2020 15:50:41 Frente A Módulo 09 6 Coleção 6V 5a regra Em oxiácidos, normalmente, o hidrogênio encontra-se ligado ao oxigênio. ErradoCerto H H S O O H H OO O O OSO Exemplos: H2SO4, H3PO4, H3BO3, etc. CuidAdO! H3PO3 e H3PO2 só possuem 2 H e 1 H ligados ao oxigênio, respectivamente. Os demais hidrogênios estão ligados diretamente ao fósforo. H O P O H H O O P H H O H OBSErVAçãO Os hidrogênios que se ligam ao oxigênio são facilmente liberados quando tais substâncias são colocadas em meio aquoso. dessa forma, são denominados hidrogênios ionizáveis e representados por H+. Para facilitar a confecção das fórmulas estruturais dos oxiácidos, a sequência das ligações é: hidrogênio liga-se ao oxigênio, e este liga-se ao átomo central. 6a regra Em compostos iônicos que possuem ligações covalentes, os metais sempre devem estar próximos aos átomos que rodeiam os átomos centrais. Exemplos: 1. NaCN → Na+ + CN– ⇒ Na+ [C≡ ≡N]– 2. CaSO4 → Ca2+ + SO4 2– ⇒ O O S O O Ca2+ 2– 3. Na2SO4 → 2Na+ + SO4 2– ⇒ 2Na+ O O S O O 2– 4. NH4NO3 → NH4 + + NO3 – ⇒ N H H H H N O O O + – exerCíCIos de AprendIzAgem 01. (PuC Minas–2019) Sobre as substâncias covalentes, é correto afirmar: A) As ligações químicas são formadas pela perda de um próton. B) As ligações ocorrem por doação de densidade eletrônica de um átomo para outro. C) As ligações químicas são formadas pela entrada de um próton. d) As ligações são formadas pelo compartilhamento de elétrons entre os átomos envolvidos. 02. (uEG-GO) O gráfico a seguir representa a variação da energia potencial em função da distância entre dois átomos de hidrogênio. Energia potencial relativa Distância entre os núcleos 3 4 2 1 Após a análise da figura, indique: A) Em qual dos pontos a interação entre os orbitais dos átomos de hidrogênio leva a situação de maior estabilidade para a molécula de hidrogênio. Explique. B) Em qual dos pontos a interação é considerada nula entre os átomos de hidrogênio. Explique. 03. (uFMG) A curva a seguir mostra a variação da energia potencial Ep em função da distância entre os átomos, durante a formação da molécula H2 a partir de dois átomos de hidrogênio, inicialmente a uma distância infinita um do outro. Ep/kJ.mol–1 0 –458 7,40 x 10-11 r/m 5XAD 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 6 21/01/2020 15:50:43 Ligações Covalentes I Q U ÍM IC A 7Bernoulli Sistema de Ensino Em relação às informações obtidas da análise do gráfico, assinale a afirmativa falsa. A) A energia potencial diminui na formação da ligação química. B) A quebra da ligação H—H consome 458 kJ.mol–1. C) O comprimento de ligação da molécula H2 é de 7,40 . 10–11 m. D) Os átomos separados por uma distância infinita se atraem mutuamente. 04. (uFJF-MG) O óxido nitroso (N2O(g)), também conhecido como gás hilariante, foi o primeiro anestésico utilizado em cirurgias. Hoje, também pode ser utilizado na indústria automobilística para aumentar a potência de motores de combustão interna. A seguir, está representada uma possibilidade da estrutura de Lewis dessa molécula. N N + – O de acordo com a fórmula apresentada, marque a opção que descreve corretamente as ligações existentes no N2O. A) uma ligação iônica e duas ligações covalentes simples. B) duas ligações covalentes, sendo uma tripla e uma simples. C) duas ligações covalentes simples. d) duas ligações iônicas. E) duas ligações covalentes, sendo uma dupla e uma simples. 05. (uFJF-MG) Nos pântanos e cemitérios, é comum ocorrer a formação de gás metano (CH4), proveniente da decomposição de matéria orgânica. O metano pode reagir com o oxigênio do ar espontaneamente e formar luzes bruxuleantes, conhecidas como fogo -fátuo. Assinale a alternativa correta. A) O CH4 é uma substância composta, que contém ligações iônicas e o oxigênio do ar é uma substância composta que contém ligações covalentes polares. B) O CH4 é uma substância composta, que contém ligações covalentes e o oxigênio do ar é uma substância simples que contém ligações covalentes apolares. X1G8 C) O CH4 é uma substância simples que contém ligações iônicas e o oxigênio do ar é uma substância simples que contém ligações covalentes polares. d) O CH4 é uma substância composta que contém ligações covalentes e o oxigênio do ar é uma substância composta que contém ligações covalentes polares. E) O CH4 é uma substância simples que contém ligações covalentes e o oxigênio do ar é uma substância composta que contém ligações iônicas. 06. (PuC rio) Observa-se que, exceto o hidrogênio, os outros elementos dos grupos iA a ViiiA da tabela periódica tendem a formar ligações químicas de modo a preencher oito elétrons na última camada. Essa é a regra do octeto.Mas, como toda regra tem exceção, assinale a opção que mostra somente moléculas que não obedecem a essa regra. BH3 CH4 H2O HCl XeF6 i ii iii iV V A) i, ii e iii. B) ii, iii e iV. C) iV e V. d) i e iV. E) i e V. 07. (PuCPr) dados os compostos: i. Cloreto de sódio ii. Brometo de hidrogênio iii. Gás carbônico iV. Metanol (CH3OH) V. Fe2O3 Apresentam ligações covalentes os compostos A) ii, iii e iV. B) ii, iii, iV e V. C) i e V. d) iii e V. E) ii, iV e V. CGGO 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 7 21/01/2020 15:50:43 Frente A Módulo 09 8 Coleção 6V 02. (uFu-MG) Considere os seguintes átomos: 40 20 A e 80 35 B. Em relação a esses átomos, marque a alternativa incorreta. A) B é um átomo mais eletronegativo que A. B) O raio atômico do átomo A é maior que o do átomo B. C) A e B podem formar o composto sólido AB2 de baixo ponto de fusão. d) B encontra-se nas condições ambiente (25 °C e 1 atm), como composto molecular B2. 03. (uFu-MG) O fosfogênio (COCl2), um gás, é preparado industrialmente por meio da reação entre o monóxido de carbono e o cloro. A fórmula estrutural da molécula do fosfogênio apresenta A) uma ligação dupla e duas ligações simples. B) uma ligação dupla e três ligações simples. C) duas ligações duplas e duas ligações simples. d) uma ligação tripla e duas ligações simples. E) duas ligações duplas e uma ligação simples. 04. (Mackenzie-SP–2017) Assinale a alternativa que apresenta compostos químicos que possuam, respectivamente, ligação covalente polar, ligação covalente apolar e ligação iônica. A) H2O, CO2 e NaCl B) CCl4, O3 e HBr C) CH4, SO2 e Hi d) CO2, O2 e KCl E) H2O, H2 e HCl 05. (PuC rio) No composto P2O5, nas ligações P—O, o número de ligações covalentes coordenadas é A) 1. B) 2. C) 3. d) 4. E) 5. 08. (uFLA-MG) Ligações químicas envolvendo átomos de carbono são características de moléculas orgânicas. O carbono forma ligações fortes com uma variedade de elementos, especialmente com H, O, N e halogênios. O comprimento de uma ligação química está relacionado à natureza dos átomos envolvidos e à ordem de ligação. das ligações a seguir, indique a ordem decrescente de comprimento de ligação. A) C—H > C—C > C—O B) C—C > C== C > C≡≡ C C) C≡≡ C > C== C > C—H d) C== O > C—O > C—C exerCíCIos propostos 01. (uFMG) Este gráfico representa a curva de energia potencial versus separação internuclear para a interação entre dois átomos de hidrogênio que formam a molécula H2. E / kJ.mol–1 r / 10–12 m 1000 –100 –200 –300 –400 –500 200 300 400 de acordo com o gráfico, todas as afirmativas estão corretas, exceto A) A energia de ligação da molécula é cerca de 440 kJ.mol–1. B) A energia do sistema é mínima quando a distância entre os átomos é cerca de 75 . 10–12 m. C) A interação entre os átomos tende para zero quando a separação entre eles tende para o infinito. d) A molécula é mais estável quando a distância entre os átomos é cerca de 75 . 10–12 m. E) A molécula se forma quando os átomos absorvem cerca de 440 kJ.mol–1. 5KMJ 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 8 21/01/2020 15:50:43 Ligações Covalentes I Q U ÍM IC A 9Bernoulli Sistema de Ensino 06. (FuVEST-SP–2018) BeLi MgNa CaK SrRb BaCs RaFr TiSc ZrY Hf* Rf** ** * CrV MoNb WTa SgDb FeMn RuTc OsRe HsBh NiCo PdRh PtIr DsMt ZnCu CdAg Hg Ga In T Ge Sn Pb As Sb Bi Se Te Po Br I At Kr A Si P S C Ar B C N O F Ne He Xe RnAu La Ac PrCe PaTh PmNd NpU EuSm AmPu TbGd Bk Dy Cf Ho Es Er Fm Tm Md Yb No Lu LrCm Rg Cn Nh F Mc Lv Ts Og H1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 2 3 4 5 6 7 Analise a tabela periódica e as seguintes afirmações a respeito do elemento químico enxofre (S): i. Tem massa atômica maior do que a do selênio (Se). ii. Pode formar com o hidrogênio um composto molecular de fórmula H2S. iii. A energia necessária para remover um elétron da camada mais externa do enxofre é maior do que para o sódio (Na). iV. Pode formar com o sódio (Na) um composto iônico de fórmula Na3S. São corretas apenas as afirmações A) i e ii. B) i e iii. C) ii e iii. d) ii e iV. E) iii e iV. 07. (uFPi) A respeito dos modelos de ligação química, podemos afirmar que A) a molécula de hidrogênio não pode ser representada pelo modelo iônico. B) o cloreto de sódio não pode ser representado pelo modelo covalente. C) as propriedades físicas e químicas dos compostos indicam qual o melhor modelo para representar as suas ligações químicas. d) a molécula de gás carbônico só pode ser representada pelo modelo covalente. E) o cloreto de alumínio pode ser representado pelo modelo iônico, mas não pode pelo modelo covalente. 08. (uEPG-Pr) Sobre os compostos a seguir, assinale o que for correto. i. dióxido de carbono ii. Cloreto de potássio iii. Sulfeto de sódio iV. Oxigênio molecular Dados: C (Z = 6); O (Z = 8); Na (Z = 11); S (Z = 16); Cl (Z = 17); K (Z = 19). 01. Em solução aquosa, o composto iii sofre dissociação, formando apenas íons monovalentes. 02. Os compostos ii e iii apresentam ligação do tipo iônica. 04. Os compostos i e iV apresentam ligações por meio de atração eletrostática. 08. O composto i apresenta ligação do tipo covalente polar. 16. O composto iV apresenta ligação do tipo covalente apolar. Soma ( ) 09. (iME-rJ) Segundo a teoria dos orbitais, as ligações covalentes são formadas a partir da interpenetração dos orbitais atômicos. Essa interpenetração leva à formação de orbitais moleculares. Considerando uma molécula de N2 cujos núcleos atômicos estão localizados ao longo do eixo z, assinale a afirmação correta. Dado: Número atômico do nitrogênio = 7. A) O N2 possui uma ligação tripla constituída por dois orbitais moleculares π e um orbital σpx – px. B) O N2 possui uma ligação tripla constituída por dois orbitais moleculares π e um orbital σps – ps. C) O N2 possui uma ligação tripla constituída por dois orbitais moleculares π e um orbital σpz – pz. d) O N2 possui uma ligação tripla constituída por três orbitais σs – s. E) O N2 possui uma ligação tripla constituída por duas ligações orbitais σs – s e uma ligação π. TT2M MX8H 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 9 21/01/2020 15:50:43 frente A módulo 09 10 Coleção 6V seção enem 01. (Enem–2019) Por terem camada de valência completa, alta energia de ionização e afinidade eletrônica praticamente nula, considerou-se por muito tempo que os gases nobres não formariam compostos químicos. Porém, em 1962, foi realizada com sucesso a reação entre o xenônio (camada de valência 5s25p6) e o hexafluoreto de platina e, desde então, mais compostos novos de gases nobres vêm sendo sintetizados. Tais compostos demonstram que não se pode aceitar acriticamente a regra do octeto, na qual se considera que, numa ligação química, os átomos tendem a adquirir estabilidade assumindo a configuração eletrônica de gás nobre. dentre os compostos conhecidos, um dos mais estáveis é o difluoreto de xenônio, no qual dois átomos do halogênio flúor (camada de valência 2s22p5) se ligam covalentemente ao átomo de gás nobre para ficarem com oito elétrons de valência. Ao se escrever a fórmula de Lewis do composto de xenônio citado, quantos elétrons na camada de valência haverá no átomo do gás nobre? A) 6 B) 8 C) 10 d) 12 E) 14 02. (Enem–2018) Alguns materiais sólidos são compostos por átomos que interagem entre si formando ligações que podem ser covalentes, iônicas ou metálicas. A figura apresenta a energia potencial de ligação em função da distância interatômica em um sólido cristalino. Analisando essa figura, observa-se que, na temperatura de zero kelvin, a distância de equilíbrio da ligação entre os átomos (r0) corresponde ao valor mínimo de energia potencial. Acima dessa temperatura, a energia térmica fornecida aos átomos aumenta a energia cinética e faz com que eles oscilem em torno de uma posição de equilíbriomédia (círculos cheios), que é diferente para cada temperatura. A distância de ligação pode variar sobre toda a extensão das linhas horizontais, identificadas com o valor da temperatura, de T1 a T4 (temperaturas crescentes). En er gi a de li ga çã o 0 R0 Distância interatômica T1 T = 0 K T2 T3 T4 gAbArIto Aprendizagem Acertei ______ errei ______ • 01. d 02. • A) A situação de maior estabilidade ocorre no ponto 4 (quatro) devido à máxima sobreposição dos orbitais atômicos entre os átomos de hidrogênio, o que é justificado pelo ponto de mínima energia na curva de energia potencial relativa. • B) No ponto 1, a interação entre os átomos de hidrogênio é considerada nula, o que é justificado por uma energia potencial relativa igual a zero. • 03. d • 04. B • 05. B • 06. E • 07. A • 08. B propostos Acertei ______ errei ______ • 01. E • 02. C • 03. A • 04. d • 05. B • 06. C • 07. C • 08. Soma = 26 • 09. C seção enem Acertei ______ errei ______ • 01. C • 02. B meu aproveitamento total dos meus acertos: _____ de _____ . ______ % O deslocamento observado na distância média revela o fenômeno da A) ionização. B) dilatação. C) dissociação. d) quebra de ligações covalentes. E) formação de ligações metálicas. 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 10 21/01/2020 15:50:45 dIferençAs entre substânCIAs moLeCuLAres e substânCIAs CovALentes Tanto nas substâncias moleculares quanto nas covalentes existem ligações covalentes. Por que, então, essas substâncias apresentam propriedades tão diferentes? Nas substâncias moleculares, os átomos se ligam por meio de ligações covalentes, formando aglomerados de tamanhos definidos: as moléculas. As moléculas podem ter de dois até milhares de átomos, mas têm tamanho definido. A constituição da molécula é revelada pela fórmula molecular, mas, quando essas substâncias formam fase condensada, as moléculas ligam-se umas às outras, só que por ligações mais fracas que as covalentes: por interações intermoleculares. Nas substâncias covalentes, a situação é outra; normalmente, os átomos estão ligados em rede apenas por ligações covalentes, originando uma estrutura gigantesca de tamanho indeterminado. A fórmula de uma substância covalente só mostra a menor proporção inteira entre as quantidades dos elementos que formam a macroestrutura. Propriedades físicas de substâncias moleculares e covalentes Propriedades físicas Substâncias moleculares Substâncias covalentes T.F. e T.E. normais Possuem baixas T.F. e T.E., pois, nessas mudanças de estado, só enfraquecem ou rompem interações intermoleculares, normalmente ligações mais fracas. São muito resistentes a altas temperaturas, por isso falamos que possuem altas T.F. e T.E. Para destruir a rede cristalina desses compostos, teríamos de quebrar ligações covalentes, que são fortes. Estado físico Essas substâncias são encontradas nos três estados físicos, dependendo da intensidade das interações intermoleculares presentes. Todas as substâncias desse tipo são sólidas à temperatura ambiente. Solubilidade São solúveis em solventes adequados. Na dissolução, rompem-se interações intermoleculares soluto-soluto para se formarem interações intermoleculares soluto-solvente, as chamadas forças de solvatação. São insolúveis em todos os solventes. Para que se dissolvessem, as intensas ligações covalentes teriam de ser quebradas. Condutividade elétrica As substâncias moleculares são más condutoras de eletricidade quando estão puras. Algumas, quando dissolvidas em solventes adequados, sofrem ionização e a solução resultante apresenta boa condutibilidade. As substâncias covalentes, em geral, são más condutoras de eletricidade. uma exceção importante é a grafita. A seguir, estão representadas as estruturas cristalinas de duas substâncias, uma molecular e outra covalente. Hidrogênio Bromo Oxigênio Silício Ligação σ O primeiro cristal representado é molecular; trata-se do HBr na fase sólida. Os átomos de hidrogênio e bromo encontram-se ligados por ligações covalentes, e as moléculas se ligam por interações do tipo dipolo-dipolo. Observe como os dipolos se orientam de modo que as cargas opostas se aproximam. O outro cristal é a sílica (SiO2); nele, todos os átomos estão ligados por ligações covalentes, formando uma substância covalente. A cela unitária do cristal é formada por um átomo de silício no centro de um tetraedro, e os oxigênios ocupam os vértices. Módulo 10 Frente A 11Bernoulli Sistema de Ensino QUÍMICA Ligações Covalentes II 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 11 21/01/2020 15:50:45 ressonânCIA Algumas espécies químicas possuem estruturas que não podem ser expressas por uma única fórmula de Lewis. As três estruturas de Lewis, mostradas a seguir, para o ânion nitrato, são equivalentes, possuem a mesma energia e diferem apenas pela posição da dupla-ligação. O N OO O O – – – O O O N N O Três possíveis representações de Lewis para o íon nitrato. Se uma das estruturas desenhadas fosse correta, teríamos duas ligações simples mais longas e uma dupla mais curta. Porém, a evidência experimental mostra que todas as ligações no íon nitrato são idênticas, isto é, possuem o mesmo comprimento. Essas ligações têm uma característica intermediária entre uma ligação simples pura e uma ligação dupla pura. Como as três ligações são idênticas, o melhor modelo para representar a espécie seria uma mistura das três estruturas. Costuma-se dizer que o nitrato é um híbrido de ressonância como mostrado a seguir: O N OO – – –O O N O O N O O N O O O ↔ ↔ ou –1 3 –1 3–1 3 Para indicar a ressonância, utiliza-se a seta de duas pontas. Não se deve entender a ressonância como a alternância entre as três espécies. A ideia de alternância está mais associada ao conceito de reação reversível. No caso da ressonância, os elétrons estão deslocalizados; isso significa que em vez de serem compartilhados por apenas dois átomos, esses elétrons estão distribuídos por vários pares de átomos. ALotropIA Alguns elementos químicos formam diferentes substâncias simples. Esse fenômeno é chamado de alotropia, e as diferentes substâncias simples formadas por certo elemento são chamadas de alótropos ou variedades alotrópicas. A diferença entre os alótropos pode estar na atomicidade ou no arranjo cristalino dos átomos ou das moléculas. Quatro importantes casos de alotropia são discutidos a seguir. Alotropia no oxigênio Existem duas variedades alotrópicas importantes do elemento oxigênio. No gás oxigênio, os átomos ligam-se em pares formando moléculas biatômicas (atomicidade 2) e, no ozônio, ocorrem moléculas triatômicas (atomicidade 3). Essas duas substâncias apresentam propriedades químicas e físicas bastante diferentes. O primeiro é essencial para a maioria dos seres vivos, já o segundo é tóxico. Porém, a presença de gás ozônio na estratosfera é importante devido à sua capacidade de absorver radiações ultravioletas nocivas que outros gases não são capazes de reter. Alotropia no carbono Grafita e diamante são sólidos covalentes que diferem pelo arranjo espacial dos átomos. A grafita é formada por átomos de carbono ligados a outros três, ou seja, com geometria trigonal plana, o que leva à obtenção de estruturas chapadas ou planares com anéis hexagonais. Estas interagem umas com as outras por interações fracas. No diamante, cada átomo liga-se a outros quatro em um arranjo tetraédrico, formando uma rede tridimensional. Já o fulereno, uma terceira variedade alotrópica importante desse elemento, é um sólido molecular em que o carbono forma moléculas contendo 60 átomos (atomicidade 60) ou mais. Os átomos formam um arranjo trigonal plano ligeiramente deformado, com um sistema de anéis de cinco e seis membros. Tanto na grafita quanto no fulereno ocorrem a presença de elétrons deslocalizados, mas apenas a grafita pode conduzir bem a eletricidade. Grafi ta diamante Fulereno (C60) Fulereno frente A módulo10 12 Coleção 6V 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 12 21/01/2020 15:50:46 Alotropia no fósforo O fósforo tem dois alótropos importantes. um é o fósforo branco, que é constituído de átomos ligados a três outros átomos, formando moléculas tetraédricas com quatro átomos cada. É um sólido molecular típico muito reativo, inflama-se espontaneamente em contato com o oxigênio atmosférico e, por isso, deve ser guardado sob água. O fósforo vermelho, por sua vez, é uma espécie de polímero do primeiro. Nessa variedade alotrópica, que é considerada substância covalente, os átomos também se ligam em um arranjo tetraédrico, mas formam longas cadeias. n Fósforo branco Fósforo vermelho Alotropia no enxofre As duas variedades alotrópicas mais estudadas do enxofre são substâncias sólidas formadas por moléculas contendo oito átomos cada (atomicidade 8). Na representação a seguir, cada átomo de enxofre, representado por uma esfera, liga-se a dois outros em um arranjo angular, resultando em uma molécula em forma de coroa. Molécula de enxofre As duas substâncias diferem entre si pelo tipo de arranjo cristalino de suas moléculas. O enxofre alfa é formado por cristais rômbicos, e o enxofre beta possui cristais monoclínicos. Na figura a seguir, cada molécula S8 é representada simplificadamente por uma esfera. Enxofre alfa (rômbico) Enxofre beta (monoclínico) exerCíCIos de AprendIzAgem 01. (unifor-CE–2019) Analise o quadro abaixo, que mostra propriedades de três substâncias, X, Y e Z, em condições ambientes. Substância Temperatura fusão °C Característica Solubilidade em água i 801 duro, quebradiço Solúvel ii 600 denso, macio e maleável insolúvel iii 186 Não conduz corrente elétrica Solúvel Considerando-se essas informações, é correto afirmar que as substâncias X, Y e Z são, respectivamente, A) covalente, iônica, molecular. B) metálica, covalente, molecular. C) iônica, metálica, covalente. d) molecular, covalente, metálica. E) iônica, molecular, metálica. 02. (FASEH-MG) As propriedades físicas dos sólidos cristalinos, como ponto de fusão e dureza, dependem tanto dos arranjos das partículas quanto das forças de interação atrativas entre elas. Com relação aos compostos sólidos, analise as seguintes afirmativas e assinale com V as verdadeiras e com F as falsas. ( ) Os compostos de grafite e diamante são, respectivamente, sólidos moleculares e covalentes. ( ) Os sólidos covalentes são mais duros e com maiores temperaturas de fusão que os sólidos moleculares. ( ) Nos sólidos iônicos, as ligações devem-se aos elétrons de valência livres por todo o sólido. ( ) Os sólidos moleculares consistem em átomos ou moléculas unidos por forças intermoleculares. Assinale a alternativa que apresenta a sequência de letras correta. A) V – F – V – F B) F – V – F – V C) V – F – F – V d) F – V – V – F Ligações Covalentes II Q U ÍM IC A 13Bernoulli Sistema de Ensino 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 13 21/01/2020 15:50:47 03. (FGV-SP) A seguir, são fornecidas as células unitárias de três sólidos, i, ii e iii. IIIIII IIIIII A temperatura de fusão do sólido iii é 1 772 °C e a do sólido ii é bem superior ao do sólido i. Quando dissolvido em água, o sólido i apresenta condutividade. Pode-se concluir que os sólidos i, ii e iii são, respectivamente, sólidos A) covalente, iônico e metálico. B) iônico, covalente e metálico. C) iônico, molecular e metálico. d) molecular, covalente e iônico. E) molecular, iônico e covalente. 04. (uNiFESP) A tabela apresenta algumas propriedades medidas, sob condições experimentais adequadas, dos compostos X, Y e Z. Composto Dureza Ponto de fusão Condutividade elétrica Fase sólida Fase líquida X Macio 115 ºC Não conduz Não conduz Y Muito duro 1 600 ºC Não conduz Não conduz Z duro 800 ºC Não conduz Conduz A partir desses resultados, pode-se classificar os compostos X, Y e Z, respectivamente, como sólidos A) molecular, covalente e metálico. B) molecular, covalente e iônico. C) covalente, molecular e iônico. d) covalente, metálico e iônico. E) iônico, covalente e molecular. VQP4 A6PK 05. (uFTM-MG) Nanotubos de carbono e fulerenos são estruturas químicas constituídas por carbono, mas que apresentam formas estruturais diferentes. Os nanotubos de carbono são estruturas cilíndricas e podem ser utilizados, em escalas nanométricas, em circuitos nanoeletrônicos. Já o fulereno apresenta a forma de uma esfera oca, podendo aprisionar átomos ou moléculas. Seu uso na Medicina está sendo estudado, uma vez que o fulereno pode transportar medicamentos pelo corpo humano. FulerenoNanotubos de carbono O fenômeno relacionado à propriedade do carbono de se apresentar em diferentes estruturas é conhecido como A) alotropia. B) atomicidade. C) isobaria. d) isotonia. E) isotopia. 06. (uPF-rS) duas substâncias elementares que apresentam uma mesma composição química, porém com organização cristalina diferente, são consideradas formas alotrópicas uma da outra. Assim, são considerados formas alotrópicas o diamante e a grafite. A respeito dessas duas substâncias, são apresentadas as afirmações a seguir: I. Tanto o diamante quanto a grafite são substâncias formadas por constituintes amoleculares. ii. Nenhum dos dois compostos conduz corrente elétrica. iii. Suas temperaturas de fusão e ebulição são elevadas, sendo ambos muito quebradiços. iV. Na natureza, são encontradas na fase de agregação sólida. V. São consideradas substâncias moleculares. São verdadeiras as afirmações: A) i, ii e iii B) ii e V C) i, iii e iV d) ii e iV E) Todas 3AVF Frente A Módulo 10 14 Coleção 6V 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 14 21/01/2020 15:50:47 07. (uFPB) Novos materiais, como o grafeno, ameaçam a liderança do silício, que é o principal elemento utilizado na fabricação de microchips. O grafeno apresenta boa condutividade térmica e elétrica, além de possuir melhores propriedades semicondutoras em comparação ao silício. Também é transparente, tem elasticidade e poderá ser empregado em telas finas e flexíveis. A figura mostra a estrutura do grafeno, constituída por átomos de carbono, cujo arranjo forma uma folha com somente um átomo de espessura. disponível em: <http://blogs.nature.com/news/2012/03/ sparks-fly-overgraphene-energy-device.html>. Acesso em: 15 mar. 2012. de acordo com o texto e com os conhecimentos sobre matéria e sua constituição, é correto afirmar: A) O grafeno e o diamante são isótopos do carbono. B) A ligação entre os átomos de carbono no grafeno é do tipo metálica. C) O grafeno e a grafita são variedades alotrópicas do carbono. d) O grafeno é uma substância composta. E) O carbono é um metal e, por isso, pode substituir o silício na fabricação de microchips. 08. (uEFS-BA) A forma como os átomos se unem influencia as propriedades de metais de espécies iônicas, de moléculas, de agregados iônicos e moleculares, o que põe em evidência a relação entre propriedades físicas e químicas de substâncias com as ligações químicas e a natureza de interações interpartículas. Considerando-se essas informações sobre a relação entre as propriedades físicas e químicas com as ligações químicas, é correto afirmar: A) As substâncias simples alotrópicas, como o enxofre rômbico, S8, e o fósforo branco, P4, possuem átomos unidos por ligações covalentes e interações intermoleculares de natureza dipolo instantâneo-dipolo induzido. B) As substâncias químicas que possuem retículos cristalinos covalentes, como o diamante e o dióxido de silício, são classificadas como moleculares. C) Os retículos cristalinos iônicos, a exemplo dos que existem no Al2O3 e no LiCl, evidenciam a natureza polar dessas substâncias. VE1A d) O quartzo, (SiO2)n, e a grafite, Cn, possuem ponto de ebulição e de fusão muito baixos em relação aos do CaCO3(s) e do NaCl(s). E) Os metais são sólidos que possuem retículos cristalinos nos quais os átomos se encontramunidos por ligações iônicas. exerCíCIos propostos 01. (unesp) Os recém-descobertos fulerenos são formas alotrópicas do elemento químico carbono. Outras formas alotrópicas do carbono são A) isótopos de carbono-13. B) calcário e mármore. C) silício e germânico. d) monóxido e dióxido de carbono. E) diamante e grafite. 02. (FASEH-MG–2017) As propriedades físicas dos sólidos cristalinos estão relacionadas com o tipo de força de interação entre suas partículas. Sobre os sólidos moleculares e suas propriedades, foram feitas as seguintes afirmativas: i. Os sólidos moleculares consistem em átomos unidos em grandes redes ou cadeias por ligações covalentes. ii. Os sólidos moleculares têm forças de ligações predominantes fracas, fazendo com que eles sejam macios. iii. Os sólidos moleculares têm ligações cujos elétrons de valência são deslocalizados, favorecendo uma boa condutividade elétrica. Estão incorretas as afirmativas: A) i e ii, apenas. B) i e iii, apenas. C) ii e iii, apenas. d) i, ii e iii. 03. (PuC-Campinas-SP) O uso em larga escala de desodorantes sob a forma de aerossóis contendo clorofluorcarbonos (CFCs) como propelentes foi um dos fatores que levou à formação de “buracos” na camada de ozônio. um mecanismo proposto para essa “destruição” envolve átomos de cloro “livres” provenientes da interação dos CFCs com radiação ultravioleta e é o seguinte: 2Cl + 2O3 → 2ClO + 2O2 ClO + ClO → Cl2O2 Cl2O2 + luz → Cl + ClOO ClOO → Cl + O2 AT1Q Ligações Covalentes II Q U ÍM IC A 15Bernoulli Sistema de Ensino 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 15 21/01/2020 15:50:47 Analisando-se tal mecanismo, pode-se notar i. a presença de duas variedades alotrópicas do oxigênio. ii. o envolvimento de radicais livres. iii. que ele ocorre em cadeia. iV. que a transformação química global é 2O3 + luz → 3O2. Estão corretas as afirmações A) i e ii, somente. B) ii e iii, somente. C) i, ii e iii, somente. d) ii, iii e iV, somente. E) i, ii, iii e iV. 04. (udESC) O carbono é um dos elementos de maior aplicação em nanotecnologia. Em diferentes estruturas moleculares e cristalinas, ele apresenta uma vasta gama de propriedades mecânicas e eletrônicas distintas, dependendo da sua forma alotrópica. Por exemplo, os nanotubos de carbono podem ser ótimos condutores de eletricidade, já o diamante possui condutividade muito baixa. Essas diferenças estão relacionadas com a hibridização do átomo de carbono nos diferentes alótropos. Com relação aos alótropos de carbono, é incorreto afirmar: A) Os nanotubos de carbono são formados por ligações entre carbonos sp2 similares àquelas da grafite. B) O diamante, em que o carbono tem hibridização sp3, é o mineral mais duro que se conhece, o que o torna um excelente abrasivo para aplicações industriais. C) A grafite, que apresenta carbono com hibridização sp, não conduz eletricidade. d) O termo “carbono amorfo” é usado para designar formas de carbono, como a fuligem e o carvão, que não apresentam estrutura cristalina. E) A grafite, que apresenta carbono com hibridização sp2, pode conduzir eletricidade devido à deslocalização de elétrons de ligações (π) acima e abaixo dos planos de átomos de carbono. JMID 05. (unimontes-MG) Observe as estruturas de quatro substâncias no estado sólido: Manganês (Mn) Fluoreto de cálcio (CaF2) Esferas maiores: Ca2+ Esferas menores: F– Brometo de hidrogênio (HBr) Esferas claras: H+ Esferas escuras: Br– Fulereno (C60) Os desenhos representam os modelos para as respectivas estruturas, sendo os átomos representados pelas esferas. Sobre as propriedades desses sólidos, pode-se afirmar que A) os átomos de manganês se separam na fusão, desfazendo o cristal. B) o CaF2 contém íons que se deslocam para conduzir corrente elétrica. C) os átomos da molécula de HBr permanecem unidos em água líquida. d) as moléculas na substância fulereno estão ligadas fortemente entre si. CQO8 Frente A Módulo 10 16 Coleção 6V 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 16 21/01/2020 15:50:48 06. (uFrN) A representação da estrutura de substâncias usando-se modelos é um recurso importante para a Química, pois possibilita estudar as relações entre a estrutura e as propriedades, questão essencial para se pensar nas aplicações das substâncias. A seguir, estão representadas quatro estruturas de substâncias. Estrutura I Estrutura II Estrutura III Estrutura IV Considerando-se essas estruturas, é correto afirmar: A) i representa a estrutura cristalina do diamante. B) ii representa a estrutura cristalina do cloreto de sódio. C) III representa a estrutura molecular da grafita. d) iV representa a estrutura molecular do etano. 07. (udESC) um químico encontrou duas substâncias sólidas desconhecidas, A e B, e fez as seguintes observações: i. A substância A é solúvel em água e insolúvel em hexano, já a substância B é insolúvel em água e em hexano. ii. A substância A não conduz corrente elétrica no estado sólido, mas apresenta alta condutividade elétrica quando em solução aquosa ou no estado fundido, já a substância B não conduz eletricidade e não se funde quando aquecida até 1 000 ºC. iii. A substância B apresenta elevada dureza. Considerando-se essas características, pode-se dizer que as substâncias A e B são, respectivamente, um(a) A) sólido iônico e um sólido covalente. B) substância molecular polar e uma substância molecular apolar. C) sólido iônico e uma substância molecular apolar. d) sólido iônico e um metal. E) substância molecular polar e um sólido covalente. 08. (uFOP-MG) Carbono e silício são elementos pertencentes ao grupo 14 da tabela periódica, e formam os óxidos CO2 e SiO2, respectivamente. O dióxido de carbono é um gás à temperatura ambiente e pressão atmosférica normal, já o SiO2 é um sólido que se funde a cerca de 1 700 °C. Por que há uma diferença tão grande nas propriedades físicas desses dois óxidos? A) Porque o CO2 é um composto molecular e o SiO2 é um composto iônico. B) Porque a ligação carbono-oxigênio no CO2 é muito mais fraca que a ligação silício-oxigênio no SiO2. C) Porque a ligação carbono-oxigênio no CO2 é muito menos polar que a ligação silício-oxigênio no SiO2. d) Porque o CO2 é um composto molecular e o SiO2 é uma rede covalente sólida Ligações Covalentes II Q U ÍM IC A 17Bernoulli Sistema de Ensino 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 17 21/01/2020 15:50:49 12. (uFMG) Carbono é um elemento cujos átomos podem se organizar sob a forma de diferentes alótropos. Considere essas informações e as representações de três desses alótropos: DH de combustão a 25 ºC / (kJ/mol) Estrutura Grafita (C) –393,5 diamante (C) –395,4 Fulereno (C60) –25 968,0 A) Calcule os calores liberados, em kJ, na combustão de 1 mol de átomos de carbono de grafita e de fulereno. deixe seus cálculos registrados, explicitando, assim, seu raciocínio. B) indique o número de átomos a que está diretamente ligado um átomo de carbono nas três formas alotrópicas de carbono representadas no quadro anterior. C) A queima de um mol de átomos de carbono na forma de fulereno libera uma energia diferente da resultante da queima de um mol de átomos de carbono na forma de grafita. Essa diferença deve-se a uma tensão apresentada pelas ligações na estrutura do fulereno. Considerando os ângulos de ligação nas estruturas de grafita e de fulereno, explique a origem dessa tensão nas ligações do fulereno. d) É possível escolher um solvente adequado e, nele, dissolver o fulereno sólido, mas não é possível preparar uma solução de diamante ou de grafita, qualquer que seja o solvente usado. Considerando as estruturas dos sólidos, justifique essa diferença de comportamento. 