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QUÍMICA ENSINO MÉDIO Educação para Jovens e Adultos QUÍMICA ENSINO MÉDIO Educação para Jovens e Adultos Centro Educacional Pódio Q U ÍM IC A ÍNDICE QUÍMICA 05 ELEMENTOS QUÍMICOS 09 SUBSTÂNCIA QUÍMICA 10 ATOMÍSTICA 14 CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO ÁTOMO 16 TABELA PERIÓDICA 24 LIGAÇÕES QUÍMICAS 40 FUNÇÕES DA QUÍMICA INORGÂNICA 48 QUANTIDADE DE MATÉRIA 74 TRANSFORMAÇÕES GASOSAS 78 MASSA MOLAR DA MISTURA 82 MISTURAS 85 QUÍMICA ORGÂNICA 97 ANOTAÇÕES Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo I - 1º ano QUÍMICA INTRODUÇÃO É a ciência da matéria, pois estuda suas propriedades e transformações, bem como a energia trocada (gerada ou consumida) em tais transformações. A química está presente em nosso dia a dia. Nas indústrias de embalagens, cos- méticos, medicamentos, alimentos, ferti- lizantes, combustíveis...., assegurando as necessidades humanas presentes e futuras. MATÉRIA é tudo o que tem massa e ocupa lugar no espaço (volume). Ex: água, ar, madeira, pedra, etc. Os estados físicos da Matéria são determinados pela força de coesão , repulsão e vibração entre as moléculas. Podendo ser sólido (grande coesão entre as moléculas), líquido (as moléculas vibram e se deslocam) sua forma depende do recipiente que o contém, e gasoso (as moléculas se afastam muito umas das outras, devido a força de repulsão). A mudança do estado físico é de acordo com a temperatura, se tornando sólido, líquido e gasoso. 05 Estado físico Volume Forma Movimento molecular Distância entre as moléculas Sólido Constante Constante Vibração Muito próximas Líquido Constante Variável Vibração e deslocamento Pouco afastadas Gasoso Variável Variável Vibração e deslocamento veloz Muito afastadas Q U ÍM IC A Módulo I - 1º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Água OºC 100ºC Álcool -115ºC 78ºC Éter -116ºC 35ºC Ferro 1.535ºC 3.000ºC Carbono 3.500ºC 4.200ºC Observe na tabela acima os pontos de fusão e ebulição de algumas substâncias. Fusão : é a passagem do estado sólido para o estado líquido. No caso da água, o ponto de fusão é 0ºC. Vaporização : é a passagem do estado líquido para o gasoso e essa mudança de estado pode ocorrer por ebulição ou evaporação. Condensação : é a mudança do estado gasoso para o líquido. Ex: quando tiramos uma gar- rafa da geladeira, o vapor de água da atmosfera se condensa em sua superfície. Solidificação : é passagem do estado líquido para o sólido. Sublimação : é a passagem direta do estado sólido para o estado gasoso (naftalina, cânfora) Ressublimação : é a passagem direta do estado gasoso para o sólido (gases de naftalina resfriada) MAS S A (m) É a quantidade de matéria em estudo, medido em quilograma (Kg). Unidade de medida Representação Relação de conversão Grama G - Miligrama MG 10-3g Quilograma kg 103g Tonelada t 103 kg ou 106g 06 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo I - 1º ano VOLUME (V) É o espaço ocupado pela matéria sendo medido em litro, mililitro, metro cúbico, centímetro cúbico, etc Unidade de medida Representação Relação de conversão Litro L ou l 1L = 1000 ml = 103ml Mililitro mL ou ml 1ml = 0,001l = 10-3l Metro cúbico m3 1m3 = 1000l = 103l Centímetro cúbico cm3 1cm3 = 0,001l = 10-3l DENSIDADE (d) É a relação entre a massa e o volume de uma quantidade de matéria. d = m Unidades: g/l, g/ cm3 , Kg/ l V A densidade serve para dar uma idéia dos conceitos de “leve” e “pesado”. PESO É a força de atração entre o centro gravitacional de um corpo e o centro da terra. CORPO É a porção limitada da matéria OBJETO É o corpo transformado em algo que possa ser utilizado (ter serventia). Madeira tábua mesa (matéria) (corpo) (objeto) 07 Q U ÍM IC A Módulo I - 1º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio ENERGIA É a capacidade de realizar trabalho. Tudo que é capaz de movimentar a matéria possui ener- gia. Ela pode ser cinética (relacionada à sua velocidade), potencial (depende da posição do corpo), térmica (quente/ frio), luminosa (lâmpadas), sonora (emissão de ruídos), mecânica (movimentos), elétrica (geração de eletricidade), química e nuclear. - Pode ser convertida. Ex.: no chuveiro, a energia elétrica é transformada em energia térmica. - Pode mudar a estrutura da matéria. Ex.: a queima da madeira transfor- ma-a em cinzas. - Pode causar sensações. Ex.: a corrente elétrica, quando atravessa nosso organismo, provoca uma sensação desagradável e pode causar até a morte. - Pode iluminar. Ex.: a energia elétrica, quando passa por uma lâmpada, torna-a incandes- cente e nos ilumina. 08 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo I - 1º ano ELEMENTOS QUÍMICOS Todo e qualquer tipo de matéria é formado por átomos . A quantidade de tipos de matéria é infinita, todavia a quantidade de átomos quimicamente diferentes representa um elemento químico , identificado pelo seu número atômico , sendo que cada elemento químico recebe um nome e um símbolo. Átomo é a unidade estrutural da matéria 09 Q U ÍM IC A Módulo I - 1º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio SUBSTÂNCIA QUÍMICA Os átomos dos elementos químicos se unem das mais variadas maneiras, formando moléculas e aglomerados iônicos. As uniões dos átomos são representados pelas fórmulas químicas que utilizam os símbolos químicos dos elementos e índices numéricos para indicar a quantidade de cada átomo no conjunto (molécula). Molécula é a menor porção de uma substância que ainda conserva as pro- priedades dessa substância. Substância Fórmula Comentários Gás Oxigênio – presente no ar O2 Dois átomos de oxigênio na molécula. Cobre – fiação dos postes Cu(n) Átomos infinitos de Cobre (n) Gás Carbono – liberado CO2 Dois átomos de oxigênio e um átomo pela respiração de carbono formando a molécula. ALOTROPIA Fenômeno que permite a alguns átomos (quando se agru- pam) iguais de formarem substâncias puras simples diferentes. Ex: Oxigênio ( O2) e Ozônio A grafite (Carbono – C) e o diamante são variedades alotrópicas do mesmo elemento: o carbono. Repare como os átomos se ligam de maneira diferente em cada caso. SUBSTÂNCIA PURA COMPOSTA Formada por mais de um elemento químico. Ex: H2O (formado por 2 átomos de Hidrogênio + 1 átomo de Oxigênio) NaCl (formado por 1 átomo de Sódio + 1 átomo de Cloro) 10 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo I - 1º ano SUBSTÂNCIAS E MISTURAS As propriedades e as características das substâncias servem para identificá-la, como sua densidade, pontode fusão, ponto de ebulição....Podendo ser : Azeotrópica e Eutética. — Água : PE = 100º C; Álcool: PE = 79ºC; Mistura: PE = 78ºC. — Estanho : PF = 232ºC; Bismuto: PF = 271ºC; Liga Metálica: PF = 133ºC. PE = ponto de ebulição / PF = ponto de fusão. MISTURA AZEOTRÓPICA Possui o ponto de ebulição constante. Ex: água e álcool MISTURA EUTÉTICA Possui o ponto de fusão fixo. Ex: mistura de estanho e bismuto MISTURAS HOMOGÊNEAS E HETEROGÊNEAS MISTURA HOMOGÊNEA Apresenta uma única fase (monofásica). Mesmo sendo observada em microscópio. Ex: água e álcool, gasolina e álcool. MISTURA HETEROGÊNE A Apresenta mais de uma fase (polifásica), as fases podem ser identificadas a olho nu. Ex: água e óleo, areia e água. TÉ CNICAS DE SE PARAÇÃO DE MISTURAS HETEROGÊ NE AS — FILTRAÇÃO – serve para separar sólidos misturados a líquidos ou gases. EX: aspirador de pó, coador de papel,.... 11 Q U ÍM IC A Módulo I - 1º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio — DECANTAÇÃO – utilizada para separar substâncias com densi- dades diferentes, sendo que a mais densa se precipita. Podemos uti- lizar o processo de sifonagem, que suga a extremidade externa do tubo que está abaixo do fundo do recipiente que contém a mistura, até encher-se de água, podemos retirar toda a água do recipiente. Ex: água e areia, óleo e água. — CENTRIFU GAÇÃO – é a técnica que acelera o processo de decantação fazendo o uso de movimentos circulares em alta velocidade. — DISSOLU ÇÃO FRACIONÁRIA – técnica utilizada para separar dos sólidos (areia e sal), acrescentando-se um sol- vente. Um dos sólidos se dissolverá e o outro poderá sedi- mentar (decantar) ou flutuar (flotação). Ex: Serragem e sal, areia e água. — VENTILAÇÃO – é utilizado aplicando uma corrente de ar. Ex: palha de arroz e arroz. — SE PARAÇÃO MAGNÉTICA – utiliza-se um imã para separar o ferro de outras impurezas. 