4UU3 09. (iTA-SP) Associe a cada substância relacionada à esquerda as opções relacionadas à direita que melhor descrevem o estado de agregação em que ela é usualmente encontrada nas condiçõesambiente. i. Amônia a) Cristal covalente ii. iodo b) Cristal iônico iii. Óxido de cálcio c) Cristal molecular iV. Polietileno d) Estado vítreo V. Silício e) Gás Vi. Tetracloreto de carbono f) Líquido i ii iii iV V Vi A) b f a c d e B) e d c a b f C) f c b d a e d) e c b d a f E) f a d c b e 10. (iTA-SP) Entre as afirmações a seguir, assinale a que não se aplica ao grafite. A) Nota-se forte anisotropia na condutividade elétrica. B) Nas condições ambiente, é mais estável do que o diamante. C) É um polímero bidimensional com ligações de Van der Waals entre planos paralelos próximos. D) Grafite de lápis é uma mistura de grafite em pó e aglomerantes. E) É uma substância em que existem ligações híbridas tipo sp. 11. (FuVEST-SP) A figura a seguir traz um modelo da estrutura microscópica de determinada substância no estado sólido, estendendo-se pelas três dimensões do espaço. Nesse modelo, cada esfera representa um átomo e cada bastão, uma ligação química entre dois átomos. A substância representada por esse modelo tridimensional pode ser A) sílica, (SiO2)n. B) diamante, C. C) cloreto de sódio, NaCl. d) zinco metálico, Zn. E) celulose, (C6H10O5)n. Frente A Módulo 10 18 Coleção 6V 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 18 21/01/2020 15:50:49 seção enem 01. (Enem) A grafita é uma variedade alotrópica do carbono. Trata-se de um sólido preto, macio e escorregadio, que apresenta brilho característico e boa condutibilidade elétrica. Considerando essas propriedades, a grafita tem potência de aplicabilidade em: A) Lubrificantes, condutores de eletricidade e cátodos de baterias alcalinas. B) Ferramentas para riscar ou cortar materiais, lubrificantes e condutores de eletricidade. C) Ferramentas para amolar ou polir materiais, brocas odontológicas e condutores de eletricidade. D) Lubrificantes, brocas odontológicas, condutores de eletricidade, captadores de radicais livres e cátodo de baterias alcalinas. E) Ferramentas para riscar ou cortar materiais, nanoestruturas capazes de transportar drogas com efeito radioterápico. 02. Esta história começa em 1970. um grupo de químicos descobriu que alguns polímeros eram condutores elétricos. desde então, começou-se a pensar em fios de plástico, circuitos mais leves, músculos artificiais, entre outros. [...] Esses polímeros possuem ligações pi conjugadas – permitindo a mobilidade eletrônica ao longo da cadeia. [...] Polianilina é um dos mais importantes polímeros condutores e tem sido intensivamente estudada nos últimos anos, tanto do ponto de vista teórico como experimental. disponível em: <http://www.profpc.com.br/ Pol%C3%Admeros_condutores_eletricidade.htm>. N H N n m x N N H A propriedade condutividade elétrica e a estrutura molecular permitem classificar o polímero polianilina como um composto A) iônico, como o composto: O O O ON+ O O O 2PF6 – O O O N+ B) molecular, como o composto: C) covalente, como o composto: O OH Si Si O OH SiO OSi O OH SiO Si O OH SiO Si O OH SiO O ... ... ... ... ... ... ... ... ... Si d) covalente, como o composto: E) molecular, como o composto: SN R n NSR 03. diversos cientistas trabalham intensamente na construção de novos materiais, que poderão ter aplicações na Medicina, na tecnologia ou em outras áreas. uma das promessas de aplicação prática é o grafeno – uma das variedades alotrópicas do carbono. Esse elemento pode formar diversas substâncias simples, o grafeno, a grafita, os nanotubos de carbono e os fulerenos. A grafita é formada por vários planos enfileirados, e cada um desses planos é formado por anéis hexagonais condensados. O grafeno equivale a um desses planos, e os nanotubos equivalem a folhas de grafeno enroladas. Já os fulerenos são formados por ciclos hexagonais e pentagonais. Ligações Covalentes II Q U ÍM IC A 19Bernoulli Sistema de Ensino 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 19 21/01/2020 15:50:50 Grafeno Grafita Grafeno Grafita FulerenoNanotubo FulerenoNanotubo Em todas essas substâncias, há átomos de carbono que apresentam arranjos estruturais similares – exibem estruturas hexagonais, nas quais cada vértice apresenta um átomo de carbono hibridizado em sp2, tendo essas estruturas, portanto, deslocalização eletrônica. Entretanto, os fulerenos, ao contrário dos outros três materiais, não se revelam interessantes para a indústria eletrônica. Já o grafeno parece ser o mais promissor nessa área, pois, na forma pura, é um dos melhores condutores elétricos existentes. A diferença na condutividade elétrica entre o fulereno e os demais materiais se justifica pelo fato de o fulereno apresentar deslocalização eletrônica apenas A) nos ciclos hexagonais e não nos ciclos pentagonais, enquanto a grafi ta e os nanotubos exibem grandes espaços vazios, o que torna esses materiais menos densos que o grafeno e, portanto, piores condutores. B) nos ciclos pentagonais e não nos ciclos hexagonais, enquanto o grafeno apresenta maior planaridade entre os átomos, facilitando a deslocalização eletrônica. C) intramolecular, enquanto o grafeno apresenta maior planaridade entre os orbitais p em relação aos nanotubos, além de não apresentar vários planos, uma vez que não há condução entre eles. gAbArIto Aprendizagem Acertei ______ errei ______ • 01. C • 02. B • 03. B • 04. B • 05. A • 06. C • 07. C • 08. A propostos Acertei ______ errei ______ • 01. E • 02. B • 03. E • 04. C • 05. A • 06. B • 07. A • 08. d • 09. d • 10. E • 11. A 12. • A) Grafita: 393,5 kJ Fulereno: 432,8 kJ • B) Grafita Diamante Fulereno 3 4 3 • C) A maior energia liberada na combustão do fulereno se deve à tensão proveniente dos anéis pentagonais. Como os ângulos esperados seriam de 120º (ângulo de ligação de carbonos trigonais), o fato de, nos pentágonos do fulereno, esses ângulos estarem em torno de 108º gera uma tensão angular. • d) O fulereno é um sólido molecular, ao passo que a grafita é um sólido covalente. No primeiro, as unidades estruturais são moléculas C60 ligadas umas às outras por interações dipolo induzido- dipolo instantâneo, facilmente rompidas por ação de um solvente apolar. Já a dissolução do segundo envolveria, além da ruptura de interações dipolo induzido, a quebra de ligações mais intensas entre os átomos do tipo covalente. seção enem Acertei ______ errei ______ • 01. A • 02. E • 03. C meu aproveitamento total dos meus acertos: _____ de _____ . ______ % d) intermolecular, enquanto o grafeno apresenta maior planaridade entre os orbitais p em relação aos nanotubos ou à grafi ta, sendo, portanto, melhor condutor. E) n os ciclos hexagonais e não nos ciclos pentagonais, enquanto o grafeno apresenta maior planaridade entre os orbitais p em relação aos nanotubos ou à grafi ta, sendo, portanto, melhor condutor. frente A módulo 10 20 Coleção 6V 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 20 21/01/2020 15:50:52 geometrIA moLeCuLAr Em 1940, Sidgwick e Powell sugeriram que a forma geométrica de uma molécula poderia ser determinada pela distribuição, no espaço, dos pares de elétrons, ligantes ou não, do nível de valência de cada átomo. Para que esse arranjo seja estável, a repulsão entre esses pares de elétrons deve ser praticamente nula, e, para que isso ocorra, eles devem situar-se no espaço o mais afastado possível uns dos outros. Essa teoria é conhecida como Teoria da repulsão dos Pares de Elétrons da Camada de Valência (VSEPr: Valency Shell Electronic Pairs Repulsion). É por isso que o metano, por exemplo, tem estrutura tetraédrica e não quadrada plana. Veja as figuras a seguir: H H H H C A estrutura tetraédrica do metano mostra a separação máxima dos pares de elétrons das ligações. H H H H C A estrutura hipotética de um quadrado plano para o metano. Quando comparar essa estrutura com a da figura anterior, lembre-se de que todos os átomos na estrutura do quadrado estãonum mesmo plano (do papel), ao passo que, na estrutura tetraédrica os átomos estão em três dimensões. As formas geométricas de moléculas pequenas encontram-se representadas, a seguir, com todas as informações necessárias para identificá-las a partir das fórmulas moleculares. N. de átomos que se ligam Geometria molecular Forma da molécula Ângulos 2 Linear 180° 3 Linear 180° Angular (com presença de elétrons não ligantes no átomo central) Variável 4 Trigonal plana 120° Piramidal (com presença de um par de elétrons não ligantes no átomo central) Variável 5 Tetraédrica 109°28’ 6 Bipirâmide trigonal 120° e 90° 7 Octaédrica 90° 8 Bipirâmide pentagonal 72° e 90° Módulo 11 Frente A 21Bernoulli Sistema de Ensino QUÍMICA geometria molecular e polaridade das moléculas 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 21 21/01/2020 15:50:53 Exemplos de geometrias de alguns tipos de moléculas Exemplo desconhecido Tetraédrica Gangorra Quadrado planar Bipirâmide trigonal Pirâmide quadrada Octaédrica Bipirâmide pentagonal Linear Linear Trigonal Piramidal Geometria T Angular Linear Angular AX2E AX2E2 AX2 CO2 SO2 H2O AX2E3 AX2E4 I2F– BrIF– AX3 AX3E AX3E2 BF3 COC2 NH3 CF3 AX4 AX4E AX4E2 AX5E AX5 CH4 CH3C SF4 XeF4 PC5 PC4F IF5 SF6 IF7 AX6 AX7 E = Par eletrônico não ligante. X = Grupo ou átomo ligante. A = Átomo central. Geometria molecular Esse simulador permite que você conheça as diferentes geometrias que as moléculas podem apresentar. Boa atividade! HIbrIdIzAção A hibridização, ou hibridação, é a teoria que explica as ligações químicas nas moléculas. Trata-se do processo de combinação de orbitais atômicos num átomo (geralmente o central) de modo a gerar um novo conjunto de orbitais atômicos, os orbitais híbridos. Características do processo de hibridização • Ocorre entre orbitais não equivalentes. Os orbitais não são puros, daí sua forma ser geralmente diferente das formas puras. • O número de orbitais híbridos que se forma é igual ao número de orbitais atômicos que participa do processo de hibridização. • O processo de hibridização necessita de energia inicial, no entanto, na formação de ligações químicas, a liberação de energia é superior à absorção de energia. • As ligações covalentes formam-se mediante a sobreposição espacial (coalescência) de orbitais híbridos, ou entre orbitais híbridos e orbitais puros. frente A módulo 11 22 Coleção 6V 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 22 21/01/2020 15:50:54 Hibridização sp: Caso do berílio 4Be: 1s2 2s2 p sp sps Hibridização sp2: Caso do boro 5B: 1s2 2s2 2p1 s p p sp2 sp2 sp2 =++ Hibridização sp3: Caso do carbono 6C: 1s2 2s2 2p2 s p p p sp3 sp3 sp3 sp3 =+++ esquematicamente, temos: Hibridização Estado fundamental Promoção do elétron Hibridização Caso do berílio sp 180° Linear Be Be 1s2 2s2 2p0 1s2 2s1 2p1 1s2 sp sp 2p Caso do boro sp2 B 120° Plana B 1s2 2s2 2p1 1s2 2s1 2p2 1s2 2p sp2 sp2 sp2 Caso do carbono sp3 C 109,5° Tetraédrica C 1s2 2s2 2p2 1s2 2s1 2p3 1s2 sp3 sp3 sp3 sp3 Geometria Molecular e Polaridade das Moléculas Q U ÍM IC A 23Bernoulli Sistema de Ensino 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 23 21/01/2020 15:50:56 Hibridização Estado fundamental 120° 90° Caso do fósforo sp3d P P 1s2 3d0 3s2 3p3 2s2 2p6 Promoção dos elétrons 1s2 3d1 3s1 3p3 2s2 2p6 Hibridização 1s2 3d0 5 orbitais híbridos sp3d 2s2 2p6 Hibridização Estado fundamental 90° Caso do enxofre sp3d2 S S 90° 1s2 3d0 3s2 3p4 2s2 2p6 Promoção dos elétrons 1s2 3d2 3s1 3p3 2s2 2p6 Hibridização 1s2 3d0 6 orbitais híbridos sp3d2 2s2 2p6 frente A módulo 11 24 Coleção 6V 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 24 21/01/2020 15:50:57 Número de orbitais atômicos combinados Arranjo eletrônico Tipo de hibridização Número de orbitais híbridos ao redor do átomo central 2 Linear sp 2 3 Trigonal plana sp2 3 4 Tetraédrica sp3 4 5 Bipirâmide trigonal sp3d 5 6 Octaédrica sp3d2 6 poLArIdAde dAs moLéCuLAs uma molécula será polar se a soma vetorial de todos os momentos dipolares (μ) de suas ligações for diferente de zero. Caso isso não ocorra, a molécula será apolar. Exemplos: H—Be—Cl Molécula polar C� C H H H Molécula polar O=C=O Molécula apolar H—H Molécula apolar Como o μ (momento dipolar resultante) é obtido por uma soma vetorial, é importante levar em consideração a geometria da molécula para não incorrer em erro. Exemplo: H2O Geometria incorreta ⇒ molécula apolar H—O—H μ = 0 Geometria correta ⇒ molécula polar O H H μ ≠ 0 Observe que, no caso de moléculas apolares, estas podem ser formadas por ligações polares. Exemplo: B H H H *ligação polar ⇒ molécula apolar O quadro a seguir apresenta, para as geometrias mais comuns, as possibilidades de polaridade das moléculas. Geometria Condição: ligantes ao átomo central Polaridade Linear, trigonal plana, tetraédrica e bipiramidal iguais Apolar diferentes Polar Angular e piramidal iguais ou diferentes Polar Geometria Molecular e Polaridade das Moléculas Q U ÍM IC A 25Bernoulli Sistema de Ensino 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 25 21/01/2020 15:50:57 exerCíCIos de AprendIzAgem 01. (uECE–2019) O átomo de carbono tem quatro elétrons externos e pode formar quatro ligações covalentes, distribuídas em geometrias distintas, que resultam estruturas espaciais diferentes. Considerando essa informação, analise os três itens a seguir: Ligações Geometria Ângulo i. 2 simples e 1 dupla tetraédrica 120° ii. 1 simples e 1 tripla linear 180° iii. 2 duplas angular 109° Está correto somente o que consta em A) i. B) i e iii. C) ii e iii. d) ii. 02. (uFC-CE) Assinale a alternativa em que não há exata correspondência entre a molécula e sua forma geométrica. A) N2 – Linear B) CO2 – Linear C) H2O – Angular d) CCl4 – Tetraédrica E) BF3 – Pirâmide trigonal 03. (Fafeod-MG) As espécies químicas NF3, SO2, SO4 2– e CO2 possuem, respectivamente, as seguintes geometrias moleculares: A) Pirâmide trigonal, forma de V, tetraédrica, linear B) Triangular plana, forma de V, quadrado planar, linear C) Forma de T, linear, tetraédrica, forma de V d) Triangular plana, linear, quadrado planar, linear E) Pirâmide trigonal, linear, tetraédrica, forma de V 04. (uEFS-BA) As estruturas de Lewis não definem as formas espaciais de espécies químicas, entretanto mostram apenas o número e os tipos de ligações entre átomos. A forma espacial é determinada pelos ângulos formados entre as linhas imaginárias que unem os núcleos desses átomos. Os ângulos de ligação, juntamente com o comprimento de ligações, definem, de maneira exata, a forma espacial e o tamanho de uma molécula. DOBQ Ø6ZS Levando-se em consideração essas informações e os modelos de ligações químicas, é correto afirmar: A) A molécula de CCl4 possui ligações C–Cl de comprimentos diferentes porque tem forma geométrica piramidal. B) O íon SnCl3 – possui forma geométrica tetraédrica porque os ângulos entre as ligações Cl–Sn–Cl são iguais a 90°. C) Os ângulos formados entre as ligações Cl–C=O e entre as ligações Cl–C–Cl, na molécula de Cl2CO, são iguais a 120 °C. d) A forma geométrica angular da molécula de SO2 permite a menor repulsão entre os pares de elétrons ligantes com o não ligante do átomo central de enxofre. E) A molécula de ozônio, O3, possui três ligações sigma, σ, entre átomos de oxigênio e tem forma cíclica de acordo com o modelo de ligação de Lewis. 05. (FASEH-MG) Considere os seguintes compostos: i. SO2 ii. NH3 iii. CH2Cl2 iV. CO2 Sobre os compostos citados, é correto afirmar que A) i e ii são compostos polares com geometria angular e piramidal respectivamente. B) ii e iii são compostos polares com geometria piramidal e angular respectivamente. C) iii e iV são compostos apolares com geometria tetraédrica e angular respectivamente. d) i e iV são compostos apolares com geometria angular elinear respectivamente. 06. (unioeste-Pr) Para a constituição de seres vivos, é necessária a formação de moléculas e de ligações químicas, formadas entre os orbitais atômicos e / ou os orbitais híbridos. Associado aos orbitais descritos nessa questão, é correto afirmar: A) A hibridização não altera a forma dos orbitais. B) Cada orbital p comporta, no máximo, 2 elétrons. C) Todos os orbitais s possuem mesmo tamanho e formato. d) A hibridização de orbitais só ocorre no átomo de carbono. E) Os orbitais sp3 formam moléculas planas. 07. (uFC-CE) Fugir da poluição das grandes cidades, buscando ar puro em cidades serranas consideradas oásis em meio à fumaça, pode não ter o efeito desejado. SB5N Frente A Módulo 11 26 Coleção 6V 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 26 21/01/2020 15:50:58 resultados recentes obtidos por pesquisadores brasileiros mostraram que, em consequência do movimento das massas de ar, dióxido de enxofre (SO2) e dióxido de nitrogênio (NO2) são deslocados para regiões distantes e de maior altitude. Curiosamente, esses poluentes possuem propriedades similares, que se relacionam com a geometria molecular. Assinale a alternativa que descreve corretamente essas propriedades. A) Trigonal plana; polar; sp3 B) Tetraédrica; apolar; sp3 C) Angular; apolar; sp2 d) Angular; polar; sp2 E) Linear; apolar; sp 08. (uFC-CE) uma característica dos halogênios é a formação de compostos com elementos do mesmo grupo, por exemplo, o ClF3 e o ClF5. A geometria molecular e a hibridação do átomo central nessas duas espécies são, respectivamente, A) trigonal plana, bipirâmide trigonal, sp2 e sp3d. B) em forma de T, bipirâmide trigonal, sp3d e sp3d. C) pirâmide trigonal, bipirâmide trigonal, sp3 e sp3d. d) em forma de T, pirâmide de base quadrada, sp3d e sp3d2. E) pirâmide trigonal, pirâmide de base quadrada, sp3 e sp3d2. exerCíCIos propostos 01. (PuC-SP–2018) As moléculas podem ser classificadas em polares e apolares. A polaridade de uma molécula pode ser determinada pela soma dos vetores de cada uma das ligações. Se a soma for igual a zero, a molécula é considerada apolar e, se a soma for diferente de zero, a molécula é considerada polar. Para determinar essa soma, são importantes dois fatores: a eletronegatividade dos átomos presentes nas moléculas e a geometria da molécula. A figura abaixo representa quatro moléculas em que átomos diferentes estão representados com cores diferentes. I II III IV ETTP Assinale a alternativa que apresenta a associação correta entre o número, a possível molécula, a geometria molecular e a polaridade, respectivamente. A) i – CO2 – linear – polar. B) ii – H2O – angular – apolar. C) iii – NH3 – trigonal plana – apolar. d) iV – CH4 – tetraédrica – apolar. 02. (FuVEST-SP) Os desenhos a seguir são representações de moléculas em que se procura manter proporções corretas entre raios atômicos e distâncias internucleares. I II III I II III Os desenhos podem representar, respectivamente, moléculas de A) oxigênio, água e metano. B) cloreto de hidrogênio, amônia e água. C) monóxido de carbono, dióxido de carbono e ozônio. d) cloreto de hidrogênio, dióxido de carbono e amônia. E) monóxido de carbono, oxigênio e ozônio. 03. (uFTM-MG) O Protocolo de Montreal completou 20 anos, e os progressos alcançados já podem ser notados. Segundo um ranking compilado pelas Nações unidas, o Brasil é o quinto país que mais reduziu o consumo de CFCs (clorofluorcarbonos), substâncias que destroem a camada de ozônio (O3). O acordo para redução desses poluentes foi assinado em 1987 por 191 países, que se comprometeram a reduzir o uso do CFC em extintores de incêndios, aerossóis, refrigeradores de geladeiras e ar-condicionado. Os CFCs podem ser compostos constituídos de um ou mais átomos de carbono ligados a átomos de cloro e / ou flúor. A molécula de ozônio apresenta geometria molecular A) angular. B) linear. C) piramidal. d) tetraédrica. E) trigonal plana. Geometria Molecular e Polaridade das Moléculas Q U ÍM IC A 27Bernoulli Sistema de Ensino 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 27 21/01/2020 15:50:58 04. (CMMG) utilizando o modelo de repulsão de pares de elétrons, um estudante preparou a tabela a seguir, que relaciona algumas espécies químicas e suas respectivas geometrias: Espécie química Geometria H3O+ Piramidal trigonal CO2 Linear SO4 2– Tetraédrica O número de erros cometidos pelo estudante é A) 0. B) 1. C) 2. d) 3. 05. (uEG-GO) As bexigas de forma ovoide, apresentadas na figura a seguir, representam nuvens eletrônicas associadas a ligações simples, duplas ou triplas entre átomos. Levando-se em consideração os compostos BeH2, H2O, BF3, CH4, NaCl e BaSO4, responda aos itens a seguir. A B C A) Associe, quando possível, os compostos às figuras representadas pelas bexigas. B) Entre as espécies CH4 e H2O, qual apresenta menor ângulo de ligação? Explique sua resposta. 06. (OBQ) Quais geometrias são possíveis para uma molécula do tipo ABn, cujo átomo central apresenta hibridação do tipo sp3? A) Tetraédrica, piramidal ou em forma de “V” (angular). B) Tetraédrica, piramidal ou triangular plana. C) Tetraédrica ou triangular plana. d) Tetraédrica ou piramidal. E) Somente tetraédrica. 07. (uFG-GO) Observe o seguinte esquema de um experimento no qual utilizam-se princípios do eletromagnetismo para observar a polaridade de moléculas. 6XZK Z15F Bastão carregado Filete líquido Experimento Carga do bastão Líquido 1 + C6H14 2 + CCl4 3 + CHCl3 4 – CHCl3 5 – CCl4 de acordo com o exposto, ocorrerá a atração do filete líquido pelo bastão em quais experimentos? A) 1 e 3 B) 2 e 5 C) 3 e 4 d) 1 e 5 E) 2 e 4 08. (PuC Minas) relacione a primeira coluna (fórmulas) com a segunda (conceitos). 1. N2 ( ) Ligação covalente polar e molécula polar 2. PH3 ( ) Ligação covalente apolar e molécula apolar 3. H2O ( ) Ligação covalente polar e molécula apolar 4. CO2 ( ) Ligações intermoleculares de hidrogênio 5. NaH ( ) Ligação iônica Assinale a associação encontrada. A) 5 – 4 – 3 – 2 – 1 B) 2 – 1 – 4 – 3 – 5 C) 2 – 3 – 1 – 4 – 5 d) 1 – 4 – 2 – 3 – 5 E) 3 – 1 – 4 – 2 – 5 Frente A Módulo 11 28 Coleção 6V 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 28 21/01/2020 15:50:58 09. (uFV-MG) A combinação de enxofre (16S) com oxigênio (8O) pode dar-se de várias maneiras. Qual a proporção mínima entre esses átomos para que se obtenha uma molécula apolar? A) um átomo de enxofre e um átomo de oxigênio. B) um átomo de enxofre e dois átomos de oxigênio. C) dois átomos de enxofre e três átomos de oxigênio. d) dois átomos de enxofre e um átomo de oxigênio. E) um átomo de enxofre e três átomos de oxigênio. 10. (uFrrJ) relacione a coluna da esquerda com a da direita. 1. dióxido de carbono a. Molécula polar linear 2. iodeto de hidrogênio b. Molécula polar angular 3. Água c. Molécula apolar tetraédrica 4. Metano d. Molécula apolar linear A associação correta é A) 1-a; 3-b; 4-c; 2-c. B) 1-d; 3-b; 4-c; 2-a. C) 2-a; 3-b; 4-d; 1-d. d) 1-d; 3-a; 4-c; 2-b. E) 2-d; 3-a; 4-c; 1-a. 11. (OBQ) A geometria molecular de uma espécie química pode ser prevista a partir do modelo de repulsão de dois pares de elétrons na camada de valência. A) Associe cada espécie química à respectiva geometria. i. SO2 ( ) Linear ii. CO2 ( ) Angular iii. SO3 ( ) Tetraédrica iV. NH3 ( ) Trigonal planar V. CH4 ( ) Quadrado planar Vi. XeF4 ( ) Pirâmide trigonal Vii. iF5 ( ) Bipirâmide trigonal Viii. PCl5 ( ) Pirâmide de base quadrada B) distribua as espécies anteriores em 2 grupos: Grupo A – moléculas apolares Grupo B – moléculas polares 12. (iTA-SP) Existem três estruturas possíveis para a molécula de PF3(CH3)2, em que o átomo de fósforo é o átomo central. desenhe as três estruturas e explique como valores de momento de dipolo obtidos experimentalmente podem ser utilizados para distingui-las.8VM2 seção enem 01. (Enem–2018) O grafeno é uma forma alotrópica do carbono constituído por uma folha planar (arranjo tridimensional) de átomos de carbono compactados e com a espessura de apenas um átomo. Sua estrutura é hexagonal, conforme a figura. Nesse arranjo, os átomos de carbono possuem hibridação A) sp de geometria linear. B) sp2 de geometria trigonal planar. C) sp3 alternados com carbonos com hibridação sp de geometria linear. d) sp3d de geometria planar. E) sp3d2 com geometria hexagonal planar. 02. Nos displays de cristal líquido (LCd), algumas impurezas são inseridas em um material que apresenta comportamento semelhante ao dos materiais em estado líquido, mas que consegue manter uma estrutura cristalina organizada em temperatura ambiente devido à sua estrutura rígida de eixo alongado. Quando o material está com sua estrutura não perturbada, ele permite a passagem de luz pelo seu meio. Quando se aplica uma tensão de maneira a fazer com que as moléculas de impureza colocadas na substância se movam e sejam orientadas, a estrutura cristalina é perturbada e as características ópticas do material se modificam, bloqueando a luz. Quando cessa o movimento das impurezas, a estrutura cristalina se recompõe, e o material volta a permitir a passagem de luz. Direção da luz incidente Camada de moléculas de cristal líquido rotacionadas de 90° (o plano da luz polarizada sofre rotação) Polarizador Diferença de potencial elétrico Vidro com ranhuras microscópicasPolarizador A luz passa A luz não passa Moléculas alinhadas com o campo elétrico (o plano da luz polarizada não sofre rotação) geometria molecular e polaridade das moléculas Q u ím IC A 29Bernoulli Sistema de Ensino 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 29 21/01/2020 15:50:59 gAbArIto Aprendizagem Acertei ______ errei ______ • 01. d • 02. E • 03. A • 04. d • 05. A • 06. B • 07. d • 08. d propostos Acertei ______ errei ______ • 01. d • 02. d • 03. A • 04. A 05. • A) BeH2 ⇒ Figura A BF3 ⇒ Figura B CH4 ⇒ Figura C meu aproveitamento • B) H2O. Na molécula de H2O, temos 4 pares de elétrons estereoativos, sendo dois pares ligantes e dois não ligantes. A repulsão entre os pares de elétrons não ligantes é maior que a repulsão entre os pares ligantes. Logo, o ângulo entre os átomos diminui. No caso, para CH4, o ângulo é de 109°28’ e, para H2O, é de 104,5°. • 06. A • 07. C • 08. B • 09. E • 10. B 11. • A) ii, i, V, iii, Vi, iV, Viii, Vii • B) Grupo A: ii, iii, V, Vi e Viii Grupo B: i, iV e Vii • 12. I. II. III. P F F F CH3 CH3 P F F F CH3 CH3 P F F F CH3 CH3 A estrutura iii é apolar e apresenta momento dipolar igual a zero. O momento dipolar das estruturas i e ii são maiores do que zero; contudo, o momento dipolar da estrutura i é maior do que o da estrutura ii. seção enem Acertei ______ errei ______ • 01. B • 02. d total dos meus acertos: _____ de _____ . ______ % Que substância poderia ser utilizada como impureza em um display de cristal líquido? A) O OH B) CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH2 CH2 CH3CH2C C C) CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 OH d) CH2 CH3HO CH N E) OHO OHO frente A módulo 11 30 Coleção 6V 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 30 21/01/2020 15:51:02 Muitas das substâncias presentes na natureza são formadas por átomos que se ligam uns aos outros, por ligações covalentes, formando as moléculas. A água, por exemplo, é uma substância molecular cujas intensas ligações covalentes atuam mantendo unidos os três átomos que compõem sua molécula, uma unidade discreta. Porém, alguma força deve atuar para que as moléculas em um copo de água não se separem umas das outras e se dispersem como um gás. A essa força de atração entre as moléculas dá-se o nome de interações intermoleculares, que são as responsáveis por manter unidas as moléculas de água na forma líquida. No caso de um gás ideal, desconsideramos a existência de ligações ou interações entre as moléculas. Entretanto, muitas substâncias tratadas como gases ideais nas condições ambiente, quando submetidas a pressões mais elevadas e a temperaturas mais baixas, se liquefazem e até se solidificam. Isso comprova a existência de interações intermoleculares até mesmo nessas substâncias. Muitas substâncias são mantidas no estado sólido por interações intermoleculares. Algumas delas apresentam alto grau de cristalinidade, como a sacarose, (C12H22O11(s)), e a ureia, (NH2)2CO(s). O físico alemão Johannes Diederik van der Waals recebeu, em 1910, o prêmio Nobel em Física pelas suas pesquisas com interações intermoleculares em gases reais e líquidos, e, por isso, é comum chamarmos as interações intermoleculares de um modo geral, exceto a ligação de hidrogênio, de forças de Van der Waals. É importante ressaltar que, apesar de estarmos tratando, neste momento, de interações intermoleculares, essas mesmas interações podem aparecer entre grupamentos de uma mesma molécula. Em tal situação, pode-se dizer que são interações intramoleculares e podem favorecer um determinado arranjo espacial molecular. INTERAÇÕES DIPOLO- -DIPOLO As moléculas de muitas substâncias são eletricamente neutras como um todo. No entanto, por fatores como diferença de eletronegatividade e arranjo geométrico, essas mesmas moléculas possuem um dipolo elétrico permanente. Isso significa que certas regiões dessa molécula têm a densidade eletrônica aumentada, provocando uma carga parcial negativa (ou polo negativo). Em contrapartida, há uma diminuição da probabilidade eletrônica em outras partes das moléculas polares, e, consequentemente, surge uma carga parcial positiva (ou polo positivo). Dessa forma, principalmente nos estados líquido e sólido, é muito comum as moléculas polares se alinharem e interagirem umas com as outras por interações eletrostáticas entre dipolos opostos. Essa interação é conhecida como dipolo-dipolo ou dipolo permanente-dipolo permanente. As interações dipolo-dipolo aparecem em todas as substâncias que apresentam moléculas polares. São geralmente menos intensas que as ligações entre íons e diminuem a intensidade de forma acentuada com o aumento da distância. δ+ δ– δ+ δ– Hidrogênio Carbono Cloro Moléculas de clorometano, CH3Cl, em uma fase condensada, alinhadas, interagindo por meio de seus polos de cargas opostas. O CH3Cl é um gás nas condições ambiente, que condensa a –24 °C e congela a –97 °C. INTERAÇÕES DIPOLO- -DIPOLO INDUZIDO Moléculas que têm dipolos permanentes podem distorcer a distribuição de carga elétrica em outras moléculas vizinhas, mesmo que estas não possuam dipolos permanentes (moléculas apolares), ou seja, a primeira molécula induz o aparecimento de um dipolo elétrico na outra. Essa interação é chamada de dipolo-dipolo induzido ou dipolo permanente- -dipolo induzido. Tal interação aparece apenas em soluções e explica o fato de algumas substâncias moleculares polares, como a propanona, C3H6O(l), formarem mistura homogênea com outras apolares como o hexano, C6H14(l). MÓDULO 12 FRENTE A 31Bernoulli Sistema de Ensino QUÍMICA Interações Intermoleculares δ+ δ– Hidrogênio Oxigênio Carbono Molécula de propanona interagindo com outra de hexano. O polo negativo permanente da primeira molécula repeliu os elétrons da região da segunda, da qual se aproximou, fazendo surgir ali um polo positivo induzido e, consequentemente, o polo negativo aparece em outra região da molécula. INTERAÇÕES DIPOLO INSTANTÂNEO-DIPOLO INDUZIDO Mesmo em moléculas que não possuem momento de dipolo permanente (moléculas apolares), existe uma força de atração. Esse é o caso do gás nitrogênio, N2(g), e do líquido orgânico benzeno, C6H6(l). Essas ligações foram reconhecidas, pela primeira vez, pelo físico polonês Fritz London, que as relacionou com o movimento eletrônico nas moléculas. London sugeriu que, em um determinado instante, o centro de carga negativa dos elétrons e o de carga positiva do núcleoatômico poderiam não coincidir. Essa flutuação eletrônica poderia transformar as moléculas apolares, tal como o benzeno, em dipolos temporários, mesmo que, após certo intervalo de tempo, a polarização média seja zero. Esses dipolos instantâneos não podem orientar-se para um alinhamento de suas moléculas, mas eles podem induzir a polarização das moléculas adjacentes, resultando em forças atrativas. Estas são conhecidas como forças de dispersão, forças de London ou dipolo instantâneo-dipolo induzido e estão presentes em todas as moléculas apolares e polares. δ+ δ– δ+ δ– Gasoso (a) (b) Liquefeito Átomos de argônio (a) no estado gasoso e (b) liquefeito. No estado líquido, os átomos interagem-se mais. As forças de London são as únicas interações intermoleculares no caso das substâncias formadas por moléculas apolares, e são importantes também no caso de algumas substâncias moleculares polares. Essas interações tendem a ser mais fracas no caso de moléculas menores. No entanto, em casos de moléculas grandes, com muitos elétrons, as distorções eletrônicas podem criar dipolos instantâneos mais intensos. Supõe-se que, em tais casos, é maior a possibilidade de polarização instantânea da nuvem eletrônica, com o consequente aumento global das interações intermoleculares. No iodo, por exemplo, as interações intermoleculares são suficientemente intensas para permitir a sua existência no estado sólido à temperatura ambiente, ao contrário do que acontece com os outros halogênios com menor número atômico. Halogênio Ponto de fusão normal / °C Ponto de ebulição normal / °C F2 –219,6 –188,1 Cl2 –101,0 –34,6 Br2 –7,2 58,8 I2 113,5 184,3 LIGAÇÕES DE HIDROGÊNIO Algumas substâncias apresentam um tipo de interação dipolo-dipolo bastante diferenciada. A água e a amônia, quando comparadas a outros hidretos da mesma família do oxigênio e do nitrogênio, ou mesmo de outras colunas, apresentam temperaturas de ebulição bem elevadas. O que acontece é que átomos de hidrogênio, com geralmente apenas um próton e um elétron, ligam-se a átomos de alta eletronegatividade como os de flúor, oxigênio e nitrogênio. Como o elétron é fortemente atraído pelo átomo eletronegativo, esse próton encontra-se parcialmente exposto (próton desprotegido). Tal próton pode interagir diretamente com os elétrons de outra molécula, resultando em uma forte rede de interações intermoleculares. Essa interação é chamada de ligação de hidrogênio e ocorre sempre entre átomos de hidrogênio fortemente polarizados positivamente e regiões de densidade eletrônica negativa: pode ser o polo negativo de outra molécula, outro grupamento da mesma molécula ou mesmo um íon. CH4 NH3 H2O100 Po nt o de e bu liç ão / ° C 0 –100 –200 2 3 Período 4 5 H2S HC PH3 SiH4 HBr H2Se GeH4 AsH3 H2Te HI SbH3SnH4 HF Diagrama mostrando o ponto de ebulição dos hidretos das colunas 14, 15, 16 e 17. Frente A Módulo 12 32 Coleção 6V (a) Å1,0 2δ– δ+ δ+ δ+ δ+ 2δ– Ligação de hidrogênio (b) 2,8 Å 1,8 Å ��� Moléculas de água no estado líquido (a) e na forma de gelo (b). INTERAÇÕES ÍON-DIPOLO As interações íon-dipolo não são “interações intermoleculares” no sentido literal do termo, pois não ocorrem entre duas moléculas, mas sim entre íons e moléculas – geralmente moléculas polares. Essas são observadas nas soluções de substâncias iônicas ou ionizáveis em solventes moleculares, e são muito importantes como forças de solvatação. As interações íon-dipolo são, geralmente, mais intensas que as interações intermoleculares típicas. Comparando-se a interação íon-dipolo com a ligação íon-íon (iônica), nota-se que a primeira apresenta normalmente menor intensidade. Podemos afirmar, também, que as interações íon-dipolo são mais fortes quando o raio iônico é menor e a carga elétrica dos íons é maior. EXERCÍCIOS DE APRENDIZAGEM 01. (UFLA-MG–2018) No gelo seco, moléculas de dióxido de carbono (CO2) passam para o estado sólido ao serem resfriadas a uma temperatura abaixo de –78 °C. As moléculas de CO2 do gelo seco estão unidas por: A) Dipolo permanente B) Ligações covalentes C) Interações entre íons D) Forças de Van der Waals 02. (UFRN) O metano (CH4) é uma substância constituinte do gás natural, utilizado como combustível para a produção de energia. Nas condições do ambiente (a 25 °C e 1,0 atm), o metano se apresenta no estado gasoso, pois suas moléculas e suas interações são, respectivamente, Tipo de moléculas Tipo de integração A) Apolares Dipolo instantâneo-dipolo induzido B) Polares Dipolo-dipolo C) Apolares Dipolo-dipolo D) Polares Dipolo instantâneo-dipolo induzido 03. (FGV-SP) O segmento empresarial de lavanderias no Brasil tem tido um grande crescimento nas últimas décadas. Entre os solventes mais empregados nas lavanderias industriais, destacam-se as isoparafinas, I, e o tetracloroetileno, II, conhecido comercialmente como percloro. Um produto amplamente empregado no setor de lavanderia hospitalar é representado na estrutura III. Disponível em:<http://www.freedom.inf.br/revista/hc18/ household.asp>. O O OH H3C I. II. III. C CC CC C= H C H C C H H H H C H H H C H H C H H C H H H Disponível em:<http://www.ccih.med.br/Caderno%20E.pdf> (Adaptação). Considerando cada uma das substâncias separadamente, as principais forças intermoleculares que ocorrem em I, II e III são, correta e respectivamente: A) dipolo–dipolo, dipolo induzido–dipolo induzido, dipolo–dipolo. B) dipolo–dipolo; dipolo–dipolo; ligação de hidrogênio. C) dipolo induzido–dipolo induzido; dipolo induzido – dipolo induzido; ligação de hidrogênio. D) ligação de hidrogênio; dipolo induzido–dipolo induzido; dipolo induzido–dipolo induzido. E) ligação de hidrogênio; dipolo–dipolo; ligação de hidrogênio. Interações Intermoleculares Q U ÍM IC A 33Bernoulli Sistema de Ensino 04. (UFU-MG) As substâncias SO2, NH3, HCl e Br2 apresentam as seguintes interações intermoleculares, respectivamente: A) dipolo-dipolo, ligação de hidrogênio, dipolo-dipolo e dipolo induzido-dipolo induzido. B) dipolo instantâneo-dipolo induzido, dipolo-dipolo, ligação de hidrogênio, dipolo-dipolo. C) dipolo-dipolo, ligação de hidrogênio, ligação de hidrogênio e dipolo-dipolo. D) forças de London, dipolo-dipolo, ligação de hidrogênio e dipolo induzido-dipolo induzido. 05. (UFRN) Observe a tabela a seguir: Substância Massa molecular Tipo de força intermolecular Ponto de ebulição (ºC) Butano 58 I 0,6 Metil-etil-éter 60 II 8,0 n-propanol 60 III 97 Com base nos dados da tabela, assinale a opção em que os tipos de interação entre moléculas semelhantes substituem I, II e III, respectivamente. A) Dipolo induzido – pontes de hidrogênio – dipolo permanente B) Dipolo permanente – dipolo induzido – pontes de hidrogênio C) Pontes de hidrogênio – dipolo induzido – dipolo permanente D) Dipolo induzido – dipolo permanente – pontes de hidrogênio 06. (UFTM-MG) Compostos orgânicos contendo halogênios, oxigênio ou nitrogênio podem ser produzidos a partir de hidrocarbonetos e são empregados em processos industriais como matéria-prima ou solventes. Considerando os compostos, em estado líquido, I. H3C F II. H3C H3C CH3O O III. H2N NH2 as principais interações intermoleculares que ocorrem em cada um deles são, respectivamente, A) dipolo-dipolo; ligação de hidrogênio; dipolo-dipolo. B) dipolo-dipolo; dipolo-dipolo; ligação de hidrogênio. C) ligação de hidrogênio; dipolo-dipolo; dipolo-dipolo. D) ligação de hidrogênio; dipolo-dipolo; ligação de hidrogênio. E) ligação de hidrogênio; ligação de hidrogênio; dipolo-dipolo. 07. (UEMG) Três frascos denominados A, B e C contêm, respectivamente, NaCl(s), HNO3(l) e CO2(g). Em termos de forças intermoleculares, é correto afirmar que, A) em A, observa-se força dipolo-dipolo. B) em B, observa-se força eletrostática. C) em C, observa-se força de Van der Waals.D) em A e B, os compostos são apolares. E) em B e C, os compostos são polares. 08. (UFC-CE) Recentemente, uma pesquisa publicada na revista Nature (v. 405, p. 681, 2000) mostrou que a habilidade das lagartixas (víboras) em escalar superfícies lisas como uma parede, por exemplo, é resultado de interações intermoleculares. Admitindo-se que a parede é recoberta por um material apolar e encontra-se seca, assinale a alternativa que classifica corretamente o tipo de interação que prevalece entre as lagartixas e a parede, respectivamente. A) Íon-íon B) Íon-dipolo permanente C) Dipolo induzido-dipolo induzido D) Dipolo permanente-dipolo induzido E) Dipolo permanente-dipolo permanente EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. (CEFET-MG–2018) Para o preparo do soro caseiro, é necessário dissolver o cloreto de sódio em água. A dissolução do NaCl em H2O consiste em um processo ________________, durante o qual, as interações responsáveis por manter os íons separados em meio aquoso são chamadas de _______________. Os termos que completam, respectivamente, as lacunas são A) químico e dipolo-dipolo. B) físico e dipolo-dipolo. C) químico e íon-dipolo. D) físico e íon-dipolo. Frente A Módulo 12 34 Coleção 6V 02. (CMMG–2018) As ligações fortes e as interações intermoleculares predominantes no tetracloreto de carbono (CCl4) líquido são, respectivamente: A) covalentes apolares e dipolos permanentes. B) covalentes polares e dipolos permanentes. C) covalentes apolares e dipolos induzidos. D) covalentes polares e dipolos induzidos. 03. (FMTM-MG) Os sintomas de uma pessoa apaixonada, como respiração ofegante e batimento cardíaco acelerado, são causados por um fluxo de substâncias químicas, entre elas a serotonina. Serotonina HO CH2 CH2 NH2 N H A interação mais importante presente nessa estrutura é A) eletrostática. B) van der Waals. C) ligação de hidrogênio. D) dipolo-dipolo. E) dispersão de London. 04. (UFES) A existência de pontes de hidrogênio só é possível entre compostos quando há A) um elemento fortemente eletropositivo ligado a um átomo de hidrogênio. B) dois elementos, um fortemente eletropositivo e outro fortemente eletronegativo, ligados entre si. C) um elemento fortemente eletronegativo, dotado de pares de elétrons não compartilhados, ligado ao hidrogênio. D) um aumento muito grande na intensidade das forças de London. E) uma ligação química entre o hidrogênio e os elementos de transição externa. 05. (UFMG) Um adesivo tem como base um polímero do tipo álcool polivinílico, que pode ser representado por esta estrutura: OH OH OH ...... A ação adesiva desse polímero envolve, principalmente, a formação de ligações de hidrogênio entre o adesivo e a superfície do material a que é aplicado. Considere a estrutura destes quatro materiais: Cloreto de polivinila C C C Celulose OHO O O HO OH OHO O O HO OHHO HO OH O Polietileno Poliestireno ... ... ... ...... ... ... ... Com base nessas informações, é correto afirmar que o adesivo descrito deve funcionar melhor para colar A) celulose. B) cloreto de polivinila. C) polietileno. D) poliestireno. 06. (FMTM-MG) A fralda descartável absorve a urina e evita o contato desta com a pele do bebê. Algumas fraldas descartáveis, entretanto, continuam sequinhas, mesmo após absorverem uma grande quantidade de urina. O segredo dessas fraldas reside em um produto químico: o poliacrilato de sódio, um polieletrólito. O poliacrilato de sódio seco, estrutura representada a seguir, quando misturado com água, forma um gel que pode aprisionar cerca de 800 vezes o seu peso em água. A camada interna da fralda também é feita com um polímero, o polipropileno, que não fica molhado, evitando as assaduras no bebê. CH2 C C H ONa O n Quanto aos polímeros poliacrilato de sódio e polipropileno, é correto afirmar que A) o poliacrilato de sódio forma ligações de hidrogênio com a água, responsável pela formação do gel. B) o polipropileno não é molhado pela água porque é hidrofílico. C) a forte interação do poliacrilato de sódio com a água é devido às forças de dispersão de London. D) o polipropileno não é molhado pela urina porque esta é ácida. E) as ligações de hidrogênio intermoleculares no polipropileno são mais intensas do que as deste com a água, fazendo com que não se molhe com água. Interações Intermoleculares Q U ÍM IC A 35Bernoulli Sistema de Ensino 07. (UFV-MG) A bifenila é um composto com ação fungistática, inibe a esporulação de fungos. A 1-metilpropilamina é um fungicida utilizado no controle de fungos em batatas e diversas espécies de frutas cítricas. O ácido cloroacético e seu sal de sódio são comercializados como herbicidas. O decan-1-ol é comercializado como regulador do crescimento de plantas. Bifenila I Ácido cloroacético III Decan-1-ol IV 1-metilpropilamina II CCH2CO2H CH3(CH2)8CH2—OH NH2 A) Entre os compostos I, II, III e IV, quais são capazes de formar ligações de hidrogênio entre moléculas da mesma espécie? B) Que tipo de força intermolecular atua entre as moléculas da bifenila? 08. (UFG-GO) Superfícies de vidro podem ser modificadas pelo tratamento com clorotrimetilsilano, como representado a seguir: + n(CH3)3SiC� + nHC� OH OH OH OH Si Si Si Si CH3 CH3 CH3 O SiSi O Si(CH3)3Si O Si(CH3)3Si O CH3 CH3 CH3 SiSi Em qual superfície, se utilizada, como janelas, a água escoaria mais rapidamente? Justifique sua resposta. 09. (FGV-SP) O corante índigo é usado mundialmente na indústria têxtil no tingimento de denim, tecido dos artigos de jeans, e é preparado sinteticamente a partir da seguinte reação. OH O [O] O N H N H NaOH / KOH / NaNH2 Matéria-prima Corante índigo O N N H Intermediário O H No produto final da reação, prepondera o isômero representado, que tem maior estabilidade devido às interações intramoleculares representadas na figura. A função orgânica em comum aos três compostos representados na equação de reação, a classificação do isômero e o tipo de interação intramolecular da molécula do corante índigo são, respectivamente: A) amina, isômero cis, força de London. B) amina, isômero trans, força de London. C) amina, isômero trans, ligação de hidrogênio. D) amida, isômero cis, força de London. E) amida, isômero trans, ligação de hidrogênio. 10. (UFMG) Este quadro apresenta as temperaturas de fusão e de ebulição das substâncias Cl2, ICl e I2. Substância Temperatura de fusão / ºC Temperatura de ebulição / ºC Cl2 –102 –35 ICl +27 +97 I2 +113 +184 Considerando-se essas substâncias e suas propriedades, é correto afirmar que, A) no ICl, as interações intermoleculares são mais fortes que no I2. B) a 25 ºC, o Cl2 é gasoso, o ICl é líquido e o I2 é sólido. C) na molécula do ICl, a nuvem eletrônica está mais deslocada para o átomo de cloro. D) no ICl, as interações intermoleculares são, exclusivamente, do tipo dipolo instantâneo-dipolo induzido. 11. (FMTM-MG) Considere os compostos binários de hidrogênio CH4, SiH4, NH3, PH3, H2O e H2S. Comparando-se os valores do ponto de ebulição dos compostos em cada grupo da tabela periódica, tem-se A) CH4 > SiH4, NH3 > PH3 e H2O > H2S. B) CH4 > SiH4, NH3 > PH3 e H2O < H2S. C) CH4 < SiH4, NH3 > PH3 e H2O > H2S. D) CH4 < SiH4, NH3 < PH3 e H2O > H2S. E) CH4 < SiH4, NH3 < PH3 e H2O < H2S. Frente A Módulo 12 36 Coleção 6V 12. (UFMG) Analise este gráfico, em que está representada a variação da temperatura de fusão e da temperatura de ebulição em função da massa molar para F2, Cl2, Br2 e I2, a 1 atm de pressão. Te m p er at u ra / º C curva 1 curva 2 Massa molar / (g/mol) –200 –100 0 100 200 100 200 300 F2 Br2 I2 C�2 Considerando-se as informações contidas nesse gráfico e outros conhecimentos sobre o assunto, é correto afirmar que A) a temperatura de fusão das quatro substâncias está indicada na curva 1. B) as interações intermoleculares no Cl2 são dipolopermanente-dipolo permanente. C) as interações intermoleculares no F2 são menos intensas que no I2. D) o Br2 se apresenta no estado físico gasoso quando a temperatura é de 25 ºC. 13. (Unimontes-MG) O tingimento de tecidos é feito usando-se corantes. O processo ocorre devido à interação da fibra com a molécula do corante. A seguir, são mostrados os dois processos de tingimento – da fibra de lã (I) e da fibra de celulose (II) – com os dois corantes distintos. O C O C R CH H N N H N HR C O CH Fibra de lã(I) (II) R–O3S O H Corante Corante H O Fibra de celulose celulose celulose C N N C C H N R C C N N C C H N R O + HC + O C O C R CH H N N H N HR C O CH Fibra de lã(I) (II) R–O3S O H Corante Corante H O Fibra de celulose celulose celulose C N N C C H N R C C N N C C H N R O + HC + Baseando-se nas informações fornecidas, A) que tipo de interação ocorre entre o corante e a fibra no processo I? E no processo II? B) em que processo se espera que o tingimento seja mais duradouro? Justifique. SEÇÃO ENEM 01. (Enem–2019) Um experimento simples, que pode ser realizado com materiais encontrados em casa, é realizado da seguinte forma: adiciona-se um volume de etanol em um copo de vidro e, em seguida, uma folha de papel. Com o passar do tempo, observa-se um comportamento peculiar: o etanol se desloca sobre a superfície do papel, superando a gravidade que o atrai no sentido oposto, como mostra a imagem. Para parte dos estudantes, isso ocorre por causa da absorção do líquido pelo papel. Etanol Copo de vidroPapel de filtro Do ponto de vista científico, o que explica o movimento do líquido é a A) evaporação do líquido. B) diferença de densidades. C) reação química com o papel. D) capilaridade nos poros do papel. E) resistência ao escoamento do líquido. 02. (Enem–2017) Partículas microscópicas existentes na atmosfera funcionam como núcleos de condensação de vapor de água que, sob condições adequadas de temperatura e pressão, propiciam a formação das nuvens e consequentemente das chuvas. No ar atmosférico, tais partículas são formadas pela reação de ácidos (HX) com a base NH3, de forma naural ou antropogênica, dando origem a sais de amônio (NH4X), de acordo com a equação química genérica: HX(g) + NH3(g) → NH4X(s) FELIX, E. P.; CARDOSO, A. A. Fatores ambientais que afetam a precipitação úmida. Química Nova na Escola. n. 21, maio 2005 (Adaptação). A fixação de moléculas de vapor de água pelos núcleos de condensação ocorre por A) ligações iônicas. B) interações dipolo-dipolo. C) interações dipolo-dipolo induzido. D) interações íon-dipolo. E) ligações covalentes. Interações Intermoleculares Q U ÍM IC A 37Bernoulli Sistema de Ensino 03. (Enem–2016) O carvão ativado é um material que possui elevado teor de carbono, sendo muito utilizado para a remoção de compostos orgânicos voláteis do meio, como o benzeno. Para a remoção desses compostos, utiliza-se a adsorção. Esse fenômeno ocorre por meio de interações do tipo intermoleculares entre a superfície do carvão (adsorvente) e o benzeno (adsorvato, substância adsorvida). No caso apresentado, entre o adsorvente e a substância adsorvida ocorre a formação de A) ligações dissulfeto. B) ligações covalentes. C) ligações de hidrogênio. D) interações dipolo induzido-dipolo induzido. E) interações dipolo permanente-dipolo permanente. 04. (Enem–2016) A crescente produção industrial lança ao ar diversas substâncias tóxicas que podem ser removidas pela passagem do ar contaminado em tanques para filtração por materiais porosos, ou para dissolução em água ou solventes orgânicos de baixa polaridade, ou para neutralização em soluções ácidas ou básicas. Um dos poluentes mais tóxicos liberados na atmosfera pela atividade industrial é a 2,3,7,8-tetraclorodioxina. O OC C C C Esse poluente pode ser removido do ar pela passagem através de tanques contendo A) hexano. B) metanol. C) água destilada. D) ácido clorídrico aquoso. E) hidróxido de amônio aquoso. 05. (Enem) As fraldas descartáveis que contêm o polímero poliacrilato de sódio (1) são mais eficientes na retenção de água que as fraldas de pano convencionais, constituídas de fibras de celulose (2). (1) O O–Na+ n (2) OO HO OH n OH(1) O O–Na+ n (2) OO HO OH n OH CURI, D. Química Nova na Escola, São Paulo, n. 23, maio 2006 (Adaptação). A maior eficiência dessas fraldas descartáveis, em relação às de pano, deve-se às A) interações dipolo-dipolo mais fortes entre o poliacrilato e a água, em relação às ligações de hidrogênio 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 poliacrilato 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 poliacrilato 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 poliacrilato e as moléculas de água, em relação às ligações de hidrogênio entre celulose e as moléculas de água. 06. (Enem) A pele humana, quando está bem hidratada, adquire boa elasticidade e aspecto macio e suave. Em contrapartida, quando está ressecada, perde sua elasticidade e se apresenta opaca e áspera. Para evitar o ressecamento da pele, é necessário, sempre que possível, utilizar hidratantes umectantes, feitos, geralmente, à base de glicerina e polietilenoglicol. Polietilenoglicol CH CH2H2C HO OH OH Glicerina CH2 CH2HO CH2 CH2O CH2 CH2O OH n Disponível em: <http://www.brasilescola.com>. Acesso em: 23 abr. 2010 (Adaptação). Frente A Módulo 12 38 Coleção 6V A retenção de água na superfície da pele, promovida pelos hidratantes, é consequência da interação dos grupos hidroxila dos agentes umectantes com a umidade contida no ambiente por meio de A) ligações iônicas. B) forças de London. C) ligações covalentes. D) forças dipolo-dipolo. E) ligações de hidrogênio. 07. (Enem) Vários materiais, quando queimados, podem levar à formação de dioxinas, um composto do grupo dos organoclorados. Mesmo quando a queima ocorre em incineradores, há libertação de substâncias derivadas da dioxina no meio ambiente. Tais compostos são produzidos em baixas concentrações, como resíduos da queima de matéria orgânica em presença de produtos que contenham cloro. Como consequência de seu amplo espalhamento no meio ambiente, bem como de suas propriedades estruturais, as dioxinas sofrem magnificação trófica na cadeia alimentar. Mais de 90% da exposição humana às dioxinas é atribuída aos alimentos contaminados ingeridos. A estrutura típica de uma dioxina está apresentada a seguir: C� C� C� C� O O 2,3,7,8-tetraclorodibenzeno-p-dioxina (2,3,7,8-TCDD) A molécula do 2,3,7,8-TCDD é popularmente conhecida pelo nome de “dioxina”, sendo a mais tóxica dos 75 isômeros de compostos clorados de dibenzo-p-dioxina existentes. FADINI, P. S; FADINI, A. A. B. Lixo: desafios e compromissos. Química Nova na Escola – cadernos temáticos. São Paulo, n. 1, maio 2001 (Adaptação). Com base no texto e na estrutura apresentada, as propriedades químicas das dioxinas que permitem sua bioacumulação nos organismos estão relacionadas ao seu caráter A) básico, pois a eliminação de materiais alcalinos é mais lenta do que a dos ácidos. B) ácido, pois a eliminação de materiais ácidos é mais lenta do que a dos alcalinos. C) redutor, pois a eliminação de materiais redutores é mais lenta do que a dos oxidantes. D) lipofílico, pois a eliminação de materiais lipossolúveis é mais lenta do que a dos hidrossolúveis. E) hidrofílico, pois a eliminação de materiais hidrossolúveis é maislenta do que a dos lipossolúveis. 08. (Enem) Quando definem moléculas, os livros geralmente apresentam conceitos como: a menor parte da substância capaz de guardar suas propriedades. A partir de definições desse tipo, a ideia transmitida ao estudante é a de que o constituinte isolado (moléculas) contém os atributos do todo. É como dizer que uma molécula de água possui densidade, pressão de vapor, tensão superficial, ponto de fusão, ponto de ebulição, etc. Tais propriedades pertencem ao conjunto, isto é, manifestam-se nas relações que as moléculas mantêm entre si. OLIVEIRA, R. J. O mito da substância. Química Nova na Escola, n.1, 1995 (Adaptação). O texto evidencia a chamada visão substancialista que ainda se encontra presente no ensino da Química. A seguir, estão relacionadas algumas afirmativas pertinentes ao assunto. I. O ouro é dourado, pois seus átomos são dourados. II. Uma substância macia não pode ser feita de moléculas rígidas. III. Uma substância pura possui pontos de ebulição e fusão constantes em virtude das interações entre suas moléculas. IV. A expansão dos objetos com a temperatura ocorre porque os átomos se expandem. Dessas afirmativas, estão apoiadas na visão substancialista criticada pelo autor apenas A) I e II. B) III e IV. C) I, II e III. D) I, II e IV. E) II, III e IV. Interações Intermoleculares Q U ÍM IC A 39Bernoulli Sistema de Ensino GABARITO Aprendizagem Acertei ______ Errei ______ • • 01. D • • 02. A • • 03. C • • 04. A • • 05. D • • 06. B • • 07. C • • 08. C Propostos Acertei ______ Errei ______ • • 01. D • • 02. D • • 03. C • • 04. C • • 05. A • • 06. A 07. • • A) II, III e IV. • • B) Dipolo instantâneo-dipolo induzido. • • 08. Na superfície do vidro tratado com clorotrimetilsilano. Após o tratamento com (CH3)3SiCl, a superfície do vidro deixa de ter grupos –OH, capazes de estabelecer ligações de hidrogênio com a água, e passa a ter uma superfície com características menos polares, o que diminui a intensidade das interações da água com a superfície. Dessa forma, a água passa a escoar com maior facilidade. • • 09. C • • 10. C • • 11. C • • 12. C 13. • • A) I. Ligação de hidrogênio II. Ligação covalente • • B) O tingimento da fibra de celulose, pois o corante liga-se covalentemente a ela, ao passo que, na fibra de lã, a ligação ocorre apenas por interações intermoleculares (ligação de hidrogênio). Seção Enem Acertei ______ Errei ______ • • 01. D • • 02. D • • 03. D • • 04. A • • 05. E • • 06. E • • 07. D • • 08. D Meu aproveitamento Total dos meus acertos: __________ de __________ . ______ %______ % Frente A Módulo 12 40 Coleção 6V As reações químicas têm como um de seus aspectos mais importantes a variação energética que as acompanha. A energia dos alimentos e a da queima dos combustíveis fósseis, que são utilizados diretamente pelo homem, por exemplo, são fontes secundárias de energia, pois a fonte primária de energia do nosso planeta é o Sol. A energia transferida pelo Sol é acumulada, principalmente, nos vegetais pelo processo fotossintético, em que há a transformação de energia luminosa em energia química (associada a ligações químicas das substâncias). Quando uma reação química ocorre, há quebra e formação de ligações e, consequentemente, liberação ou absorção dessa energia sob a forma de energia térmica. A Termoquímica é a parte da Termodinâmica que estuda especificamente as quantidades de energia térmica transformadas ou trocadas entre o sistema e o meio durante uma reação química. Antes de começarmos a estudar os efeitos energéticos que acompanham as reações químicas, são necessários alguns conceitos básicos que vêm a seguir. ConCeItos fundAmentAIs universo, sistema e vizinhança Tudo aquilo que é objeto de estudo ou de observação será denominado sistema. Os arredores de um sistema são denominados meio ou vizinhança. Existe um limite físico que separa o sistema da vizinhança, a fronteira. O conjunto formado por sistema, vizinhança e fronteira é denominado universo. Veja o esquema a seguir. Fronteira Sistema Vizinhança Universo tipos de sistemas Os sistemas podem ser classificados em três tipos: aberto, fechado ou isolado. um sistema aberto é aquele que não apresenta fronteiras e pode trocar massa e energia com a vizinhança. Exemplo: um copo, sem tampa, com água vaporizando. um sistema fechado é aquele que apresenta fronteiras e não pode trocar massa, mas pode trocar energia com a vizinhança. Exemplos: um copo, com tampa, com água vaporizando; uma bolsa térmica. Quando um sistema é isolado, as suas fronteiras não permitem a troca de massa e de energia entre sistema e vizinhança. Exemplo: Café no interior da cafeteira térmica. temperatura A temperatura é a medida da energia cinética média ou do grau de agitação das partículas formadoras de um sistema. Quanto maior a temperatura, maiores são a energia cinética média e o grau de agitação das partículas de um sistema. Pelas definições de energia cinética, temos: • Termodinamicamente: Ec = KT • Mecanicamente: Ec = mv2 2 igualando-se as duas equações: KT = mv2 2 ∴ T ∝ v2 A temperatura é diretamente proporcional ao quadrado da velocidade média das partículas de um sistema. Assim, em relação a dois sistemas A e B, pode-se concluir que: ECA > ECB ∴ TA > TB OBSErVAçãO Quando um corpo absorve energia térmica, nem sempre haverá aumento de temperatura, pois esta pode ser utilizada apenas para aumentar a energia potencial de suas partículas sem aumentar a energia cinética. Módulo 09 Frente B 41Bernoulli Sistema de Ensino QUÍMICA Introdução à termoquímica 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 41 21/01/2020 15:51:11 Calor A energia térmica trocada entre dois sistemas é denominada calor ou energia calorífica. O calor só é verificado na transmissão de energia entre dois corpos com diferentes temperaturas, sempre do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura. dessa forma, podemos redefinir calor classificando-o como energia térmica em trânsito. Veja o exemplo: Energia térmica 600 °C 300 °C 450 °C 450 °C O calor se propaga do corpo de 600 °C para o de 300 °C. Após algum tempo, estabelece-se o equilíbrio térmico entre eles. daí, surge o Princípio Zero da Termodinâmica. dois corpos em contato atingirão o equilíbrio térmico quando possuírem a mesma temperatura, ou seja, a mesma energia cinética média entre suas partículas constituintes. As unidades de medida de calor são: • Joule (J) ⇒ é a unidade de medida utilizada pelo Sistema internacional (Si). um joule (1 J) é o trabalho realizado por uma força de um Newton (1 N), que, ao ser aplicada a um corpo, o deslocará por uma distância de um metro na direção de aplicação da força. 1 kJ = 1 000 J • Caloria (cal) ⇒ uma caloria é a quantidade de calor necessária para elevar de 1 °C a temperatura de 1 g de água de 14,5 °C para 15,5 °C. 1 kcal = 1 000 cal Fatores de conversão: 1 J = 0,239 cal 1 cal = 4,184 J Observe que há equivalência entre energia e trabalho na definição de joule, porque, apesar de não ser definida, a energia pode ser conceituada como a capacidade de realizar trabalho. entalpia (H) Como a maioria das reações químicas ocorre em sistemas abertos em contato com a atmosfera, e admitindo-se que a pressão atmosférica se mantém constante no local onde se realiza a reação, o calor trocado entre o sistema e a vizinhança é denominado entalpia. Entalpia ⇒ Calor à pressão constante A entalpia de um sistema corresponde à energia cinética de suas moléculas e à energia potencial dos elétrons e dos núcleos dos átomos formadores das moléculas. Após uma transformação, a entalpia do sistema é alterada. A entalpia é uma função de estado, pois é uma grandeza que não depende dos estados intermediários pelos quais passa a reação, mas sim de seus estados inicial e final. Processo II Processo III ProcessoI Estado inicial Estado final definiremos variação de entalpia (DH) como: DH = Hfinal – Hinicial Para os processos i, ii e iii, temos o mesmo DH, pois os estados final e inicial são os mesmos. Em uma reação, o estado final corresponde aos produtos, e o estado inicial corresponde aos reagentes. inicial ⇒ final reagentes ⇒ produtos Assim: DH = Hprodutos – Hreagentes reAções exotérmICAs e endotérmICAs Em reações químicas, o DH pode assumir os seguintes valores: DH > 0 ou DH < 0, o que determina o tipo de reação, endotérmica ou exotérmica, respectivamente. OBSErVAçãO Em uma reação, o DH não poderá ser igual a zero, pois, se isso ocorrer, o conteúdo energético total dos reagentes e dos produtos será o mesmo, o que só ocorrerá se os produtos e os reagentes forem iguais. isso acontecerá quando não houver uma reação, já que os reagentes não se transformaram. exotérmicas reações exotérmicas são aquelas que liberam energia térmica. Os reagentes são mais energéticos do que os produtos. A energia liberada pelo sistema promove o aumento da temperatura do meio. DH < 0, logo Hp < Hr Esquema: Sistema Vizinhança Energia Frente B Módulo 09 42 Coleção 6V 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 42 21/01/2020 15:51:12 representação por meio de equações: H2(g) + 1 2O2(g) → H2O( l ) + 68,3 kcal.mol–1 ou H2(g) + 1 2O2(g) – 68,3 kcal.mol–1 → H2O( l ) ou ainda H2(g) + 1 2O2(g) → H2O(l) DH = –68,3 kcal.mol–1 representando essa reação em um sistema de coordenadas, temos: Energia Reagentes Produtos ∆H < 0 Hr Hp Hp < Hr durante as reações exotérmicas, a energia potencial média das partículas formadoras do sistema diminui. Consequentemente, ocorre um aumento da energia cinética média das partículas formadoras do sistema e, portanto, um aumento da temperatura do sistema. Como a temperatura do sistema é maior do que a temperatura da vizinhança, parte da energia cinética do sistema é liberada para a vizinhança, diminuindo a temperatura do sistema e aumentando a temperatura da vizinhança, até que haja o equilíbrio térmico entre os dois. Após o estabelecimento do equilíbrio térmico, as temperaturas do sistema e da vizinhança são iguais, porém, maiores do que as suas temperaturas iniciais. Ou seja, um processo exotérmico aumenta a temperatura do sistema e a da vizinhança. endotérmicas reações endotérmicas são aquelas que absorvem energia térmica. Os reagentes são menos energéticos que os produtos. A energia absorvida pelo sistema promove a diminuição da temperatura da vizinhança. DH > 0, logo Hp > Hr Esquema: Vizinhança Energia Sistema representação por meio de equações: H2(g) + i2(g) + 12,4 kcal.mol–1 → 2Hi(g) ou H2(g) + i2(g) → 2Hi(g) – 12,4 kcal.mol–1 ou ainda H2(g) + i2(g) → 2Hi(g) DH = +12,4 kcal.mol–1 representando essa reação em um sistema de coordenadas, temos: Energia Reagentes Produtos ∆H > 0 Hp Hr Hp > Hr durante as reações endotérmicas, a energia potencial média das partículas formadoras do sistema aumenta. Consequentemente, ocorre uma diminuição da energia cinética média das partículas formadoras do sistema e, portanto, uma diminuição da temperatura do sistema. Como a temperatura do sistema é menor do que a temperatura da vizinhança, parte da energia cinética da vizinhança é absorvida pelo sistema, aumentando a temperatura do sistema e diminuindo a da vizinhança, até que haja o equilíbrio térmico entre os dois. Após o estabelecimento do equilíbrio térmico, as temperaturas do sistema e da vizinhança são iguais, porém, menores do que as suas temperaturas iniciais. Ou seja, um processo endotérmico diminui a temperatura do sistema e a da vizinhança. Processos endotérmicos e exotérmicos Ao assistir aos vídeos “Processos endotérmicos” e “Processos exotérmicos”, fique atento para a conservação da energia interna que ocorre em sistemas isolados. Após a fronteira ser retirada, observe as trocas de energia cinética entre o sistema e a vizinhança e como isso influencia nas temperaturas do sistema e da vizinhança. Boa atividade! A5W1 K1JX variação de energia térmica em processos físicos Os processos físicos que ocorrem com variação de temperatura são classificados como exotérmicos ou endotérmicos. Nos processos físicos endotérmicos, ocorre um aumento na energia potencial do sistema devido à diminuição da intensidade das interações coesivas entre as partículas que o formam. Caso o sistema seja isolado durante o processo físico endotérmico, ocorrerá uma diminuição da energia cinética média das partículas e, consequentemente, de sua temperatura. Exemplo: A vaporização da água. Nos processos físicos exotérmicos, ocorre uma diminuição na energia potencial do sistema devido ao aumento da intensidade das interações coesivas entre as partículas que o formam. Caso o sistema seja isolado durante o processo físico exotérmico, ocorrerá um aumento da energia cinética média das partículas e, consequentemente, de sua temperatura. Exemplo: A condensação do vapor de água. Introdução à Termoquímica Q U ÍM IC A 43Bernoulli Sistema de Ensino 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 43 21/01/2020 15:51:12 exerCíCIos de AprendIzAgem 01. (uFrGS-rS–2019) duas reações químicas envolvendo o gás metano, juntamente com o seu efeito térmico, são equacionadas abaixo. C(graf) + 2H2(g) → CH4(g) DHi CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) DHii Considere as seguintes afirmações a respeito das reações químicas. i. DHi é um exemplo de entalpia de ligação. ii. DHii é um exemplo de entalpia de combustão. iii. DHii é negativo. Quais estão corretas? A) Apenas i. B) Apenas ii. C) Apenas iii. d) Apenas ii e iii. E) i, ii e iii. 02. (PuC Minas) Considere as seguintes transformações: i. Congelação da água; ii. Vaporização da água; iii. Fusão do gelo; iV. Condensação do vapor de água. São transformações que ocorrem com absorção de calor A) i e ii. B) i e iii. C) ii e iii. d) iii e iV. 03. (FJP-MG) Para ensinar sobre transferência de calor nas transformações, uma professora esfregou um chumaço de algodão embebido com álcool no braço de um estudante e, em seguida, perguntou-lhe sobre a sensação percebida. O estudante respondeu que, no local onde o álcool foi colocado, sentiu um resfriamento. Nesse caso, a transformação que ocorreu A) absorve calor da vizinhança e é endotérmica. B) fornece frio para o braço e é endotérmica. C) troca calor com o meio e é exotérmica. d) retira calor do ar e é exotérmica. 04. (FuVEST-SP) Considere os seguintes dados: reagente Produto DH (condições-padrão) i. C(gr) → C(d) +0,5 kcal/mol de C ii. i(g) → 1 2 i2(g) –25 kcal/mol de i iii. 1 2 Cl2(g) → Cl(g) +30 kcal/mol de Cl Pode-se afirmar que o reagente tem maior energia do que o produto somente em A) i. B) ii. C) iii. d) i e ii. E) i e iii. DBWQ 05. (PuC rS) Considerando-se as transformações H O H O H O H Os I II g III 2 2 2 2( ) ( ) ( ) ( )� ��� � ��� � ��� l l conclui-se que ocorre transformação endotérmica apenas em A) i. B) ii. C) iii. d) i e ii. E) ii e iii. 06. (Cesgranrio-rJ) Considere o diagrama de entalpia a seguir: (∆H) kJ / mol H2O(g) H2O() H2(g) + ½O2(g)0 –242 –283 En ta lp ia Assinale a opção que contém a equação termoquímica correta: A) H2(g) + 1 2 O2(g) → H2O(g) DH = +242 kJ.mol–1 B) H2O(l) → H2O(g) DH = –41 kJ.mol–1 C) H2O(l) → H2(g) + 1 2 O2(g) DH = +283 kJ.mol–1 d) H2O(g) → H2(g) + 1 2 O2(g) DH = 0 kJ.mol–1 E) H2(g) + 1 2 O2(g) → H2O(l) DH = +41 kJ.mol–1 07. (uFMG) Considere o seguinte diagrama de entalpia, envolvendo o dióxido de carbono e as substâncias elementares diamante, grafita e oxigênio. 2 0 C(diamante) C(grafita); O2(g) CO2(g)–394 H / kJ.mol–1 UUGX SQV6 KU21 frente b módulo 09 44 Coleção 6V 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 44 21/01/2020 15:51:13 Considerando esse diagrama, assinale a afirmação falsa. A) A transformação do diamante em grafita é exotérmica. B) A variação de entalpia nacombustão de 1 mol de diamante é igual a –394 kJ.mol–1. C) A variação de entalpia na obtenção de 1 mol de CO2(g), a partir da grafita, é igual a –394 kJ.mol–1. d) A variação de entalpia na obtenção de 1 mol de diamante, a partir da grafita, é igual a 2 kJ.mol–1. 08. (uFMG) Ao se preparar uma solução aquosa concentrada de sal de cozinha, NaCl, observou-se, durante a dissolução, um resfriamento do sistema. Considerando-se a situação descrita e outros conhecimentos sobre o assunto, é correto afirmar que A) a dissolução do NaCl aumenta a energia cinética média das moléculas da água. B) a quantidade de NaCl dissolvida determina o grau de resfriamento do sistema. C) a quebra do retículo cristalino do NaCl é um processo exotérmico. d) a solução transfere energia, na forma de calor, para a vizinhança. exerCíCIos propostos 01. (uFrGS-rS) A reação de formação da água é exotérmica. Qual das reações a seguir desprende maior quantidade de calor? A) H2(g) + 1 2 O2(g) → H2O(g) B) H2(g) + 1 2 O2(g) → H2O(l) C) H2(g) + 1 2 O2(g) → H2O(s) d) H2(g) + 1 2 O2(l) → H2O(l) E) H2(l) + 1 2 O2(l) → H2O(l) 02. (Vunesp) Em uma cozinha, estão ocorrendo os seguintes processos: i. Gás queimando em uma das “bocas” do fogão. ii. Água fervendo em uma panela que se encontra sobre essa “boca” do fogão. 76BR Com relação a esses processos, pode-se afirmar que A) i e ii são exotérmicos. B) i é exotérmico e ii é endotérmico. C) i é endotérmico e ii é exotérmico. d) i é isotérmico e ii é exotérmico. E) i é endotérmico e ii é isotérmico. 03. (unifor-CE–2019) Em nosso cotidiano, é possível observar que várias reações químicas ocorrem envolvendo troca de calor com a vizinhança, as reações que absorvem calor são conhecidas como reações endotérmicas e as que liberam calor são conhecidas como exotérmicas. uma das aplicações práticas destas reações são as compressas de emergência, quentes ou frias, que, ao utilizar diferentes sais, podem produzir uma compressa quente ou uma compressa fria. Considere que os sais NH4NO3 e CaCl2 sejam usados para obtenção das compressas i e ii. Compressa i: NH4NO3(s) + H2O → NH4NO3(aq) ΔH = 26,3 kJ/mol Compressa ii: CaCl2(s) + H2O → CaCl2(aq) ΔH = –82,7 kJ/mol Em relação ao uso das compressas i e ii, separadamente, sobre o corpo humano, é correto o que se afirma em: A) A compressa i provoca uma sensação de aquecimento em contato com o corpo. B) A compressa ii provoca uma sensação de resfriamento em contato com o corpo. C) A compressa i provoca uma sensação de resfriamento em contato com o corpo. d) A temperatura ambiente, não se observam trocas de calor entre a compressa e o corpo. E) O poder de resfriamento da compressa ii é 4 vezes maior do que a compressa i. 04. (uFJF-MG) uma vela é feita de um material com a composição C20H42. A reação de combustão desse material pode ser representada pela equação química a seguir: C20H42(s) + 61 2 O2(g) → 20CO2(g) + 21H2O(g), DH = –13 000 kJ Considerando-se a quantidade de calor envolvida na combustão de 10,0 g dessa vela e a classificação da reação, pode-se afirmar que ocorre A) absorção de 461 kJ, e a reação é endotérmica. B) liberação de 461 kJ, e a reação é exotérmica. C) absorção de 13 000 kJ, e a reação é endotérmica. d) liberação de 13 000 kJ, e a reação é exotérmica. E) liberação de 461 kJ, e a reação é endotérmica. QENK DRG7 Introdução à Termoquímica Q U ÍM IC A 45Bernoulli Sistema de Ensino 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 45 21/01/2020 15:51:13 05. (PUC Minas) A 25 ºC e 1 atm de pressão, 1 mol de nitrogênio gasoso, reagindo com 1 mol de oxigênio gasoso, produz monóxido de nitrogênio gasoso com absorção de 22 kcal do produto obtido. O diagrama que representa corretamente essa informação é: A) 2NO(g) N2(g) + O2(g) C) 2NO(g) N2(g) + O2(g) D) 2NO(g) N2(g) + O2(g) E) N2(g) NO(g) + O2(g) B) 2NO(g) N2(g) + O2(g) H H H H H 06. (UFSJ-MG) Analise o esquema a seguir: ∆H / kcal.mol–1 12,5 20,5 C2H6(g) 2C(s) + 3H2(g) C2H4(g) + H2(g) De acordo com sua análise, é correto afirmar que A) a cada mol de carbono que reage com H2(g) produzindo C2H4(g), são absorvidas 12,5 kcal. B) na reação 2C(s) + 3H2(g) → C2H6(g) ocorre a absorção de 20,5 kcal por mol de C2H6(g) formado. C) a formação de 1,0 mol de C2H6(g) a partir de C2H4(g) e H2(g) envolve a liberação de 33,0 kcal. D) a decomposição de C2H6(g) em carbono, eteno e gás hidrogênio absorve 8,0 kcal/mol. E3SM 07. (FUVEST-SP) A dissolução de um sal em água pode ocorrer com liberação de calor, absorção de calor ou sem efeito térmico. Conhecidos os calores envolvidos nas transformações, mostradas no diagrama que se segue, é possível calcular o calor da dissolução de cloreto de sódio sólido em água, produzindo Na+ (aq) e Cl–(aq). Na+ (g) + C– (g) Dissolução s = sólido aq = aquoso g = gasoso NaC(s) Na+ (aq) + C– (aq) +766 kJ.mol–1 –760 kJ.mol–1 Com os dados fornecidos, pode-se afirmar que a dissolução de 1 mol desse sal A) é acentuadamente exotérmica, envolvendo cerca de 103 kJ. B) é pouco endotérmica, envolvendo menos de 10 kJ. C) ocorre sem troca de calor. D) é pouco exotérmica, envolvendo menos de 10 kJ. E) é acentuadamente endotérmica, envolvendo cerca de 103 kJ. 08. (Unicid-SP–2016) Analise o diagrama de uma reação química: en er gi a produtos reagentes A) O processo representado pelo diagrama é endotérmico ou exotérmico? Justifique sua resposta. B) Considere as equações: C S H C O H N O s s s g g g ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) � � � � � � � � �� � 2 92 393 2 2 2 2 CS kJ CO kJ l 22 2 2 2 2 180 1 2 286 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) g g g g H H O H O H � � � � � � � � � NO kJ kJ l Selecione as reações químicas que podem ser usadas como exemplos para o diagrama. Justifique sua resposta. GL6X Frente B Módulo 09 46 Coleção 6V 2020_6V_V3_QUI_B09_PR.indd 46 22/05/2020 18:02:04 09. (FUVEST-SP) Nas condições ambiente, ao inspirar, puxamos para nossos pulmões, aproximadamente, 0,5 L de ar, então aquecido da temperatura ambiente (25 °C) até a temperatura do corpo (36 °C). Fazemos isso cerca de 16 . 