12 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo I - 1º ano TÉC NICAS D E S EPARAÇ ÃO D E MISTURAS HOMOGÊNEAS — DESTIL AÇÃO – consiste em evaporar o solvente, para depois resfriá-lo sem a presença de outro componente. Podendo ser fracionada, quando controlamos a evaporação com um termômetro. — FUSÃO FRACIONADA – consiste em abaixar gradualmente a temperatura da mistura e retirar as substâncias que se solidificam. Ex: Enxofre + areia 13 Q U ÍM IC A Módulo I - 1º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio ATOMÍSTICA É o estudo da estrutura da matéria. Na época dos filósofos gregos (séc.V.a.C.) surgiu o con- ceito de átomo(partícula indivisível). Atualmente sabemos que o átomo é formado por outras subpartículas – prótons, elétrons e nêutrons – que estão presentes em duas regiões distintas – núcleo e eletrosfera. Evolução do Conceito de Átomo Demócrito e Leucipo (século V a.C, filósofos gregos): propuseram ser a matéria divisível até se chegar a uma partícula que não mais poderia ser dividida e que seria a unidade fundamental da matéria a qual chamaram de átomo (a=não,tomos = divisível). Seria maciço e esférico. Dalton (séc.XVIII – 1803):Considerou que o átomo seria maciço e indivisível, e que os áto- mos iguais seriam de um mesmo elemento químico, e que durante as reações químicas, estes átomos se separariam,reagrupariam formando novas substâncias. Thomson (1898) – Realizou experiências com descargas elétricas em gases rarefeitos (em pequena quantidade), nas quais evidenciou a presença de cargas positivas e negativas no inte- rior do átomo, propondo o modelo de um pudim de passas ou panetone. Rutherford (1991) Montou umas experiências esquematizadas, bombardeando uma lâmi- na de ouro com partículas (alfa), que são positivas e têm massa desprezível. Concluindo que há espaços com massa desprezível entre átomos, pois a maioria das partículas alfa atravessou a lâmina, outras foram repelidas ou desviadas; logo, existe uma região positiva no núcleo. E sendo assim, as cargas negativas deveriam estar ao redor do núcleo (elétrons), e as positivas no núcleo (prótons).Estabelecendo também o diâmetro do núcleo de 10.000 vezes menor que o diâmetro do átomo. 14 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo I - 1º ano Chadwick (1932) – Ao ter observado a experimentação de bombardeamento de núcleos de átomos com partículas alfa, descobriu o nêutron do núcleo, partícula sem carga mas massa igual ao próton, resultando: Núcleo Prótons (+ ) P / Nêutron (sem carga ) N Eletrosfera Elétron ( - ) e Bohr (1913) – Aperfeiçoou o modelo atômico de Ruthford e estabeleceu um modelo atômi- co no qual os elétrons se organizam na eletrosfera na forma de camadas. Podendo ter no má- ximo 7 camadas. Observe a figura abaixo: 15 Q U ÍM IC A Módulo I - 1º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS DO ÁTOMO Características principais do Átomo NÚMERO ATÔMICO (Z) e ELEMENTO QUÍMICO O átomo quimicamente igual apresenta o mesmo número de prótons (P), que define o número atômico (Z). Sendo igual ao número de elétrons. Z = p = e (válido para átomo eletricamente neutro). Vejamos algumas representações de átomos: NUMERO D E MAS S A (A) É a soma do número de prótons e nêutrons de um átomo. AE - A=p+n onde: A = z + n N=A-P A = número de massa p = número de prótons n = número de nêutrons A DETERMINAÇÃO D A S PARTICULAS D E UM ÁTOMO SE DÁ PEL A QUANTIDADE D E PRÓTONS (P ou Z) e ELÉTRONS NO CANTO INFERIOR DO ÁTOMO. Na determinação da quantidade de nêutrons, basta subtrairmos o número acima (A) pelo número de baixo (Z), pois A - Z = n. Exemplos p = 18 (Argônio) e = 18 n = 22 p = 15 (Fósforo) e = 15 n = 16 16 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo I - 1º ano p = 92 (Urânio) e = 92 n = 143 p = 20 (Cálcio) e = 20 n = 20 p=1 (Prótio) e=1 n = ausência de nêutrons ÁTOMOS C ARREG ADO S ELETRICAMENTE (ÍONS) — Cátion ou íon Positivo – apresenta carga positiva por ter perdido elétron. A carga indi- ca o número de elétrons perdidos Exemplos de cátions: Na+1, Mg+2, Al+3, Pb+4. — Ânion ou Íon Negativo – apresenta carga negativa por ter recebido elétron. A carga indica o número de elétrons recebidos. Exemplos de ânions: F-1, O-2, N-3. Para entender melhor, considere o seguinte: 15P recebendo 3 elétrons e se transformando em íon 15P -3 átomo neutro ânion p = 15 p = 15 e = 15 e = 18 (15p - 15e = 0) (15p - 18e = -3) a somatória das cargas é nula a somatória das cargas não é nula 12Mg perdendo 2 elétrons e se transformando em íon 12Mg+2 átomo neutro cátion p = 12 p = 12 e = 12 e = 10 (12p - 12e = 0) (12p - 10e = + 2) a somatória das cargas é nula a somatória das cargas não é nula 17 Q UÍM IC A Módulo I - 1º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio ISÓTOPOS, ISÓBAROS E ISÓTONOS — Isótopos : São átomos com o mesmo número atômico (elemento químico - Z) que dife- rem na massa atômica. Exemplos: URÃNIO / HIDROGÊNIO 238 02U 235 e 32U , 1 1H e 2 1H e 3 1H — Isóbaros : são átomos com a mesma massa atômica (mesmo A), com nº atômicos dife- rentes. Ex: 14 7 N 14 6C • O carbono 14 é utilizado na determinação da idade dos materiais arqueológicos. — Isótonos : são átomos de elementos químicos diferentes como mesmo nº de nêutrons. Ex: 200 80Hg 202 82Pb Calculando o número de nêutrons Hg 200 - 80 = 120 nêutrons. Pb 202 - 82 = 120 nêutrons. Resolução de Problemas I - Quantos prótons e nêutrons possui o átomo ? Resolução O número atômico (Z), representado abaixo do símbolo representa o número de prótons e de elétrons. Portanto: Z = 26 => p = 26 => e=26 O número de massa (A), localizado na parte superior do símbolo indica a soma de prótons e nêutrons. Portanto: A = 56 A=p+n 56=26+n n=56-26 n=30 Ou então resolvendo diretamente (A - Z) obtemos a quantidade de nêutrons: Logo possui 26 p, 26 e e 30 n. 18 Q U ÍM IC A e elétrons apresenta o íon oxigênio ? -2 -2 MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo I - 1º ano II - O átomo de alumínio apresenta 13 prótons e 14 nêutrons no seu núcleo. Determine o número atômico (Z) e de massa (A) desse átomo. Resolução Se o átomo apresenta 13 prótons, apresentará número atômico 13 já que o numero atômi- co é o número de prótons de um átomo. Se p = 13, tem-se Z = 13 logo: 13Al Se o átomo contém 13 prótons e 14 nêutrons, é só somarmos essas partículas para se obter o número de massa (A). A=p+n, A=13+14 logo: 27 13Al III - Sabendo-se que o número atômico do átomo de oxigênio é oito ( 18 -2 8 O 18 8 O ), quantos prótons Resolução Devemos recordar que tanto no átomo como no íon o valor do número atômico será o mesmo. 18 8 O 18 +2 8 O átomo íon Sendo assim, representamos o átomo e o íon com seus valores de prótons e elétrons e acrescentamos 2 elétrons ao íon 8O -2 . 18 8 O p=8 p=8 e=8 2 elétrons acrescentados e = 10 (8 + 2) IV - Quantos prótons e quantos elétrons apresenta o cátion 40 +2 20Ca +2 ? Resolução Neste caso o íon é positivo (+2) e deverá apresentar uma quantidade menor de elétrons que a de prótons. 40 20Ca 40 +2+2 20Ca p = 20 p = 20 e = 20 2 elétrons retirados e = 18 (20 - 2) 19 Q U ÍM IC A 8O +2 Módulo I - 1º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Observação Se o íon é negativo, somamos o valor de sua carga ao valor do número atômico, caso con- trário, subtraímos. 18 -2 -2 8 + 2 = 10e 40 +2 20Ca 20 - 2 = 18e ELETROSFERA NO ESTADO NATURAL DO ÁTOMO, O Nº D E ELÉTRONS É IGUAL AO Nº D E PRÓTONS CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA D OS ÁTOMOS. Níveis de Energia — As órbitas dos elétrons ao redor do núcleo são circulares e em cada órbita (nível ou camada) tem uma energia fixa, e quanto mais afastada do núcleo maior é a quantidade de energia; — O elétron pode saltar para um nível mais externo, se receber energia, e volta para a posição inicial, se devolver a energia recebida na forma de ondas eletromagnéticas (UV, LUZ VISÍVEL). — As camadas K, L, M, N, O, P, Q tem relação com as cores de luz visível: vermelho, alaran- jado, amarelo, verde, azul, anil e violeta. Do vermelho para o violeta, a energia aumenta. Subníveis de Energia São raias mais finas que correspondem subdivisões dos níveis. Os elétrons de um mesmo subnível tem a mesma quantidade de energia e irão ocupar os subníveis de menos energia acomodando o máximo de elétrons. Camada Nível Subníveis Subnível s p d f K 1 s Nº máximo de Elétrons 2 6 10 14 L 2 sp M 3 spd N 4 spdf O 5 spdf P 6 spd Q 7 s A distribuição eletrônica nos subníveis é feita seguindo o diagrama de Linus Pauling. O sub- nível mais energético nem sempre é o mais afastado e o nível mais externo é chamado de nível ou camada de valência. 