103 vezes em 24 h. Se, nesse tempo, recebermos, por meio da alimentação, 1,0 . 107 J de energia, a porcentagem aproximada dessa energia, que será gasta para aquecer o ar inspirado, será de Dados: Ar atmosférico nas condições ambiente: Densidade = 1,2 g.L–1; Calor específico = 1,0 J.g–1.°C–1. A) 0,1%. B) 0,5%. C) 1%. D) 2%. E) 5%. 10. (UFMG) Um béquer aberto, contendo acetona, é mergulhado em outro béquer maior, isolado termicamente, o qual contém água, conforme mostrado na figura. Termômetro Água Acetona Isolante térmico A temperatura da água é monitorada durante o processo de evaporação da acetona, até que o volume desta se reduz à metade do valor inicial. Assinale a alternativa cujo gráfico descreve qualitativamente a variação da temperatura registrada pelo termômetro mergulhado na água durante esse experimento. A) Te m p er at u ra Tempo C) Te m p er at u ra Tempo B) Te m p er at u ra Tempo D) Te m p er at u ra Tempo 11. (UCS-RS) Atletas que sofrem problemas musculares durante uma competição podem utilizar bolsas instantâneas frias ou quentes como dispositivos para primeiros socorros. Esses dispositivos normalmente são constituídos de uma bolsa de plástico que contém água em uma seção e uma substância química seca em outra seção. Ao golpear a bolsa, a água dissolve a substância de acordo com as equações químicas representadas a seguir: OHØ2 ZNT7 ENJF Equação 1: CaC2(s) → Ca2+ (aq) + 2C–(aq) ∆H = –82,8 kJ/mol Equação 2: NH4NO3(s) → NH4 + (aq) + NO3 – (aq) ∆H = +26,2 kJ/mol Se um atleta precisasse utilizar uma bolsa instantânea fria, escolheria a bolsa que contém o A) CaC2(s), pois sua dissociação iônica é exotérmica. B) NH4NO3(s), pois sua reação de deslocamento com a água deixa a bolsa fria. C) CaC2(s), pois sua dissociaçãoiônica absorve o calor. D) NH4NO3(s), pois sua dissociação iônica é endotérmica. E) CaC2(s), pois sua reação de dupla troca com a água deixa a bolsa fria. SEÇÃO ENEM 01. (Enem–2016) O aquecimento de um material por irradiação com micro-ondas ocorre por causa da interação eletromagnética com o dipolo elétrico da molécula. Um importante atributo do aquecimento por micro- -ondas é a absorção direta da energia pelo material a ser aquecido. Assim, esse aquecimento é seletivo e dependerá, principalmente, da constante dielétrica e da frequência de relaxação do material. O gráfico mostra a taxa de aquecimento de cinco solventes sob irradiação de micro-ondas. Água Metanol Etanol Propanol n-Hexano 100 80 60 40 20 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Tempo (s) Te m pe ra tu ra ( °C ) BARBOZA, A. C. R. N. et al. Aquecimento em forno de micro-ondas.Desenvolvimento de alguns conceitos fundamentais.Química Nova, n. 6, 2001 (Adaptação). No gráfico, qual solvente apresenta taxa média de aquecimento mais próxima de zero, no intervalo de 0 s a 40 s? A) H2O B) CH3OH C) CH3CH2OH D) CH3CH2CH2OH E) CH3CH2CH2CH2CH2CH3 WCDU Introdução à Termoquímica Q U ÍM IC A 47Bernoulli Sistema de Ensino 2020_6V_V3_QUI_B09_PR.indd 47 24/01/2020 08:51:12 02. (Enem) Ainda hoje, é muito comum as pessoas utilizarem vasilhames de barro (moringas ou potes de cerâmica não esmaltada) para conservar água a uma temperatura menor do que a do ambiente. isso ocorre porque A) o barro isola a água do ambiente, mantendo-a sempre a uma temperatura menor que a dele, como se fosse isopor. B) o barro tem poder de “gelar” a água pela sua composição química. Na reação, a água perde calor. C) o barro é poroso, permitindo que a água passe através dele. Parte dessa água evapora, tomando calor da moringa e do restante da água, que são assim resfriadas. d) o barro é poroso, permitindo que a água se deposite na parte de fora da moringa. A água de fora sempre está a uma temperatura maior que a de dentro. E) a moringa é uma espécie de geladeira natural, liberando substâncias higroscópicas que diminuem naturalmente à temperatura da água. 03. A febre se caracteriza por um aumento da temperatura do corpo. Em caso de infecção, inflamação ou determinadas doenças, a temperatura do corpo pode aumentar. Trata-se, então, de uma reação de defesa do organismo frente aos agressores. Os efeitos do álcool (etanol) na pele intacta levaram muitos pais a usá-lo como um remédio caseiro rápido contra a febre em crianças pequenas. isso ocorre porque A) o álcool, por ser “frio”, ao entrar em contato com a pele, ajuda a reduzir a temperatura corporal. B) o álcool, quando esfregado na pele, tem o poder de “gelar” a pele devido à ocorrência de uma reação química, reduzindo a temperatura corporal. C) o álcool, quando esfregado na pele, evapora, retirando calor da pele, o que reduz potencialmente a temperatura corporal. d) o álcool, por ser bastante volátil, ao entrar em contato com a pele, evapora, liberando calor para o ambiente, o que facilita a redução da temperatura corporal. E) o álcool é absorvido pela pele, interage com a água e facilita a perda de líquido, o que ajuda a reduzir a temperatura corporal. gAbArIto Aprendizagem Acertei ______ errei ______ • 01. d • 02. C • 03. A • 04. B • 05. d • 06. C • 07. B • 08. B propostos Acertei ______ errei ______ • 01. C • 02. B • 03. C • 04. B • 05. A • 06. C • 07. B 08. • A) Processo endotérmico, pois ocorre absorção de energia. • B) Todas as reações com DH>0, ou seja, a primeira e a terceira reação química. • 09. C • 10. d • 11. d seção enem Acertei ______ errei ______ • 01. E • 02. C • 03. C meu aproveitamento total dos meus acertos: _____ de _____ . ______ % frente b módulo 09 48 Coleção 6V 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 48 21/01/2020 15:51:16 eQuAções termoQuímICAs uma equação termoquímica, para representar corretamente uma reação química, deve estar devidamente balanceada, conter reagentes e produtos com seus respectivos estados físicos ou alotrópicos, conter o valor da variação de entalpia e ter especificadas as condições de pressão e temperatura nas quais a reação se processa. Exemplos: H2(g) + Cl2(g) → 2HCl(g) DH = –42,2 kcal.mol–1 (25 °C, 1 atm) Ca(s) + 12 O2(g) → CaO(s) DH = –151,8 kcal.mol–1 (25 °C, 1 atm) C(grafite) → C(diamante) DH = +0,46 kcal.mol–1 (1 600 °C, 6 000 atm) H2S(conc.) H O2 ( )l� ���� H2S(aq) DH = –22,9 kcal.mol–1 (25 °C, 1 atm) OBSErVAçãO A representação entre parênteses indica o estado físico ou a forma alotrópica dos constituintes de uma reação. As representações mais comuns são: (s) ⇒ sólido (c) ⇒ cristalino (l) ⇒ líquido (v) ⇒ vapor (g) ⇒ gasoso (conc.) ⇒ concentrado (dil.) ⇒ diluído (aq) ⇒ solução aquosa CALores de reAção Calor de reação é a energia liberada ou absorvida em uma reação química, ou seja, é o DH da reação. dependendo do tipo da reação, podemos definir o calor. Porém, antes de passarmos aos calores de reação, vamos definir entalpia-padrão. Experimentalmente, é praticamente impossível determinar a entalpia absoluta dos reagentes e dos produtos. Para resolver esse problema, estabeleceu-se uma escala arbitrária de entalpia em que o padrão é determinado pelos elementos químicos em sua forma mais estável a 25 °C e 1 atm, que receberam o valor de entalpia zero (H = 0). A determinação de todas as demais entalpias dá-se em função desse padrão, cuja representação é DH°. A tabela a seguir apresenta um comparativo para as formas alotrópicas estáveis e instáveis de algumas substâncias. Estáveis (H = 0) Instáveis (H ≠ 0) Oxigênio comum (O2) Ozônio (O3) Carbono grafite Carbono diamante Enxofre rômbico (Sa) Enxofre monoclínico (Sb) prInCIpAIs tIpos de CALores de reAção Calor padrão de formação É a variação de entalpia verificada na reação de formação (síntese) de um mol de moléculas de qualquer substância a partir de substâncias simples dos elementos que a compõem no estado padrão. A representação dessa variação de entalpia é DH°f. Substâncias simples no estado padrão (H = 0) O2(g) i2(s) H2(g) S(rômbico) Cl2(g) C(grafita) F2(g) Hg(l) Br2(l) Os metais, exceto o mercúrio, são sólidos. (Al(s), Fe(s), Cu(s)) Exemplos: H2(g) + 12 O2(g) → H2O(l) DH°f = –68,3 kcal.mol–1 1 2 H2(g) + 12 Cl2(g) → HCl(g) DH°f = –22,1 kcal.mol–1 Módulo 10 Frente B 49Bernoulli Sistema de Ensino QUÍMICA Calores de reação 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 49 21/01/2020 15:51:16 Frente B Módulo 10 50 Coleção 6V OBSErVAçÕES 1. A reação CO(g) + 1 2 O2(g) → CO2(g) DH° = –67,6 kcal.mol–1 é de síntese de CO2, porém o valor –67,61 kcal.mol–1 não corresponde ao DH°f, pois o reagente CO não é uma substância simples (tendo H ≠ 0). 2. A reação 3O2(g) → 2O3(g) DH° = +34 kcal.mol–1 é de síntese de ozônio, porém o valor +34 kcal.mol–1 não corresponde ao DH°f, pois foram formados 2 mol de ozônio. Para resolver esse problema, basta dividir a equação dada por dois e obtemos: 3 2 O2(g) → O3(g) DH°f = +17 kcal.mol–1 3. Experimentalmente, o que podemos medir é a variação de entalpia e, para tal, precisamos definir que algumas substâncias apresentam entalpia igual a zero. Contudo, essas substâncias apresentam calor de formação igual a zero e conteúdo energético diferente de zero. Estas possuem energia interna (energia cinética + potencial) diferente de zero, mas, por convenção, sua entalpia de formação é zero. Calor padrão de combustão Combustão Combustão é uma reação de oxirredução exotérmica, suficientemente rápida, que ocorre para produzir e alimentar uma chama, visível ou não. As reações de combustão são popularmente conhecidas como reações de queima. Os reagentes de uma combustão Os reagentes de uma combustão são denominados combustível e comburente. • Combustível É a substância que contém o elemento que sofre oxidação (aumento do NOx), oagente redutor. No processo: S(s) + O2(g) → SO2(g) o S(s) é o combustível, pois o NOx do enxofre varia de zero para +4. • Comburente É a substância que contém o elemento que sofre redução (diminuição do NOx), o agente oxidante. No processo: S(s) + O2(g) → SO2(g) o O2(g) é o comburente, pois o NOx do oxigênio varia de zero para −2. O comburente mais comum é o O2(g). Contudo, existem vários outros comburentes, como Cl2(g), O3(g), H2O2(l), etc. Em alguns sistemas propelentes de foguetes, utiliza-se a combustão da hidrazina como fonte de energia. Nessa reação, o peróxido de hidrogênio é o comburente. N2H4(l) + 2H2O2(aq) → N2(g) + 4H2O(g) DH = −642 kJ.mol–1 Algumas reações que apresentam o O2(g) como reagente não são reações de combustão, pois são endotérmicas, por exemplo: N2(g) + O2(g) → 2NO(g) DH = +180,5 kJ.mol–1 Algumas reações que apresentam o O2(g) como reagente não são reações de combustão, pois são lentas e, consequentemente, não produzem chama, por exemplo: 2Fe(s) + 32O2(g) → Fe2O3(s) DH = −824,2 kJ.mol–1 Tipos de combustão • Combustão completa É toda combustão em que pelo menos um dos elementos formadores do combustível é oxidado até atingir o seu NOx máximo, ou seja, os átomos desses elementos foram oxidados ao máximo. A combustão do enxofre pode ser representada por: S(s) + 32O2(g) → SO3(g) Nesse processo, o elemento enxofre apresenta variação de NOx de zero para +6. Como o NOx máximo do elemento enxofre é +6, trata-se, portanto, de uma combustão completa. A combustão do álcool etílico pode ser representada por: C2H6O(l) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O(g) Nesse processo, o elemento carbono apresenta variação de NOx de +2 para +4. Como o NOx máximo do elemento carbono é +4, trata-se, portanto, de uma combustão completa. Nos dois exemplos apresentados, os produtos formados não são combustíveis, ou seja, não podem sofrer uma nova combustão, pois os elementos enxofre e carbono atingiram seu grau máximo de oxidação. • Combustão incompleta É toda combustão em que algum dos elementos formadores do combustível é oxidado, mas não atinge o seu NOx máximo. A combustão incompleta do enxofre é representada por: S(s) + O2(g) → SO2(g) 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 50 21/01/2020 15:51:17 Calores de Reação Q U ÍM IC A 51Bernoulli Sistema de Ensino Nesse processo, o elemento enxofre apresenta variação de NOx de zero para +4. O dióxido de enxofre é uma substância que pode sofrer uma nova combustão, pois o enxofre ainda não atingiu o seu estado máximo de oxidação. SO2(g) + 12O2(g) → SO3(g) As combustões incompletas do álcool etílico podem ser representadas por: C2H6O(l) + 2O2(g) → 2CO(g) + 3H2O(g) C2H6O(l) + O2(g) → 2C(s) + 3H2O(g) Em ambos os casos, o elemento carbono não atinge o seu grau máximo de oxidação, +4, e, portanto, os produtos CO(g) e C(s) ainda são combustíveis e podem participar de uma nova combustão. CO(g) + 12O2(g) → CO2(g) C(s) + O2(g) → CO2(g) Diferença entre os DHs de combustão As combustões completas liberam mais energia que as combustões incompletas, pois nelas há oxidação máxima do combustível, ou seja, os produtos formados nas combustões completas apresentam um conteúdo energético menor (são mais estáveis) do que os produtos formados nas combustões incompletas. Definição de calor padrão de combustão Calor padrão de combustão é a variação da entalpia verificada na combustão completa de um mol de reagente a 25 ºC e 1 atm. Exemplos: CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) DH°c = –212,8 kcal.mol–1 SO2(g) + 1 2 O2(g) → SO3(g) DH°c = –27 kcal.mol–1 OBSErVAçÕES 1. Quando o composto combustível possui carbono e hidrogênio, o comburente (O2) só realizará uma combustão completa se os produtos forem CO2 e H2O. 2. A reação 2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g) DH° = –27 kcal.mol–1 representa a combustão do NO, porém o valor –27 kcal.mol–1 não representa o calor da combustão, pois encontramos dois mols de combustível e não um, como na definição. Para determinarmos o calor de combustão, basta dividirmos toda a equação por dois e obteremos: NO(g) + 1 2 O2(g) → NO2(g) DH° = –13,5 kcal.mol–1 fAtores Que ALterAm o vALor dA vArIAção de entALpIA temperatura O valor de DH varia com a temperatura, pois a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura dos produtos é diferente do calor necessário para elevar a temperatura dos reagentes. DH(25 °C) ≠ DH(30 °C) pressão A pressão só influencia no valor de DH se o sistema for gasoso. Para sistemas sólidos e / ou líquidos, haverá variação do DH de modo significativo apenas a pressões da ordem de 2 000 atm. Quantidade de reagentes e produtos O DH é proporcional à quantidade de reagentes e produtos que participam da reação devido ao fato de a energia química estar associada às ligações químicas. dobrando-se a quantidade de reagentes, dobra-se o número de ligações e, consequentemente, o conteúdo energético. estado físico de reagentes e produtos O conteúdo energético das três fases de agregação da matéria é diferente. H(s) < H(l) < H(g) dessa forma, se trocarmos a fase de agregação de um reagente ou produto, teremos uma mudança no valor de DH da reação. presença do solvente Todo processo de dissolução acarreta uma liberação ou uma absorção de energia sob a forma de calor. Assim, ao medirmos o DH de uma reação em meio a um solvente, estamos medindo também o calor liberado ou absorvido no processo de dissolução. Exemplo: H2(g) + Cl2(g) H O2 ( )l� ���� 2HCl(aq) DH = –80,2 kcal É o DH obtido em meio aquoso que contém o calor de dissolução. H2(g) + Cl2(g) → 2HCl(g) DH = –44,2 kcal É o DH obtido sem a presença do solvente. OBSErVAçãO A diferença 80,2 – 44,2 = 36 kcal corresponde ao calor, devido à presença do solvente. forma alotrópica Ao variarmos a forma alotrópica de um reagente ou produto em uma reação, estamos alterando seu conteúdo energético, já que existem variações alotrópicas mais estáveis (menos energéticas) e mais instáveis (mais energéticas). 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 51 21/01/2020 15:51:17 Frente B Módulo 10 52 Coleção 6V CáLCuLos teórICos do CALor de reAção Há uma dificuldade em medir, experimentalmente, com precisão o calor de reação de um número muito grande de reações químicas. daí surge a necessidade de se calcular o DH, teoricamente, a partir de um número pequeno de informações experimentais. Cálculo do DH a partir do calor de formação O calor de formação é a variação de entalpia de uma reação de formação de um mol de um determinado produto a partir das substâncias simples que lhe deram origem, na forma alotrópica mais estável e no estado padrão (H = 0). Exemplo: H2(g) + 5 2 O2(g) → H2O(l) Como H2(g) e O2(g) possuem H = 0, calculamos o DH°f da água da seguinte maneira: DH°f (H2O) = Hp – Hr DH°f (H2O) = H(H2O) – 0 DH°f (H2O) = H(H2O) Assim, verificamos que o calor de formação é igual ao valor da entalpia da substância a ser formada. Como os valores de DH° de muitas substâncias são tabelados, podemos calcular o DH° de diversas reações utilizando o calor de formação pela expressão: DH° = ΣDH°f (produtos) – ΣDH°f (reagentes) exerCíCIo resoLvIdo 01. dados os calores de formação, no estado padrão, N2H4(l) = +12 kcal.mol–1 H2O2(l) = –46 kcal.mol–1 H2O(l) = –57,8 kcal.mol–1 calcular o DH para a seguinte reação: N2H4(l) + 2H2O2(l) → N2(g) + 4H2O(l) Resolução: DH° = ΣDH°f (produtos) – ΣDH°f (reagentes) ΔH° = [(0) + 4 . (–57,8)] – [(+12) + 2 . (–46)] ΔH° = –151,2 kcal exerCíCIos de AprendIzAgem 01. (uErJ–2020) Observe a fórmula estrutural plana da frutose, um dos principais açúcares presente nas frutas: OH OH OH OH HO O Ao ser ingerido, esse açúcar é metabolizado de acordo com a equação química abaixo: C6H12O6(s) + 6O2(g) → 6CO2(g) + 6H2O(l) As substâncias envolvidas nessa equação apresentam as seguintes entalpias-padrão de formação: Substância Entrada-padrão de formação (kJ/mol) C6H12O6(s) –1 265 CO2(g) –394 H2O(l)–286 Nomeie as funções orgânicas presentes na molécula de frutose. Em seguida, calcule a variação de entalpia-padrão da reação de metabolização desse açúcar, em kJ/mol. 02. (uFMG) um exemplo de uma reação para conversão do metano, principal constituinte do gás natural, em outros hidrocarbonetos, é a transformação desse composto em etano, que pode, em princípio, ser representada pela equação: reação i: 2CH4(g) → C2H6(g) + H2(g) Na prática, essa é uma transformação catalítica, em que o metano reage com o oxigênio, o que pode ser representado pela equação: reação ii: 2CH4(g) + 0,5O2(g) → C2H6(g) + H2O(g) Considere o seguinte quadro de entalpias padrão de formação (DH°f), a 25 °C, das substâncias indicadas. Substância (DH°f) / (kJ.mol–1) CH4(g) –75,0 C2H6(g) –85,0 H2O(g) –242 A) Calcule a variação de entalpia padrão a 25 °C das reações i e ii anteriores. deixe indicadas todas as etapas dos cálculos, incluindo as unidades. B) Suponha que os recipientes em que ocorrem as reações i e ii sejam envolvidos por serpentinas em que circule água, inicialmente a 25 °C. indique o que ocorre com a temperatura da água em cada uma das reações I e II. Justifique sua resposta. UNJO 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 52 21/01/2020 15:51:17 Calores de Reação Q U ÍM IC A 53Bernoulli Sistema de Ensino 03. (uFPr) A perspectiva de esgotamento das reservas mundiais de petróleo nas próximas décadas tem incentivado o uso de biocombustíveis. Entre eles, está o etanol, que no Brasil já vem sendo usado como combustível de automóveis há décadas. usando o gráfico seguinte, considere as afirmativas a seguir: En er gi a (p re ss ão c on st an te ) 2C(s) + 3H2(g) + O2(g) 1 2 E1 E2 E3 E4 C2H5OH() C2H5OH() + 3O2(g) 2CO2(g) + 3H2O(g) 2CO2(g) + 3H2O() 1. A energia E2 refere-se à entalpia de formação do etanol. 2. E3 é a energia molar de vaporização da água. 3. A entalpia de formação do etanol é um processo endotérmico. 4. E4 é a entalpia de combustão do etanol. Assinale a alternativa correta. A) Somente a afirmativa 4 é verdadeira. B) Somente a afirmativa 1 é verdadeira. C) Somente as afirmativas 3 e 4 são verdadeiras. D) Somente as afirmativas 1, 2 e 3 são verdadeiras. E) Somente as afirmativas 2 e 3 são verdadeiras. 04. (uFJF-MG) No dia 31 de agosto de 2009, a imprensa noticiava que um incêndio estava se alastrando de forma incontrolável e devastando uma longa área pelas colinas que cercam a cidade americana de Los Angeles, no estado da Califórnia. Nesse incêndio, uma grande área florestal e muitas casas de madeira foram destruídas. Sobre a queima da madeira, podemos afirmar que i. a combustão completa da madeira produz gás carbônico e água. ii. a combustão completa da madeira é uma reação exotérmica. iii. a combustão completa de qualquer combustível orgânico produz monóxido de carbono e água. A partir dessas considerações, marque a alternativa correta. A) Apenas a afirmativa I é verdadeira. B) Apenas a afirmativa II é verdadeira. C) Apenas a afirmativa III é verdadeira. D) As afirmativas I e II são verdadeiras. E) As afirmativas I e III são verdadeiras. MSPJ 05. (uFES) O etano (componente do gás natural) e o n-hexano (componente da gasolina) possuem calores de combustão iguais a –1 560 kJ.mol–1 e –4 163 kJ.mol–1, respectivamente. A) Escreva as equações químicas balanceadas das reações de combustão do etano e do n-hexano. B) O que irá produzir mais CO2 na combustão: 1,0 kg de etano ou 1,0 kg de n-hexano? Justifique sua resposta. C) O que irá produzir mais calor na combustão: 1,0 kg de etano ou 1,0 kg de n-hexano? Justifique sua resposta. d) Para as mesmas quantidades de energia liberada na combustão, qual composto irá produzir mais CO2? Justifique sua resposta. 06. (udESC) A combustão completa do butano (C4H10), considerado o principal componente do gás de cozinha, GLP, pode ser representada pela equação química: C4H10(g) + 132 O2(g) → 4CO2(g) + 5H2O(g) dadas as entalpias de formação a 25 °C e 1 atm, a entalpia da reação global, nas condições citadas, em kJ/mol é: Dados: entalpia de formação: C4H10(g) = –125 kJ/mol; CO2(g) = –394 kJ/mol; H2O(g) = –242 kJ/mol. A) –2 911 kJ/mol B) –511 kJ/mol C) –2 661 kJ/mol d) –2 786 kJ/mol E) –1 661 kJ/mol 07. (Mackenzie-SP) NH3(g) + HCl(g) → NH4Cl(s) Dadas as entalpias de formação (kJ.mol–1) Substâncias Entalpia de formação (kJ.mol–1) Amônia(g) –46,2 Cloreto de hidrogênio(g) –92,3 Cloreto de amônio(s) –315,5 A variação de entalpia em kJ.mol–1 e o tipo de reação equacionada anteriormente são A) –454,0 kJ.mol–1 e reação exotérmica. B) –177,0 kJ.mol–1 e reação exotérmica. C) +138,5 kJ.mol–1 e reação endotérmica. d) +177,0 kJ.mol–1 e reação endotérmica. E) +454,0 kJ.mol–1 e reação endotérmica. EWVE 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 53 21/01/2020 15:51:20 Frente B Módulo 10 54 Coleção 6V 08. (PuC Minas) O silício é muito empregado em artefatos microeletrônicos, tais como baterias solares que fornecem energia aos instrumentos dos satélites. Ele pode ser obtido pela reação entre o dióxido de silício pulverizado e o magnésio metálico de acordo com a equação: SiO2(s) + 2Mg(s) → Si(s) + 2MgO(s) Conhecendo-se as entalpias padrão de formação para as substâncias, a 25 °C e 1 atm: DH°f(SiO2(s)) = –911 kJ.mol–1 DH°f(MgO(s)) = –602 kJ.mol–1 A variação de entalpia (DH°) para a reação de obtenção de silício é, em kJ, igual a A) –309. B) –293. C) +293. d) +309. exerCíCIos propostos 01. (uECE–2019) O biogás produzido pela fermentação de matérias orgânicas animais ou vegetais na ausência do oxigênio é uma mistura composta essencialmente de metano e dióxido de carbono. O metano reage com o oxigênio produzindo gás carbônico e água. Considere os seguintes valores de entalpia abaixo a 300 K: CH4(g) CO2(g) H2O(v) DH° kcal/mol –26,30 –93,20 –57,40 Assim, é correto afirmar que a entalpia padrão da combustão do metano em kcal/mol será, aproximadamente, A) –91,00. B) –182,00. C) –124,30. d) –176,90. 02. (uFMG) Combustíveis orgânicos liberam CO2 em sua combustão. O aumento da concentração de CO2 na atmosfera provoca um aumento do efeito estufa, que contribui para o aquecimento do planeta. A tabela a seguir informa o valor aproximado da energia liberada na queima de alguns combustíveis orgânicos, a 25 °C. Combustível Nome Fórmula Energia liberada / kJ.mol–1 Etanol C2H5OH 1 400 Metano CH4 900 Metanol CH3OH 730 N-octano C8H18 5 600 UDO8 MJDK O combustível que apresenta o maior quociente energia liberada/quantidade de CO2 produzido é o A) metano. B) etanol. C) n-octano. d) metanol. 03. (unicamp-SP) Considere uma gasolina constituída apenas de etanol e de n-octano, com frações molares iguais. As entalpias de combustão do etanol e do n-octano são –1 368 e –5 471 kJ.mol–1, respectivamente. A densidade dessa gasolina é 0,72 g.cm–3 e a sua massa molar aparente, 80,1 g.mol–1. A) Escreva a equação química que representa a combustão de um dos componentes dessa gasolina. B) Qual a energia liberada na combustão de 1,0 mol dessa gasolina? C) Qual a energia liberada na combustão de 1,0 litro dessa gasolina? 04. (uFMG) Para se minimizar o agravamento do efeito estufa, é importante considerar-se a relação entre a energia obtida e a quantidade de CO2 liberada na queima do combustível. Neste quadro, apresentam-se alguns hidrocarbonetos usados como combustíveis, em diferentes circunstâncias, bem como suas correspondentes variações de entalpia de combustão completa: Hidrocarboneto DH de combustão / (kJ/mol) CH4 –890 C2H2 –1 300 C3H8 –2 200 n-C4H10 –2 880 Tendo-se em vista essas informações, é correto afirmar que, entre os hidrocarbonetos citados, aquele que, em sua combustão completa, libera a maior quantidade de energia por mol de CO2 produzido é o A) CH4. B) C2H2. C) C3H8. d) n-C4H10. 05. (PuC rS) um importante aspecto a ser considerado sobre a qualidade de um combustível é a quantidade de energiaproduzida na sua reação de combustão. A tabela a seguir apresenta o calor de combustão de algumas substâncias presentes em combustíveis que são comumente utilizados. Substância Ocorrência Calor de combustão (kJ.mol–1) Metano (CH4) Gás natural veicular (GNV) 212,8 Butano (C4H10) Gás liquefeito de petróleo (GLP) 635,9 Octano (C8H18) Gasolina 1 320,6 Ø55Q 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 54 21/01/2020 15:51:20 Calores de Reação Q U ÍM IC A 55Bernoulli Sistema de Ensino Com base nos dados da tabela, são feitas as seguintes afirmativas: i. O GNV é o combustível que apresenta o maior poder calorífico em kcal.g–1 de combustível. ii. A combustão completa de 1 mol de butano produz 10 mol de água. iii. O calor liberado na combustão completa de 1 g de octano é de, aproximadamente, –15 kcal. iV. A combustão completa de 1 mol de GNV consome menos oxigênio do que a de 1 mol de butano. Após a análise das afirmativas, conclui-se que somente estão corretas A) i e ii. B) i e iV. C) ii e iii. d) iii e iV. E) ii, iii e iV. 06. (uFJF-MG) um incêndio pode ser iniciado pela queima de substâncias químicas, como o papel e a gasolina, ou mesmo a partir de equipamentos elétricos energizados, como os fios de eletricidade. Para cada tipo de incêndio, existe um extintor apropriado. Em um extintor de CO2 comercial, essa substância é mantida sob pressão na forma líquida dentro do cilindro. Quando o container é aberto, o CO2 se expande para formar o gás. A figura a seguir representa um “extintor caseiro”, no qual ocorre uma reação química, como a representada a seguir: CH3COOH(�) NaHCO3(s) CO2(g) CH3COOH(l) + NaHCO3(s) → CH3COO–Na+ (aq) + CO2(g) + H2O(l) Dados: Constante universal dos gases: r = 0,082 atm.L.mol–1.K–1. Calor de formação (kJ.mol–1): CH3COOH = –485; NaHCO3 = –947; CH3COO–Na+ = –932; CO2 = –394; H2O = –286. Considerando-se as informações apresentadas, assinale a alternativa incorreta. A) O fogo é resultado de uma reação de combustão entre o oxigênio e algum tipo de combustível. B) A expansão do CO2, no extintor comercial, envolve uma reação química. C) A reação entre o ácido etanoico e o bicarbonato de sódio libera 180 kJ.mol–1. d) O volume máximo de CO2, liberado para a atmosfera por um extintor de incêndio que contém 50 mol de CO2, a 27 °C e 1 atm, é de 1 230 litros. E) O calor de formação do CO2 corresponde ao calor de combustão do grafite (Cgraf.). OPC1 07. (uFSCar-SP) O cultivo da cana-de-açúcar faz parte da nossa história desde o Brasil Colônia. O açúcar e o álcool são seus principais produtos. Com a crise mundial do petróleo, o incentivo à fabricação de carros a álcool surgiu, na década de 1970, com o Proálcool. Esse programa nacional acabou sendo extinto no final da década de 1990. um dos pontos altos nas discussões em Joanesburgo sobre desenvolvimento sustentável foi o pacto entre Brasil e Alemanha para investimento na produção de carros a álcool. A) Escreva a equação de combustão do etanol devidamente balanceada. Calcule o calor de combustão de 1 mol de etanol a partir das seguintes equações: DH°f (kJ.mol–1) C(s) + O2(g) → CO2(g) –394 H2(g) + 1 2 O2(g) → H2O(l) –286 2C(g) + 3H2(g) + 1 2 O2(g) → C2H5OH(l) –278 B) A reação de combustão do etanol é endotérmica ou exotémica? Justifique sua resposta. 08. (unifor-CE) Considere as seguintes entalpias molares de formação em kJ.mol–1: H2S(g) ⇒ –20,6 FeS(s) ⇒ –95,4 Fe2+ (aq) ⇒ –87,9 H+ (aq) ⇒ zero Dados: Massas molares (g.mol–1): H2S ⇒ 34; FeS ⇒ 87,8; Volume molar de gás nas condições ambiente de pressão e temperatura = 25 L.mol–1. 87,8 g de sulfeto de ferro (ii) são dissolvidos em ácidos diluídos, com produção de 25 L de H2S, medidos nas condições ambiente de pressão e temperatura, com reação exotérmica. Nesse caso, a variação de entalpia, em kJ.mol–1, da reação que ocorre é igual a A) +20,4. B) +13,1. C) –13,1. d) –20,0. E) –20,4. 09. (uErJ) O hidrogênio vem sendo considerado um possível substituto dos combustíveis altamente poluentes de origem fóssil, como o dodecano, utilizado na aviação. Sabe-se que, sob condições padrão, as entalpias de combustão do dodecano e do hidrogênio molecular são, respectivamente, iguais a −7 500 e −280 kJ.mol-1. A massa de hidrogênio, em gramas, necessária para gerar a mesma quantidade de energia que a gerada por 1 g de dodecano equivale a A) 0,157. B) 0,315. C) 0,471. d) 0,630. UF7P LLQ2 GØG5 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 55 21/01/2020 15:51:21 Frente B Módulo 10 56 Coleção 6V 10. (PuCPr) Nos últimos anos, o mercado financeiro internacional tem mostrado uma tendência na valorização das denominadas “Commodities Agrícolas”, como o milho, devido ao uso desses produtos para a obtenção de combustíveis alternativos ao petróleo que sejam menos poluentes e ainda renováveis. Entre esses combustíveis, podem-se destacar o metano (CH4 = 16 g.mol–1), o metanol (CH3OH = 32 g.mol–1) e o etanol (CH3CH2OH = 46 g.mol –1), segundo as informações apresentadas na tabela a seguir: Combustível DHcombustão / kJ.mol–1 d / g.mL–1 Metano –890,8 0,717 . 10–3 Metanol –763,7 0,792 Etanol –1 409,4 0,789 Os combustíveis que apresentam as maiores capacidades energéticas por quilo e por litro são, respectivamente, A) metanol e etanol. B) etanol e metanol. C) metanol e metano. d) etanol e metano. E) metano e etanol. 11. (iTA-SP) Assinale a opção que indica a variação correta de entalpia, em kJ.mol–1, da reação química a 298,15 K e 1 bar, representada pela seguinte equação: C4H10(g) → C4H8(g) + H2(g) em que DH°f e DH°c, em kJ.mol–1, representam as variações de entalpia de formação e de combustão a 298,15 K e 1,0 bar, respectivamente. A) −3 568,3 B) −2 186,9 C) +2 186,9 d) +125,4 E) +114,0 dados eventualmente necessários: DH°f(C4H8(g)) = –11,4; DH°f(CO2(g)) = –393,5; DH°f(H2O(l)) = –285,8; DH°c(C4H10(g)) = –2 877,6. FSDS 9HUP seção enem 01. (Enem–2018) Por meio de reações químicas que envolvem carboidratos, lipídeos e proteínas, nossas células obtêm energia e produzem gás carbônico e água. A oxidação da glicose no organismo humano libera energia, conforme ilustra a equação química, sendo que aproximadamente 40% dela é disponibilizada para atividade muscular. C6H12O2(s) + 6O2(g) → 6CO2(g) + 6H2O(l) DCH = –2 800 kJ Considere as massas molares (g.mol–1): H = 1; C = 12; O = 16. LiMA, L. M.; FrAGA, C. A. M; BArrEirO, E.J. Química na saúde. São Paulo: Sociedade Brasileira de Química, 2010 (Adaptado). Na oxidação de 1,0 grama de glicose, a energia obtida para atividade muscular, em quilojoule, é mais próxima de A) 6,2. B) 15,6. C) 70,0. d) 622,2. E) 1 120,0. 02. (Enem–2016) Para comparar a eficiência de diferentes combustíveis, costuma-se determinar a quantidade de calor liberada na combustão por mol ou grama de combustível. O quadro mostra o valor de energia liberada na combustão completa de alguns combustíveis. Combustível DH°C a 25 °C(kJ/mol) Hidrogênio (H2) –286 Etanol (C2H5OH) –1 368 Metano (CH4) –890 Metanol (CH3OH) –726 Octano (C8H16) –5 471 ATKiNS, P. Princípios de química. Porto Alegre: Bookman, 2007 (Adaptação). As massas molares dos elementos H, C, e O são iguais a 1 g/mol, 12 g/mol e 16 g/mol, respectivamente. Qual combustível apresenta maior liberação de energia por grama? A) Hidrogênio B) Etanol C) Metano d) Metanol E) Octano 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 56 21/01/2020 15:51:21 Calores de Reação Q U ÍM IC A 57Bernoulli Sistema de Ensino 03. (Enem) A escolha de uma determinada substância para ser utilizada como combustível passa pela análise da poluição que ela causa ao ambiente e pela quantidade de energia liberada em sua combustão completa. O quadro apresenta a entalpia de combustão de algumas substâncias. As massas molares dos elementos H, C e O são,respectivamente, iguais a 1 g/mol, 12 g/ mol e 16 g/mol. Substância Fórmula Entalpia de combustão (kJ/mol) Acetileno C2H2 –1 298 Etano C2H6 –1 558 Etanol C2H5OH –1 366 Hidrogênio H2 –242 Metanol CH3OH –558 Levando-se em conta somente o aspecto energético, a substância mais eficiente para a obtenção de energia, na combustão de 1 kg de combustível, é o A) etano. B) etanol. C) metanol. d) acetileno. E) hidrogênio. 04. (Enem) um dos problemas dos combustíveis que contêm carbono é que sua queima produz dióxido de carbono. Portanto, uma característica importante, ao se escolher um combustível, é analisar seu calor de combustão (DHc°), definido como a energia liberada na queima completa de um mol de combustível no estado padrão. O quadro seguinte relaciona algumas substâncias que contêm carbono e seu DH°c. Substância Fórmula DH°c (kJ/mol) Benzeno C6H6(l) –3 268 Etanol C2H5OH(l) –1 368 Glicose C6H12O6(s) –2 808 Metano CH4(g) –890 Octano C8H18(l) –5 471 ATKiNS, P. Princípios de Química. Bookman, 2007 (Adaptação). Nesse contexto, qual dos combustíveis, quando queimado completamente, libera mais dióxido de carbono no ambiente pela mesma quantidade de energia produzida? A) Benzeno B) Metano C) Glicose d) Octano E) Etanol 05. (Enem) No que tange à tecnologia de combustíveis alternativos, muitos especialistas em energia acreditam que os álcoois vão crescer em importância em um futuro próximo. realmente, álcoois como metanol e etanol têm encontrado alguns nichos para uso doméstico como combustíveis há muitas décadas e, recentemente, vêm obtendo uma aceitação cada vez maior como aditivos, ou mesmo como substitutos para gasolina em veículos. Algumas das propriedades físicas desses combustíveis são mostradas no quadro seguinte. BAird, C. Química Ambiental. São Paulo: Artmed, 1995 (Adaptação). Álcool Densidade a 25 °C (g/mL) Calor de combustão (kJ/mol) Metanol (CH3OH) 0,79 –726,0 Etanol (CH3CH2OH) 0,79 –1 367,0 Dados: Massas molares em g/mol: H = 1,0; C = 12,0; O = 16,0. Considere que, em pequenos volumes, o custo de produção de ambos os álcoois seja o mesmo. dessa forma, do ponto de vista econômico, é mais vantajoso utilizar A) metanol, pois sua combustão completa fornece, aproximadamente, 22,7 kJ de energia por litro de combustível queimado. B) etanol, pois sua combustão completa fornece, aproximadamente, 29,7 kJ de energia por litro de combustível queimado. C) metanol, pois sua combustão completa fornece, aproximadamente, 17,9 MJ de energia por litro de combustível queimado. d) etanol, pois sua combustão completa fornece, aproximadamente, 23,5 MJ de energia por litro de combustível queimado. E) etanol, pois sua combustão completa fornece, aproximadamente, 33,7 MJ de energia por litro de combustível queimado. 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 57 21/01/2020 15:51:21 Frente B Módulo 10 58 Coleção 6V 06. (Enem) Vários combustíveis alternativos estão sendo procurados para reduzir a demanda por combustíveis fósseis, cuja queima prejudica o meio ambiente devido à produção de dióxido de carbono (massa molar igual a 44 g.mol–1). Três dos mais promissores combustíveis alternativos são o hidrogênio, o etanol e o metano. A queima de 1 mol de cada um desses combustíveis libera uma determinada quantidade de calor, que estão apresentadas na tabela a seguir. Combustível Massa molar (g.mol–1) Calor liberado na queima (kJ.mol–1) H2 2 270 CH4 16 900 C2H5OH 46 1 350 Considere que foram queimadas massas, independentemente, desses três combustíveis, de forma tal que em cada queima foram liberados 5 400 kJ. O combustível mais econômico, ou seja, o que teve a menor massa consumida, e o combustível mais poluente, que é aquele que produziu a maior massa de dióxido de carbono (massa molar igual a 44 g.mol–1), foram, respectivamente, A) o etanol, que teve apenas 46 g de massa consumida, e o metano, que produziu 900 g de CO2. B) o hidrogênio, que teve apenas 40 g de massa consumida, e o etanol, que produziu 352 g de CO2. C) o hidrogênio, que teve apenas 20 g de massa consumida, e o metano, que produziu 264 g de CO2. D) o etanol, que teve apenas 96 g de massa consumida, e o metano, que produziu 176 g de CO2. E) o hidrogênio, que teve apenas 2 g de massa consumida, e o etanol, que produziu 1 350 g de CO2. 05. • A) Equações químicas balanceadas C2H6(g) + 72O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O(g) C6H14(g) + 19 2O2(g) → 6CO2(g) + 7H2O(g) • B) Quantidade de CO2 produzido na queima de 1,0 kg: • de etano: 66,6 mol de CO2; • de n-hexano: 69,8 mol de CO2. Portanto, C6H14 produz mais CO2. • C) Na combustão completa de 1,0 kg de etano ⇒ –52 000 kJ. 1,0 kg de n-hexano ⇒ –48 407 kJ. Portanto, C6H14 libera menos calor na combustão completa de mesmas massas que o C2H6. • D) Considere 1 mol de etano como referência (–1 560 kJ). Para o n-hexano liberar tal energia, deve-se queimar, aproximadamente, 0,37 mol desse composto. A cada 1,0 mol de n-hexano queimado, 6,0 mol de CO2 são produzidos; assim, 0,37 mol produzirão, aproximadamente, 2,2 mol de CO2, um pouco acima do etano. • 06. C • 07. B • 08. B Propostos Acertei ______ Errei ______ • 01. B • 02. A 03. • A) C2H6O() + 3O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O(g) ou C8H18() + 25 2O2(g) → 8CO2(g) + 9H2O(g) • B) 3 419,5 kJ.mol–1 liberados • C) 30 737,1 kJ.mol–1 liberados • 04. A • 05. B • 06. B 07. • A) C2H5OH() + 3O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O() ∆H = –1 368 kJ.mol–1 • B) Como a variação de entalpia é negativa (–1 368 kJ.mol–1), a reação é exotérmica. • 08. C • 09. B • 10. E • 11. E Seção Enem Acertei ______ Errei ______ • 01. A • 02. A • 03. E • 04. C • 05. D • 06. B Total dos meus acertos: _____ de _____ . ______ % GABARITO Aprendizagem Acertei ______ Errei ______ • 01. Funções: álcool e cetona. ∆H° = − 2 815 kJ/mol 02. • A) I. ∆H = 65 kJ.mol–1 II. ∆H = –177 kJ.mol–1 • B) Na reação I, a água esfria, já que o fenômeno é endotérmico. Na reação II, a água esquenta, já que o fenômeno é exotérmico. • 03. A • 04. D Meu aproveitamento 2020_6V_V3_QUI_B10_PR.indd 58 24/01/2020 08:52:50 ENERGIA DE LIGAÇÃO Cálculo do ΔH a partir do calor de ligação A energia de ligação é a energia necessária para romper ou formar um mol de ligações no estado gasoso. Como a energia de ligação entre os átomos é praticamente constante, qualquer que seja a substância da qual façam parte, pode-se tabelar esses valores e calcular o ΔH de uma reação pela expressão: ΔH = ∑ΔHligações rompidas nos reagentes + ∑ΔHligações formadas nos produtos Isso é válido porque uma reação química consiste na quebra de ligações dos reagentes para que haja um rearranjo atômico e a formação de novas ligações, dando origem aos produtos. Quando dois átomos se ligam, tendem a adquirir estabilidade, ou seja, passar de um estado de alta energia para um estado de baixa energia. Isso é conseguido com a liberação de energia. Logo, a formação de ligações é um processo exotérmico. Por outro lado, se houver rompimento de uma ligação, os átomos irão absorver toda a energia que haviam liberado, voltando a uma situação de instabilidade (processo endotérmico). Quebra de ligações → Processo endotérmico Formação de ligações → Processo exotérmico Os valores das energias de ligação nos mostram o quanto uma ligação é mais estável do que outra. H—H ⇒ 104 kcal H—F ⇒ 134 kcal Logo, a ligação H—F é mais estável, “mais forte”, do que a ligação H—H, pois é necessária uma maior quantidade de energia para rompê-la. Quanto maior a energia de ligação, maior será a força que une dois átomos. EXERCÍCIO RESOLVIDO 01. Calcular o ΔH da reação de síntese da amônia a partir das energias de ligação: N—H ....................... +93,4 kcal H—H ....................... +104,2 kcal N≡ ≡ N ....................... +225,8 kcal N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g) ΔH = ? Resolução: Colocando as fórmulas estruturais planas dos participantesda reação, temos: N≡ ≡ N + 3 H—H N H H2 H Então, ΔH = ∑ΔHligações rompidas nos reagentes + ∑ΔHligações formadas nos produtos ΔH = (225,8 + 3 . 104,2) + [2 . 3 . (–93,4)] ΔH = 538,4 – 560,4 ΔH = –22 kcal Observe que é necessário multiplicar a energia de ligação pelo coeficiente estequiométrico, uma vez que a energia de ligação se refere a apenas 1 mol de ligações. Além disso, é necessário inverter o sinal da energia de ligação N—H, pois as ligações entre nitrogênio e hidrogênio foram formadas nos produtos. LEI DE HESS Segundo a Lei de Hess, a variação de entalpia (ΔH) de uma reação depende, exclusivamente, da entalpia final e da entalpia inicial dos produtos e dos reagentes, respectivamente, seja a reação realizada em uma única etapa ou em várias. MÓDULO 11 FRENTE B 59Bernoulli Sistema de Ensino QUÍMICA Energia de Ligação e Lei de Hess Com base nessa lei, podemos calcular o ΔH de outras reações utilizando alguns artifícios matemáticos. Exemplo: 2C(grafite) + O2(g) → 2CO(g) Essa reação possui um ΔH impossível de ser medido experimentalmente, pois não conseguimos parar a reação quando apenas o CO é formado. Normalmente, a reação se prolonga, formando o estado mais oxidado, CO2. Entretanto, podemos medir com precisão o ΔH de duas reações, o que, após algumas alterações, nos levará ao cálculo do ΔH da reação inicial. Observe: 1ª equação: C(grafite) + O2(g) → CO2(g) ΔH = –94,1 kcal 2ª equação: 2CO(g) + O2(g) → 2CO2(g) ΔH = –135,4 kcal Se multiplicarmos a 1ª equação por 2, obteremos: 2C(grafite) + 2O2(g) → 2CO2(g) ΔH = –188,2 kcal Agora, invertendo a 2ª equação, obteremos: 2CO2(g) → 2CO(g) + O2(g) ΔH = +135,4 kcal Finalmente, somando as duas equações alteradas: 2C(grafite) + 2O2(g) → 2CO2(g) ΔH = –188,2 kcal 2CO2(g) → 2CO(g) + O2(g) ΔH = +135,4 kcal 2C(grafite) + O2(g) → 2CO(g) ΔH = –52,8 kcal Observe que o ΔH da reação proposta foi obtido pela soma das equações e dos seus respectivos calores de reação. OBSERVAÇÕES 1. Os coeficientes estequiométricos das reações poderão ser multiplicados ou divididos por um determinado valor para alterá-las a fim de calcular o ΔH da reação problema. Porém, os ΔH das reações deverão ser multiplicados ou divididos por esse mesmo valor. 2. Se a alteração necessitar de uma inversão da equação termoquímica, o “sinal” do ΔH da reação também deverá ser invertido. EXERCÍCIOS DE APRENDIZAGEM 01. (UEFS-BA) Ligação química Energia de ligação (kJ.mol–1) H–I 300 C–C 243 H–C 433 I–I 152 2HI(g) + C2(g) → 2HC(g) + I2(g) A formação de uma ligação covalente é um processo em que há liberação de energia. Entretanto, ao se clivar ou “quebrar” uma ligação química, é preciso consumi-la. Quanto maior a energia de uma ligação química, mais forte é a ligação e é mais difícil “quebrá-la”. Assim, como as entalpias padrão de formação das substâncias químicas podem ser usadas para calcular as variações de entalpia das reações químicas, as energias de ligações químicas também permitem calculá-las com boas aproximações. A partir das informações do texto, dos dados da tabela e da equação química, é correto afirmar: A) A ruptura da molécula de HI(g) é mais fácil que a da molécula de I2(g). B) A variação de entalpia, aproximada, da reação química representada é 443 kJ. C) A entalpia padrão de formação do iodo, de acordo com a equação química, é, aproximadamente, 339 kJ.mol–1. D) A reação química representada libera 175 kJ. E) Os produtos da reação química precisam absorver 1 018 kJ para que ela ocorra. 02. (CMMG) Considere as entalpias de ligação na tabela a seguir: Ligação Entalpia / kJ.mol–1 C H 413 C O 336 C O 805 O O 498 O H 464 Frente B Módulo 11 60 Coleção 6V Com base nesses valores, é correto afirmar que, para a combustão completa de 1 mol de metanol gasoso, representada pela equação CH3OH(g) + 1,5O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g), a variação de entalpia é igual a A) 248 kJ/mol. B) –248 kJ/mol. C) 680 kJ/mol. D) –680 kJ/mol. 03. (UFRGS-RS–2019) Considere a reação de hidrogenação do ciclopenteno, em fase gasosa, formando ciclopentano, e a tabela de entalpias de ligação, mostradas abaixo. + H2(g) Entalpia de ligação (kJ.mol–1) H–H 437 C–H 414 C–C 335 C=C 600 Qual será o valor da entalpia da reação de hidrogenação do ciclopenteno em kJ/mol? A) –265 B) –126 C) + 126 D) + 265 E) + 335 04. (UFRGS-RS) Considere as energias de ligação, em kJ.mol–1, listadas na tabela a seguir: Ligação Energia (kJ.mol–1) C–C 347 C=C 611 C–H 414 Br–Br 192 H–Br 368 C–Br 284 O valor de ΔH°, em kJ.mol–1, para a reação CH3CH== CH2 + Br2 → CH3CHBrCH2Br é igual a A) –235. B) –112. C) zero. D) +112. E) +235. 05. (PUC Minas) Considere as reações: C(s) + O2(g) → CO2(g) ΔHº = –393 kJ H2(g) + 12O2(g) → H2O() ΔHº = –286 kJ 3C(s) + 4H2(g) → C3H8(g) ΔHº = –104 kJ Assinale o valor da entalpia, em kJ, da reação: C3H8(g) + 5O2(g) → 3CO2(g) + 4H2O() A) 4 438 B) –4 438 C) 2 219 D) –2 219 06. (PUC Minas) Na estratosfera, os CFCs (provenientes dos propelentes de aerossol) e o gás oxigênio (O2) absorvem radiação alfa de alta energia e produzem, respectivamente, os átomos de cloro (que têm efeito catalítico para remover o ozônio) e átomos de oxigênio. Sejam dadas as seguintes equações termoquímicas (25 °C, 1 atm): O2(g) + C(g) → CO(g) + O(g) ΔH1 = +64 kcal O3(g) + C(g) → CO(g) + O2(g) ΔH2 = –30 kcal O valor da variação de entalpia (ΔH), em kcal, para a reação de remoção do ozônio, representada pela equação a seguir, é igual a O3(g) + O(g) → 2O2(g) A) –94. B) –34. C) –64. D) +34. E) +94. Energia de Ligação e Lei de Hess Q U ÍM IC A 61Bernoulli Sistema de Ensino 07. (FASEH-MG) A combustão do gás metano (CH4) pode ser considerada em duas etapas: I. CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g) ΔH = –802 kJ II. 2H2O(g) → 2H2O() ΔH = –88 kJ Utilizando esses dados, calcule a entalpia para formação do gás metano a partir de água líquida e dióxido de carbono e assinale a alternativa correta. A) –890 kJ B) –714 kJ C) +714 kJ D) +890 kJ 08. (PUC Minas) Considere as equações termoquímicas, a 25 ºC e a 1 atm: S(s) + O2(g) → SO2(g) ΔH1 = –284,0 kJ.mol–1 S(s) + 32O2(g) → SO3(g) ΔH2 = –378,0 kJ.mol–1 A variação da entalpia (ΔH), para a oxidação do SO2(g) a SO3(g), é, em kJ.mol–1, igual a A) –662,0. B) –94,0. C) +94,0. D) +662,0. EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. (PUC-SP–2018) Dados os valores de energia de ligação em kJ/mol e a reação a seguir, calcule o ΔH desse processo. H2(g) + C2(g) → 2 HC(g) Ligação Energia (kJ/mol) H–H 436 C–C 242 H–C 431 A) –184 kJ/mol. B) +184 kJ/mol. C) +247 kJ/mol. D) –247 kJ/mol. 02. (UEG-GO) Ligação Entalpia de ligação / kJ.mol–1 C–C 348 C–H 412 C=O 743 O=O 484 O–H 463 Baseado na tabela anterior contendo valores de entalpias de ligação, o calor liberado em kJ.mol–1, na reação de combustão completa do butano em fase gasosa, seria A) 1 970. B) 2 264. C) 4 180. D) 5 410. 03. (UNIFESP) Com base nos dados da tabela, Ligação Energia média de ligação (kJ.mol–1) O–H 460 H–H 436 O=O 490 pode-se estimar que o ΔH da reação representada por 2H2O(g) → 2H2(g) + O2(g), dado em kJ por mol de H2O(g), é igual a A) +239. B) +478. C) +1 101. D) –239. E) –478. Frente B Módulo 11 62 Coleção 6V 04. (UFV-MG) Considere os dados da tabela a seguir: Ligação C–C H–C H–H Energia de ligação (kcal.mol–1) 58,0 103,0 104,0 A) Calcule o ΔH, em kcal.mol–1, da reação representada a seguir: H2(g) + C2(g) → 2HC(g) B) Essa reação é endotérmica ou exotérmica? Justifique. 05. (FUVEST-SP–2017) Sob certas condições, tanto o gás flúor quanto o gás cloro podem reagir com hidrogênio gasoso, formando, respectivamente, os haletos de hidrogênio HF e HC gasosos. Pode-se estimar a variação de entalpia (ΔH) de cada uma dessas reações utilizando-se dados de energia de ligação. A tabela apresenta os valores de energia de ligação dos reagentese produtos dessas reações a 25 °C e 1 atm. Molécula H2 F2 C2 HF HC Energia de ligação (Kj/mol) 435 160 245 570 430 Com base nesses dados, um estudante calculou a variação de entalpia (ΔH) de cada uma das reações e concluiu, corretamente, que, nas condições empregadas, A) a formação de HF(g) é a reação que libera mais energia. B) ambas as reações são endotérmicas. C) apenas a formação de HC(g) é endotérmica. D) ambas as reações têm o mesmo valor de (ΔH). E) apenas a formação de HC(g) é exotérmica. 06. (Unifor-CE) A partir dos seguintes dados: Entalpia-padrão de ligação (25 ºC, 1 atm) / kJ.mol–1 Entalpia-padrão de formação (25 ºC, 1 atm) / kJ.mol–1 C—C ⇒ 242 (estado gasoso) CC4(g) ⇒ –108 C(g) ⇒ 718 C(s, grafite) ⇒ zero C2(g) ⇒ zero Calcula-se que a entalpia padrão média de ligação C—C é, em kJ.mol–1, aproximadamente, A) 328. B) 450. C) 816. D) 926. E) 986. 07. (UFTM-MG) Utilizando os valores médios de energia de ligação (variação de energia quando 1,0 mol de ligações é quebrado no estado gasoso a 25 ºC e 1 atm) em kJ/mol (H—H: 436, O=O: 496 e O—H: 463) e a entalpia de vaporização de H2O a 25 ºC igual a 44 kJ/mol, a entalpia de formação da água no estado líquido, em kJ/mol, é A) +286. B) +242. C) +198. D) –242. E) –286. 08. (PUC Rio) Aerossóis contêm compostos clorados, como o Freon-11 (CFC3), que, na estratosfera, atuam na remoção da camada de ozônio. A reação total desse processo é O3(g) + O(g) → 2O2(g) As reações a seguir são as etapas da reação total: O3(g) + C(g) → O2(g) + CO(g) ΔHº = –120 kJ CO(g) + O(g) → C(g) + O2(g) ΔHº = –270 kJ Portanto, o ΔHº da reação de remoção do ozônio é A) –150 kJ. B) +150 kJ. C) –30 kJ. D) +390 kJ. E) –390 kJ. Energia de Ligação e Lei de Hess Q U ÍM IC A 63Bernoulli Sistema de Ensino 09. (Unesp) São dadas as equações termoquímicas a 25 °C e a 1 atm: I. 2C2H2(g) + 5O2(g) → 4CO2(g) + 2H2O() ΔH1 = –2 602 kJ (combustão do acetileno) II. 2C2H6(g) + 7O2(g) → 4CO2(g) + 6H2O() ΔH2 = –3 123 kJ (combustão do etano) III. H2(g) + 12O2(g) → H2O() ΔH3 = –286 kJ (formação de água) A) Aplique a Lei de Hess para a determinação do ΔH da reação de hidrogenação do acetileno de acordo com a equação C2H2(g) + 2H2(g) → C2H6(g). B) Calcule o ΔH da reação de hidrogenação do acetileno. 10. (PUC Minas) O ácido nítrico é uma das substâncias químicas mais utilizadas nas indústrias. O maior consumo de ácido nítrico se dá na fabricação de explosivos como nitroglicerina, dinamite, etc. Considere as seguintes transformações ocorridas na produção de ácido nítrico nas indústrias: I. H2(g) + 1 2 O2(g) → H2O() ΔH1 = –286,6 kJ II. N2(g) + 5 2 O2(g) → N2O5(g) ΔH2 = –56,0 kJ III. N2O5(g) + H2O() → 2HNO3() ΔH3 = –76,5 kJ A entalpia de formação para o ácido nítrico líquido, em kJ, é igual a A) –209,55. B) +209,55. C) –352,85. D) +352,85. 11. (UFTM-MG) Células a combustível são dispositivos que geram energia elétrica a partir da reação dos gases hidrogênio e oxigênio do ar. O gás hidrogênio, empregado para essa finalidade, pode ser obtido a partir da reforma catalítica do gás metano, que é a reação catalisada do metano com vapor-d’água, gerando, ainda, monóxido de carbono como subproduto. Dadas as reações de combustão, CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g) ΔHº = –890 KJ.mol–1 CO(g) + 12O2(g) → CO2(g) ΔHº = –284 kJ.mol–1 H2(g) + 12O2(g) → H2O(g) ΔHº = –241 kJ.mol–1, e considerando que seus valores de entalpia não se alteram na temperatura de reação da reforma, pode-se afirmar que a energia envolvida na reforma de um mol de gás metano, em kJ, é igual a A) +117. B) +365. C) +471. D) –117. E) –365. 12. (FUVEST-SP) As reações, em fase gasosa, representadas pelas equações I, II e III, liberam, respectivamente, as quantidades de calor Q1 J, Q2 J e Q3 J, sendo Q3 > Q2 > Q1. I. 2NH3 + 5 2 O2 → 2NO + 3H2O ΔH1 = –Q1 J II. 2NH3 + 72O2 → 2NO2 + 3H2O ΔH2 = –Q2 J III. 2NH3 + 4O2 → N2O5 + 3H2O ΔH3 = –Q3 J Assim, a reação representada por IV. N2O5 → 2NO2 + 12O2 ΔH4 será A) exotérmica, com ΔH4 = (Q3 – Q1) J. B) endotérmica, com ΔH4 = (Q2 – Q1) J. C) exotérmica, com ΔH4 = (Q2 – Q3) J. D) endotérmica, com ΔH4 = (Q3 – Q2) J. E) exotérmica, com ΔH4 = (Q1 – Q2) J. 13. (UEL-PR) A respiração celular é um processo vital e ocorre por meio de reações químicas. Um exemplo pode ser a conversão da glicose em ácido pirúvico por meio da reação: C6H12O6(s) + O2(g) → 2C3H4O3(s) + 2H2O() Glicose Ácido pirúvico Frente B Módulo 11 64 Coleção 6V Considere as reações a 25 ºC e a 1 atm: C6H12O6(s) + 6O2(g) → 6CO2(g) + 6H2O() ΔH = – 2 808 kJ.mol–1 C3H4O3(s) + 52O2(g) → 3CO2(g) + 2H2O() ΔH = – 1 158 kJ.mol–1 Pode-se então afirmar que, na formação do ácido pirúvico a partir de 1 mol de glicose, há A) liberação de 492 kJ de energia. B) absorção de 492 kJ de energia. C) liberação de 1 650 kJ de energia. D) absorção de 1 650 kJ de energia. E) liberação de 5 124 kJ de energia. SEÇÃO ENEM 01. (Enem–2019) Glicólise é um processo que ocorre nas células, convertendo glicose em piruvato. Durante a prática de exercícios físicos que demandam grande quantidade de esforço, a glicose é completamente oxidada na presença de O2. Entretanto, em alguns casos, as células musculares podem sofrer um déficit de O2 e a glicose ser convertida em duas moléculas de ácido lático. As equações termoquímicas para a combustão da glicose e do ácido lático são, respectivamente, mostradas a seguir: C6H12O6(s) + 6O2(g) → 6CO2(g) + 6H2O() ΔCH = – 2 800 kJ CH3CH(OH)COOH(s) + 3O2(g) → 3CO2(g) + 3H2O() ΔCH = –1 344 kJ O processo anaeróbico é menos vantajoso energeticamente porque A) libera 112 kJ por mol de glicose. B) libera 467 kJ por mol de glicose. C) libera 2 688 kJ por mol de glicose. D) absorve 1 344 kJ por mol de glicose. E) absorve 2 800 kJ por mol de glicose. 02. (Enem–2017) O ferro é encontrado na natureza na forma de seus minérios, tais como a hematita (a–Fe2O3), a magnetita (Fe2O3) e a wustita (FeO). Na siderurgia, o ferro-gusa é obtido pela fusão de minérios de ferro em altos fomos em condições adequadas. Uma das etapas nesse processo é a formação de monóxido de carbono. O CO (gasoso) é utilizado para reduzir o FeO (sólido), conforme a equação química: FeO CO Fe CO( ) ( ) ( ) ( )S g s g� � � 2 Considere as seguintes equações termoquímicas: Fe CO Fe CO kJ mol de Fe FeO s2 3 2 2 33 2 3 25 3 O H Og s g r s ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) /� � � � � � � �� � � � � � � � CO Fe CO kJ mol de CO Fe CO 2 3 4 2 3 4 2 36 2 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) /g s g r s g O H O �� � � � � �3 472 3 2Fe CO kJ mol de COO Hs g r( ) ( ) / O valor mais próximo de ΔrH° em kJ/mol de FeO, para a reação indicada do FeO (sólido) com o CO (gasoso), é A) –14. B) –17. C) –50. D) –64. E) –100. 03. (Enem–2016) O benzeno, um importante solvente para a indústria química, é obtido industrialmente pela destilação do petróleo. Contudo, também pode ser sintetizado pela trimerização do acetileno catalisada por ferro metálico sob altas temperaturas, conforme a equação química: 3 C2H2(g) → C6H6() A energia envolvida nesse processo pode ser calculada indiretamente pela variação de entalpia das reações de combustão das substâncias participantes, nas mesmas condições experimentais: I C H O H OCO Hg g g C. ( ) ( ) ( ) ( ) ° kcal/mol2 5 22 2 2 22 310� �� � � � II C H O H OCO Hg g C. ( ) ( ) ( ) ( ) ° kcal/mol6 15 26 2 2 26 7803 � �� � �� A variação de entalpia do processo de trimerização, em kcal, para a formação de um mol de benzeno é mais próxima de A) –1 090. B) –150. C) –50. D) +157. E) +470. Energia de Ligação e Lei de Hess Q U ÍM IC A 65Bernoulli Sistema de Ensino 04. (Enem) O aproveitamento de resíduos florestais vem se tornando cada dia mais atrativo, pois eles são uma fonte renovável de energia. A figura representa a queima de um bio-óleo extraído do resíduo de madeira, sendo ΔH1,a variação de entalpia devido à queima de 1 g desse bio-óleo, resultando em gás carbônico e água líquida, e ΔH2 a variação de entalpia envolvida na conversão de 1 g de água no estado gasoso para o estado líquido. Energia Bio-óleo + O2 (g) ∆H1 = –18,8 kJ/g ∆H2 = –2,4 kJ/g CO2 (g) + H2O (g) CO2 (g) + H2O () A variação de entalpia, em kJ, para a queima de 5 g desse bio-óleo resultando em CO2 (gasoso) e H2O (gasoso) é: A) –106 B) –94,0 C) –82,0 D) –21,2 E) –16,4 • • 06. A • • 07. D • • 08. B Propostos Acertei ______ Errei ______ • • 01. A • • 02. B • • 03. A 04. • • A) –22 kcal.mol–1 de HC formado. • • B) A reação é exotérmica devido ao valor negativo de ΔH. • • 05. A • • 06. A • • 07. E • • 08. E 09. • • A) Dividir a equação I por 2; inverter e dividir a equação II por 2; multiplicar a equação III por 2. • • B) ΔH = –311,5 kJ • • 10. A • • 11. A • • 12. D • • 13. A Seção Enem Acertei ______ Errei ______ • • 01. A • • 02. B • • 03. B • • 04. C Total dos meus acertos: __________ de __________ . ______ %______ % GABARITO Aprendizagem Acertei ______ Errei ______ • • 01. D • • 02. D • • 03. B • • 04. B • • 05. D Meu aproveitamento Frente B Módulo 11 66 Coleção 6V * 1 nm ⇒ nanômetro = 10–9 m. ** Ionização ⇒ processo em que há a quebra de uma ou mais ligações de uma molécula, originando íons. Soluções são misturas homogêneas de duas ou mais substâncias. diversas soluções fazem parte de nossa vida: o soro fisiológico, o ouro 18 quilates, o ar atmosférico (isento de partículas de poeira), os refrigerantes, etc. Chama-se solvente o componente de uma solução que é encontrado em maior quantidade. Já o componente que se encontra em menor quantidade é denominado soluto. CArACterístICAs dAs soLuções • Quanto ao tamanho médio das partículas do soluto ⇒ até 1 nm*. • Quanto à natureza das partículas ⇒ íons ou moléculas. • Quanto à sedimentação ⇒ não sedimentam (até em ultracentrífugas). • Quanto à separação por filtração ⇒ não há a separação do soluto e do solvente por esse processo mecânico (em qualquer tipo de filtro). CLAssIfICAção Quanto à natureza do soluto soluções iônicas (eletrolíticas) O soluto é formado por íons ou por uma mistura de íons com moléculas. Esse tipo de solução é obtido por dissolução de ácidos, bases ou sais em água, ou seja, substâncias iônicas ou moleculares que sofrem ionização**. A característica principal de uma solução iônica é a propriedade de condução de corrente elétrica. um bom exemplo é a solução líquida encontrada em baterias de automóveis, em que existe ácido sulfúrico (H2SO4) dissolvido em água. soluções moleculares (não eletrolíticas) Soluções em que o soluto é constituído somente de moléculas que, após a dissolução, não sofrem o processo de ionização. Como essas soluções não possuem íons disseminados no solvente, elas não podem conduzir corrente elétrica. um bom exemplo desse tipo de solução é a mistura de água e açúcar (sacarose). Quanto aos estados de agregação de seus componentes Solução Solvente Soluto Exemplo Gasosa Gasoso Gasoso Ar atmosférico filtrado Líquida Líquido Gasoso refrigerante Líquido Álcool combustível (água e etanol) Sólido Soro glicosado Sólida Sólido Gasoso Platina e gás hidrogênio Líquido Amálgama dentária (mistura de chumbo e mercúrio) Sólido Latão (mistura de zinco e cobre no estado fundido) Quanto à quantidade de soluto em relação ao solvente No nosso dia a dia, usamos expressões como “café fraco” e “café forte”. Quando as utilizamos, estamos dizendo que, no primeiro caso, a quantidade de soluto (pó dissolvido) é pequena em relação à quantidade de solvente. Entretanto, no segundo caso, a quantidade de soluto é elevada em relação ao solvente. Classificamos o “café fraco” como sendo uma solução diluída em comparação ao “café forte”, solução concentrada. Solução diluída: Solução em que a quantidade de soluto é pequena quando comparada com a quantidade de solvente. Solução concentrada: Solução em que a quantidade de soluto é elevada quando comparada com a quantidade de solvente. CoefICIente de soLubILIdAde As classificações diluída e concentrada não são científicas, porque o fato de uma pessoa considerar um café “forte” não impede que outra o considere “fraco” e vice-versa. Módulo 12 Frente B 67Bernoulli Sistema de Ensino QUÍMICA Introdução ao estudo das soluções 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 67 21/01/2020 15:51:28 Frente B Módulo 12 68 Coleção 6V dessa forma, foi necessário criar um conceito científico claro e muito bem definido para expressar a relação entre as quantidades de soluto e solvente. O conceito que expressa bem esse tipo de relação soluto / solvente é o coeficiente de solubilidade. Coeficiente de solubilidade (C.S.) ⇒ É a quantidade máxima de soluto que uma quantidade padrão de solvente consegue dissolver a uma dada temperatura. Exemplo: 39,8 g de NaCl/100 g de H2O (100 °C) isso significa que, na temperatura de 100 °C, 100 g de água conseguem dissolver, no máximo, 39,8 g de NaCl. O coeficiente de solubilidade depende pouco da pressão em solução líquida, porém a sua dependência da temperatura, para qualquer tipo de solução, é tão grande que podemos expressá-la por um gráfico denominado curva de solubilidade. Curva de solubilidade do NaCl 50 45 40 35 0 20 30 40 50 60 70 80 90 30 10010 NaC C .S . / g de s al p or 1 00 g d e ág ua T / °C B A Região que corresponde a soluções insaturadas. Região que corresponde a soluções supersaturadas. Temperatura / °C Concentração (g de NaCl/100 g de H2O) 0 35,7 10 35,8 20 36,0 30 36,3 40 36,6 50 37,0 60 37,3 70 37,8 80 38,4 90 39,0 100 39,8 O aumento de temperatura provoca um aumento na massa de NaCl dissolvida em 100 g de H2O. Quando o aumento de temperatura aumenta o coeficiente de solubilidade, dizemos que a dissolução do soluto é endotérmica. Quando o aumento da temperatura diminui o coeficiente de solubilidade, a dissolução é exotérmica. A B A partir do valor do coeficiente de solubilidade e da concentração da solução, podemos classificar as soluções em insaturadas, saturadas ou supersaturadas, dependendo da quantidade de soluto dissolvido no solvente. Quando se trata de sais hidratados, a curva de solubilidade apresenta pontos de inflexão que representam uma mudança na estrutura do soluto. Essa mudança corresponde à eliminação da água de hidratação que interagia com os íons do soluto. O CaCl2.6H2O possui, em sua rede cristalina, 6 mol de moléculas de água de hidratação para cada mol de CaCl2. O aquecimento de uma solução aquosa de CaCl2.6H2O gerará dois pontos de inflexão que correspondem à eliminação de moléculas de água de hidratação. C oe fic ie nt e de s ol ub ili da de Temperatura Eliminação de 2H2O Eliminação de 2H2O CaC 2 .6H 2 O CaC2 .4H2 O CaC2 .2H2 O solução insaturada (não saturada) insaturada é toda solução que possui uma quantidade de soluto dissolvido inferior ao coeficiente de solubilidade. Exemplo: Solução aquosa contendo 25,0 g de NaCl dissolvidos em 100 g de água a 20 °C. A análise da curva de solubilidade do NaCl admite a dissolução de 36,0 g de NaCl a 20 °C, ou seja, 11,0 g a mais do que a massa dissolvida. solução saturada Saturada é toda solução que possui uma quantidade de soluto dissolvido exatamente igual ao coeficiente de solubilidade. Exemplo: Solução aquosa contendo 37,8 g de NaCl dissolvidos em 100 g de água a 70 °C. A análise da curva de solubilidade do NaCl não admite a dissolução de qualquer quantidade adicional de soluto a 70 °C. solução supersaturada Supersaturada é toda solução metaestável que possui uma quantidade de soluto dissolvido superior ao coeficiente de solubilidade, porém a quantidade adicional ainda continua dissolvida. 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 68 21/01/2020 15:51:28 Introdução ao estudo das soluções Q u ím IC A 69Bernoulli Sistema de Ensino Exemplo:Solução aquosa contendo 39,0 g de NaCl dissolvidos em 100 g de água a 50 °C. Como obter uma solução supersaturada: 39 g de NaC 2 g de NaC Precipitado100 °C até 50 °C 50 °C Cristal de NaC (gérmen de cristalização) 39 g de NaC dissolvidos em 100 g de H2O a 50 °C Agitação Repouso absoluto Agitação 37 g de NaC dissolvidos em 100 g de H2O a 50 °C 100 g de H2O Solução insaturada Solução supersaturada Solução saturada com corpo de fundo solução saturada com corpo de fundo Pode-se também agitar ou adicionar um único cristal ou um gérmen de cristalização à solução supersaturada e ela tornar-se-á uma solução saturada com corpo de fundo. O excedente, que antes se encontrava dissolvido, precipita, indo para o fundo do recipiente. Exemplo: Solução aquosa contendo 39,0 g de NaCl dissolvidos em 100 g de água a 50 °C. Nesse sistema, 2 g de NaCl encontram-se em excesso e formam o corpo de fundo. meCAnIsmo de dIssoLução Quando um soluto é dissolvido em um solvente, há o aumento do grau de desordem do sistema (aumento da entropia), o que leva a uma diminuição da energia livre do sistema e a um aumento de sua estabilidade. dessa forma, as dissoluções de um soluto em um solvente são termodinamicamente favoráveis devido ao aumento da entropia do sistema. Contudo, nem toda dissolução é espontânea. Para que uma dissolução ocorra, algumas interações solvente-solvente e soluto-soluto devem ser substituídas por interações soluto-solvente. Se essas novas interações forem mais intensas (mais estáveis) do que as interações originais, a dissolução é espontânea. Nessas dissoluções, há uma redução de energia do sistema, pois ele fica mais estável. A energia excedente é liberada para o meio na forma de calor e a dissolução é classificada como exotérmica. C2H6O(l) + H2O(l) → C2H6O(aq) DH < 0 As dissoluções em que as interações soluto-solvente são muito menos intensas (menos estáveis) do que as interações soluto-soluto e solvente-solvente são não espontâneas e dizemos que o soluto é insolúvel no solvente. Entretanto, alguns solutos são solúveis em um determinado solvente, mesmo possuindo as interações soluto-solvente menos intensas (menos estáveis) do que as interações soluto-soluto e solvente-solvente. Nessas dissoluções, há um aumento da energia potencial do sistema, que é compensado pela redução de energia devido ao aumento da entropia. Essas dissoluções absorvem uma pequena quantidade de calor do meio devido ao aumento da energia potencial e, consequentemente, diminuição da energia cinética do sistema, sendo levemente endotérmicas. NaNO2(s) + H2O(l) → NaNO2(aq) DH > 0 A solubilidade dos gases nos líquidos A solubilidade de um gás diminui à medida que a solução é aquecida e / ou a pressão sobre ela diminui. isso explica por que ocorre o derramamento de refrigerante quando retiramos a tampa da garrafa, principalmente se ele estiver quente. No instante em que a tampa é retirada, a pressão diminui e o gás se desprende do líquido. Portanto, Diminuição da quantidade de gás dissolvido no líquido Aumento de temperatura do sistema. Diminuição da pressão do sistema. regrA de soLubILIdAde Existe uma regra para prever se haverá a dissolução de um soluto em um determinado solvente. Essa regra é conhecida como regra dos Semelhantes. Segundo essa regra, se um soluto • é polar ou iônico, ele é solúvel em um solvente polar como a água; • é apolar, ele é solúvel em um solvente apolar, como o tetracloreto de carbono (CCl4). Contudo, essa regra possui muitas exceções: • alguns sais são insolúveis em água, como o PbSO4; • os gases atmosféricos apolares CO2, N2 e O2 são solúveis em água; • álcoois de cadeia carbônica longa (com mais de 10 átomos de carbono) são compostos polares devido à presença do grupo hidroxila, mas são insolúveis em água. Portanto, essa regra deve ser utilizada com muito cuidado. 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 69 21/01/2020 15:51:30 Frente B Módulo 12 70 Coleção 6V exerCíCIos de AprendIzAgem 01. (PuC rio) A tabela a seguir mostra a solubilidade de vários sais, à temperatura ambiente, em g/100 mL: AgNO3 (Nitrato de prata) 260 Al2(SO4)3 (Sulfato de alumínio) 160 NaCl (Cloreto de sódio) 36 KNO3 (Nitrato de potássio) 52 KBr (Brometo de potássio) 64 Se 25 mL de uma solução saturada de um destes sais foram completamente evaporados, e o resíduo sólido pesou 13 g, o sal é: A) AgNO3 B) Al2(SO4)3 C) NaCl d) KNO3 E) KBr 02. (unimontes-MG) Em algumas circunstâncias, pode-se preparar soluções com mais ou menos soluto do que o necessário para preparar uma solução saturada, a uma dada temperatura. A solubilidade do sulfato de cobre (ii), a 20 °C, é cerca de 21 g por 100 g de água. Se uma solução foi preparada pela adição de 2,5 g desse sal a 10 g de água, a solução é, a 20 °C, A) insaturada. B) supersaturada. C) saturada. d) heterogênea. 03. (Fuvest-SP–2020) Em Xangai, uma loja especializada em café oferece uma opção diferente para adoçar a bebida. A chamada sweet little rain consiste em uma xícara de café sobre a qual é JOTW pendurado um algodão-doce, material rico em sacarose, o que passa a impressão de existir uma nuvem pairando sobre o café, conforme ilustrado na imagem. disponível em: <https://www.boredpanda.com/>. O café quente é então adicionado na xícara e, passado um tempo, gotículas começam a pingar sobre a bebida, simulando uma chuva doce e reconfortante. A adição de café quente inicia o processo descrito, pois A) a temperatura do café é suficiente para liquefazer a sacarose do algodão-doce, fazendo com que este goteje na forma de sacarose líquida. B) o vapor de água que sai do café quente irá condensar na superfície do algodão-doce, gotejando na forma de água pura. C) a sacarose que evapora do café quente condensa na superfície do algodão-doce e goteja na forma de uma solução de sacarose em água. d) o vapor de água encontra o algodão-doce e solubiliza a sacarose, que goteja na forma de uma solução de sacarose em água. E) o vapor de água encontra o algodão-doce e vaporiza a sacarose, que goteja na forma de uma solução de sacarose em água. Note e adote: Temperatura de fusão da sacarose à pressão ambiente = 186 °C; Solubilidade da sacarose a 20 °C = 1,97 kg/L de água. 04. (uFMG) Seis soluções aquosas de nitrato de sódio, NaNO3, numeradas de i a Vi, foram preparadas, em diferentes temperaturas, dissolvendo-se diferentes massas de NaNO3 em 100 g de água. Em alguns casos, o NaNO3 não se dissolveu completamente. Este gráfico representa a curva de solubilidade de NaNO3, em função da temperatura, e seis pontos, que correspondem aos sistemas preparados: M as sa d e N aN O 3 em g/ 10 0 g de H 2O 100 50 150 100806040200 I II III IV V VI Temperatura (°C) A partir da análise desse gráfico, é correto afirmar que os dois sistemas em que há precipitado são A) i e ii. B) i e iii. C) iV e V. d) V e Vi. 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 70 21/01/2020 15:51:30 Introdução ao Estudo das Soluções Q U ÍM IC A 71Bernoulli Sistema de Ensino 05. (FTB-dF) O gráfico a seguir representa as curvas de solubilidade de várias substâncias. 68 KNO3 MgC�2 AgNO3 KC� Temperatura (ºC) NaC� 180 160 140 120 100 88 80 60 40 20 0 20 40 60 80100 NaNO3 Solubilidade (g/100 g de H2O) Pb(NO3)2 Com base no gráfico, é correto afirmar que A) a 0 °C o KCl é menos solúvel em água que o KNO3. B) o KCl e o NaCl apresentam sempre a mesma solubilidade em qualquer temperatura. C) a solubilidade de todos os sais representados no gráfico aumenta com a elevação da temperatura. d) a entalpia de solubilização do KCl é negativa, ou seja, a dissolução de KCl é exotérmica. E) a 20 °C o MgCl2 apresenta a maior solubilidade entre todos os sais representados no gráfico. 