20 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo I - 1º ano Construção do Diagrama de Linus Pauling. Inicialmente você deve ordenar os subníveis em li- nhas verticais de tal modo que todos os subníveis s permaneçam na mesma vertical e os demais subníveis p, d e f também. Em seguida desenhe setas ou diagonais paralelas umas às outras. As diagonais orientarão o sentido da distribuição dos elétrons: Se representarmos a ordem de energia e o número máximo de elétrons nos subníveis, numa só diagonal teremos: 1s 2 , 2s2 , 2p6, 3s2 , 3p6, 4s2, 3d10, 4p6, 5s2, 4d10, 5p6, 6s2, 4f14 , 5d10, 6p6, 7s2 , 5f14, 6d10 energia crescente NÚMEROS QUÂNTICOS Determina a quantidade de energia dos elétrons de um mesmo átomo. — Número Quântico Principal (n): é o nível de energia do elétron. Camadas K L M N O P Q valores de n 1 2 3 4 5 6 7 ou níveis quantidade 2 8 18 32 32 18 2 de elétrons — Número Quântico Secundário (l): é o subnível de energia do elétron: s,p,d,f. Subnível l numero máximo ou camada de elétrons s 0 2 P 1 6 d 2 10 f 3 14 21 Q U ÍM IC A Módulo I - 1º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio — Número Quântico Magnético (m): está relacionado ao orbital, que é a região de maior probabilidade de se encontrar um elétron. Cada orbital pode ter no máximo 2 elétrons: -l, ...0...+l — Número Quântico Spin (s ou ms): relaciona-se ao sentido de rotação do elétron no orbital. Os valores do nº quântico spin são -1/2 (horário – representado por e +1/2 (anti- horário – representado por ) Resumo dos números quânticos Logo, como exemplo: Na (z = 11) => 1 s2, 2 s2, 2 p6, , 3 s1 n=3 3 s1 l=0 m=0 0 S = -1/2 ( ) Exemplos : Cl (Z = 17) ls 2 , 2s2 , 2p6 , 3s2 , 3p5 n=3 subnível mais energético 3p5 l = 1 (subnível p) m=0 -1 0 +1 s=- ( ) 22 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio b) Al (Z = 13) 1s 2 , 2s2 , 2p6 , 3s2 , 3p1 n=3 subnível mais energético 3p1 l = 1 (subnível p) m=-1 -1 0 +1 s=+ ( ) c) Ni (Z = 28) 1s 2 , 2s2 , 2p6 , 3s2 , 3p6 ls2 , 4s2 , 3d8 n=3 subnível mais energético 3d8 l = 2 (subnível d) m=0 -2 -1 0 +1 +2 s=+ ( ) d) Ce (Z = 58) 1s 2 , 2s2 , 2p6 , 3s2 , 3p6, 4s2 , 3d10 , 4p6 , 5s2 , 4d10, 5p6, 6s2 , 4f2 n=4 subnível mais energético => 4f2 l = 3 (subnível f) m= -2 s=+ ( ) Módulo I - 1º ano 23 -3 -2 -1 0 +1 +2 +3 Q U ÍM IC A Módulo I - 1º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio TABELA PERIÓDICA A classificação periódica dos elementos é feita com base em uma tabela denominada tabela periódica. Em 1870, Meyer agrupou os elementos químicos conforme suas propriedadesfísicas. Em 1907 Mendeleiev sugeriu uma tabela onde os elementos químicos eram colocados ordem cres- cente de massa atômica e agrupados de acordo com suas propriedades físicas e químicas. Obteve 8 grupos ou famílias ( colunas) e 12 períodos (linhas). Mais tarde Moseley concluiu que os elementos químicos deveriam ser colocados na tabela de acordo com seu número atômico (Z) crescente. CL AS SIFIC AÇ ÃO DOS ELEMENTOS NA TABEL A — Quanto à Natureza – podem ser : • Naturais (cisurânicos): podem ser encontrados na natureza, sendo o Urânio o último ele- mento químico natural. Possui o nº atômico menor ou igual a 92. • Artificiais (transurânicos): seu nº atômicos são maiores do que o Urânio, e são obtidos em laboratórios por reações nucleares. 24 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo I - 1º ano — Quanto às características físicas: • Metais: brilham quando polidos, conduzem calor e eletricidade, são maleáveis e dúcteis (transformam-se em fios), apresentam alto ponto de fusão e ebulição. Ex: ferro, aço, ... • Não metais (ametais): não conduzem calor e eletricidade, apresentam ponto de fusão baixo. • Semi-metais: apresentam propriedades intermediárias. • Gases nobres ou raros ou inertes: não se combinam com outros elementos químicos, pois se apresentam completos na última camada da eletrosfera (orbital). — Quanto ao elétron de diferenciação: • Representativos: o elétron de diferenciação está no subnível s ou p. • Transição externa: o elétron de diferenciação está no subnível d. • Transição interna: o elétron de diferenciação está no subnível f. (lantanídeos e actinídeos) — Nomes das famílias dos elementos representativos: IA – metais alcalinos VA – família do Nitrogênio IIA – metais alcalinos terrosos VIA – família dos calcogênios ou chalcogênios IIIA – família do Boro VIIA – família dos halogênios IV – família do Carbono 0 ou VIIIA – família dos gases nobres ou raros 25 Q U ÍM IC A Módulo I - 1º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio GRUPO 1A - METAIS ALCALINOS: Ex: H K=1 3Li K=2 L=1 11Na K=2 L=8 M=1 19K K=2 L=8 M = 18 N=1 37Rb K=2 L=8 M = 18 N=8 O=1 55Cs K=2 L=8 M = 18 N = 18 O=8 P=1 87Fr K=2 L=8 M = 18 N = 32 O =18 P=8 Q=1 • O Lítio é usado em ligas metálicas, como cerâmicas, baterias e marcapasso. • O sódio e o potássio são extraídos das cinzas das plantas ou de salinas. O sódio é usado em lâmpadas, o potássio é usado em adubos, fósforos e sal dietético. • O rubídio, de coloração vermelha, é utilizado como combustível espacial e em células fotoelétricas. • O césio é um metal em estado líquido, como o mercúrio, usado em relógios atômicos. • O frâncio é um elemento radiativo, de curta vida, obtido da desintegração do actínio. 26 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo I - 1º ano GRUPO 2A - METAIS ALCALINO-TERROSOS: Ex: 4Be K=2 L=2 12Mg K=2 L=8 M = 2 20Ca K=2 L=8 M = 8 N = 2 38Sr K=2 L=8 M = 18 N = 8 O = 2 56Ba K=2 L=8 M = 18 N = 18 O = 8 P=2 88Ra K=2 L=8 M = 18 N = 32 O = 18 P=8 Q=2 • O berílio forma ligas metálicas, sendo usado na fabricação de molas e outras partes de máquinas. É usado também em naves espaciais. • O magnésio em forma de aparas é um catalisador usado em presença de ácidos e subs- tâncias orgânicas. Serve para a confecção de fogos de artifício e lâmpadas. Está presente na molécula de clorofila (o pigmento verde das plantas). • O cálcio, em reações químicas, entra em composição com o oxigênio, formando o óxido de cálcio (CaO), usado na agricultura com a finalidade de corrigir a acidez do solo. No cur- timento de peles, é usado o óxido de cálcio ou cal virgem, bem como nos processos de tin- turaria. O cálcio é elemento importante na calcificação dos ossos e dentes. • O estrôncio radiativo é um elemento causador de câncer, por destruição dos tecidos. • O elemento bário, em composição com outros elementos, forma substâncias utilizadas em radiografias do aparelho digestivo. • O rádio é usado em engenharia para detectar estruturas internas, em mostradores lumi- nosos de relógios e no combate ao câncer. GRUPO 3ª - FAMÍLIA DO BORO Ex: 13Al K=2 L=8 M=3 31Ga K=2 L=8 M =18 N=3 • O alumínio tem a maior utilidade na confecção de panelas e aeronaves, mas é também uti- lizado em fogos de artifício. • O gálio está presente na tela de televisão. É utilizado em transistores, diodos para laser, cir- cuitos e memória para computadores. • O índio é usado na fabricação de transistores, células fotoelétricas e reatores atômicos. • O tálio é usado na produção de vermífugo, vidros e detectores infravermelhos. 27 Q U ÍM IC A Módulo I - 1º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio GRUPO 4A - FAMÍLIA DO CARBONO. Ex: • Silício - fabricação de chips eletrônicos, ferramentas, preparação da argamassa (areia, cimento e cal) do pedreiro e fabricação de vidros. • Germânio - confecção de lentes, refletores e projetores, transistores e diodo. • Estanho - fabricação de latas, moedas, estátuas. • Chumbo - utilizado em baterias de carro, proteção contra radiações, octanagem de gasoli- na, fabricação de zarcão e foi muito usado em encanamentos, quando não existiam os canos de plástico. GRUPO 5A - FAMÍLIA DO NITROGÊNIO. Ex: Dentro do grupo 5A existem dois não-metais (N e P), dois semimetais (As e Sn), que apre- sentam muitas propriedades metálicas, e um metal, o bismuto. • O nitrogênio é um constituinte essencial das proteínas, é utilizado em fertilizantes e explo- sivos. É obtido pela destilação fracionada do ar líquido. • O fósforo é o décimo elemento mais abundante na crosta terrestre e é importante no metabolismo biológico, pois ocorre nos ácidos nucléicos e nos ossos. • O arsênio é usado para preparar o chumbo das balas, diodos, remédios, e ao ser aqueci- do, sublima-se. • Dos sais de antimônio fabrica-se sombra para olhos. É um semimetal usado em soldas. • O bismuto é um metal obtido de subprodutos da metalurgia, usado em cerâmicas e na preparação da borracha. GRUPO 6A - FAMÍLIA D OS CHALCOGÊNIOS OU CALCOGÊNIOS: Ex.: 80 K=2 L=6 16 S K=2 L=8 M=6 34 Se K=2 L=8 M = 18 N=6 52 Te K=2 L=8 M = 18 N = 18 O=6 84 Po K=2 L=8 M = 18 N = 32 O =18 P=6 • O oxigênio e o enxofre são os elementos mais importantes dessa família. O oxigênio entra na formação dos óxidos e ácidos, é absorvido pelos animais e liberado pelas plantas. 28 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo I - 1º ano • O enxofre foi um dos elementos estudados pelos alquimistas, entra na formação do ácido sulfúrico e é utilizado na fabricação de fósforos e adubos químicos. • O selênio, nessa família, é um semimetal que apresenta comportamento de metal e não- metal. É usado na eletrônica, em câmaras de televisão e fotômetros (aparelhos usados para medir a intensidade da luz). • O telúrio apresenta características metálicas. Essa característica aumenta na família 6A de cima para baixo, apesar de esse elemento ser um semimetal. • O polônio deriva do nome Polônia, país de origem de um de seus descobridores. É um semimetal como o telúrio e é usado como fonte de obtenção de partículas alfa (2p + 2n).GRUPO 7A - FAMÍLIA D OS HALOGÊNIOS Ex.: 9F K=2 L=7 17Cl K=2 L=8 M= 7 35Br K=2 L=8 M = 18 N= 7 53I K=2 L=8 M = 18 N = 18 O= 7 85At K=2 L=8 M = 18 N = 32 O = 18 P=7 • O Flúor é um elemento negativo e sua tendência é adquirir ou compartilhar 1 elétron durante ligações. Existe, como o cloro, na forma gasosa, usado no combate à cárie dentária e no tratamento da água. • O cloro é utilizado como desinfetante e é extraído do sal comum. Reage com o hidrogênio da água, liberando o seu oxigênio, que ira matar por oxidação as bactérias existentes na água. • O bromo, como o flúor e o cloro, gera sais quando reage com metais. É usado em medica- mentos e reações orgânicas. • O iodo é um elemento no estado sólido. Sua falta no organismo dá origem a problemas da tireóide. É usado como bactericida, na forma de tintura de iodo. • O astato revela pouca semelhança com os outros halogênios e é um elemento radiativo com curto período de duração. GRUPO 0 OU 8A - FAMILIA DOS GASES NOBRES. Ex: Apresentam a configuração s2 p6 (exceção para o hélio: s2).Exemplo: 29 Q U ÍM IC A Módulo I - 1º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio O hélio é usado em balões dirigíveis, o neônio em anúncios luminosos, o argônio em lâm- padas comuns, como enchimento, e o xenônio em flashes. PROPRIEDADES DA TABELA PERIÓDICA Eletronegatividade: É a tendência que um átomo possui de atrair elétrons. Numa tabela a eletronegatividade aumenta da esquerda para a direita nas filas orientais e de baixo para cima. O Flúor é o elemento mais eletronegativo. Os gases nobres não estão incluídos. Os átomos que receberem elétrons ficarão carregados negativamente Exemplo: 30 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo I - 1º ano Perceba que o oxigênio ficou com dois elétrons a mais. É um elemento eletronegativo, pois retirou elétrons do magnésio deixando-o positivo. Eletropositividade Em eletropositividade, os átomos participantes doam elétrons. Numa tabela periódica, a eletropositividade aumenta da direita para a esquerda nos períodos e de cima para baixo nas famílias. O elemento mais eletropositivo é o frâncio. Exemplo: Perceba que o cálcio cede seus dois elétrons da última camada, ficando positivamente car- regado, enquanto cada átomo de flúor recebe um elétron, ficando negativamente carregado. 31 Q U ÍM IC A Módulo I - 1º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio E XERCÍCIOS ATIVIDADES 1 - Dê 5 exemplos de elementos considerados: a)metais: _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ b)não-metais: _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ c)semimetais: _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ d)gasesnobres: _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ 2 - Dê os nomes das famílias: a) IA -____________________ b) 3A - ____________________ c) 5A - ____________________ d) 7A --____________________ e) 2A - -____________________ f) 4A - ____________________ 3 - Quantos elétrons tem a última camada dos átomos das seguintes famílias? a) IA ____________________ b) IIIA ____________________ c) IVA ____________________ d) VA ____________________ e) VIA ____________________ f) VIIA ____________________ 4 Sabendo que o número atômico do Cálcio é 20 . Podemos afirmar que ele está na família: a) 5A b) 2 A c) 7A d) 0 5 - Nº atômico do neônio é 10. A qual família ele pertence? a) 1A b) 2A c) 3A d) VIIIA ou 0 32 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo I - 1º ano 6- E m qual período e família estão os seguintes elementos? a) 19 K P= _________________ F= ________________ b) 12Mg P= _________________ F= ________________ c) 16S P= _________________ F= ________________ 7- Indique o número de massa (A), o número atômico (Z), a quantidade de prótons (p) elétrons (e) e nêutrons (n) dos átomos: a) A= _______ A= _______ A= _______ A= _______ A= _______ b) Z= _______ Z= _______ Z= _______ Z= _______ Z= _______ c) p= _______ p= _______ p= _______ p= _______ p= _______ d) e= _______ e= _______ e= _______ e= _______ e= _______ e) n= _______ n= _______ n= _______ n= _______ n= _______ 8 - Determine o número de massa (A) dos elementos, com base nos dados fornecidos: a) Argônio: 18 prótons e 22 nêutrons __________. b) Manganês: 25 prótons e 30 nêutrons __________. c) Bromo: 35 prótons e 45 nêutrons __________. d) Urânio: 92 prótons e 146 nêutrons __________. 9 -Complete o quadro: Elemento químico Símbolo A z p e n a) Neônio 20 10 b) c) Silício 28 14 d) e) Zinco 30 35 f) Magnésio 12 12 g) h) Sódio 23 11 i) Fósforo 15 16 j) Boro 11 5 10 - (PUC) O bromato de potássio, produto de aplicação controvertida na fabri- cação de pães, apresenta elementos, na ordem indicada na fórmula, das famílias: a) alcalino-terrosos, calcogênios, halogênios; b) alcalinos, halogênios, calcogênios; c) halogênios, calcogênios, alcalinos; d) calcogênios, halogênios, alcalinos; e) alcalino-terrosos, halogênios, calcogênios. 33 Q U ÍM IC A Módulo I - 1º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio 11 - Para o elemento Ferro (Z = 26), pede-se: a) a configuração eletrônica nos subníveis. b) a configuração eletrônica nas camadas. 12 - Os últimos subníveis de um átomo apresentam a configuração eletrônica 5s2 5p5. Qual o número atômico do átomo? 13 - O que é matéria? 14 - Separe os itens que representam matéria daqueles que são modalidades de energia: a) ar b) chuva c) fumaça d) estrela e) relâmpago f) nuvem g) trovão h) frio i) radiação solar 15 - Quantos átomos estão presentes em cada fórmula das substâncias escritas abaixo? a) H2O - b) H4P2 O7 - c) C12 H22O11 - 16 - Bolinhas de naftalina são utilizadas no combate às traças. Por que essas bolinhas de naftalina diminuem de tamanho com o passar do tempo? 17 - Dado o gráfico: Ele representa as mudanças de estado de uma: a) Substância pura. b) Mistura homogênea: água + cloreto de sódio. c) Mistura eutética. d) Mistura azeotrópica. 34 18 - Entre as substâncias cujas fórmulas aparecem abaixo: O2, Fe, F2, H2O, CH3 Cl, O3, S 8 o número de substâncias simples é de: a) 1 b) 2 c)3 d) 4 e) 5 f) 6 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo I - 1º ano 19 - As substâncias H2O, Cl2, S8, Na2SO4, são, respectivamente, classificadas como: a) composta, composta, simples e simples. b) composta, simples, simples e composta. c) simples,composta, simples e composta. d) simples, composta, simples e mistura. e) composta, simples, composta e simples. 20 - Enquanto os fenômenos físicos não alteram a estrutura íntima da substância, os fenômenos químicos têm a propriedade de alterar tal estrutura, de tal forma que as moléculas que estão no final de uma reação química são totalmente diferentes daquelas que estavam no estágio inicial da reação (novas substâncias são formadas a partir das iniciais). Sendo assim, a molécula de água pode estar em estado sólido, líquido ou gasoso, mas continua sendo representada por H 2 0 e sempre possui dois átomos de hidrogênio ligados a um átomo de oxigênio. Já, após a combustão de um cigarro, a composição da cinza e da fumaça é total- mente diferente do fumo inicialmente presente. Com base no texto acima, separe os fenômenos físicos e químicos: a) Combustão da gasolina. b) Funcionamento de uma pilha.. c) Fracionamento do petróleo. d) Fundir alumínio. e) Formação de ferrugem. f) Digerir alimentos. g) Quebrar uma régua. h) Cozinhar feijão. i) Queimar um palito de fósforo. j) Derreter chumbo. l) Apertar um parafuso. 21 - O átomo X é isóbaro 40 C 20 e isótopo do 38 Ar . Qual seu número de nêutrons? 18 22 - Calcule o número de nêutrons no núcleo do átomo A, que é isóbaro de B. Sabe-se que o número atômico de A é 64 e que o de massa de B é 154. 23 – De acordo com as seguintes alternativas abaixo, marque as verdadeiras: a) Matéria é tudo que tem massa e ocupa lugar energético; b) Peso é a força de repulsão do centro da terra; c) Matéria é tudo que tem massa e ocupa lugar no espaço; d) Peso é a atração entre o centro gravitacional do corpo e o centro da Terra. 35 Q U ÍM IC A Módulo I - 1º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio 24 – As partículas que constituem o núcleo do átomo: a) Elétrons e prótons; b) Elétrons e nêutrons; c) Prótons e nêutrons; d) Íon e prótons; 25 – As respectivas cargas que compõem o átomo: a) Elétrons (-), prótons (±), nêutrons (+); b) Elétrons (+), prótons (-), nêutrons (0); c) Elétrons (-), prótons (+), nêutrons (-); d) Elétrons (-), prótons (+), nêutrons (0); 26 – O número atômico Z é igual a quantidade de . . . . . . . . . . . . do átomo: a) Elétrons; b) Prótons; c) Nêutrons; d) Íons negativos. 