06. (uFMG) Em uma aula, no laboratório de química, os alunos prepararam, sob supervisão do professor, duas soluções aquosas, uma de cloreto de potássio, KCl, e umade cloreto de cálcio, CaCl2. Após observarem a variação da temperatura em função do tempo, durante o preparo de cada uma dessas soluções, os alunos elaboraram este gráfico: 10 20 30 30 60 90 CaC�2 KC� Tempo (s) Te m pe ra tu ra (º C ) 120 0 Considerando-se as informações fornecidas por esse gráfico e outros conhecimentos sobre o assunto, é correto afirmar que A) a dissolução do CaCl2 diminui a energia cinética média das moléculas de água. B) a dissolução do KCl é um processo exotérmico. C) a entalpia de dissolução do CaCl2 é maior que zero. d) a solubilidade do KCl aumenta com o aumento da temperatura. 4X5M 07. (unicamp-SP) A questão do aquecimento global está intimamente ligada à atividade humana e também ao funcionamento da natureza. A emissão de metano na produção de carnes e a emissão de dióxido de carbono em processos de combustão de carvão e derivados do petróleo são as mais importantes fontes de gases de origem antrópica. O aquecimento global tem vários efeitos, sendo um deles o aquecimento da água dos oceanos, o que, consequentemente, altera a solubilidade do CO2 nela dissolvido. Esse processo torna-se cíclico e, por isso mesmo, preocupante. A figura a seguir, preenchida de forma adequada, dá informações quantitativas da dependência da solubilidade do CO2 na água do mar, em relação à pressão e à temperatura. A) de acordo com o conhecimento químico, escolha adequadamente e escreva em cada quadrado da figura o valor correto, de modo que a figura fique completa e correta: solubilidade em gramas de CO2 /100 g água: 2, 3, 4, 5, 6, 7; temperatura (°C): 20, 40, 60, 80, 100 e 120; pressão (atm): 50, 100, 150, 200, 300, 400. Justifique sua resposta. B) determine a solubilidade molar do CO2 na água (em gramas/100 g de água) a 40 °C e 100 atm. Mostre na figura como ela foi determinada. 08. (PuC rio) A solubilização do oxigênio, em água, é um processo exotérmico. Assim, (i) o que deve acontecer com o teor de oxigênio dissolvido na água quando a temperatura do dia aumenta? (ii) Por outro lado, supondo uma mesma temperatura e duas cidades diferentes, como rio de Janeiro (nível do mar) e Teresópolis (alto de uma serra), em qual a água teria um maior teor de oxigênio dissolvido? A) (i) Aumenta; (ii) rio de Janeiro. B) (i) diminui; (ii) rio de Janeiro. C) (i) Aumenta; (ii) igual para ambas as cidades. d) (i) diminui; (ii) Teresópolis. E) (i) Aumenta; (ii) Teresópolis. DQM9 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 71 21/01/2020 15:51:31 Frente B Módulo 12 72 Coleção 6V exerCíCIos propostos 01. (FMTM-MG) A tabela apresenta a solubilidade do KNO3 e do CsNO3 em água. Temperatura g KNO3/100 g H2O g CsNO3/100 g H2O 20 ºC 31,6 23,0 70 ºC 138,0 107,0 Em 100 g de uma amostra contendo partes iguais de KNO3 e de CsNO3, foram adicionados 50 g de água a 70 °C. Após resfriamento até 20 °C, coletou-se o sólido cristalizado. Considerando-se que a solubilidade de um sal não é afetada pela presenção de outro sal, pode-se afirmar que se cristalizaram A) 18,4 g de KNO3 e 27,0 g de CsNO3. B) 34,2 g de KNO3 e 38,5 g de CsNO3. C) 53,2 g de KNO3 e 42,0 g de CsNO3. d) 68,4 g de KNO3 e 77,0 g de CsNO3. E) 106,4 g de KNO3 e 84,0 g de CsNO3. 02. (uFPE) A solubilidade do oxalato de cálcio a 20 °C é de 33,0 g por 100 g de água. Qual a massa, em gramas, de CaC2O4 depositada no fundo do recipiente quando 100 g de CaC2O4(s) são adicionados em 200 g de água a 20 °C? 03. (FuVEST-SP) Quatro tubos contêm 20 mL (mililitros) de água cada um. Coloca-se, nesses tubos, dicromato de potássio (K2Cr2O7) nas seguintes quantidades: Massa de K2Cr2O7 / g Tubo A 1,0 Tubo B 3,0 Tubo C 5,0 Tubo d 7,0 A solubilidade do sal, a 20 °C, é igual a 12,5 g por 100 mL de água. Após agitação, em quais dos tubos coexistem, nessa temperatura, solução saturada e fase sólida? A) Em nenhum. B) Apenas em d. C) Apenas em C e d. d) Apenas em B, C e d. E) Em todos. 77HR F3BW NJ7J 04. (uFV-MG) A solubilidade do nitrato de potássio (KNO3), em função da temperatura, é representada no gráfico a seguir: 250 200 150 100 50 0 0 20 40 60 80 100 Temperatura (ºC) S o lu b ili d ad e (g /1 0 0 g d e H 2 O ) de acordo com o gráfico, assinale a alternativa que indica corretamente a massa de KNO3, em gramas, presente em 750 g de solução, na temperatura de 30 °C. A) 250 B) 375 C) 150 d) 100 E) 500 05. (PuC Minas) Considere o gráfico de solubilidade de substâncias a seguir: S ol ub ili da de ( g/ 10 0 g de H 2O ) Temperatura / ºC 100 50 10 100 Na2SO4 5010 20 30 40 60 70 80 90 KNO3 Assinale a afirmativa incorreta. A) No intervalo de temperatura de 30 °C a 100 °C, há diminuição da solubilidade do Na2SO4. B) Na temperatura de 40 °C, o KNO3 apresenta a mesma solubilidade do Na2SO4. C) Na temperatura de 20 °C, o Na2SO4 é mais solúvel que o KNO3. d) A solubilidade do KNO3 na temperatura de 0 °C é igual a 10 g KNO3 / 100 g H2O. 69U8 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 72 21/01/2020 15:51:31 Introdução ao estudo das soluções Q u ím IC A 73Bernoulli Sistema de Ensino Instrução: Observe o gráfico para responder às questões de números 06 e 07. O gráfico mostra a curva de solubilidade do sal dicromato de potássio em água. 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 T (°C) C S ( g sa l/ 10 0 g H 2O ) A 06. (FGV-SP) A solução indicada pelo ponto A e o tipo de dissolução do dicromato de potássio são denominadas, respectivamente, A) insaturada e endotérmica. B) insaturada e exotérmica. C) saturada e endotérmica. d) supersaturada e endotérmica. E) supersaturada e exotérmica. 07. (FGV-SP) uma solução aquosa de dicromato de potássio, quando resfriada a 40 °C, formou 240 g de sal cristalizado. Se essa mesma solução fosse resfriada a 10 °C, teria formado 340 g de sal cristalizado. Considerando-se que a cristalização é completa nas temperaturas examinadas, pode-se afirmar que a massa dessa solução de dicromato de potássio é igual a A) 1 000 g. B) 950 g. C) 890 g. d) 800 g. E) 315 g. 08. (FMTM-MG) A dissolução de uma substância em água pode ocorrer com absorção ou liberação de calor. O esquema apresenta as temperaturas da água destilada e das soluções logo após as dissoluções do nitrato de sódio e hidróxido de cálcio em água destilada. T = 25 °C T = 21 °C T = 29 °C H2O H2O + NaNO3 H2O + Ca(OH)2 I5QL Os gráficos a seguir representam as curvas de solubilidade para as duas substâncias consideradas. (g s o lu to /1 0 0 g H 2 O ) S o lu b ili d ad e T (ºC) S o lu b ili d ad e (g s o lu to /1 0 0 g H 2 O ) T (ºC) I II Quanto ao calor liberado ou absorvido na dissolução, ao calor de dissolução (Hdiss) e à curva de solubilidade, assinale a alternativa que apresenta as propriedades que correspondem, respectivamente, à dissolução do nitrato de sódio e à do hidróxido de cálcio em água. A) Endotérmica; Hdiss > 0; curva i. Exotérmica; Hdiss < 0; curva ii. B) Endotérmica; Hdiss > 0; curva ii. Exotérmica; Hdiss < 0; curva i. C) Exotérmica; Hdiss > 0; curva i. Endotérmica; Hdiss < 0; curva ii. d) Exotérmica; Hdiss < 0; curva i. Endotérmica; Hdiss > 0; curva ii. E) Exotérmica; Hdiss > 0; curva ii. Endotérmica; Hdiss < 0; curva i. 09. (uFES) Ao se adicionar cloreto de amônio a uma certa quantidade de água a 25 ºC, observa-se um resfriamento na solução. Com base nessa informação, pode-se afirmar: A) O processo é exotérmico e a solubilidade do NH4Cl aumenta com o aumento da temperatura. B) O processo é endotérmico e a solubilidade do NH4Cl aumenta com o aumento da temperatura. C) O processo é exotérmico e a solubilidade do NH4Cl diminui com o aumento da temperatura. d) O processo é endotérmico e a solubilidade do NH4Cl diminui com o aumento da temperatura. E) O processo é endotérmico e a solubilidade do NH4Cl independe da temperatura. E5OE 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 73 21/01/202015:51:31 Frente B Módulo 12 74 Coleção 6V 10. (FEi-SP) A tabela a seguir fornece as solubilidades do KCl e do Li2CO3 a várias temperaturas. Temperatura / ºC Solubilidade g/100 g H2O KCl Li2CO3 0 27,6 0,154 10 31,0 0,143 20 34,0 0,133 30 37,0 0,125 40 40,0 0,117 50 42,0 0,108 Assinale a alternativa incorreta. A) A dissolução do KCl em água é endotérmica. B) A massa de KCl capaz de saturar 50 g de água, a 40 °C, é 20 g. C) Ao se resfriar de 50 °C até 20 °C, uma solução que contém, inicialmente, 108 mg de Li2CO3 em 100 g de água, haverá precipitação de 25 mg de Li2CO3. d) A mistura formada pela adição de 154 mg de Li2CO3, em 100 g de H2O, a 0 °C, é saturada. E) A solubilidade de Li2CO3 aumenta com a diminuição da energia cinética média das moléculas do solvente. 11. (PuC Minas) A tabela a seguir fornece as solubilidades do KNO3 e do Ce2(SO4)3 a várias temperaturas. Temperatura (ºC) Solubilidade do KNO3 (g/100 g H2O) Solubilidade do Ce2(SO4)3 (g/100 g H2O) 0 13,0 19,0 10 18,0 14,2 20 30,0 10,0 30 46,0 8,6 40 64,0 6,5 50 85,0 4,3 60 108,0 2,5 Assinale a afirmativa incorreta. A) A dissolução do KNO3 em água é endotérmica. B) O aquecimento diminui a solubilidade do Ce2(SO4)3 em água. C) A massa de KNO3 capaz de saturar 50 g de água, a 20 °C, é 60 g. d) uma solução saturada de KNO3, ao ser resfriada de 50 °C para 20 °C, produz depósito da ordem de 55 g. E) A 10 °C, a solubilidade do Ce2(SO4)3 é menor do que a do KNO3. 12. (uFSCar-SP) As solubilidades dos sais KNO3 e Ce2(SO4)3, em água, medidas em duas temperaturas diferentes, são fornecidas na tabela a seguir: Sal Solubilidade, em g de sal/100 g água 10 ºC 80 ºC KNO3 13,3 169,6 Ce2(SO4)3 10,1 2,2 Com base nesses dados, pode-se afirmar que A) a dissolução de KNO3, em água, é um processo exotérmico. B) a dissolução de Ce2(SO4)3, em água, é acompanhada de absorção de calor no ambiente. C) os dois sais podem ser purificados pela dissolução de cada um deles em volumes adequados de água a 80 °C, seguido do resfriamento de cada uma das soluções a 10 °C. d) se 110,1 g de uma solução saturada de Ce2(SO4)3 a 10 °C forem aquecidos a 80 °C, observa-se a deposição de 2,2 g do sal sólido. E) a adição de 100 g de KNO3 a 100 g de água a 80 °C dá origem a uma mistura homogênea. 15Q6 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 74 21/01/2020 15:51:31 Introdução ao Estudo das Soluções Q U ÍM IC A 75Bernoulli Sistema de Ensino seção enem 01. (Enem) devido ao seu alto teor de sais, a água do mar é imprópria para o consumo humano e para a maioria dos usos da água-doce. No entanto, para a indústria, a água do mar é de grande interesse, uma vez que os sais presentes podem servir de matérias-primas importantes para diversos processos. Nesse contexto, devido à sua simplicidade e ao seu baixo potencial de impacto ambiental, o método da precipitação fracionada tem sido utilizado para a obtenção dos sais presentes na água do mar. Soluto Fórmula Solubilidade g/kg de H2O Brometo de sódio NaBr 1,20 . 103 Carbonato de cálcio CaCO3 1,30 . 10–2 Cloreto de sódio NaCl 3,60 . 102 Cloreto de magnésio MgCl2 5,41 . 102 Sulfato de magnésio MgSO4 3,60 . 102 Sulfato de cálcio CaSO4 6,80 . 10-1 Tabela 1: Solubilidade em água de alguns compostos presentes na água do mar a 25 °C. PiTOMBO, L. r. M; MArCONdES, M. E. r.; GEPEC. Grupo de pesquisa em Educação em Química. Química e a Sobrevivência: Hidrosfera – Fonte de materiais. São Paulo: EduSP, 2005 (Adaptação). Suponha que uma indústria objetiva separar determinados sais de uma amostra de água do mar a 25 °C por meio da precipitação fracionada. Se essa amostra contiver somente os sais destacados na tabela, a seguinte ordem de precipitação será verificada: A) Carbonato de cálcio, sulfato de cálcio, cloreto de sódio e sulfato de magnésio, cloreto de magnésio e, por último, brometo de sódio. B) Brometo de sódio, cloreto de magnésio, cloreto de sódio e sulfato de magnésio, sulfato de cálcio e, por último, carbonato de cálcio. C) Cloreto de magnésio, sulfato de magnésio e cloreto de sódio, sulfato de cálcio, carbonato de cálcio e, por último, brometo de sódio. d) Brometo de sódio, carbonato de cálcio, sulfato de cálcio, cloreto de sódio e sulfato de magnésio e, por último, cloreto de magnésio. E) Cloreto de sódio, sulfato de magnésio, carbonato de cálcio, sulfato de cálcio, cloreto de magnésio e, por último, brometo de sódio. 02. A solubilidade de gases em líquidos depende de fatores como a pressão e a temperatura. Os gases atmosféricos CO2 e O2 são solúveis em água e os principais responsáveis pelos sabores diferentes na água que consumimos, alterados também pelas substâncias sólidas presentes. As condições de temperatura e pressão que favorecem a solubilidade dos gases em água são A) temperatura e pressão altas. B) temperatura baixa e pressão alta. C) temperatura e pressão baixas. d) temperatura e pressão medianas. E) temperatura e pressão baixas. 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 75 21/01/2020 15:51:31 frente b módulo 12 76 Coleção 6V gAbArIto Aprendizagem Acertei ______ errei ______ • 01. d • 02. C • 03. d • 04. B • 05. C • 06. d 07. • A) 7 6 5 4 S o lu b ili d ad e Temperatura Pr es sã o 3 2 20 40 60 80 100 120 50 100 150 200 300 400 A escolha se justifica pelo fato de que a solubilidade dos gases em água aumenta com o aumento da pressão e com a diminuição da temperatura. • B) Concentração do CO2 em mol L–1: 5,5 g de CO2 —— 100 g de água x g —— 1 000 g de água x = 55 g / 1 000 g de água do mar Considerando-se a densidade da água do mar, na condição de 40 ºC e 110 atm, a concentração de CO2 se torna igual a 55 g.L–1. Assim, a concentração de CO2 em mol.L–1 será 55/44 = 1,25 mol L–1. Observação: Como o item B dessa questão pede a concentração em duas unidades diferentes, a banca corretora considerará válido qualquer um dos dois valores. • 08. B propostos Acertei ______ errei ______ • 01. B • 02. 34 g de CaC2O4(s) • 03. d • 04. A • 05. C • 06. A • 07. C • 08. A • 09. B • 10. C • 11. C • 12. E seção enem Acertei ______ errei ______ • 01. A • 02. B meu aproveitamento total dos meus acertos: _____ de _____ . ______ % 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 76 21/01/2020 15:51:35 São compostos derivados dos ácidos carboxílicos obtidos pela substituição do hidrogênio da carboxila por um radical carbônico. A reação entre um ácido carboxílico e um álcool (reação de esterificação) é uma das mais importantes para a obtenção dos ésteres. Tais compostos possuem o grupamento funcional carboxi. C O O R R’ nomenCLAturA IupAC A nomenclatura de um éster é derivada da nomenclatura dos ácidos carboxílicos. deve-se apenas substituir a terminação -ico do ácido carboxílico pela terminação -ato seguida da preposição de e do nome do radical ligado ao oxigênio. Para numerar a cadeia principal de um éster, deve-se começar pelo carbono do grupamento carboxi. Propanoato de etila H3C O CH2 C O CH2 CH3 CH3 CH3 CH2 C O OCH 1 2-metilbutanoato de fenila 234 reAção de esterIfICAção um dos principais métodos de síntese de ésteres é a reação de esterificação direta ou esterificação de Fischer. Essa reação consiste em uma desidratação intermolecular entre uma molécula de ácido carboxílico e uma molécula de álcool, catalisada por ácidos inorgânicos fortes e concentrados, como HCl e H2SO4. Essa reação é reversível e, à temperatura ambiente, apresenta um rendimento da ordem de 60%. Para aumentar o rendimento da reação, ou seja, deslocar o equilíbrio no sentido dos produtos, deve-se, à medida que a água se forma, eliminá-la do sistema. isso pode ser feito pela adição de CaO, que ao reagir com a água produz Ca(OH)2(s). A equação genérica que representa a esterificação é a seguinte: CR O O R' + H2O C O OH + HO R'R H+ Exemplo: CH3C O OH + HO CH2 CH3 H3C O C O CH2+ H2O CH3 H+ A reação de esterificação no sentido inverso é denominada hidrólise. reAção de trAnsesterIfICAção Atualmente, um tipo de reação de produção de ésteres tem recebido bastante destaque na mídia, a transesterificação. Por meio dessa reação, é possível obter o biodiesel. A reação de transesterificação consiste na reação entre um éster e um álcool catalisada por ácidos ou bases fortes, que origina um novo éster e um novo álcool. Módulo 09 Frente C 77Bernoulli Sistema de Ensino QUÍMICA ésteres 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 77 21/01/2020 15:51:36 Frente C Módulo 09 78 Coleção 6V A equação genérica que representa a transesterificação é a seguinte: CR O O + OH R" R' CR O + OH R' O R" O biodiesel é um combustível renovável (biocombustível) e biodegradável, obtido, comumente, a partir da reação de transesterificação entre um triacilglicerol, de origem animal ou vegetal, e um álcool, na presença de um catalisador ácido ou básico. Exemplo: H2C C (CH2)6(CH CHCH2)2(CH2)4CH3 O O O O HC C (CH2)6(CH CHCH2)2(CH2)4CH3 O H2C C (CH2)6(CH CHCH2)(CH2)7CH3 3 HO CH2CH3 O + C (CH2)6(CH CHCH2)2(CH2)4CH3 O O + + OHH2C OHHC OHH2C 2 CH3CH2 C (CH2)6(CH CHCH2)(CH2)7CH3 O OCH3CH2 GlicerinaA mistura dos ésteres formados é denominada biodiesel Os álcoois mais utilizados na produção do biodiesel são o metanol e o etanol. ApLICAções dos ésteres Os ésteres são utilizados como flavorizantes na indústria alimentícia na fabricação de doces, balas e refrigerantes; na indústria farmacêutica, na fabricação de xaropes e pastilhas, já que imitam o sabor e o odor de frutas. Os ésteres de cadeia longa são utilizados na fabricação de sabão. fontes nAturAIs dos ésteres Os ésteres são encontrados na natureza em essências de frutas, em óleos e gorduras animais e vegetais, nas ceras (de abelha, carnaúba) e nos fosfatídeos (lecitina do ovo e cefalina do cérebro). exerCíCIos de AprendIzAgem 01. (uErJ) um produto industrial consiste na substância orgânica formada no sentido direto do equilíbrio químico representado pela seguinte equação: + OH O H+ OH + O O H2O A função orgânica desse produto é: A) éster B) cetona C) aldeído d) hidrocarboneto 02. (uFLA-MG) um grande número de compostos orgânicos contém oxigênio em sua estrutura, formando diferentes classes funcionais. Alguns grupos funcionais oxigenados estão representados a seguir: C O H I C OH II II C O OH I I C O O C V Assinale a alternativa que apresenta as classes funcionais dos grupos i, ii, iii e iV, respectivamente. A) Éster, álcool, aldeído, ácido carboxílico B) Álcool, aldeído, cetona, éter C) Cetona, álcool, éter, aldeído d) Aldeído, ácido carboxílico, éster, éter E) Aldeído, álcool, ácido carboxílico, éster 03. (uFrGS-rS) Na reação de esterificação: H3C C O OH + CH3 CH2 CH2 OH I II C CH2 CH2 CH3 H3C O O III + H2O 5US4 YYYZ 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 78 21/01/2020 15:51:36 ésteres Q u ím IC A 79Bernoulli Sistema de Ensino os nomes dos compostos i, ii e iii são, respectivamente, A) ácido etanoico, propanal e metanoato de isopropila. B) etanal, propanol-1 e propanoato de etila. C) ácido etanoico, propanol-1, etanoato de n-propila. d) etanal, ácido propanoico, metanoato de n-propila. E) ácido metanoico, propanal e etanoato de n-propila. 04. (udESC) Analisando a reação a seguir, pode-se afirmar que OH +H3C HO C O CH2 CH3 H2SO4 Etanol O +H3C H2O C O CH2 CH3 3 4 1 2 = = A) os reagentes 1 e 2 são um ácido carboxílico e um álcool, respectivamente, que reagem entre si formando um éter, cuja nomenclatura é etanoato de etila. B) os reagentes 1 e 2 são um ácido carboxílico e um álcool, respectivamente, que reagem entre si formando um éster, cuja nomenclatura é etanoato de etila. C) os reagentes 1 e 2 são dois ácidos carboxílicos porque apresentam grupos OH. d) os reagentes 1 e 2 são dois álcoois porque apresentam grupos OH. E) os reagentes 1 e 2 são um ácido carboxílico e um álcool, respectivamente, que reagem entre si formando uma cetona. 05. (unesp–2017) Considere a seguinte reação, em que r e r’ são, respectivamente, os radicais etila e metila. r-COOH + r’-OH → r-COOr’ + H2O dê os nomes das funções orgânicas envolvidas nessa reação (reagentes e produto). Escreva a fórmula estrutural do produto orgânico formado, representando todas as ligações químicas entre os átomos constituintes. 06. (unicamp-SP) um dos pontos mais polêmicos na Olimpíada de Beijing foi o doping. durante os jogos, foram feitos, aproximadamente, 4 600 testes, entre urinários e sanguíneos, com alguns casos de doping confirmados. O último a ser flagrado foi um halterofilista ucraniano, cujo teste de urina foi positivo para nandrolona, um esteroide anabolizante. Esse esteroide é comercializado na forma decanoato de nandrolona (i), que sofre hidrólise, liberando a nandrolona no organismo. 7SFM ZWMH A) Na estrutura I, identifi que com um círculo e nomeie os grupos funcionais presentes. B) Complete a equação química da reação de hidrólise do decanoato de nandrolona, partindo da estrutura fornecida. O O (CH2)8CH3 O CH3 I 07. (FuVEST-SP) Em um experimento, alunos associaram os odores de alguns ésteres a aromas característicos de alimentos, como, por exemplo: O O O O O O O O O O Banana PeraAbacaxi Maçã Pepino Analisando a fórmula estrutural dos ésteres apresentados, pode-se dizer que, entre eles, os que têm cheiro de A) maçã e abacaxi são isômeros. B) banana e pepino são preparados com álcoois secundários. C) pepino e maçã são heptanoatos. d) pepino e pera são ésteres do mesmo ácido carboxílico. E) pera e banana possuem, cada qual, um carbono assimétrico. 08. (Mackenzie-SP) usado como solvente de vernizes, o etanoato de etila é um éster que, ao reagir com a água, fornece etanol (H3C—CH2—OH) e ácido etanoico (H3C—COOH). A fórmula molecular desse solvente é A) C4H8O2. B) C2H6O3. C) C2H4O2. d) C4H10O3. E) C2H6O. 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 79 21/01/2020 15:51:37 Frente C Módulo 09 80 Coleção 6V exerCíCIos propostos 01. (PuCPr) Ao realizar análise química de duas substâncias, um aluno deparou-se com a seguinte situação: a substância X mostrava-se reativa com álcool etílico (C2H5OH) em meio ácido, gerando um composto com odor característico de abacaxi, ao passo que a substância Y respondeu positivamente tanto para o teste de cetonas como para o de álcoois. Tendo que ambas as substâncias analisadas apresentam fórmula C4H8O2, quais, entre as estruturas a seguir, correspondem aos compostos X e Y, respectivamente? O O I O O O OH II III O OH O O IV V A) Tanto X como Y correspondem ao mesmo composto ii. B) Compostos V e ii. C) Compostos iV e V. d) Compostos iii e i. E) Compostos i e ii. 02. (FuVEST-SP) Entre as estruturas a seguir, duas representam moléculas de substâncias, pertencentes à mesma função orgânica, responsáveis pelo aroma de certas frutas. Carbono OxigênioHidrogênio B A C D 9P34 Essas estruturas são A) A e B. B) B e C. C) B e d. d) A e C. E) A e d. 03. (iTA-SP) Considere as seguintes substâncias: i. H3C—CH2—CHO ii. H3C—CH2—CO—CH3 iii. H3C—CH2—O—CH3 iV. H3C—CH2—CO—O—CH3 e as seguintes funções químicas: A. Ácido carboxílico B. Álcool C. Aldeído d. Cetona E. Éster F. Éter A opção que associa corretamente as substâncias com as funções químicas é A) id; iiC; iiiE; iVF. B) iC; iid; iiiE; iVA. C) iC; iid; iiiF; iVE. d) id; iiC; iiiF; iVE. E) iA; iiC; iiiE; iVd. 04. (AMAN-rJ) O composto etanoato de vinila está corretamente representado em A) CH3COOCH=CH2. B) CH3COOCH2CH=CH2. C) CH3COOC6H5. d) CH3COOC4H11. E) CH3COOC3H7. 05. (uFrGS-rS) Assinale a alternativa que apresenta a associação correta entre a fórmula molecular, o nome e uma aplicação do respectivo composto orgânico. A) CH3COOCH2CH3 – acetato de butila – aroma artificial de fruta B) CH3CH2OCH2CH3– etoxietano – anestésico C) CH3CH2COCH3 – propanona – removedor de esmalte d) CH3CH2COOH – ácido butanoico – produção de vinagre E) CH3CH2CH2CH2CH3 – pentano – preparação de sabão RNFB YQOY 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 80 21/01/2020 15:51:37 Ésteres Q U ÍM IC A 81Bernoulli Sistema de Ensino 06. (uNiFESP) Medicamentos obtidos da natureza são utilizados pelo homem há muito tempo. Produtos naturais e seus derivados são muito empregados na fabricação de medicamentos pelas indústrias farmacêuticas modernas. A maioria das pessoas, em algum momento, já fez uso de alguns desses compostos. O ácido acetilsalicílico, estrutura representada na figura, que compõe o conhecido medicamento de nome comercial aspirina, é obtido a partir do ácido salicílico que ocorre na casca da árvore do salgueiro branco, Salix alba. O O OH O Na hidrólise da aspirina, é formada uma substância que está presente no vinagre e também o ácido salicílico, que tem fórmula molecular A) C7H2O3. B) C7H4O2. C) C7H6O3. d) C8H8O5. E) C9H8O4. 07. (uFVJM-MG) O biodiesel é um combustível renovável (biocombustível) e biodegradável, obtido, comumente, a partir da reação de transesterificação entre um triacilglicerol, de origem animal ou vegetal, e um álcool, na presença de um catalisador ácido ou básico. Óleos vegetais de residências e de estabelecimentos comerciais, como bares e restaurantes, têm sido utilizados como uma fonte viável de triacilglicerol, que é quimicamente constituído, principalmente, de ácidos graxos insaturados: o linoleico (2 insaturações) e o oleico (1 insaturação). CH2 O C (CH2)6(CH CHCH2)2(CH2)4CH3 (CH2)6(CH CHCH2)2(CH2)4CH3 (CH2)6(CH CHCH2)(CH2)7CH3 O CH O C O CH2 O C O Com base nessas informações, faça o que se pede: indique os produtos da reação química de formação de biodiesel a partir do triacilglicerol com o metanol, em meio básico. 1T9Z seção enem 01. (Enem–2017) O biodiesel é um biocombustível obtido a partir de fontes renováveis, que surgiu como alternativa ao uso do diesel do petróleo para motores de combustão interna. Ele pode ser obtido pela reação entre triglicerídeos, presentes em óleos vegetais e gorduras animais, entre outros, e álcoois de baixa massa molar, como o metanol ou etanol, na presença de um catalisador, de acordo com a equação química: O CCH2 R1 O O CCH2 R3 O O C + 3 CH3OH +catalisadorCH R2 O O CCH3 R1 OHCH2 OHCH2 OHCH O O CCH3 R3 O O CCH3 R2 O A função química presente no produto que representa o biodiesel é A) éter. B) éster. C) álcool. d) cetona. E) ácido carboxilíco. 02. (Enem) uma forma de organização de um sistema biológico é a presença de sinais diversos utilizados pelos indivíduos para se comunicarem. No caso das abelhas da espécie Apis mellifera, os sinais utilizados podem ser feromônios. Para saírem e voltarem de suas colmeias, usam um feromônio que indica a trilha percorrida por elas (Composto A). Quando pressentem o perigo, expelem um feromônio de alarme (Composto B), que serve de sinal para um combate coletivo. O que diferencia cada um desses sinais utilizados pelas abelhas são as estruturas e funções orgânicas dos feromônios. CH2OH Composto A CH3COO(CH2)CH Composto B CH3 CH3 QuAdrOS, A. L. Os feromônios e o ensino de química. Química Nova na Escola, n. 7, maio 1998 (Adaptação). As funções orgânicas que caracterizam os feromônios de trilha e de alarme são, respectivamente, A) álcool e éster. B) aldeído e cetona. C) éter e hidrocarboneto. d) enol e ácido carboxílico. E) ácido carboxílico e amida. A47Q 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 81 21/01/2020 15:51:38 frente C módulo 09 82 Coleção 6V • 06. O O O CH3 (CH2)8CH3 Função: Cetona Grupo funcional: Carbonila A) Função: Éster Grupo funcional: Carboxilato B) O O O CH3 (CH2)8CH3 + H2O O CH3 HO O (CH2)8CH3 OH + • 07. d • 08. A propostos Acertei ______ errei ______ • 01. B • 02. d • 03. C • 04. A • 05. B • 06. C • 07. H3C O C (CH2)6(CH CHCH2)2(CH2)4CH3 O H2C OH HC OH H2C OH (CH2 )6(CH CHCH2)(CH2)7CH3H3C O C Oe seção enem Acertei ______ errei ______ • 01. B • 02. A • 03. B gAbArIto Aprendizagem Acertei ______ errei ______ • 01. A • 02. E • 03. C • 04. B • 05. H3C CH2 COOH: ácido carboxílico. H3C OH: álcool. H3C CH2 COOCH3: éster. Fórmula estrutural: H H H O C C C O H H HC H H meu aproveitamento 03. (Enem) Metade do volume de óleo de cozinha consumido anualmente no Brasil, cerca de dois bilhões de litros, é jogada incorretamente em ralos, pias e bueiros. Estima-se que cada litro de óleo descartado polua milhares de litros de água. O óleo no esgoto tende a criar uma barreira que impede a passagem da água, causa entupimentos e, consequentemente, enchentes. Além disso, ao contaminar os mananciais, resulta na mortandade de peixes. A reciclagem do óleo de cozinha, além de necessária, tem mercado na produção de biodiesel. Há uma demanda atual de 1,2 bilhão de litros de biodiesel no Brasil. Se houver planejamento na coleta, transporte e produção, estima-se que se possa pagar até r$ 1,00 por litro de óleo a ser reciclado. PrOGrAMA mostra caminho para uso do óleo de fritura na produção de biodiesel. disponível em: <http://www. nutrinews.com.br>. Acesso em: 14 fev. 2009 (Adaptação). de acordo com o texto, o destino inadequado do óleo de cozinha traz diversos problemas. Com o objetivo de contribuir para resolver esses problemas, deve-se A) utilizar o óleo para a produção de biocombustíveis, como etanol. B) coletar o óleo devidamente e transportá-lo às empresas de produção de biodiesel. C) limpar periodicamente os esgotos das cidades para evitar entupimentos e enchentes. d) utilizar o óleo como alimento para os peixes, uma vez que preserva seu valor nutritivo após o descarte. E) descartar o óleo diretamente em ralos, pias e bueiros, sem tratamento prévio com agentes dispersantes. total dos meus acertos: _____ de _____ . ______ % 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 82 21/01/2020 15:51:40 AmInAs São compostos derivados da amônia, NH3, pela substituição de um átomo de H (ou mais) por grupos carbônicos, em que o(s) carbono(s) que se liga(m) ao nitrogênio é(são) saturado(s). As aminas podem ser classificadas em: A) Aminas primárias: nitrogênio ligado a apenas um átomo de carbono. B) Aminas secundárias: nitrogênio ligado a dois átomos de carbono. C) Aminas terciárias: nitrogênio ligado a três átomos de carbono. As aminas são os compostos de maior caráter básico na Química Orgânica. nomenclatura IupAC A nomenclatura de uma amina é formada pelos nomes dos grupos ligados ao átomo de nitrogênio, em ordem de complexidade, e o grupo mais complexo recebe a terminação -amina. Metilamina ou metanamina Metilbutilamina ou N-metilbutanamina Dimetiletilamina ou N,N-dimetiletanamina CH3 NH2 CH2CH3 CH3 CH3 N CH3 CH2 CH2 CH2 CH3NH Aplicações das aminas As aminas são utilizadas em inúmeras sínteses orgânicas, na vulcanização da borracha, na fabricação de alguns tipos de sabões, na preparação de corantes e na produção de medicamentos. fontes naturais das aminas Na natureza, geralmente, as aminas são extraídas de vegetais (na forma de alcaloides). As aminas também são produzidas pela decomposição de cadáveres, principalmente de cadáveres de peixes. AmIdAs Compostos derivados dos ácidos carboxílicos por substituição da hidroxila de um nitrogênio, ou seja, o grupo funcional é constituído por um átomo de nitrogênio ligado a uma carbonila. Apesar de possuírem um átomo de oxigênio em seu grupo funcional, as amidas são consideradas compostos nitrogenados. As amidas podem ser classificadas em: A) Amidas não substituídas: amidas em que o nitrogênio está ligado à carbonila e a dois hidrogênios. B) Amidas N-substituídas: • Amidas monossubstituídas: amidas em que o nitrogênio está ligado à carbonila e a um grupo carbônico; • Amidas dissubstituídas: amidas emque o nitrogênio está ligado à carbonila e a dois grupos carbônicos. nomenclatura IupAC A nomenclatura de uma amida não substituída é derivada da nomenclatura dos ácidos carboxílicos. deve-se substituir a terminação -ico do ácido carboxílico de origem pela terminação -amida. Na nomenclatura de uma amida N-substituída, escreve-se a letra N seguida do nome dos grupos ligados ao nitrogênio, um a um, em ordem de complexidade. Para numerar a cadeia de uma amida, deve-se começar pelo carbono do grupamento carbonila. Etanamida (amida não substituída) N-etiletanamida (amida monossubstituída) N-metil-N-etil-3-metilbutanamida (amida dissubstituída) 2 134 CH2 C N O CH2 CH3CH CH3 CH3 CH3 H3C C NH2 O H3C C NH O CH2 CH3 Módulo 10 Frente C 83Bernoulli Sistema de Ensino QUÍMICA Aminas, Amidas e outras funções orgânicas 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 83 21/01/2020 15:51:41 Frente C Módulo 10 84 Coleção 6V Aplicações das amidas As amidas são matérias-primas para inúmeras sínteses orgânicas. No âmbito industrial, os compostos mais importantes obtidos a partir das amidas são as poliamidas, entre elas o náilon. fontes naturais das amidas As amidas raramente são encontradas na natureza, sendo geralmente sintetizadas em laboratório. nItroCompostos São compostos orgânicos que apresentam o grupamento nitro (—NO2) ligado a átomo de carbono. Os nitrocompostos podem ser considerados compostos derivados dos hidrocarbonetos pela substituição de um ou mais átomos de hidrogênio pelo grupamento nitro (—NO2). nomenclatura IupAC A nomenclatura de um nitrocomposto é formada antepondo-se o termo nitro- à nomenclatura do hidrocarboneto de origem. Entretanto, nos dinitros, trinitrocompostos, etc., deve-se apenas antepor os termos dinitro-, trinitro-, etc., ao nome do hidrocarboneto de origem. Para numerar a cadeia de um nitrocomposto, deve-se começar pela extremidade mais próxima do grupamento nitro. 3-etil-1,2-dinitrobenzeno4-metil-2-nitropentano 12345 CH3 CH3CH2 1 2 3 CH CH CH2 CH3 CH3 NO2 NO2 NO2 3-etil-1,2-dinitrobenzeno4-metil-2-nitropentano 12345 CH3 CH3CH2 1 2 3 CH CH CH2 CH3 CH3 NO2 NO2 NO2 Aplicações dos nitrocompostos Os nitrocompostos são muito utilizados na fabricação de explosivos, como a combinação de trinitrotolueno (TNT) e trinitrato de glicerina (nitroglicerina), que são utilizados na fabricação da dinamite. nItrILAs São compostos derivados do ácido cianídrico, HCN, pela substituição de um átomo de H por grupos carbônicos alquila ou arila. nomenclatura IupAC A nomenclatura de uma nitrila é formada pelo nome do hidrocarboneto de origem com a terminação -nitrila. nomenclatura usual A nomenclatura de uma nitrila é formada pelo nome do grupo funcional cianeto seguido da preposição de e do nome do grupo alquila ou arila ligado a esse grupamento funcional. CH3—CH2—CH2—CH2—CN Pentanonitrila ou cianeto de butila CH3 CH CH3 CH2CN 3-metilbutanonitrila ou cianeto de isobutila IsonItrILAs ou CArbILAmInAs São compostos derivados do ácido isocianídrico, HNC, pela substituição de um átomo de H por grupos carbônicos alquila ou arila. nomenclatura IupAC A nomenclatura de uma isonitrila é formada pelo nome do radical do hidrocarboneto que origina o grupamento alquila ou arila ligado ao grupamento funcional isocianeto (—NC) com a terminação -carbilamina. nomenclatura usual A nomenclatura usual de uma isonitrila é formada pelo nome do grupo funcional isocianeto seguido da preposição de e do nome do radical alquila ou arila ligado a esse grupamento funcional. CH3—CH2—CH2—NC Propilcarbilamina ou isocianeto de propila NC Benzilcarbilamina ou isocianeto de fenila 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 84 21/01/2020 15:51:41 Aminas, Amidas e outras Funções Orgânicas Q U ÍM IC A 85Bernoulli Sistema de Ensino AnIdrIdos São compostos obtidos da desidratação intermolecular (acíclicos) ou intramolecular (cíclicos) dos ácidos carboxílicos. Exemplo: H3C CH3C C O OH O HO ∆ H3C C O H3C C O + H2O O nomenclatura IupAC A nomenclatura de um anidrido é igual à nomenclatura do ácido carboxílico de origem, se o anidrido for simétrico (anidrido obtido a partir de moléculas de um único ácido carboxílico), trocando-se a palavra ácido pela palavra anidrido. Todavia, quando o anidrido é assimétrico, cita-se primeiramente o nome do ácido de menor cadeia carbônica. Anidrido etanoico ou acético (anidrido simétrico) Anidrido metanoico-propanoico (anidrido assimétrico) Anidrido butanodioico ou succínico (anidrido simétrico e cíclico) H3C C CH2 CCH3 H C CH2 C CH2 C O H3C C O O O O O O O O CLoretos de áCIdos São compostos derivados dos ácidos carboxílicos por substituição da hidroxila por cloro, ou seja, o grupo funcional é constituído de um átomo de cloro ligado a uma carbonila. Teoricamente, podemos considerá-los anidridos de ácidos carboxílicos e ácido clorídrico. Todavia, experimentalmente, essa reação direta não é verificada. A fórmula geral desses compostos é: R C C O nomenclatura IupAC A nomenclatura de um cloreto de ácido é derivada da nomenclatura dos ácidos carboxílicos; deve-se citar o nome cloreto seguido da preposição de e substituir a terminação -ico do ácido carboxílico de origem pela terminação -ila. Para numerar a cadeia de um cloreto de ácido, deve-se começar pelo carbono do grupamento carbonila. Cloreto de etanoíla ou acetila Cloreto de benzoíla Cloreto de 3-fenilbutanoíla C CO CH3 CH CH2 C O C 4 3 2 1 H3C C O C Compostos HALogenAdos ou HALetos orgânICos São compostos orgânicos que possuem pelo menos um halogênio ligado diretamente a um carbono da cadeia carbônica. Os halogênios serão representados genericamente por X (X = F, Cl, Br e i). nomenclatura IupAC A nomenclatura de um haleto orgânico é a mesma do hidrocarboneto de origem, considerando o halogênio como uma ramificação e não como um grupamento funcional. Assim, a ordem de importância para se numerar os carbonos da cadeia principal é insaturação > ramificação e halogênio. Na nomenclatura usual, usam-se as expressões cloreto de, brometo de, etc., seguidas do nome do grupamento orgânico ligado ao halogênio; (nome do halogênio) de (nome do grupo). CH3CH2 C CHC3 Cloroetano (cloreto de etila) Triclorometano (clorofórmio) CH3F Fluormetano (fluoreto de metila) Iodobenzeno (iodeto de fenila) I 2-bromo-3-cloro-5-fluorexano 23456 1 CH3 CH CH2 CH CH F C CH3 Br 12345 2-cloro-4-metilpentano CH3 CH CH2 CH CH3 CH3 C 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 85 21/01/2020 15:51:42 Frente C Módulo 10 86 Coleção 6V Aplicações dos compostos halogenados Os compostos halogenados são utilizados como solventes e como matéria-prima para a produção industrial de plásticos (PVC), medicamentos, inseticidas (BHC e ddT) e chumbo tetraetila (antigo antidetonante da gasolina). Alguns haletos de cloro e flúor ainda são utilizados como gases propelentes em aerossóis e em sistemas de refrigeração (os freons, CFCs, são gases responsáveis pela destruição da camada de ozônio). fontes naturais dos compostos halogenados Os haletos não são encontrados na forma livre na natureza. Geralmente, são produzidos em laboratório. áCIdos suLfônICos São compostos orgânicos derivados do ácido sulfúrico pela substituição de um grupamento hidroxila (—OH) por um grupamento orgânico. nomenclatura IupAC A nomenclatura de um ácido sulfônico é a mesma do hidrocarboneto de origem, precedida pela palavra ácido e com a terminação -sulfônico. Para numerar a cadeia de um ácido sulfônico, deve-se começar pelo carbono ligado ao grupamento SO3H. Ácido 4-metilbenzenossulfônico ou p-toluenossulfônico Ácido 1-metilpropanossulfônico CH3 SO3H Ácido metanossulfônico 1 2 3 4 CH3 SO3H 123 CH3 CH2 SO3HCH CH3 tIoáLCooIs ou tIóIs Em Química, o prefixo -tio indica a substituição de um átomo de oxigênio por um átomo de enxofre. Assim, os tioálcoois ou tióis são compostos orgânicossemelhantes aos álcoois (que apresentam o grupamento funcional —OH) em que encontramos, no lugar dos átomos de oxigênio, átomos de enxofre (que apresentam o grupamento funcional —SH). Tais compostos também são denominados mercaptanas. nomenclatura IupAC A nomenclatura de um tioálcool é a mesma do hidrocarboneto de origem com a terminação -tiol. Para numerar a cadeia de um tioálcool, deve-se começar pela extremidade mais próxima ao carbono ligado ao grupamento —SH. nomenclatura usual A nomenclatura usual de um tioálcool considera a nomenclatura do grupo alquila ou arila de origem, seguida da expressão mercaptana ou hidrogenossulfeto. 