27 – A m assa atômica de um átomo é representada pela letra:. . . . . . . . . e é igual a quantidade da som a dos. . . . . . . . . . e.... ...... a) Z, nêutrons e elétrons; b) A, prótons e elétrons; c) Z, nêutrons e íons. d) A, prótons e nêutrons. 28 – Quantos prótons e nêutrons possui o átomo a) p = 26, n = 26 b) p = 28, n = 30 c) p = 6, n = 8 d) p = 30, n = 26 29 – O átomo de Alumínio apresenta 13 prótons e 14 nêutrons no seu núcleo. Determine o número atômico (Z) e de massa (A) desse átomo: a) Z = 27, A = 13 b) Z = 13, A = 14 c) Z = 26, A = 14 d) Z = 13, A = 27 30 – Quantos prótons e nêutrons possui o átomo ? a) P = 26 , n = 26 b) P = 56, n = 26 c) P = 36, n = 26 d) P = 26, n = 30 36 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo I - 1º ano 31 – Marque a opção onde todos os elementos químicos pertencem a família 1 A: a) Na, Be, k., Pb. b) Li, Na,P, As, Os. c) Li, Na, K, Rb, Cs, Fr. d) Li, Na, K, Zn, Al. 32 –Os nomes das famílias respectivamente do 1 A ,2 A , 7 A e O são: a) Metais alcalinos, alcalinos terrosos, calcogênios e gases nobres. b) Metais alcalinos, alcalinos terrosos, halogênios, gases nobres. c) Metais alcalinos terrosos, alcalinos, semimetais, gases nobres. d) Semimetais alcalinos, alcalinos, alcalinos, 33 – Quando temos uma mistura homogênea, de água + sal, por exemplo, podemos separá-los usando: a) Ventilação; b) Destilação; c) Flotação; d) Catação GABARITO 1) a) H, Li, Na, K, Rb, Cs, Fr b) C, N, O, F, P, S, Cl, Se, Br, I, At c) B, Si, Ge, As, Sb, Te, Pó d) He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn 2) a) metais alcalinos; b) metais alcalinos terrosos; c) família do Nitrogênio; d) Família dos Halogênios; e) metais alcalinos terrosos; f) família do Carbono. 3) a) 1 elétron b) 3 elétrons no último subnível c) 4 elétrons no último subnível d) 5 elétrons no último subnível e) 6 elétrons no último subnível f) 7 elétrons no último subnível. 4 – (b) 5 – (d) 37 Q U ÍM IC A Módulo I - 1º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio 6 – a) P=4 F=1ª alcalino b) P=3 F=2ª alcalino terroso c) P=3 F=6ª família dos calcogênios 7 – a) 19, 14, 27, 42, 16 b) 9, 6, 13, 20, 8 c) 9, 6, 13, 20, 8 d) 9, 6, 13, 20, 8 e) 10, 8, 14, 22, 8 8 – a) 40 b) 55 c) 80 d) 238 9 – a) Ne, 10, 10, 10 b) Cloro, 35, 17, 17, 18 c) Si, 14, 14, 14, 14 d) Carbono, 12, 8, 8, 8, 4 e) Zn, 65, 30, 30 f) Mg 24, 12, 12 g) Níquel, 59, 28, 28, 28, 31 h) Na, 11, 11, 12 i) P, 31, 15, 15 j) B, 5, 5, 6 10 – B – III A (Família do Boro) O – VI A (calcogênio ou chalcogênio) K – I A (alcalino) Logo será a opção “b” 11 – Se Z = 23, logo o nº de prótons será 26 (P = 26) e sua distribuição eletrônica será: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 e camadas 1-K=2 2-L=8 3 - M = 14 4-N=2 12 – Se o último subnível é 5s2 5p5. Sabendo que 1s2 2s2 2p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p5. somaremos os subníveis para descobrirmos o nº atômico: 1s2+ 2s2....logo teremos 53 prótons, sendo o elemento Iodo I Z = 53. 13 – É tudo que possui massa e volume (ocupa lugar no espaço). 14 – Matéria: ar, chuva, fumaça, estrela, nuvem, Energia: relâmpago, trovão, frio, radiação solar. 38 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo I - 1º ano 15 – a) 2 átomos de hidrogênio + 1 átomo de oxigênio; b) 4 hidrogênios, 2 fósforos, 7 oxigênios; c) 14 carbonos, 22 hidrogênios, 11 oxigênios. 16 – Pois elas evaporam. 17 – (d) 18 – (e) 19 – (b) 20 – Fenômeno físico – b, c, d, g, h , j, l Fenômeno químico - a, e, f, i 40 38 21 – Se X é isóbaro de Ca , ele terá o nº de A = 40. sendo isótopo de Ar possuirá 20 18 nº Z = 18. Sabendo que n = A – Z, teremos n = 40 – 18 => n = 22. 22 – temos os átomos: A = B onde A = 154 e B = 154 e Z = 64 logo: n = A – Z => n = 154 – 64 => n = 90 23 – c, (d) 24 – c 25 – e 26 – b 27 – d 28 – c 29 – d 30 – d 31 – c 32 – b 33 - b 39 Q U ÍM IC A Módulo II - 2º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio LIGAÇÕES QUÍMICAS Módulo II LIGAÇ ÕES QUÍMICAS A estabilidade dos átomos depende da quantidade de elétrons que possuem na última camada fato foi verificado quando pesquisadores analisaram a última camada (subnível do último nível) de diversos elementos e verificaram que apenas os gases nobres (He, Ne, Ar, Xe, Rn)possuíam a última camada (últimos subníveis) com 8 elétrons (He com 2 elétrons, pois somente possui subnível). Em virtude dessa constatação, passaram a ser conhecidos por “gases nobres” , pois já sendo estáveis , não precisam dos outros elementos para adquirir estabilidade . Como tal estabilidade é necessária, todos elementos químicos acabam se combinando entre si para ficarem com uma configuração eletrônica de gás nobre na última camada . TEORIA DE OCTETO – Os átomos ficam estáveis quando adquirem a estrutura do gás nobre( com 8 elétrons ou2 elétrons no caso de apenas uma camada).Combinam-se trocando elétrons das mais diversas formas: por doação e recebimento de elétrons( ligação iônica), compartilhando e emprestando elétrons (ligação covalente e ligação dativa) e por nuvem de elétrons( ligação metálica). — Ligação Iônica - Ocorre entre cátions (íons positivos) ânions (negativos) em virtude da transferência definitiva de elétrons e atração eletrostática. Os átomos com menos de 4 elétrons na última camada ( metais) preferem doar esses elétrons , ficando positivos( cátions), com a penúltima camada passando a ser a última, com 8 elétrons, portanto estáveis. 40 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Exercícios Resolvidos: 1- Módulo II - 2º ano 2- 3- — Ligação Covalente - Ocorre entre não-metais , entre hidrogênios ou ambos. Os áto- mos adquirem a estabilidade compartilhando pares de elétrons. As substâncias resultantes desse tipo de ligação são moleculares . 41 Q U ÍM IC A Módulo II - 2º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio 1. Ligação Covalente Comum : Os átomos podem ser iguais ou diferentes e o par de elétrons é composto de um elétron de cada átomo, que depois de formado passa a ser propriedade dos átomos ligantes . 2. Ligação Entre Átomos de Hidrogênio : Ocorre para que este fique estável, com 2 elétrons na última camada. 3. Ligação Entre Átomos de Oxigênio : O oxigênio precisa formar 2 pares de elétrons para ficar com 8 elétrons na última camada(estabilizando o os átomos E XEM PLOS Ligação entre dois átomos de H Quando há colisão de dois átomos de H há formação de um par de elétrons unindo os 2 átomos. A ligação pode ser representada por cruzes e pontos ou por um traço. Ligação entre dois Átomos de Cl Cada átomo de cloro tem sete elétrons na última camada, necessitando 1 para completar o octeto. Quando ocorre uma colisão entre dois átomos de cloro, um tenta ganhar elétron do outro (devido à atração de seus núcleos) para atingir o octeto (7 + 1); surge dessa forma uma sociedade em que o par eletrônico é compartilhado por ambos. Ligação Covalente Dupla ou Pi - Sigma É representada por dois pares eletrônicos unindo os átomos. Um dos pares ligantes é sim- bolizado pela letra grega pi (_), correspondente fonético do p. 42 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo II - 2º ano Ligação entre dois Átomos de O O átomo de oxigênio possui 6 elétrons na última camada e por isso necessita de 2 elétrons para completar o octeto e conseqüentemente a estabilidade da última camada. Ligação Covalente Tripla ou Pi - Sigma - Pi Ligação entre dois Átomos de Cl Cada átomo de cloro tem sete elétrons na última camada, necessitando 1 para completar o octeto. Quando ocorre uma colisão entre dois átomos de cloro, um tenta ganhar elétron do outro (devido à atração de seus núcleos) para atingir o octeto (7 + 1); surge dessa forma uma sociedade em que o par eletrônico é compartilhado por ambos. Ligação Covalente Dupla ou Pi - Sigma É representada por dois pares eletrônicos unindo os átomos. Um dos pares ligantes é sim- bolizado pela letra grega pi (_), correspondente fonético do p. 43 Q U ÍM IC A Módulo II - 2º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio E XEM PLO Ligação Entre dois Átomos de O O átomo de oxigênio possui 6 elétrons na última camada e por isso necessita de 2 elétrons para completar o octeto e conseqüentemente a estabilidade da última camada. Ligação Covalente Tripla ou Pi - Sigma - Pi Dessas ligações a ligação sigma é a mais forte. E XEM PLO Ligação Entre Dois Átomos De N O nitrogênio apresenta 5 elétrons na última camada. Sendo assim, átomos de nitrogênio devem adquirir por compartilhamento eletrônico 3 elétrons. — Ligação Covalente Dativa Ocorre quando o átomo ligado (estabilizados) por ligação covalente comum surge a necessidade da última camada compartilhar um ou mais de seus pares de elétrons com um ou mais de um átomo instável, que se ligarão à molécula inicial. Essa ligação é representada por um pequeno vetor e ocorre quando um dos átomos apre- senta seu octeto completo e outro necessita completá-lo, adquirindo 2 elétrons. A ligação dati- va é uma forma de representar átomos que se ligam por mecanismo um pouco diferente dos três aspectos vistos anteriormente. 44 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo II - 2º ano Algumas moléculas, como o CO, SO2, SO3, NH4+, H3O+ e O3, apresentam ocorrência de li- gação dativa. Vejamos a fórmula eletrônica do SO2 : Note que o elemento central enxofre adquiriu o seu octeto com formação de uma dupla li- gação com o oxigênio localizado à esquerda. Por outro lado, o oxigênio posicionado à direita necessita de dois elétrons para totalizar seu octeto. O enxofre dessa molécula não admite quatro pares eletrônicos ou qualquer outro empare- lhamento que não seja a dupla ligação e a dativa. No caso de apresentar duas duplas ligações (um modelo de certa forma adequado), o ele- mento enxofre ficaria com 10 elétrons atingindo na sua camada um excesso não permitido. Quantidade excessiva de elétrons discordante com a teoria do octeto A solução seria a formação de dupla e dativa: — Ligação Metálica – Os metais têm em sua última camada 1,2 ou 3 elétrons .Quando encontram átomos de não-metais( que gostam de receber elétrons), transferem esses elétrons,e quando estão isolados, formam uma nuvem, que envolve o aglomerado de áto- mos,deixando-os estáveis. Esta nuvem que é responsável pelos metais conduzirem eletrici- dade..Ex: latão (cobre + zinco), bronze (cobre + estanho) 45 Q U ÍM IC A Módulo II - 2º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Estruturas Cristalinas: Nas estruturas cristalinas, a disposição ou arranjo dos átomos recebe o nome de retículo cristalino dos metais e é forma por cátions desses metais envolvidos por uma nuvem de elétrons. Essa nuvem é responsável pela condução de corrente elétrica nos fios de eletricidade ou em qualquer objeto metálico. Vejamos o caso do sódio. Existem três modelos para representar o arranjo dos cátions nas estruturas cristalinas: Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo II - 2º ano LIGA METÁLICA É a mistura sólida de dois ou mais metais, ou de um ou mais metais com elementos não metálicos. As ligas metálicas mais importantes são: • Ouro branco - liga de ouro muito empregada por joalheiros e que contém 20 a 50% de níquel. • Ouro 18 quilates - 18 g de ouro + 6 g de Ag ou Cu - joalheria. • Ouro 12 quilates - 12 g de ouro + 12 g de Ag ou Cu - joalheria. • Aço carbono ou comum - 98% de Fe + 2% de C. • Aço Inox - 74% de aço carbono + 18% de Cr + 8% de Ni - usado em talheres, panelas, indústria química e alimentícia, etc.• Imã - 63% de Fe + 20% de Ni + 12% Al + 5% Co. • Bronze - 90% de Cu + 10% de Sn - peças de motores. • Latão - 67% de Cu + 33% de Zn - maçanetas de portas, torneiras. • Amálgama - Hg + outros metais como Sn, Ag, Cu, Cd - odontologia. • Solda elétrica - 67% de Pb + 33% de Sn. Geometria Molecular : 1. Moléculas formadas por dois átomos são sempre lineares . Ex: O = O , H - H 2. Moléculas angulares ocorrem com três átomos, sendo um central e os dois livres. Ex: H-O-H. 3. Moléculas formadas por quatro átomos podem ser trigonais planas , piramidais . 47 Q U ÍM IC A Módulo II - 2º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio FUNÇÕES DA QUÍMICA INORGÂNICA Função química é um conjunto de substâncias com propriedades semelhantes. Não apresenta carbono (C) em suas moléculas. Tem origem mineral. Podem ser : ÁCIDOS Quando dissolvidos em água, libera o cátion H+. Apresenta sabor azedo, são corrosivos,... Vamos citar algumas substâncias: • O ácido sulfúrico ( H2SO4 ) da solução de bateria dos carros e motocicletas, o ácido nítrico usado para identificar a pureza de uma amostra de ouro, são exemplos de ácidos inorgânicos. • O ácido cítrico encontrado na laranja, o ácido acético presente no vinagre, o ácido tartári- co encontrado na uva e o ácido málico da maçã, são exemplos de ácidos orgânicos. • O ácido clorídrico ( HCl ), também conhecido como ácido muriático, e está presente no suco gástrico. ÁCIDOS DE ARRHENIUS Em 1887, o químico sueco Svante Arrhenius, apos varias experiências e observações com sub- stâncias diluídas na água, propôs a seguinte definição para ácido, denominada Teoria da Água: Ácido é toda substância que em presença de água se ioniza, originando como um dos íons o cátion H+. Vamos aplicar a definição de ácido de Arrhenius, cujo nome também é Teoria de Arrhenius, para os ácidos HCl, HNO3, H2SO4 e H3PO4 representados pelas equações abaixo: 48 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo II - 2º ano Svante August Arrhenius notável químico criador da Teoria de lonização e Dissociação de ácidos e bases, ferramenta auxiliar de muitos comportamentos da química. Nasceu na Suécia no ano de 1859 e faleceu na Suécia em 1927, 24 anos após ter sido lau- reado com o Prêmio Nobel da Química. Essas equações ocorrem com quebra da ligação covalente do hidrogênio com o oxigênio, ou do hidrogênio com um átomo diferente do oxigênio. Por exemplo, a ligação entre H e Cl é feita por intermédio de um par e a água realiza o trabalho de fissura da ligação separando assim os dois átomos: A seta com H2O representada acima (H2O) indica que o ácido esta em presença de água ou em meio aquoso. As representações de cargas +1 e -1 são opcionais, podendo escrever ape- nas + e - . Outro motivo da ionização (formação de íons) das moléculas é a baixa eletronegatividade do hidrogênio. Na molécula do HCl , o par eletrônico que une os dois átomos ficará mais pró- ximo do Cl do que do H em virtude da alta eletronegatividade do cloro. Recordemos que eletronegatividade é uma propriedade da tabela periódica que indica a tendência que os átomos possuem em atrair elétrons para si. Na tabela periódica essa tendência ocorre nos períodos (filas horizontais) da esquerda para a direita e nas famílias (filas verticais) de baixo para cima. No entanto, os gases nobres não partici- pam dessa propriedade devido apresentarem a última camada com número máximo de elétrons. A tendência a atrair elétrons obedece à fila de eletronegatividade de Linus Pauling, em que o flúor é o elemento mais eletronegativo dos químicos. A fila de Pauling é a seguinte: Note que o hidrogênio é o último elemento dessa fila, ou seja, o hidrogênio, quando estiver emparelhando elétrons com os demais elementos, "perderá" seu elétron ou, melhor dizendo, seu elétron ficará deslocado para o mais eletronegativo. 49 Q U ÍM IC A Módulo II - 2º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Vejamos os exemplos do HCl e do H2 SO4: O par eletrônico fica mais perto do cloro devido à atração por elétrons (eletronegatividade) ser maior no cloro do que no hidrogênio. No H2SO4 o elemento mais eletronegativo é o oxigênio, que atrairá elétrons do hidrogênio. Como a quantidade de H na molécula é de 2 átomos, eles são representados por 2H+. Nas equações de Arrhenius a somatória das cargas sempre será nula. Vejamos: PROPRIEDADES D OS ÁCIDOS Os ácidos apresentam as seguintes propriedades: • Sabor ácido - Embora não se deva experimentar o sabor de um ácido, devido ao seu poder corrosivo, essas substâncias apresentam o sabor ácido característico do limão, da acerola e do abacaxi. Isso deve-se à presença do cátion H+ que, diante das células da língua, produz a sen- sação desse sabor. • Presença de H - Com exceção da água H2O e do peróxido de hidrogênio (água oxigenada -H2O2) os ácidos apresentam à esquerda da fórmula o elemento hidrogênio. Exemplos: HI HMnO4 H3BO3 50 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo II - 2º ano • Reagem com bases formando sal e água - Essa reação recebe o nome de neutraliza- ção, porque o ácido é neutralizado pela base e a base pelo ácido. HCl + NaOH NaCl + H2O • Reagem com metais liberando hidrogênio - Ácido, quando colocado em presença de metais ativos, como o zinco, manganês, magnésio, etc.. dissolve-os, liberando gás hidrogênio. • Conduzem corrente elétrica - Ácidos, quando dissolvidos em água, tornam essa solução condutora de eletricidade. Fazendo um esquema como mostra a figura, a lâmpada acende, demonstrando que houve passagem de corrente elétrica pelos fios A e B. A explicação desse fato é que os ácidos liberam íons (H+ e seu ânion) em presença de água, facilitando a transmissão de eletricidade nesse meio. • Reagem com indicadores - Indicadores são substâncias que revelam a presença de cátions de hidrogênio livres numa solução. Os indicadores mais utilizados para identificar áci- dos são: o tornassol, encontrado no comércio com o nome de papel de tornassol azul, em forma de tiras, e a solução de fenolftaleína. O papel de tornassol azul em presença de uma solução ácida mudará da cor azul para o ver- melho. Isso acontece porque os íons H+ do meio ácido reagem com suas moléculas, mudando o arranjo dos seus átomos, e, como conseqüência, há uma mudança na coloração do indicador. A fenolftaleína, em solução alcoólica, é incolor; no entanto, se for alcalinizada por uma base, por exemplo, a soda cáustica (NaOH), ficará vermelha. Essa solução vermelha, em presença de ácido, voltará a ser incolor. 