2-metilpropano-1-tiol, isobutilmercaptana ou isobutilidrogenossulfeto Etanotiol, etilmercaptana ou etilidrogenossulfeto H3C CH2 SH H3C CH CH3 CH2 SH Benzenotiol, fenilmercaptana ou fenilidrogenossulfeto SH tIoéteres ou suLfetos São compostos que possuem o enxofre (—S—) como grupamento funcional. Os tioéteres podem ser considerados compostos derivados dos éteres pela substituição do átomo de oxigênio pelo átomo de enxofre. nomenclatura IupAC A nomenclatura de um tioéter inicia-se a partir do nome do grupo alquila ou arila (cadeia de menor número de carbonos), adicionando-se o prefixo -tio ao nome do hidrocarboneto de origem (cadeia de maior número de carbonos). nomenclatura usual inicia-se com a palavra sulfeto, seguido dos nomes dos grupos alquila ou arila (em ordem alfabética), e adicionando o sufixo -ílico ao último substituinte. CH3—S—CH2—CH3 Metiltioetano ou sulfeto de etilmetílico H3C CH S CH CH3 CH3 CH3 Isopropiltioisopropano ou sulfeto diisopropílico 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 86 21/01/2020 15:51:42 Aminas, Amidas e outras Funções Orgânicas Q U ÍM IC A 87Bernoulli Sistema de Ensino exerCíCIos de AprendIzAgem 01. (uFrGS-rS–2018) A melatonina, composto representado abaixo, é um hormônio produzido naturalmente pelo corpo humano e é importante na regulação do ciclo circadiano. H3C CH3HN HN O O Nessa molécula, estão presentes as funções orgânicas A) amina e éster. B) amina e ácido carboxílico. C) hidrocarboneto aromático e éster. d) amida e ácido carboxílico. E) amida e éter. 02. (uFJF-MG) Sobre a efedrina (estrutura a seguir), uma das substâncias que, segundo noticiado, causaram a eliminação do jogador de futebol argentino Maradona da Copa de 94, é correto afirmar que apresenta em sua molécula os grupos funcionais CH3 OH HH3C N A) fenol e nitrila. B) fenol e amina. C) álcool e amina. d) álcool e nitrila. E) fenol e nitrocomposto. 03. (PuC Minas) A metilamina, substância responsável pelo odor de putrefação de carnes e peixes, tem como fórmula A) CH3NH3. B) (CH3)2NH. C) CH3NH2. d) C6H5NH2. 04. (uErJ–2017) Em determinadas condições, a toxina presente na carambola, chamada caramboxina, é convertida em uma molécula X sem atividade biológica, conforme representado a seguir: O NH OH O molécula Xcaramboxina O + H2O OH H3CO H3CO NH2 OH HO OH O TXFU 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. 05. (uNiP-SP) A fórmula estrutural da paradinitrobenzeno é: NO2 NO2 NH2 NH2 NO2 NO2 NH2 NH2 NO2 NO2 A) D) E)B) C) 06. (uCB-dF) O antibiótico cloromicetina, utilizado para tratar as infecções de olhos e ouvidos, possui a seguinte fórmula estrutural: HO CH2 CH CH NH2 CH OH NH C O C C As funções presentes nesse composto, entre outras, são: A) álcool, cetona e nitrocomposto B) amina, haleto orgânico e álcool C) nitrocomposto, aldeído e cetona d) amida, haleto orgânico e nitrocomposto E) cloreto de ácido, fenol e amina 07. (PuC-Campinas-SP) “Clorofórmio (triclorometano) líquido, empregado como solvente, tem fórmula X e pertence à função orgânica Y ”. Para completar corretamente essa afirmação, deve-se substituir X e Y, respectivamente, por: X Y A) CHCl3 polialeto B) C2HCl3 haleto de acila C) CH3COH aldeído d) C6H3Cl3 haleto de arila E) CCl3COOH halógeno-ácido 2RWH VV2C 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 87 21/01/2020 15:51:43 Frente C Módulo 10 88 Coleção 6V 08. (UECE) O propano e o butano, que constituem o gás liquefeito do petróleo, são gases inodoros. Contudo, o cheiro característico do chamado “gás butano” existente em nossas cozinhas deve-se à presença de várias substâncias, dentre as quais o butilmercaptana, que é adicionado ao gás para alertar-nos quanto a possíveis vazamentos. Sobre o butilmercaptana, cuja fórmula estrutural é H3C — CH2 — CH2 —CH2 — S — H, é correto afirmar que A) devido à presença do enxofre, sua cadeia carbônica é heterogênea. B) a hibridização que ocorre no carbono dos grupos CH2 é do tipo sp2. C) sua função orgânica é denominada de tiol. D) pertence à família dos hidrocarbonetos. ExErcícios ProPostos 01. (UFSC) A morfina é um alcaloide que constitui 10% da composição química do ópio, responsável pelos efeitos narcóticos dessa droga. A morfina é eficaz contra dores muito fortes, utilizada em pacientes com doenças terminais muito dolorosas. Morfina O HO HO N CH3 Algumas das funções orgânicas existentes na estrutura da morfina são A) álcool, amida e éster. B) álcool, amida e éter. C) álcool, aldeído e fenol. D) amina, éter e fenol. E) amina, aldeído e amida. 02. (UFJF-PISM–2019) A Nifadipina é um fármaco bloqueador dos canais de cálcio, sendo utilizado principalmente como hipotensor e vasodilatador. Esse fármaco é indicado nos tratamentos de hipertensão arterial e angina e na prevenção de parto prematuro. A estrutura da molécula de nifadipina é fornecida a seguir: YPDU N H O H3C H3C CH3 NO2 CH3 O OO Nifadipina Com relação à estrutura da molécula dada: A) Dê o nome das funções químicas orgânicas presentes nesta molécula. B) Indique o número de carbonos terciários com hibridação sp³. C) Dê o número de ligações p existentes. 03. (FMU-SP) A fórmula estrutural a seguir é a da mescalina, uma droga alucinógena encontrada em certos cactos. CH3O CH2CH2NH2 CH3O OCH3 Em sua molécula, encontramos as seguintes funções: A) aldeído e amina B) aldeído e amida C) éster e amina D) éster e amida E) éter e amina 04. (Mackenzie-SP) A estrutura da dacarbazina está representada a seguir, e a respeito dela é correto afirmar que H3C H H3C NH2 N NNN O N Dados: Massas molares em (g/mol): H = 1, C = 12, N = 14 e O = 16. A) a sua massa molar é equivalente a 184 g/mol. B) o composto apresenta os grupos funcionais cetona e amina. C) há a presença de um átomo de carbono assimétrico. D) existe somente um átomo de carbono secundário. E) não forma ligações de hidrogênio intermolecular. NZ87 2020_6V_V3_QUI_C10_PR.indd 88 24/01/2020 08:53:50 Aminas, Amidas e outras funções orgânicas Q u ím IC A 89Bernoulli Sistema de Ensino 05. (uFu-MG) Considere as informações apresentadas. O salmeterol é usado como broncodilatador no tratamento da asma, principalmente, por meio de inalação em pó ou convencional. HO HO HO CH CH2 CH2 (CH2)6 (CH2)4NH O Salmeterol A fórmula molecular e as funções químicas presentes no salmeterol são, respectivamente, A) C17H21NO4; fenol; álcool; amida; éter. B) C25H37NO4; fenol; álcool; amina; éter. C) C25H29NO4; fenol; álcool; amina; éter. d) C25H37NO4; fenol; álcool; amina; éster. 06. (uFTM-MG) A morfina e a metadona são analgésicos potentes e provocam graves efeitos colaterais, que vão desde problemas respiratórios à dependência química. Morfina Metadona O N CH3 H HO HO N O Ambas apresentam: i. Grupo funcional amina. ii. dois anéis aromáticos. iii. dois átomos de carbono assimétrico. iV. um átomo de carbono quaternário. É correto o que se afirma apenas em A) i e ii. B) i e iV. C) ii e iii. d) ii e iV. E) iii e iV. 07. (FuVEST-SP) Escreva os nomes dos quatro compostos que se obtêm pela substituiçãode um átomo de hidrogênio do metano pelos radicais –CH3, –OH, –NH2 e –COOH. 08. (uFV-MG) devido ao grande número de compostos orgânicos existentes, a Comissão internacional de Química Pura e Aplicada (iuPAC) tem estabelecido regras, que são periodicamente revisadas, para nomear de forma sistemática esses compostos. WTPU COOH OH OH O NH (V)(IV)(III) (II)(I) Considerando-se as regras de nomenclatura recomendadas pela iuPAC, os nomes dos compostos de (i) a (V), anteriormente representados, são, respectivamente, A) ácido orto-hidroxibenzoico; octan-1-ol; cis-pent-2-eno; hexan-2-ona; dietilamida. B) ácido orto-hidroxibenzoico; octan-1-ol; trans-pent- 2-eno; hexan-2-ona; dietilamina. C) ácido 2-hidroxibenzoico; octan-1-ol; cis-pent-3-eno; hexan-2-ona; dietilamina. d) ácido para-hidroxibenzoico; octan-1-ol; trans-pent- 2-eno; hexan-5-ona; dietilamina. E) ácido 2-hidroxibenzoico; octan-1-ol; trans-pent-3-eno; hexan-5-ona; dietilamida. 09. (uFu-MG) A serina é uma das moléculas constituintes dos fios da seda, que forma o casulo do bicho-da-seda (Bombyx mori L.). Sua fórmula é: HOCH2CH(NH2)COOH Com base nas informações apresentadas, é correto afirmar que o nome oficial (iuPAC) da serina é A) ácido 2-amino-3-hidroxi-propanoico. B) 3-hidroxi-propanamida. C) 2-amino-2-carboxi-etanol. d) 1-carboxi-2-hidroxi-etanamina. 10. (uFMG) O paracetamol, empregado na fabricação de antitérmicos e analgésicos, tem esta estrutura: OH N H O CH3 = É incorreto afirmar que, entre os grupamentos moleculares presentes nessa estrutura, se inclui o grupo A) amino. B) carbonila. C) hidroxila. d) metila. 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 89 21/01/2020 15:51:44 Frente C Módulo 10 90 Coleção 6V 11. (FMTM-MG) [...] Nós estávamos particularmente interessados em saber se o modafinil, o mais novo estimulante cognitivo, tem qualquer vantagem sobre a cafeína, muito boa para reverter os efeitos da privação do sono ou desempenho cognitivo. O que concluímos foi que não pareceu haver nenhuma vantagem em usar modafinil no lugar da cafeína. As duas drogas se comportam de forma muito similar [...] SCiENTiFiC AMEriCAN BrASiL. 17 out. 2003 (Adaptação). Cafeína O O NN N N Modafinil Ph Ph S O CONH2 A função química comum às substâncias mencionadas e a fórmula molecular da cafeína são, respectivamente, A) amina e C8H9O2N4. B) amida e C8H10O2N4. C) cetona e C8H9O2N4. d) amina e C8H10O2N4. E) amida e C8H9O2N4. 12. (unesp) Considere a equação química a seguir, que apresenta a reação entre dois aminoácidos, produzindo um dipeptídio. C NH3 + H CH2 C H2N O –OOC + C NH H CH2 C H2N O –OOC C NH3 + H CH2 OH –OOC C O C NH3 + + H2O N CH2 OH Excluindo as funções amina e ácido carboxílico, comuns a todos os aminoácidos, as demais funções presentes na molécula do dipeptídio são A) álcool, éster e amida. B) éter e amida. C) éter e éster. d) amida e éster. E) álcool e amida. 13. (Mackenzie-SP) do trinitrotolueno (TNT), cuja fórmula estrutural é mostrada na figura a seguir, é incorreto dizer que O2N NO2 NO2H3C A) em relação ao metil, o grupo nitro está em posição orto e para. B) a cadeia carbônica é aromática, mononuclear e ramificada. C) o número de hidrogênios, em uma molécula, é igual a cinco. d) todos os carbonos são híbridos sp3. E) é um poderoso explosivo. 14. (uFrJ) Alguns medicamentos apresentam em sua composição substâncias que podem causar reações de natureza alérgica, provocando, por exemplo, a asma brônquica, especialmente em pessoas sensíveis ao ácido acetilsalicílico (AAS). A equação a seguir representa a reação de formação do AAS. AASÁcido salicílico + HC�C + CH3 O C� O OH OH C O O OH O C C CH3 A) Qual é a fórmula molecular do ácido salicílico? B) Que função química, além do ácido carboxílico, está presente no AAS? C) Qual é o nome oficial do haleto de acila e do ácido salicílico? 15. (unesp) durante a Guerra do Vietnã (década de 60 do século passado), foi usado um composto chamado agente laranja (ou 2,4-d), que, atuando como desfolhante das árvores, impedia que os soldados vietnamitas (os vietcongues) se ocultassem nas florestas durante os ataques dos bombardeios. Esse material continha uma impureza, resultante do processo de sua fabricação, altamente cancerígena, chamada dioxina. As fórmulas estruturais para esses compostos são apresentadas a seguir: PXWP 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 90 21/01/2020 15:51:45 Aminas, Amidas e outras funções orgânicas Q u ím IC A 91Bernoulli Sistema de Ensino O C H H C O OH Dioxina2,4-D C C C C C C O O Esses compostos apresentam em comum as funções A) amina e ácido carboxílico. B) ácido carboxílico e amida. C) éter e haleto orgânico. d) cetona e aldeído. E) haleto orgânico e amida. 16. (unicamp-SP) No jornal Correio Popular, de Campinas, de 14 de outubro de 1990, na página 19, foi publicada uma notícia referente à existência de lixo químico no litoral sul do estado de São Paulo: [...] a Cetesb descobriu a existência de um depósito de resíduos químicos industriais dos produtos pentaclorofenol e hexaclorobenzeno, no sítio do Coca, no início de setembro, [...]. Sabendo que o fenol é um derivado do benzeno, em que um dos hidrogênios da molécula foi substituído por um grupo OH, escreva a fórmula estrutural do A) pentaclorofenol. B) hexaclorobenzeno. 17. (PuC Minas) O composto orgânico a seguir recebe o nome sistemático de O C� = A) éter m-cloro-benzoico. B) 1-cloro-3-ceto-ciclo-hexano. C) 3-cloro-1-epóxi-ciclo-hexeno. d) cloreto de benzoíla. E) 3-cloro-ciclo-hexanona. 18. (unesp) Considere os compostos de fórmula C� Br HC C CH2 CH3I. II. C7ØV DD6A A) Classifique cada um deles como saturado ou insaturado, alifático ou aromático. B) Escreva os nomes desses compostos, utilizando a nomenclatura ofi cial. 19. (uFAM) Considere a molécula de cloro-benzeno. Em relação a essa molécula, são feitas as seguintes afirmações: i. Todos os carbonos possuem hibridação do tipo sp2. ii. A molécula é planar. iii. O comprimento da ligação Cl—C é diferente da ligação C—H. É (são) verdadeira(s) a(s) afirmação(ões) A) i, ii e iii. B) ii e iii. C) i e ii. d) i e iii. E) iii. 20. (uFG-GO) A análise química do meteorito “Tagish Lake”, que caiu no Canadá em janeiro de 2000, revelou a presença das seguintes classes de substâncias orgânicas: hidrocarboneto, ácido dicarboxílico, ácido sulfônico, aminoácido, amina e amida. Considerando-se essas informações, A) quais elementos químicos caracterizam as classes de substâncias orgânicas identifi cadas? B) Escolha quatro das seis classes e escreva a fórmula estrutural plana e o nome iuPAC de um representante de cada uma dessas classes. 21. (uFAM) A alternativa que apresenta, respectivamente, a nomenclatura correta dos compostos a seguir, usual ou oficial, é III H3C CH2 SH H3C CH2 CH3O O I II OH V H3C CH2 H O IV H3C C C CH3 OH A) tioetano, o-hidroxi-benzeno, metanoato de etila, 2-pentinol-4, etanal. B) metilmercaptana, fenol, acetato de acetila, 2-hexin-4-ol, aldeído acético. C) etanotiol, hidroxi-benzeno, formiato de propila, 4-hexin-3-ol, ácido etanoico. d) etanotiol, fenol, propanoato de metila, 4-hexin-3-ol, propionaldeído. E) hidrosulfureto etânico, fenol, metanoato de propila, 3-pentin-3-ol, etanal. 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 91 21/01/2020 15:51:45 frente C módulo 10 92 Coleção 6V 22. (iTA-SP) O composto mostrado a seguir é um tipo de endorfina, um dos neurotransmissores produzidos pelo cérebro. HO O H2N H HOH HOH H H OH S CH3 O O O N NN N N H A) Transcreva a fórmula estrutural da molécula. B) Circule todos os grupos funcionais. C) Nomeie cada um dos grupos funcionais circulados. 23. (iTA-SP) Em junho de 2007 foi noticiado que um caminhão transportando cilindros do composto t-butil mercaptana (2-metil-2-propanotiol) tombou na Marginal Pinheiros – cidade de São Paulo.devido ao acidente, ocorreu o vazamento da substância. Quando adicionada ao gás de cozinha, tal substância fornece-lhe um odor desagradável. Assinale a alternativa que indica a fórmula molecular correta desse composto. A) (CH3)3CNH2 B) (CH3)3CSH C) (CH3)3CNHCH3 d) (CH3)3CCH2NH2 E) (CH3)3CSCH2OH seção enem 01. (Enem) duas matérias-primas encontradas em grande quantidade no rio Grande do Sul, a quitosana, um biopolímero preparado a partir da carapaça do camarão, e o poliol, obtido a partir do óleo do grão de soja, são os principais componentes de um novo material para incorporação de partículas ou príncipios ativos utilizados no preparo de vários produtos. Esse material apresenta viscosidade semelhante à de substâncias utilizadas atualmente em vários produtos farmacêuticos e cosméticos, e fabricadas a partir de polímeros petroquímicos, com a vantagem de ser biocompatível e biodegradável. A fórmula estrutural da quitosana está apresentada em: n CH2OH CH2OH Quitosana H H H H H C O HO O O HO NH2 O C H H H NH2 HH... ... CArAPAçA VErSÁTiL. Pesquisa Fapesp. disponível em: <http://www.revistapesquisa.fapesp.br>. Acesso em: 20 maio 2009 (Adaptação). Com relação às características do material descrito, pode-se afirmar que A) o uso da quitosana é vantajoso devido a suas propriedades, pois não existem mudanças em sua pureza e peso molecular, características dos polímeros, além de todos os seus benefícios ambientais. B) a quitosana tem em sua constituição grupos amina, pouco reativos e não disponíveis para reações químicas, com as vantagens ambientais comparadas com os produtos petroquímicos. C) o polímero natural quitosana é de uso vantajoso, pois o produto constituído por grupos álcool e amina tem vantagem ambiental comparado com os polímeros provenientes de materiais petroquímicos. d) a quitosana é constituída por grupos hidroxila em carbonos terciários e derivados com poliol, difi cilmente produzidos, e traz vantagens ambientais comparadas com os polímeros de produtos químicos. E) a quitosana é um polímero de baixa massa molecular, e o produto constituído por grupos álcool e amida é vantajoso para aplicações ambientais em comparação com os polímeros petroquímicos. 02. O fosfato de oseltamivir, conhecido popularmente como TAMiFLu®, produzido pelos laboratórios roche, está sendo usado no combate à pandemia de gripe suína iniciada neste ano, no México. Ele é considerado uma pró-droga, ou seja, dentro do organismo, especificamente no fígado e no intestino, ele é convertido em outra substância, o carboxilato de oseltamivir, que impede a saída do vírus de uma célula para outra. um estudante, utilizando os recursos da internet, pesquisou a estrutura do TAMiFLu®, encontrando a estrutura a seguir: H C C O O O O N CH3 NH2 Baseado no exposto, é correto o que se afirma em: A) Essa estrutura é a fórmula química do remédio fosfato de oseltamivir. B) A estrutura apresentada possui grupo de caráter ácido, portanto, não reage facilmente com o ácido fosfórico (H3PO4). C) A estrutura citada não mostra a possibilidade de formação do carboxilato, que é a estrutura atuante no impedimento de propagação do vírus de uma célula para outra. 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 92 21/01/2020 15:51:46 Aminas, Amidas e outras Funções Orgânicas Q U ÍM IC A 93Bernoulli Sistema de Ensino d) O fosfato de oseltamivir é um sal inorgânico proveniente da reação da molécula ilustrada com o ácido fosfórico numa reação de neutralização. E) O fato de o remédio ser excretado pela urina (via renal) pode ser explicado pelas interações de grupos polares da estrutura apresentada com moléculas de água que compõem a urina. 03. O alho e a cebola possuem odores característicos e facilmente perceptíveis mesmo em baixas concentrações, devido à presença de tioéteres na composição desses alimentos. As estruturas a seguir são exemplos de substâncias responsáveis pelo odor de alguns alimentos. Substância i O O ii O OH iii S iV S S V S S S Vi OH Vii OH Viii N N A(s) substância(s) que, possivelmente, é(são) responsável(eis) pelos odores do alho e da cebola, está(ão) representada(s) pela(s) estrutura(s) A) i. B) iii. C) Vi e Vii. d) Viii. E) ii. 04. Os alcaloides são substâncias extraídas principalmente de plantas, mas que também podem estar presentes em alguns fungos e animais. Possuem caráter básico e pertencem ao grupo de compostos nitrogenados orgânicos, que apresentam anéis heterocíclicos contendo nitrogênio. [...] PirES, Juliana. disponível em: <https://www.infoescola.com/ compostos-quimicos/alcaloides/>. A seguir estão representados alguns alcaloides: O O Cocaína CO2H N Me O OH O Hyoscinina N Me OHHO O N Morfina A função orgânica presente nesses alcaloides que é responsável pelo comportamento alcalino desses compostos é A) fenol. B) amina. C) éter. d) éster. E) amida. 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 93 21/01/2020 15:51:47 frente C módulo 10 94 Coleção 6V gAbArIto Aprendizagem Acertei ______ errei ______ • 01. E • 02. C • 03. C • 04. C • 05. A • 06. B • 07. A • 08. C propostos Acertei ______ errei ______ • 01. d 02. • A) Nitrocomposto, éster e amina (ou amina secundária) • B) 1 (um) • C) 7 (sete) ou 8 (se considerar a dupla no grupo nitro). • 03. E • 04. d • 05. B • 06. B • 07. CH3—CH3 ⇒ etano CH3—NH2 ⇒ metilamina CH3—OH ⇒ metanol CH3COOH ⇒ ácido etanoico • 08. B • 09. A • 10. A • 11. B • 12. E • 13. d 14. • A) C7H6O3 • B) Éster • C) Cloreto de etanoíla e ácido o-hidroxi-benzoico • 15. C 16. • A) C� C� C� C� C� OH • B) C� C� C� C� C� C� • 17. E meu aproveitamento 18. • A) i. insaturado e aromático ii. insaturado e alifático • B) i. 1-bromo-4-clorobenzeno ii. 1-butino • 19. A 20. • A) C, H, O, S e N. • B) C H H H H C C O O OH HO H C S O H H O O H C C H H NH2 O O H C NH2 H H H C C H H H NH2 O Metano Ácido metanossulfônico Metilamina Ácido etanodioico Ácido amino-etanoico Etanamida • 21. d • 22. HO N O H O N H O N H O N H O OH S Fenol (hidroxila fenólica) Amida (grupo carbamida) Tio-éter (sulfeto) Ácido carboxílico (carboxila) Amina (grupo amino) H2N CH3 • 23. B seção enem Acertei ______ errei ______ • 01. C • 02. E • 03. B • 04. B total dos meus acertos: _____ de _____ . ______ % 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 94 21/01/2020 15:51:51 IsomerIA Se um químico necessita identificar uma substância líquida contida em um frasco, cujo rótulo apresenta a fórmula C2H6O, ele terá de realizar alguns testes, pois em Química Orgânica é muito comum substâncias diferentes apresentarem a mesma fórmula molecular, mas fórmulas estruturais diferentes. Essa propriedade é denominada isomeria, e dizemos que os compostos que a possuem são isômeros entre si. Veja que a fórmula C2H6O pode representar um álcool e um éter: CH3—CH2—OH CH3—O—CH3 Etanol Metoximetano isomeria é a propriedade que alguns compostos apresentam por possuírem a mesma fórmula molecular, porém fórmulas estruturais diferentes. Isomeria plana Tipo de isomeria em que as diferenças entre os isômeros são constatadas pela simples análise das fórmulas estruturais planas. Isomeria de função Tipo de isomeria plana em que os isômeros pertencem a diferentes funções. isomeria de função: os isômeros possuem grupos funcionais diferentes. Os principais pares de isômeros funcionais são: • Álcoois e éteres CH3—CH2—OH CH3—O—CH3 Etanol Metoximetano • Aldeídos e cetonas Propanona CH3 CH3C O Propanal CH2CH3 HC O • Ácidos carboxílicos e ésteres Etanoato de metilaÁcido propanoico CH2CH3 OHC O CH3CH3 OC O Isomeria de cadeia Tipo de isomeria plana em que os isômeros pertencem à mesma função, porém diferem em relação à classificação de suas cadeias carbônicas. isomeria de cadeia: os isômeros pertencem à mesma funçãoe têm cadeias carbônicas diferentes. é bom saber... • Toda cadeia carbônica não ramificada, saturada ou insaturada (por ligação dupla), com quatro ou mais carbonos, possui pelo menos um isômero de cadeia ramificada. 2-metilpropanoButano CH2CH3 CH2 CH3 CH3CH3 CH3 CH • Toda cadeia carbônica aberta, insaturada (com uma ligação dupla), com três ou mais carbonos, possui um isômero de cadeia fechada e saturada. Propeno Ciclopropano CHCH2 CH3 • Toda cadeia carbônica aberta, insaturada (com uma ligação tripla), com três ou mais carbonos, possui um isômero de cadeia fechada e insaturada com uma ligação dupla. But-1-ino Ciclobuteno CHC CH2 CH3 Módulo 11 Frente c 95Bernoulli Sistema de Ensino QUÍMICA Isomeria plana 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 95 21/01/2020 15:51:51 Isomeria de posição Tipo de isomeria plana em que os isômeros apresentam mesma função e mesma cadeia principal, porém diferem em relação à posição de uma insaturação, um grupo funcional ou uma ramificação. isomeria de posição: os isômeros pertencem à mesma função, têm cadeias iguais e diferentes localizações de insaturações, grupos funcionais ou ramificações. Exemplos: 1. Posição de uma insaturação: But-2-enoBut-1-eno CHH2C CH3CH2 CHCH3 CH3CH 2. Posição de um grupo funcional: Propan-1-olPropan-2-ol CH2CH3 CH2 OHCHCH3 CH3 OH 3. Posição de uma ramificação: 3-metilbutanal 2-metilbutanal CH CH3 CH3 CH2 C H O 4 3 2 1 CH2 CH3 CH3 CH C H O 4 3 2 1 Isomeria de compensação ou metameria Tipo de isomeria plana em que os isômeros pertencem à mesma função e possuem a mesma cadeia principal, porém, diferem em relação à posição de um heteroátomo. isomeria de compensação: os isômeros pertencem à mesma função e apresentam grupos diferentes ligados ao heteroátomo. Exemplos: Metilbutilamina Etilpropilamina CH3—CH2—CH2—CH2—NH—CH3 CH3—CH2—CH2—NH—CH2—CH3 Isomeria plana dinâmica ou tautomeria Tipo de isomeria que ocorre devido à migração de um átomo (normalmente de hidrogênio), dentro da molécula de um determinado composto, ocasionando a alteração do grupo funcional. A tautomeria também é chamada de isomeria dinâmica, pois os isômeros são convertidos um no outro indefinidamente, estabelecendo um estado de equilíbrio. Os isômeros que realizam a tautomeria são denominados tautômeros. Nesse equilíbrio, o tautômero mais estável é aquele que se encontra em maior concentração. Os dois principais pares de tautômeros são • Enol* primário e aldeído (tautomeria aldoenólica) Aldeído (forma mais estável) CHCH3 C H OH α Enol primário (forma menos estável) CHCH3 C H HO • Enol secundário e cetona (tautomeria cetoenólica) Cetona (forma mais estável) CCH2 CH3 OH α Enol secundário (forma menos estável) CCH2 CH3 HO Tautomeria: é um tipo particular de isomeria de função em que há a conversão dos isômeros. Se deixarmos um enol em um recipiente, depois de certo tempo poderemos verificar o aparecimento de um aldeído ou de uma cetona, dependendo do enol em questão. isso se deve à migração de átomos de hidrogênio conforme verificamos anteriormente. OBSErVAçãO Em aldeídos e cetonas que não possuem hidrogênios em carbonos a, não se observa o fenômeno da tautomeria. * Enol ⇒ composto que possui como grupo funcional a hidroxila (—OH), ligada diretamente a um carbono insaturado por uma ligação dupla (hibridação sp2). Frente C Módulo 11 96 Coleção 6V 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 96 21/01/2020 15:51:52 exerCíCIos de AprendIzAgem 01. (uFLA-MG) Qual das substâncias a seguir é isômero do dietil éter (ou éter etílico)? A) Butan-1-ol (ou 1-butanol) B) Propan-2-ona (ou 2-propanona) C) Etanol d) Propanal E) Fenol 02. (uErJ–2020) Em uma unidade industrial, emprega-se uma mistura líquida formada por solventes orgânicos que apresentam a fórmula molecular C2H6O. Entre os componentes da mistura, ocorre isomeria plana do seguinte tipo: A) cadeia B) função C) posição d) compensação 03. (PuC Minas) O acetato de etila (etanoato de etila) é um líquido incolor, volátil, pouco solúvel em água e solúvel em álcool e éter. É empregado em alimentos como essência artificial de maçã. dos compostos a seguir, é seu isômero funcional: A) CH3CH2CH2CHO B) CH3CH2COCH3 C) CH3CH2CH2COOH d) COOH E) CH3COCOCH3 04. (uFV-MG) Considere os nomes dos hidrocarbonetos a seguir: i. 2,2-dimetilbutano ii. 3-metilexano iii. 1,2-dimetilciclobutano iV. cicloexano V. hex-1-eno A opção que relaciona corretamente isômeros é: A) iV e V B) ii e iV C) i e iii d) i e iV E) ii e V TO2J Ø2RV 05. (uFrrJ) As substâncias A, B e C têm a mesma fórmula molecular (C3H8O). O componente A tem apenas um hidrogênio ligado a um carbono secundário e é isômero de posição de C. Tanto A quanto C são isômeros de função de B. As substâncias A, B e C são, respectivamente, A) 1-propanol, 2-propanol e metoxietano. B) etoxietano, 2-propanol e metoxietano. C) isopropanol, 1-propanol e metoxietano. d) metoxietano, isopropanol e 1-propanol. E) 2-propanol, metoxietano e 1-propanol. 06. (PuC rS) Com a fórmula molecular C7H8O, existem vários compostos aromáticos, por exemplo, X Y Z O CH3 OHCH2 OH CH3 Considerando os compostos anteriores, afirma-se que i. X pertence à função química éter. ii. Y apresenta cadeia carbônica heterogênea. iii. Z apresenta isômeros de posição. iV. X, Y e Z apresentam em comum o grupo benzila. Pela análise das afirmativas, conclui-se que somente estão corretas A) i e ii. B) i e iii. C) ii e iV. d) i, iii e iV. E) ii, iii e iV. 07. (uFrS) Com a fórmula molecular C4H11N, são representados os seguintes pares de compostos: os pares i, ii e iii são, respectivamente, CH3 CH CH2 NH2 CH3 CH3 CH CH2 CH3 NH2 CH3 CH2 CH2 CH2 NH2 eI. II. III. CH3 CH2 NH CH2CH3 NH CH2 CH2 CH3 e CH3 CH3 CH2 CH2e CH2 NH2 8XKØ Y43D Isomeria Plana Q U ÍM IC A 97Bernoulli Sistema de Ensino 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 97 21/01/2020 15:51:52 A) isômeros de posição, metâmeros e isômeros de cadeia. B) isômeros de posição, tautômeros e isômeros funcionais. C) isômeros de cadeia, metâmeros e isômeros de posição. d) isômeros funcionais, isômeros de posição e isômeros de cadeia. E) isômeros de cadeia, isômeros de posição e metâmeros. 08. (PuC Minas) Numere o segundo grupo relacionando os pares de compostos com o tipo de isomeria do primeiro grupo. isomeria 1. de cadeia 2. de função 3. de posição 4. de compensação 5. tautomeria Pares ( ) etóxi-propano e metóxi-butano ( ) etenol e etanal ( ) etanoato de metila e ácido propanoico ( ) 1-propanol e 2-propanol ( ) n-pentano e neopentano A numeração correta encontrada, de cima para baixo, é: A) 5 – 4 – 2 – 3 – 1 B) 3 – 1 – 2 – 4 – 5 C) 5 – 2 – 4 – 3 – 1 d) 3 – 5 – 1 – 2 – 4 E) 4 – 5 – 2 – 3 – 1 exerCíCIos propostos 01. (PuC Minas) Observe os compostos a seguir: i. Álcool etílico ii. Propanal iii. Ácido propanoico iV. Éter dimetílico V. Metilbutano Vi. Butano Formam pares de isômeros A) i e iV. B) ii e iii. C) i e ii. d) V e Vi. E) ii e iV. 02. (uECE–2019) As cetonas e os aldeídos podem ser isômeros. A estrutura e o nome sistemático da cetona isômera do butanal são, respectivamente: A) CH3 C CH2 CH3 O ; butanona. B) CH3—O—CH2—CH2—CH3; metoxipropano. C) CH3 CH2 CH2 C O H ; butan–1–ona. d) CH3 CH OH CH2 CH3 ; butan–2–ol. 03. (uFES) A cafeína é um composto químico classificado como alcaloide do grupo das xantinas. Entre o grupo das xantinas, incluem-se a teofilina, presente nas folhas do chá (Camellia sinensis), e a teobromina, encontrada no chocolate. Cafeína N N N N H3C CH3 CH3 O O CH3 Teofilina N N N N H3C H CH3 O O Teobromina N N N N H CH3 O O A respeito dos compostos citados, é correto afirmar que A) os três são isômeros. B) os três são aminas heterocíclicas aromáticas. C) a teobromina contém 33,7% de nitrogênio. d) em 100 mL de uma solução de cafeína 0,10 mol.L–1,há 1,80 g de cafeína. E) a teofilina possui quatro átomos de carbono com geometria trigonal planar. 04. (uFV-MG) Em um estudo para a busca de compostos com atividade inseticida, foram isoladas do fungo Aspergillus versicolor as substâncias i e ii seguintes. Entretanto, somente a substância ii apresentou atividade inseticida, sendo a substância i inativa, sob as condições de ensaio empregadas. I CH2OH O O H3C O HO O II CH2OH O O H3C O HO HO O EWRN Frente C Módulo 11 98 Coleção 6V 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 98 21/01/2020 15:51:53 É correto afirmar que i e ii A) possuem o mesmo número de ligações π. B) são isômeros constitucionais. C) possuem três átomos de carbono com hibridação sp3. d) possuem a mesma fórmula molecular. 05. (FGV-SP) O alcano e o álcool mais simples que apresentam isomeria são A) metano e metanol. B) etano e butanol. C) propano e butanol. d) butano e butanol. E) butano e propanol. 06. (Fepecs-dF) O anisol apresenta odor semelhante ao da planta que produz o anis (erva-doce) e tem a seguinte fórmula estrutural: CH3O O nome de um isômero funcional do anisol é A) fenil metilcetona. B) metóxi benzeno. C) benzil metanol. d) fenil metanol. E) aldeído benzílico. 07. (unesp) uma das principais frações obtidas nas colunas de destilação de uma refinaria de petróleo é aquela correspondente à gasolina. Essa fração é uma mistura composta de hidrocarbonetos C5—C10 com faixa de ebulição de 38 a 177 ºC. Para assegurar o funcionamento correto do motor de combustão interna, a gasolina tem que ter volatilidade (facilidade de vaporização) adequada, o que é obtido pela mistura de hidrocarbonetos convenientes. Sabe-se que um dos fatores que influi nos pontos de ebulição dos hidrocarbonetos é a massa molar. Considere dois componentes da gasolina, hidrocarbonetos i e ii, cujas fórmulas estruturais estão representadas a seguir. i. H3C—CH2—CH2—CH2—CH2—CH3 ii. H3C—CH2—CH2—CH2—CH3 identifique o hidrocarboneto que contribui para tornar mais volátil a gasolina, justificando sua resposta, e represente a fórmula estrutural de um isômero de cadeia do hidrocarboneto ii. 08. (CMMG) dadas as seguintes substâncias: II IV V OH I O III OH Podemos afirmar que A) i e iii são isômeros de compensação. B) i e V são isômeros de cadeia. C) ii e iV são isômeros cis-trans. d) iii e V são isômeros funcionais. 09. (uFu-MG) Assinale o item em que se encontram, respectivamente, os tipos de isomeria para os pares de fórmulas estruturais condensadas. e e e e CH3 CH3C O H2C CH2CH CH3 H2C CH2CH CH2 CH3 CH3 CHCH CH3 CH3 HC O H2C HC OH CH2 HC O CH3 H2C H2C CH2 CH2 CH2 A) Posição, tautomeria, função, cadeia B) Posição, cadeia, função, tautomeria C) Função, tautomeria, posição, cadeia d) Função, cadeia, posição, tautomeria E) Cadeia, função, tautomeria, posição 10. (uEM-Pr) Assinale a alternativa incorreta. A) Os compostos n-hexano, 2,3-dimetil-butano e 2-metil-pentano são isômeros de cadeia e representam um caso de isomeria plana. B) Metil n-propilamina e dietilamina são isômeros de compensação. C) isomeria espacial é aquela em que os compostos têm a mesma fórmula plana, mas estruturas espaciais diferentes. d) um ácido carboxílico e um éster podem ser isômeros de função. E) O metóxi-benzeno e orto-etil-fenol são isômeros funcionais. 11. (iME-rJ) Quantos isômeros existem para o diclorofenol? A) 3 B) 4 C) 5 d) 6 E) 7 42AØ YUHA Isomeria Plana Q U ÍM IC A 99Bernoulli Sistema de Ensino 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 99 21/01/2020 15:51:54 gAbArIto Aprendizagem Acertei ______ errei ______ • 01. A • 02. B • 03. C • 04. A • 05. E • 06. B • 07. A • 08. E propostos Acertei ______ errei ______ • 01. A • 02. A • 03. B • 04. A • 05. E • 06. d • 07. O hidrocarboneto ii, já que apresenta menor massa molar. isômero: CH3 CH CH2 CH3 CH3 • 08. B • 09. C • 10. E • 11. d 12. • A) C3H9N • B) N Trietilamina Propilamina NH2 Etilmetilamina N H seção enem Acertei ______ errei ______ • 01. A meu aproveitamento total dos meus acertos: _____ de _____ . ______ % 12. (uEG-GO) Após sofrer combustão a 150 ºC e 0,5 L, um composto gasoso, constituído de H, C e N, produziu 1,5 L de gás carbônico, 2,25 L de água no estado gasoso e 0,25 L de gás nitrogênio. Os volumes foram medidos nas mesmas condições de temperatura e pressão. Com base nessas informações, responda aos itens a seguir: A) determine a fórmula molecular do composto. B) Escreva a fórmula estrutural plana de três isômeros constitucionais possíveis para esse composto e dê a nomenclatura iuPAC. seção enem 01. A fenilcetonúria é uma doença que, se não for identificada a tempo, pode causar retardamento mental. Vários testes podem ser utilizados para diagnosticar a doença. Entre eles, podemos citar o “teste do pezinho” e o teste da fralda molhada de urina. Neste último teste, adicionamos algumas gotas de solução diluída de cloreto férrico (FeCl3) na fralda e, dependendo da coloração obtida, identifica-se a presença do ácido fenilpirúvico (ácido 2-ceto-3-fenil-propanoico), cuja fórmula estrutural é: CH2 C O COOH O ácido fenilpirúvico apresenta A) apenas um isômero tautômero. B) dois isômeros que são ésteres. C) apenas um isômero de posição. d) apenas dois isômeros planos. E) quatro isômeros metaméricos. CY45 frente C módulo 11 100 Coleção 6V 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 100 21/01/2020 15:51:56 IsomerIA geométrICA CIs-trAns isomeria geométrica é um caso de isomeria espacial ou estereoisomeria, em que as diferenças entre os isômeros só podem ser determinadas pela análise das fórmulas estruturais espaciais. A isomeria geométrica só ocorre em compostos com dupla-ligação entre carbonos e em compostos cíclicos. Consideremos o composto 1,2-dicloroeteno (C2H2Cl2). Podemos construir duas estruturas espaciais, uma em que os dois átomos de cloro estão de um mesmo lado e outra em que eles estão em lados opostos em relação à dupla-ligação. cis trans e C H C H CC C H H C CC À primeira vista, trata-se de duas estruturas equivalentes. No entanto, devido à presença de dupla-ligação, não há livre rotação carbono-carbono, não sendo possível a interconversão das estruturas sem haver a quebra de ligações. Nesse caso, as estruturas representam compostos orgânicos diferentes que possuem a mesma fórmula molecular. Temos, então, um novo tipo de isomeria, denominada isomeria geométrica ou isomeria cis-trans. A isomeria geométrica sempre origina dois isômeros, um denominado cis – em que os grupos iguais (cloro, por exemplo) estão de um mesmo lado em relação à dupla-ligação – e outro denominado trans – em que os grupos iguais estão em lados opostos em relação à dupla-ligação. Para haver isomeria geométrica em compostos de cadeia aberta, é necessário que • haja a presença de dupla-ligação entre carbonos. • os ligantes a um dos carbonos da dupla-ligação sejam diferentes entre si (estes podem ser iguais aos ligantes do outro carbono). R1 R2 R4 R3 CC Condição: r1 ≠ r2 e r3 ≠ r4. No caso de compostos cíclicos, também não há rotação livre entre átomos de carbono do anel; logo, haverá isomeria geométrica se o ciclo possuir dois carbonos com ligantes diferentes entre si, havendo a possibilidade de estes serem iguais aos ligantes do outro carbono. R1 R4 R2 R3 Condição: r1 ≠ r2 e r3 ≠ r4. O composto 1,2-dibromociclopropano possui dois isômeros geométricos. trans Br Br H Br cis HH Br H A isomeria geométrica em compostos de cadeia cíclica também é conhecida como isomeria Baeyeriana, em homenagem ao químico alemão Adolf von Baeyer, que descobriu esse tipo de isomeria. diferenças entre os isômeros cis e trans As propriedades físicas (T.F., T.E., solubilidade, polaridade da molécula, etc.) dos isômeros cis e trans são diferentes; porém, algumas propriedades químicas, como as reações de adição, são semelhantes. de modo geral, os isômeros trans são mais estáveisque os cis, devido à menor repulsão das nuvens eletrônicas dos ligantes, uma vez que a distância entre um par de ligantes iguais em um isômero trans é maior do que em um isômero cis. Módulo 12 Frente C 101Bernoulli Sistema de Ensino QUÍMICA Isomeria espacial 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 101 21/01/2020 15:51:56 IsomerIA geométrICA e-z No caso de um composto apresentar quatro ligantes diferentes nos carbonos de rotação impedida, o isômero Z é o que contém os grupos maiores do mesmo lado e o isômero E é o que os contém em lados contrários. Exemplo: 3-metilept-3-eno C3H7 H CH3 C2H5 CC C3H7 H C2H5 CH3 CC Isômero Z Isômero E A forma E é mais estável do que a forma Z devido à menor repulsão dos grupos ligantes aos carbonos de rotação impedida. de um modo geral, os isômeros E-Z apresentam propriedades físicas diferentes e propriedades químicas diferentes ou não, dependendo da posição relativa dos grupos ligantes e do tipo de substância. um exemplo esclarecedor é o do ácido but-2-enodioico frente a um aquecimento: o ácido maleico (cis) transforma-se facilmente no respectivo anidrido, já o ácido fumárico (trans) não sofre desidratação. Os prefixos Z e E provêm do alemão zusammen (junto) e entgegen (oposto). IsomerIA óptICA É o caso de isomeria espacial, estereoisomeria, cujos isômeros ópticos ou substâncias opticamente ativas, ao serem atravessados pela luz polarizada, têm a propriedade de desviar o seu plano de vibração. A luz natural corresponde a ondas eletromagnéticas cujas ondas elétricas vibram em um plano perpendicular ao das ondas magnéticas. À medida que a luz se desloca, esses dois planos giram em torno de seu próprio eixo de propagação. Plano de vibração da onda elétrica Plano de vibração da onda magnética Rotação dos planos Eixo de propagação do raio luminoso Existem determinadas substâncias que, ao serem atravessadas, conseguem absorver todos os planos de vibração da luz natural, deixando passar apenas um. Essas substâncias são denominadas polarizadoras, e a luz que sai delas é denominada luz plano-polarizada ou, simplesmente, luz polarizada. Na luz plano-polarizada, os planos de vibração elétrico e magnético não giram em torno do eixo de propagação. Sabemos que um prisma de nicol (cristal de espato da islândia, convenientemente serrado, depois colado) não deixa passar senão a luz polarizada, que vibra num único plano. Ao passar esse tipo de luz por uma substância líquida ou dissolvida, diremos que a substância é opticamente ativa se for capaz de desviar o plano de luz polarizada para a direita (dextrógira) ou para a esquerda (levógira). Fonte de luz Luz natural Luz polarizada Luz polarizada desviada pela amostra ObservadorTubo com amostra Analisador Polarizador O isômero que gira o plano da luz polarizada para a direita é denominado dextrorrotatório, dextrógiro (do latim dexter, direita) ou, simplesmente, d. Já o isômero que gira o plano da luz polarizada para a esquerda é denominado levorrotatório, levógiro (do latim laevus, esquerda) ou, simplesmente, l. Os isômeros dextrógiro e levógiro apresentam o mesmo ângulo de desvio do plano da luz polarizada, porém em sentidos diferentes. Por convenção, o desvio causado por um isômero dextrógiro é positivo (+), e o causado por um isômero levógiro é negativo (–). Os isômeros ópticos denominados enantiômeros, enanciômeros ou antípodas ópticas possuem a mesma composição, mas a distribuição espacial de seus átomos é diferente. Esses isômeros são imagens especulares assimétricas e, portanto, não podem ser superpostas entre si. Exemplo 1: Álcool butan-2-ol Espelho CH3 OH C2H5CH CH3 OH CH5C2 H frente C módulo 12 102 Coleção 6V 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 102 21/01/2020 15:51:57 Exemplo 2: Ácido láctico H OH H3C COOH* H OH CH3HOOC * H OH COOHH3C C H OH HOOC CH3C Ácido láctico-d Ácido láctico-l As espécies químicas que não são sobreponíveis com suas imagens especulares são denominadas espécies quirais. É condição indispensável, para a existência de isomeria óptica, que o arranjo atômico apresente assimetria. Arranjos atômicos assimétricos não podem ser torcidos, girados ou virados de tal forma a transformar um isômero d em um isômero l. Isomeria óptica Assista ao vídeo “isomeria óptica”. Com ele você será capaz de compreender o que são isômeros ópticos e qual a sua importância na Química Orgânica. Aproveite para aprender mais sobre o conteúdo e sobre a relevância dos compostos isômeros no cotidiano. Bons estudos! QCAV representação de fischer Os carbonos assimétricos são tetraédricos. A representação desses tetraedros em duas dimensões é difícil. Para facilitar essa representação, Fischer desenvolveu uma projeção bastante simples para quaisquer carbonos tetraédricos. Podemos imaginar um tetraedro em perspectiva como a união de duas letras V, que estão perpendiculares entre si, em um único ponto, o carbono central. a b d cc b d a Fórmula estrutural em perspectiva. Fischer convencionou que o carbono central está no plano desta página e que os grupos c e d, que estão abaixo do plano desta página, serão representados por uma linha vertical; e que os grupos b e a, que estão voltados para a parte de cima do plano desta página, serão representados por uma linha horizontal. a b d c Projeção de Fischer H OH H3C COOH* H OH CH3HOOC * H OH COOHH3C C H OH HOOC CH3C Ácido láctico-d Ácido láctico-l Isomeria óptica em compostos que apresentam um carbono assimétrico Substâncias que apresentam carbonos assimétricos, carbonos ligados a quatro grupamentos diferentes entre si, são arranjos atômicos assimétricos e apresentam isomeria óptica. Os carbonos assimétricos são também denominados estereocentros e são, geralmente, representados por um asterisco (C*). Como já descrevemos anteriormente, a atividade óptica ocorre devido à assimetria das espécies químicas. Para entendermos melhor, vamos definir objetos simétricos e assimétricos. um objeto é simétrico quando apresenta, pelo menos, um plano de simetria, ou seja, pode ser dividido em duas partes equivalentes. Qualquer objeto simétrico produz, em um espelho plano, uma imagem especular que é igual ao objeto. Assim, objeto e imagem são sobreponíveis e não são espécies quirais. Exemplo: Imagens especulares superponíveis Plano do espelho CH3H3C H C CCH3H3C H C C um objeto é assimétrico quando não apresenta plano de simetria, ou seja, não pode ser dividido em duas partes equivalentes. Qualquer objeto assimétrico produz, em um espelho plano, uma imagem especular que é diferente do objeto. Assim, objeto e imagem não são sobreponíveis e são espécies quirais. Então, o ácido láctico é uma espécie química assimétrica, e, na verdade, a fórmula CH3—CH(OH)—COOH representará duas substâncias diferentes, uma dextrógira e outra levógira. Isomeria Espacial Q U ÍM IC A 103Bernoulli Sistema de Ensino 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 103 21/01/2020 15:51:57 mistura racêmica ou racemato Em uma síntese que origina enantiômeros, realizada em laboratório, em ambiente não quiral, os isômeros d e l serão originados na mesma proporção. Essa mistura é denominada mistura racêmica ou racemato. A mistura racêmica não apresenta atividade óptica, pois o desvio provocado por uma espécie química dextrógira é cancelado por uma espécie química levógira. Tal inatividade é denominada inatividade por compensação externa (um desvio causado por uma espécie química é “compensado” externamente por um desvio em sentido contrário, causado por uma espécie química que é seu enantiômero). Isomeria óptica em compostos que apresentam mais de um carbono assimétrico Consideramos até aqui somente moléculas contendo apenas um centro de quiralidade. Para moléculas que apresentam dois ou mais carbonos assimétricos, podemos determinar o número máximo de estereoisômeros fazendo 2n, em que n é igual ao número de centros de quiralidade. Asestruturas idênticas, que são sobreponíveis, anulam algumas possibilidades de estereoisomerismo. Nossa tarefa é escrever estruturas em projeção de Fischer e verificar se essas estruturas serão sobreponíveis. Exemplos: I II CH3 OHH HO H CH3 CH3 OHH HO H CH3 III IV CH3 OHH H OH CH3 CH3 H HO HO H CH3 Gire as estruturas desenhadas no papel em um ângulo de 180° (sentido horário e anti-horário). Se as imagens forem coincidentes, quer dizer que as estruturas apresentam a mesma configuração espacial. Como as estruturas i e ii não são sobreponíveis, elas representam um par de enantiômeros. As estruturas iii e iV são idênticas, pois são sobreponíveis. Comparando os pares i e ii ou ii e iii, é possível notar que elas não são imagens especulares entre si, sendo denominadas diasteroisômeros. A estrutura ii é chamada mesocomposto. Quando os isômeros ópticos não correspondem a uma imagem especular entre si, são chamados de diastereoisômeros. É o caso de isômeros com mais de um carbono assimétrico diferente. Também podemos encontrar inatividade óptica, mas por compensação interna, nos compostos com dois carbonos assimétricos iguais, caso dos mesômeros, cujo exemplo mais tradicional é o do ácido 2,3-di-hidroxibutanodioico (ácido tartárico), estudado por Pasteur. Ácido tartárico Plano de simetria O C H HO OH C C C HO H OH O HO (1) COOH H H OH COOH OH (2) HOOC HOOC H HHO HO HO (3) COOH H H COOH OH HOOC HOOC H OHH (4) = = As formas 1 e 2 não são superponíveis, constituindo um par de antípodas ópticas. A mistura equimolar dessas duas formas é racêmica (d-l). A forma 3 “construída” pela união da parte superior da forma 1 com a inferior da forma 2 é opticamente inativa, uma vez que apresenta plano de simetria. Com isso, a imagem especular de 3 é ela mesma. A flecha acima da fórmula mostra que, trazendo o grupo COOH superior da forma 4 para baixo, é possível superpor as duas fórmulas. dizemos que a forma 3 ou 4 é inativa por compensação interna (na verdade, é a mesma substância). Ela é chamada de ácido mesotartárico. Isomeria óptica em compostos que apresentam plano de simetria interno Atividade óptica associada ao carbono assimétrico, ou quiral, é uma generalização que não se verifica em algumas poucas substâncias ativas sem carbono assimétrico, por exemplo, os cristais de quartzo (SiO2), o clorato de sódio (NaClO3) e a inosita (ciclo-hexanoexol). Frente C Módulo 12 104 Coleção 6V 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 104 21/01/2020 15:51:58 Principais casos de isomeria óptica em compostos orgânicos sem carbono assimétrico: 1º) Existem casos de isomeria óptica em compostos cíclicos cuja fórmula espacial é assimétrica. Exemplo: trans-1,2-dibromociclopropano. H Br HBr Br H BrH Quando um composto de cadeia carbônica cíclica apresenta isomeria cis-trans, a molécula do isômero trans é assimétrica, isto é, não apresenta plano de simetria. Portanto, possui atividade óptica, apresentando dois isômeros, o dextrógiro, o levógiro e também uma mistura racêmica. O isômero cis apresenta plano de simetria; portanto, é opticamente inativo. H H BrBr cis-1,2-dibromociclopropano 2º) Os compostos alênicos (derivados do propadieno) que são assimétricos apresentarão atividade óptica: C C C R1 R2 R3 R4 Em que r1 ≠ r2 e r3 ≠ r4. C C C R3 R4R2 R1 R3 R1 R2 R4 1ª ligação π (perpendicular à 2ª) 2ª ligação π (perpendicular à 1ª) Isômero dextrógiro Mistura racêmica Espelho C CCC Isômero levógiro propriedades dos isômeros ópticos A propriedade física que distingue os enantiômeros é o desvio do plano da luz polarizada. As propriedades físicas densidade, temperatura de fusão, temperatura de ebulição e solubilidade dos enantiômeros são iguais. Observe alguns valores de algumas propriedades físicas dos ácidos tartáricos. Ácidos T.F. / °C Densidade / g.cm–3 Poder rotatório específico (a) d-tartárico 170 1,76 +12° l-tartárico 170 1,76 –12° d-l-tartárico (racêmico) 206 1,69 0 mesotartárico 140 1,67 0 As propriedades químicas dos isômeros ópticos são idênticas quando eles reagem com reagentes não quirais. Apenas em um ambiente quiral, eles apresentam comportamentos químicos diferentes. Por exemplo, na presença de uma enzima quiral, a reação de um isômero óptico pode ser catalisada, enquanto a reação de seu enantiômero pode não ocorrer. dessa forma, os efeitos fisiológicos dos isômeros podem ser específicos. Nos seres vivos, as reações são enantiosseletivas, devido à ação de enzimas. Os estereoisômeros podem apresentar atividades biológicas diferentes: um deles pode ser muito ativo e o outro inativo ou fracamente ativo. As ilustrações a seguir mostram como a orientação espacial de uma molécula é importante na interação com o seu receptor biológico. No exemplo a seguir, somente o primeiro enantiômero possui a configuração correta para o receptor: quando os grupos A estão em trans, a molécula não se “encaixa” no sítio receptor. A A BC B A A C A A AC CB BA Neste outro exemplo, o grupo C do segundo enantiômero está em uma posição desfavorável em relação à interação com o receptor. A A A A C C C C B B B B Isomeria Espacial Q U ÍM IC A 105Bernoulli Sistema de Ensino 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 105 21/01/2020 15:51:59 exerCíCIos de AprendIzAgem 01. (uECE–2019) Atente para as seguintes estruturas de compostos: H HOOC H COOH CC HOOC Br H COOH CC Considerando as estruturas apresentadas, é correto afirmar que formam um par de isômeros A) ópticos. B) de função. C) geométricos. d) de compensação. 02. (uNiFESP) A diferença nas estruturas químicas dos ácidos fumárico e maleico está no arranjo espacial. Essas substâncias apresentam propriedades químicas e biológicas distintas. HOOC COOHH H C C HOOC COOH H H C C Ácido fumárico ∆Hºf = –5 545 kJ/mol Ácido maleico ∆Hºf = –5 525 kJ/mol Analise as seguintes afirmações: i. Os ácidos fumárico e maleico são isômeros geométricos. ii. O ácido maleico apresenta maior solubilidade em água. iii. A conversão do ácido maleico em ácido fumárico é uma reação exotérmica. A(s) afirmativa(s) correta(s) é(são): A) i, ii e iii. B) i e ii, apenas. C) i e iii, apenas. d) ii e iii, apenas. E) iii, apenas. 03. (uFOP-MG) Qual das seguintes substâncias pode exibir isomeria geométrica e óptica simultaneamente? A) (CH3)2C CHCH(CH3)CH2CH3 B) CH3CH2CH CHCH(CH3)CH2CH3 C) (CH3)2C C(CH2CH3)2 d) CH3CH2CH(CH3)CH(CH3)CH CH2 E) (CH3)ClC C(CH2CH3)2 A1HN 04. (uECE) A seguir, encontram-se representadas quatro estereofórmulas (i, ii, iii e iV) vinculadas a uma mesma fórmula constitucional. H H H H H H OH HO I II HO H H H H H H OH III H H H H H H OHHO IV HO H H H H H H OH Analise as relações estereoquímicas que se encontram enunciadas nas alternativas A, B, C e d, e decida qual é a afirmação verdadeira a respeito destas relações, assinalando a alternativa correspondente. A) As estereofórmulas i e ii representam o mesmo composto. B) Os compostos representados pelas fórmulas ii e iii formam um par de diastereoisômeros. C) uma mistura equimolar dos compostos representados pelas fórmulas iii e iV constitui uma mistura racêmica. d) Os compostos representados pelas fórmulas i e iV formam um par de enantiômeros. 05. (FuVEST-SP) O 3-cloro-1,2-propanodiol existe na forma de dois compostos. um deles é tóxico e o outro tem atividade anticoncepcional. As moléculas de um desses compostos A) têm um grupo hidroxila e as do outro têm dois grupos hidroxila. B) têm um átomo de carbono assimétrico e as do outro têm dois átomos de carbono assimétricos. C) têm três átomos de cloro ligados ao mesmo átomo de carbono e as do outro têm três átomos de cloro ligados a átomos de carbono diferentes. d) são imagens especulares não superponíveis das moléculas do outro. E) têm a estrutura cis e as do outro têm a estrutura trans. 06. (PuC Minas) Observe os derivados ciclopropânicos representadosa seguir: Br H Br H I Br H Br H II Br H Br H III IXAS 3HBC Frente C Módulo 12 106 Coleção 6V 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 106 21/01/2020 15:52:00 Considere as afirmativas a seguir: i. Os compostos i, ii e iii são estereoisômeros. ii. Os compostos ii e iii são enantiômeros. iii. O composto i é mais polar que o composto ii. iV. ii e iii são o mesmo composto. A afirmativa está correta em A) i, ii, iii e iV. B) i, ii e iii apenas. C) i, iii e iV apenas. d) ii, iii e iV apenas. 07. (PuC rS) dados os compostos: CH3 CH3CH3CH2 CH C H H C NH2 I II CO2H– – – – – –– III H H H C� H Br É(são) opticamente ativo(s) A) somente i. B) i e ii. C) i e iii. d) i, ii e iii. E) ii e iii. 08. (iFSC) Leia o texto a seguir: A atividade óptica foi um mistério fundamental da matéria durante a maior parte do século XiX. O físico francês, Jean Baptist Biot, em 1815, descobriu que certos minerais eram opticamente ativos, ou seja, desviavam o plano de luz polarizada. Em 1848, Louis Pasteur foi além e, usando um polarímetro, percebeu que o fenômeno está associado à presença de dois tipos de substâncias opticamente ativas: as dextrógiras (desvio do plano de luz para a direita) e as levógiras (desvio do plano de luz para a esquerda). As observações de Pasteur começaram a se conectar com outras anteriores, como as de Schelle que, em 1770, isolou o ácido lático opticamente inativo do leite fermentado e Berzelius que, em 1807, isolou a mesma substância de músculos, porém com atividade óptica. GrEENBErd, A. Uma Breve História da Química da Alquimia às Ciências Moleculares Modernas. Tradução de Henrique Eisi Toma, Paola Corio e Viktoria Klara Lakatos Osório. São Paulo: Edgard Blücher Ltda., 2009, p. 297-299 (Adaptação). C OH CH3 C OH H O Com base no texto e nos conhecimentos sobre isomeria óptica, assinale a alternativa correta. A) Os isômeros ópticos do ácido lático possuem propriedades físico-químicas diferentes, como pontos de fusão e ebulição. B) O ácido lático isolado do músculo por Berzelius era opticamente ativo porque possuía plano de simetria. C) O ácido lático possui dois carbonos quirais e dois isômeros ópticos que são diasteroisômeros. d) O ácido lático, do leite fermentado, isolado por Schelle, pode formar até duas misturas racêmicas. E) O ácido lático, do leite fermentado, isolado por Schelle, tinha os dois enantiômeros em quantidades iguais, a mistura racêmica. exerCíCIos propostos 01. (Fatec-SP) O composto que apresenta isomeria cis-trans é: A) CH3—CH=CH—CH2—CH3 B) CH2=CCl2 C) CH2=CH—COOH d) CH2=C(CH3)2 E) (CH3)2C=C(CH3)2 02. (uFSJ-MG) A produção de substitutos para a manteiga e a gordura animal, por meio da hidrogenação parcial de óleos vegetais, levou a um aumento significativo dessas substâncias na dieta humana. No entanto, nos últimos anos, o termo gordura trans ganhou uma posição de destaque em função da divulgação de possíveis malefícios à saúde decorrentes de seu consumo. Com relação às gorduras trans, é correto afirmar que são formadas por ácidos graxos contendo A) cadeias carbônicas totalmente saturadas obtidas por substituição das insaturações existentes anteriormente por átomos de hidrogênio. B) uma dupla ligação entre átomos de carbono ligados a grupos químicos iguais situados em lados opostos. C) dois grupos funcionais carboxila situados nas extremidades da cadeia carbônica e em posições opostas. d) uma insaturação entre átomos de carbono ligados a cadeias carbônicas situadas do mesmo lado. 03. (unimontes-MG) duas fórmulas estruturais são apresentadas a seguir: O O OO OH OH X Y A abelha-rainha produz um composto chamado de feromônio que é responsável pelo seu efeito dominador sobre as outras abelhas da colônia. Tal composto tem estrutura trans e pode estar representado pela estrutura X e / ou Y. Observando-se as estruturas dadas, é incorreto afirmar que A) o feromônio produzido pela abelha-rainha é o composto X. B) a abelha-rainha não produz o composto representado em Y. C) os compostos X e Y não representam um par de enantiômeros. d) as estruturas X e Y representam compostos idênticos. TOUP Isomeria Espacial Q U ÍM IC A 107Bernoulli Sistema de Ensino 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 107 21/01/2020 15:52:00 04. (uESC-BA) Admite isomeria geométrica ou cis-trans o alceno A) 2,3-dimetil-2-penteno. B) 4-etil-3-metil-3-hexeno. C) 1-penteno. d) 3-metil-3-hexeno. E) eteno. 05. Sabendo que o composto 1,2-diclorociclopropano apresenta isomeria cis-trans, represente suas fórmulas estruturais. 06. Escreva as fórmulas estruturais possíveis com a fórmula molecular C4H8 e indique a(s) estrutura(s) que apresenta(m) isomeria geométrica. 07. (PuC Minas) um alqueno que possui massa 56 g/mol apresenta isômeros em número de A) 2. B) 4. C) 5. d) 6. E) 7. 08. (FGV-SP) Considere os compostos e as afirmações apre sentadas sobre eles. (1) (2) (3) (4) (5) (6) H3C CH2 CH3 C H C H3C H CH3 C H C H3C CH3 H CH3C CH3 O O CH3C CH2 O O CH3 H2C CH CH3 i. 1 e 2 são isômeros geométricos. ii. 3 e 4 apresentam a mesma fórmula mole cular (C3H6O2), isto é, correspondem à mes ma substância; portanto, não se trata de isomeria. iii. 5 e 6 mostram um exemplo de isomeria de posição. iV. 1, 2, 5 e 6 são hidrocarbonetos. Dessas afirmações, apenas A) i é correta. B) iV é correta. C) i e ii são corretas. d) i e iV são corretas. E) i, iii e iV são corretas. E9U9 09. (CMMG) As estruturas a seguir representam as moléculas das substâncias principais responsáveis pelo odor das rosas. Citronelol CH2OH CH2OH CHO Geraniol Neral Em relação a essas substâncias e às reações que com elas podem ocorrer, estão corretas as alternativas, exceto: A) O geraniol é o isômero trans do citronelol. B) A hidrogenação catalítica do geraniol e do citronelol produz o mesmo álcool. C) As três substâncias reagem com solução de bromo em tetracloreto de carbono. d) O neral reduz os íons Ag+ de sua solução amoniacal. 10. (FuVEST-SP) durante muitos anos, a gordura saturada foi considerada a grande vilã das doenças cardiovasculares. Agora, o olhar vigilante de médicos e nutricionistas volta-se contra a prima dela, cujos efeitos são ainda piores: a gordura trans. VEJA, 2003. uma das fontes mais comuns da margarina é o óleo de soja, que contém triglicerídeos, ésteres do glicerol com ácidos graxos. Alguns desses ácidos graxos são: CH3(CH2)16COOH A B C D CH3(CH2)7 (CH2)7COOH H H CH3(CH2)4 (CH2)7COOH H CH2 H HH CH3(CH2)7 H (CH2)7COOH H 9GHZ Frente C Módulo 12 108 Coleção 6V 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 108 21/01/2020 15:52:00 durante a hidrogenação catalítica que transforma o óleo de soja em margarina, ligações duplas tornam-se ligações simples. A porcentagem dos ácidos graxos A, B, C e d, que compõem os triglicerídeos, varia com o tempo de hidrogenação. O gráfico a seguir mostra esse fato. % d e ác id o s g ra xo s Tempo / min 50 40 30 20 10 0 4020 80 100600 A BC D Considere as afirmações: i. O óleo de soja original é mais rico em cadeias monoinsaturadas trans do que em cis. ii. A partir de cerca de 30 minutos de hidrogenação, cadeias monoinsaturadas trans são formadas mais rapidamente que cadeias totalmente saturadas. iii. Nesse processo de produção de margarina, aumenta a porcentagem de compostos que, atualmente, são considerados pelos nutricionistas como nocivos à saúde. É correto apenas o que se afirma em A) i. C) iii. E) ii e iii. B) ii. d) i e ii. 11. (uFC-CE) O ibuprofeno (i) atua como analgésico e anti-inflamatório, enquanto o alminoprofeno (ii) é um derivado do ácido propanoico que tem utilidade no tratamento de inflamações e doenças reumáticas. CH3 H3C H3C H2C CH3 CH3 COOH HO HN O (I) Ibuprofeno (II) Alminoprofeno A) Considerando que ambas as substâncias apresentam isomerismo óptico, quantos carbonos assimétricos possui cada uma? B) representeos estereoisômeros para o composto i por meio de projeções de Fischer. 12. (uECE–2020) Na Química Orgânica, é normal existir isomeria entre dois compostos. Os isômeros são tão parecidos que muitas vezes são confundidos, o que pode ser trágico em se tratando da saúde. Na década de 1960 foi produzido um medicamento com efeito tranquilizante e sonífero nomeado de Talidomida. As gestantes da época procuraram por este efeito calmante sem ter ideia do que poderia ocorrer ao feto em gestação. Foi então que se registrou o nascimento de bebês com membros atrofiados (mãos, pés, pernas). Esse efeito teratogênico foi resultado do uso da Talidomida. Na época, o tema ficou conhecido como “Tragédia da talidomida”, que foi um divisor de águas na regulamentação de medicamento. A Talidomida apresenta dois isômeros, cujas estruturas são as seguintes: NH N H O OO O R–talidomida S–talidomida N H N H O OO O Estrutura r = medicamento sedativo e hipnótico; Estrutura S = medicamento causador da anomalia. Com relação a esses dois isômeros, é correto afirmar que A) são isômeros geométricos porque apresentam ligações duplas em suas estruturas. B) o isômero da estrutura r é o levógiro e o isômero da estrutura S é o dextrógiro. C) as duas estruturas diferem no posicionamento do N central – um para frente e outro para trás. d) não existe mistura racêmica. 13. (PuC-Campinas-SP) Considere as fórmulas estruturais seguintes: i. CH2(OH)—CH2(OH) ii. CH3—CH(OH)—CH2—CH3 iii. CH2(OH)—CH=CH—CH3 iV. CH2(OH)—CH=CH2 Há isômeros ópticos e isômeros geométricos, respectivamente, nos compostos representados por A) i e ii. B) i e iV. C) ii e iii. d) ii e iV. E) iii e iV. Isomeria Espacial Q U ÍM IC A 109Bernoulli Sistema de Ensino 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 109 21/01/2020 15:52:01 14. (Cesgranrio) Em 1848, Louis Pasteur estudou os sais de potássio e amônio obtidos do ácido racêmico (do latim racemus, que significa cacho de uva), o qual se depositava nos tonéis de vinho durante a sua fermentação. Após observar que esse ácido era uma mistura de dois outros com a mesma fórmula molecular do ácido tartárico, que, separados, desviavam a luz plano-polarizada, e juntos, em quantidades iguais, perdiam essa propriedade, nasceu o conceito de mistura racêmica. de acordo com o exposto, assinale a opção correta com relação aos conceitos de isomeria espacial. A) uma mistura racêmica é uma mistura equimolecular de dois compostos enantiomorfos entre si. B) O 1-butanol, por ser um álcool opticamente ativo, pode originar uma mistura racêmica. C) O 2-buteno apresenta dois isômeros ópticos, o cis-2-buteno e o trans-2-buteno. d) O 2-butanol apresenta três isômeros ópticos ativos denominados dextrógiro, levógiro e racêmico. E) Quando um composto desvia a luz plano-polarizada para a direita é chamado de levógiro. 15. (iTA-SP) dados os compostos: i. Br3C—CHCl—CCl2—CBr3 ii. Br3C—CHCl—CHCl—CBr3 iii. Br3C—CH=CH—CBr3 iV. Br3C—CH=CCl—CBr3 Assinale a afirmação falsa. A) Os compostos i e ii possuem, respectivamente, um e dois átomos de carbono assimétrico. B) O composto i possui um total de dois estereoisômeros opticamente ativos. C) O composto ii possui um total de dois estereoisômeros opticamente ativos. d) Somente os compostos iii e iV apresentam, cada um, isomeria geométrica. E) Os compostos iii e iV giram o plano de polarização da luz que os atravessa. 16. (uFES) O número máximo de isômeros ópticos que podem ser representados pela fórmula molecular C3H6BrCl é A) 2. B) 3. C) 4. d) 5. E) 6. ØMØC 17. (uFC-CE) Alguns ácidos orgânicos são comumente conhecidos por nomes “engraçados”, tais como ácido traumático (i), ácido constipático (ii) e ácido complicático (iii). Analise as estruturas desses ácidos e assinale a alternativa correta. I II III HO OH O O H3C HO H OH CH3 O O O ( )12 H3C CH3 H2C O O H OH O H A) i, ii e iii apresentam em comum a função ácido carboxílico e a presença de centros quirais. B) i é uma molécula acíclica aquiral e ii e iii apresentam sistemas cíclicos quirais em suas estruturas. C) A nomenclatura iuPAC de i é ácido 2-undecenodioico e a configuração da ligação dupla é cis. d) ii apresenta as funções álcool, ácido carboxílico e cetona na sua estrutura, sendo esta última conjugada. E) iii possui 5 centros quirais em sua estrutura, permitindo a existência de 25 esteroisômeros. seção enem 01. (Enem–2018) Pesquisas demonstram que nanodispositivos baseados em movimentos de dimensões atômicas, induzidos por luz, poderão ter aplicações em tecnologias futuras, substituindo micromotores, sem a necessidade de componentes mecânicos. Exemplo de movimento molecular induzido pela luz pode ser observado pela flexão de uma lâmina delgada de silício, ligado a um polímero de azobenzeno e a um material suporte, em dois comprimentos de onda, conforme ilustrado na figura. Com a aplicação de luz ocorrem reações reversíveis da cadeia do polímero, que promovem o movimento observado. 7IUH Frente C Módulo 12 110 Coleção 6V 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 110 21/01/2020 15:52:01 365 nm Hidrogênio Carbono Nitrogênio 420 nm TOMA, H. E. A nanotecnologia das moléculas. Química Nova na Escola, n. 21, maio 2005 (Adaptação). O fenômeno de movimento molecular, promovido pela incidência de luz, decorre do(a) A) movimeno vibracional dos átomos, que leva ao encurtamento e à relaxação das ligações. B) isomerização das ligações N=N, sendo a forma cis do polímero mais compacta que a trans. C) tautomerização das unidades monoméricas do polímero, que leva a um composto mais compacto. d) ressonância entre os elétrons π do grupo azo e os do anel aromático que encurta as ligações duplas. E) variação conformacional das ligações N=N, que resulta em estruturas com diferentes áreas de superfície. 02. (Enem–2016) A busca por substâncias capazes de minimizar a ação do inseto que ataca as plantações de tomate no Brasil levou à síntese e ao emprego de um feromônio sexual com a seguinte fórmula estrutural: OCOCH3 uma indústria agroquímica necessita sintetizar um derivado com maior eficácia. Para tanto, o potencial substituto deverá preservar as seguintes propriedades estruturais do feromônio sexual: função orgânica, cadeia normal e a isomeria geométrica original. A fórmula estrutural do substituto adequado ao feromônio sexual obtido industrialmente é: A) COCH3 B) COCH3 C) OCOCH3 d) COCH3O E) OCOCH3 03. (Enem) O estudo de compostos orgânicos permite aos analistas definir propriedades físicas e químicas responsáveis pelas características de cada substância descoberta. um laboratório investiga moléculas quirais cuja cadeia carbônica seja insaturada, heterogênea e ramificada. A fórmula que se enquadra nas características da molécula investigada é: A) CH3—(CH)2—CH(OH)—CO—NH—CH3 B) CH3—(CH)2—CH(CH3)—CO—NH—CH3 C) CH3—(CH)2—CH(CH3)—CO—NH2 d) CH3—CH2—CH(CH3)—CO—NH—CH3 E) C6H5—CH2—CO—NH—CH3 04. (Enem) A talidomida é um sedativo leve e foi muito utilizado no tratamento de náuseas, comuns no início da gravidez. Quando foi lançada, era considerada segura para o uso de grávidas, sendo administrada como uma mistura racêmica composta pelos seus dois enantiômeros (r e S). Entretanto, não se sabia, na época, que o enantiômero S leva à malformação congênita, afetando principalmente o desenvolvimento normal dos braços e pernas do bebê. COELHO, F. A. S. Fármacos e quiralidade. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola. São Paulo, n. 3, maio 2001 (Adaptação). Essa malformação congênita ocorre porque esses enantiômeros A) reagem entre si. B) não podem ser separados. C) não estão presentes em partes iguais. d) interagem de maneira distinta com o organismo. E) são estruturas com diferentes grupos funcionais. Isomeria espacial Q u ím IC A 111Bernoulli Sistema de Ensino 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 111 21/01/2020 15:52:04gAbArIto Aprendizagem Acertei ______ errei ______ • 01. C • 02. A • 03. B • 04. B • 05. d • 06. B • 07. C • 08. E propostos Acertei ______ errei ______ • 01. A • 02. B • 03. d • 04. d • 05. cis HH CC trans CH HC e 06. A única substância, entre as citadas a seguir, que possui isômeros geométricos é a B. • A) CH2=CH—CH2—CH3 • B) CH3—CH=CH—CH3 • C) CH3—C= CH2 | CH3 • d) CH2—CH2 | | CH2—CH2 • E) CH3 H meu aproveitamento • 07. d • 08. d • 09. A • 10. E 11. • A) O ibuprofeno e o alminoprofeno apresentam apenas um carbono assimétrico, isto é, apenas um carbono ligado a quatro substituintes diferentes. • B) H13C10 COOH H CH3 HOOC C10H13 H CH3 • 12. C • 13. C • 14. A • 15. E • 16. E • 17. B seção enem Acertei ______ errei ______ • 01. B • 02. E • 03. B • 04. d total dos meus acertos: _____ de _____ . ______ % frente C módulo 12 112 Coleção 6V 2020_6V_V3_QUI_PR_BOOK.indb 112 21/01/2020 15:52:06