51 Q U ÍM IC A Módulo II - 2º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Resumindo : Tornassol azul Fica vermelho ou róseo em presença de ácido. Fenolftaleína + base Torna-se incolor em presença de ácido. (solução vermelha) CL AS SIFIC AÇ ÃO DOS ÁCIDOS • Quanto ao número de hidrogênios ionizáveis, os átomos podem ser : • Monoácidos -liberam um íon H+ por molécula: HCl HNO3 HClO4 HBr • Diácidos - liberam dois íons H+ por molécula: H2S H2CO3 • Triácidos - liberam três íons H+ por molécula: H3BO3 H3PO4• Tetrácidos - liberam quatro íons H+ por molécula: H4P2O7 H4SiO4 • Quanto à força ácida - força ácida é a facilidade com que os ácidos se ionizam em água e outros solventes, liberando o íon H+ que ira caracterizar o meio ácido. Segundo a liberação desses íons, a força ácida é determinada da seguinte maneira: Nos hidrácidos a força ácida aumenta no sentido da seta: HI HBr HCl HF H2S HCN demais hidrácidos Sendo que: HI, HBr e HCl são ácidos fortes HF é ácido semiforte H2S, HCN e demais hidrácidos são fracos Nos oxiácidos a força é determinada pela diferença entre o número de oxigênios e hidrogênios. 52 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo II - 2º ano (quantidade de oxigênios) - (quantidade de hidrogênios) HClO4 4-1=3 H2SO4 4-2=2 HNO3 3-1=2 Ácidos fortes H3PO4 4-3=1 HNO2 2-1=1 Ácidos semifortes H3BO3 3-3=0 HClO 1-1=0 Ácidos fracos Uma exceção a essa regra é o ácido carbônico (H2CO3) um ácido que, em presença de água, ioniza-se fracamente. NOMENCLATURA DOS ÁCIDOS O nome dos ácidos é obtido com o auxílio da equação de ionização de Arrhenius e da con- sulta da tabela de ânions e tabela de sufixos. 53 Q U ÍM IC A Módulo II - 2º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Vamos supor que você queira dar nome aos ácidos HI, HNO2 e H2CO3 Para isso você deve seguir as etapas: 1ª) Faça as reações de ionização desses ácidos: H1 H+ + I- HNO2 H+ + H2CO3 2H+ + 2ª) Localize na tabela de ânions o nome dos íons I-, e e escreva-o abaixo da equação: HI H+ + I- iodeto HNO2 H+ + N02 nitrito H2CO3 2H+ + carbonato 3ª) Consulte a tabela de sufixos e troque as terminações eto, ito e ato dos íons pelas termi- nações ídrico, oso e ico dos ácidos. Observação : Perceba que o elemento central desses ácidos (iodo, nitrogênio e carbono) inicia o nome dos ácidos. Isso ocorre em muitos casos. Outros Exemplos : 54 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo II - 2º ano Quando os ácidos são hidrácidos, tais como HF, HBr, H2S, seus nomes são formados acres- centando-se a terminação ídrico às primeiras letras do nome do elemento químico. HCl (cloro) - Ácido clorídrico. HBr (bromo) - Ácido bromídrico. HI (iodo) - Ácido iodídrico. H2S (enxofre-sulfúrico) - Ácido sulfúrico. Exceções : HCN (ácido cianídrico); H4Fe(CN)6 (ácido ferrocianídrico); H3Fe(CN)6 (ácido ferri- cianídrico). Nos ânions do enxofre com a presença de oxigênio colocamos ur antes da terminação ico e oso. H2SO4 - ácido sulfúrico. H2SO3 - ácido sulfuroso. Nos ânions do fósforo com presença de oxigênio, colocamos or antes da terminação ico e oso. H3PO4 - ácido fosfórico. H3PO2 - ácido hipofósforoso. FORMULA ESTRUTURAL DOS ACIDOS Para escrever a fórmula estrutural dos hidrácidos e oxiácidos, basta seguir as etapas: 1ª) Escreva os elementos que aparecem à direita ou no centro da fórmula molecular, com o número de seus elétrons de última camada orientando-se pela tabela: EXEMPLOS: 55 Q U ÍM IC A Módulo II - 2º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio 2ª) Ligue o hidrogênio ao elemento do hidrácido, e nos oxiácidos, ligue o hidrogênio ao oxigênio e este ao elemento central, de tal forma que o hidrogênio fique com dois elétrons e os demais átomos, de preferência com oito elétrons: BASES Substância que em presença de água sofre dissociação iônica, originando o ânion OH-, denominado de hidróxido. Algumas Aplicações desta substância em nosso dia-a-dia: - O Hidróxido de Sódio é utilizado na fabricação de sabonetes, sabão, na limpeza pesada, é conhecido como soda cáustica; - O Hidróxido de Alumínio e Hidróxido de Magnésio são utilizados como antiácidos e la- xantes (leite de magnésia); - O Hidróxido de cálcio é utilizado na composição da argamassa, em pinturas rústicas, co- nhecido como cal. PROPRIEDADE DAS BASES Possui o grupo funcional hidróxido (OH-) situado à direita da fórmula: NaOH Mg (OH)2 Al (OH)3 56 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo II - 2º ano São compostos iônicos, pois, na sua maioria, apresentam um metal ligado ionicamente ao ânion OH-, metal esse que por questões de eletropositividade, doará elétron ao oxigênio: A única base que não apresenta o comportamento de doação de elétrons, ou seja, que não é iônica, é o hidróxido de amônio (NH4OH), uma base molecular. Esse composto resulta da reação da amônia ou amoníaco (NH3) com água: NH3(g) + H2O(l) Observação: O amoníaco é um gás muito solúvel em água que pro- duz uma solução aquosa básica. No entanto, o NH4OH não pode ser isolado como substância pura, pois e preparado pela dissolução do amoníaco em água . As bases apresentam sabor amargo ou adstringente, seme- lhante ao sabão, às frutas verdes como a banana, o caju, a goiaba e o caqui. A presença do íon hidróxido (OH-) caracteri- za o sabor adstringente. Enquanto os ácidos, como o limão, por exemplo, produzem intensa salivação, as bases travam, amarram ou “secam" a boca. Conduzem corrente elétrica quando dissolvidas em água. Quando uma base é colocada em presença de água, com duas pontas de fios metálicos mergulhados nela, seus íons se se- param tornando-se livres para se movimentar na solução e conduzir eletricidade. Esse comportamento não ocorre para as bases no e estado sólido, posto que seus cristais formam um aglomerado de íons imobilizados. No entanto, a água separa esses aglomera- dos facilitando a passagem de corrente elétrica. Outra forma de separação de íons seria mediante a fusão de bases que daria mobilidade a estes e conseqüentemente, transmissão de corrente elétrica. Em outras palavras, diremos que as bases quer em solução aquosa, quer fundidas, conduzem eletricidade. A temperatura de 318ºC, a soda cáustica (NaOH) muda do estado sólido para o líquido. NaOH(sólido) 318ºC NaOH(líquido) Os íons Na+ e OH- em movimento no estado líquido, conduzem corrente elétrica. 57 Q U ÍM IC A Módulo II - 2º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Reagem com indicadores - Indicadores são substâncias naturais ou artificiais que, em pre- sença de uma base, reagem com seu íon OH- e mudam de cor. Os indicadores mais utilizados para a identificação de uma base são o papel de tornassol vermelho e a fenolftaleína. CL AS SIFIC AÇ ÃO DAS BASES As bases podem ser classificadas segundo os critérios: • Quanto ao número de íons OH- em suas fórmulas : Monobase - base que apresenta um íon OH-: KOH AgOH NaOH Dibase - base que apresenta dois íons OH-: Mg(OH)2 Ni(OH)2 Ba(OH)2 Tribase - base que apresenta três íons OH-: Al (OH)3 Fe(OH)3 Ni(OH)3 Tetrabase - base que apresenta quatro íons OH-: Pb(OH)4 Mn(OH)4 • Quanto à solubilidade : A solubilidade está relacionada à condução de corrente elétrica numa solução básica. Será mais solúvel a base que melhor conduzir eletricidade. A solubilidade resulta de experimentos de eletrólise. Mediante esses experimentos, os químicos classificaram as bases em: Solúveis - Bases de metais do grupo IA(metais alcalinos) e amônia: LiOH NaOH KOH O papel tornassol vermelho em contato com uma solução básica mudará da cor vermelha para a azul e a solução de fenolftaleína, de incolor para vermelha ou rósea. Pouco solúveis - Bases do grupo 2A (metais alcalino-terrosos): (exceto Mg(OH)2): Ca(OH)2 Sr(OH)2 Insolúveis - Bases dos demais grupos da tabela periódica: Fe(OH)3 Ni(OH)3 Pb(OH)4 Mn(OH)3 58 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo II - 2º ano • Quanto à força básica : A força das bases está vinculada à solubilidade em água. Geralmente quanto maior for a solubilidade de uma base, maior será sua força. Assim, temos: Bases fortes - Bases de metais do grupo 1A e 2A. Exemplos: NaOH KOH Ca(OH)2 Bases fracas - Bases de metais dos demais grupos Exemplos: Al(OH)3 Cu(OH)2 Ni(OH)3 NOMENCLATURA DAS BASES Se dá pelo nome do Hidróxido de ( nome do cátion). Exemplos de nomenclatura ( nomes): NaOH - hidróxido de sódio AgOH - hidróxido de prata Ca(OH)2 - hidróxido de cálcio Al(OH)3 - hidróxido de alumínio Os elementos do bloco valência variável formarão mais de uma base cujo nome deve ser dado adotando uma ou outra regra a seguir : Hidróxido de (nome do cátion) + valência em algarismo romano. Exemplos Fe(OH)3 - hidróxido de ferro III Fe(OH)2 - hidróxido de ferro II Ni(OH)3 - hidróxido de níquel III Ni(OH)2 - hidróxido de níquel II Nome do cátion + ico (valência maior) Hidróxido de Nome do cátion + oso (valência menor) Fe(OH)3 - hidróxido férrico Fe(OH)2 - hidróxido ferroso Ni(OH)3 - hidróxido niquélico Ni(OH)2 - hidróxido niqueloso 59 Q U ÍM IC A Módulo II - 2º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio S AIS Em solução aquosa, se dissociam, liberando pelo menos um cátion diferente de H+ e um anion diferente de OH- .A água do mar tem sabor salgado devido a presença de vários sais dissolvidos, sendo que um deles, em maior quantidade, é o sal de cozinha ou cloreto de sódio (NaCl). Exemplos de alguns sais encontrados em nosso dia a dia: - O Fluoreto de Estanho (SnF) e o Fluoreto de Sódio(Naf) são utilizados nos cremes dentais para fortalecer os esmaltes dos dentes; - O Sulfato de Cálcio (CaSO) compõe o gesso decorativo e ortopédico; - O Bicarbonato de sódio(NaHCO) é utilizado como antiácido,fermento químico e nos extin- tores de incêndio; - O Carbonato de Cálcio(CaCO) está na constituição dos mármores,cimentos; - O Cloreto de Sódio (NaCl) é o sal de cozinha, utilizado também em soros medicamen- tosos,no uso alimentar serve para evitar o bócio (deformação na glândula tireóide) e como conservante de alimento. A fórmula de um sal é obtida a partir da Regra de Formulação: a carga ou valência de um íon será índice do outro e vice-versa. Vamos aplicar esta regra nos seguintes íons: Vejamos outros exemplos: 60 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo II - 2º ano NOMENCLATURA DOS S AI S (nome do ânion) de (nome do cátion). Ex: Ca+ + NO- Nitrato de Cálcio Cálcio (cátion) Nitrato (ânion) Em seguida invertemos a ordem dos nomes desses íons, ficando: Mg(NO3)2 Mg +2 + MgNO3- nitrato de magnésio magnésio nitrato CaSO4 Ca +2 + CaSO4- sulfato de cálcio cálcio sulfato Fe2S3 2Fe +3 + 3S -2 Fe2S3 - sulfeto de ferro III ou Ferro II·· sulfeto sulfeto férrico ou férrico Al2(SO4)3 2Al +3 + Al2(SO4)3 - sulfato de alumínio alumínio sulfato HIDROGENO - SAL E HIDRÓXI-SAL São sais obtidos de reações em que o íon hidrogênio ou íon hidróxido aparece intercalado ao cátion e ânion da fórmula do sal. • Hidrogeno-sal - Apresenta um ou mais hidrogênios ligado a cátion da base e ânion do ácido. A nomenclatura é feita a partir do hidrogênio, usando-se os prefixos mono- hidrogeno, di-hidrogeno etc. Exemplos NaHSO4 - mono-hidrogeno sulfato de sódio. NaHCO3 - mono-hidrogeno carbonato de sódio ou bicarbonato de sódio (exceção). KH2PO4 - di-hidrogeno fosfato de potássio. • Hidróxi-sal - A nomenclatura é semelhante ao hidrogeno-sal, utilizando-se os prefixos mono-hidroxi, di-hidroxi etc. Exemplos Ca(OH)Cl - mono-hidróxi cloreto de cálcio. 61 Q U ÍM IC A Módulo II - 2º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Ca(OH)NO3 - mono-hidróxi nitrato de cálcio. Al(OH)2 Cl - di-hidróxi cloreto de alumínio. Pb(OH)3NO3 - tri-hidróxi nitrato de chumbo IV. PROPRIEDADE DOS S AIS • Sabor - os sais apresentam o sabor salgado. Esse sabor percebemos no sal de cozinha (NaCl), no bicarbonato de sódio (NaHCO3 ) e no sal-amargo (MgSO4). • Solubilidade - ao se dissolver em água, os sais sofrem dissociação iônica. Muitos sais são praticamente insolúveis em água; no entanto, todos os nitratos, acetatos e sais de metais do grupo 1A (Li, Na, K, Rb, Cs) são solúveis. Por exemplo, a tabela abaixo apresenta a concentração de sais dissolvidos no mar por litro de água. Al2(SO4)3 2Al +3 + Al2(SO4)3 - sulfato de alumínio alumínio sulfato • Condução de corrente elétrica - Os sais, quando dissolvidos em água, como os ácidos e as bases, conduzem energia elétrica, devido à presença de íons desses sais. A con- dução de corrente elétrica está intimamente relacionada à solubilidade dos sais: quanto mais solúvel o sal, melhor condutor de cor- rente elétrica será sua solução. 62 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo II - 2º ano • Estrutura cristalina - Os sais são formados por aglomerados de íons positivos e nega- tivos. Por exemplo, o cloreto de sódio é um aglomerado de íons Na+ e Cl-. Esses íons interligam-se dando origem a figuras geométricas. Grãos de sal de um saleiro possuem o aspecto de cristais. ÓXIDOS Óxidos são compostos que apresentam oxigênio localizado à direita da fórmula. No entanto, algumas substâncias, como H2O e OF2 (água e fluoreto de oxigênio), não são classificadas como óxidos, em virtude de apresentarem propriedades químicas e físicas difer- entes desses compostos. LIGAÇ ÕES D OS OXIDOS Nos óxidos a ligação entre o oxigênio e outro elemento pode ser covalente ou iônica. No CO2, por exemplo, as ligações são realizadas por formação de pares eletrônicos: NOMENCLATURA DOS ÓXIDOS A nomenclatura dos óxidos é bastante simples e pode ser feita usando o termo óxido segui- do da preposição de e do nome do elemento ligado ao oxigênio: Oxido de nome do elemento 63 Q U ÍM IC A Módulo II - 2º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Exemplos: CaO - óxido de cálcio K2O - óxido de potássio Al2O3 - óxido de alumínio AgO - óxido de prata Para metais e ametais que apresentam mais de uma valência, a nomenclatura é feita com o uso de prefixos numéricos gregos: 1 = mono 2 = di 3 = tri 4 = tetra 5 = penta 6 = hexa 7 = hepta Essa nomenclatura não se aplica aos óxidos de metais do grupo 1A e 2A e também aos metais Ag, Zn, Cd, Al, Fe e Bi. Exemplos Fe2O3 - trióxido de ferro FeO - monóxido de ferro PbO - monóxido de chumbo PbO2 - dióxido de chumbo N2O - monóxido de dinitrogênio N2O3 - trióxido de dinitrogênio N2O5 -pentóxido de dinitrogênio Cl2O6 - hexóxido de dicloro Cl2O7 - heptóxido de dicloro CL AS SIFIC AÇ ÃO DOS ÓXIDOS • Óxidos ácidos ou anidridos - Os óxidos reagem com água formando ácidos. Exemplo: o trióxido de enxofre (SO3), em presença de água, forma o ácido sulfúrico (H2SO4) SO3 + H2O H2SO4 Esses óxidos recebem o nome de anidridos e podem ser considerados como provenientes dos oxiácidos. Ao subtrairmos uma ou mais moléculas de água desses ácidos, obtemos tais anidridos. Vamos então aplicar esse procedimento aos ácidos: 64 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo II - 2º ano Observação Os nomes anidrido sulfuroso e carbônico provêm do nome dos ácidos sulfuroso e carbônico. ÓXIDOS BÁSICOS Os óxidos reagem com bases formando sal e água. Exemplo: o óxido de cálcio (CaO), em presença de água, origina o hidróxido de cálcio (Ca(OH)2). CaO + H2O Ca(OH)2 Além disso, o hidróxido formado pode ser desidratado, originando o óxido. Exemplos PERÓXIDOS São óxidos que apresentam dois oxigênios ligados entre si com duas cargas negativas (O - O)-2 ou . Os peróxidos mais importantes são a água oxigenada e os peróxidos de metais alcalinos e alcalino-terrosos. H2O2 - peróxido de hidrogênio (água oxigenada) CaO2 - peróxido de cálcio Na2O2 - peróxido de sódio 65 Q U ÍM IC A Módulo II - 2º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Observação : Para se escrever a fórmula de um peróxido, representa-se o símbolo do metal com sua carga, ao lado do grupo peróxido (O2-2). Em seguida, invertem-se as cargas. Na +1 invertendo as cargas Na +1 resulta Na2O2 peróxido de sódio Ba +2 invertendo as cargas Ba +2 resulta BaO2 peróxido de bário Sr +2 invertendo as cargas Sr +2 resulta SrO2 RE AÇ Õ ES QUÍMICAS É a transformação das substâncias inicialmente misturadas (reagentes) em outras, total- mente diferentes (produtos). Ex: prego que enferruja, digestão, reação de neutralização entre um ácido e uma base, etc. — Equação Química : representa a reação química através das formulas dos reagentes que dela participarão, bem como, dos produtos que serão formados, levando-se em conta que a quan- tidade de átomos que faziam, inicialmente, parte dos reagentes, devem, também, fazer parte das substâncias qu formam os produtos. Por isso, as equações químicas devem ser balanceadas. 66 — Balanceamento de Equações : - Tomamos o elemento de maior índice que está presente em uma substância reagente (produto); - O maior índice será o coeficiente da substância que contiver o elemento no membro oposto; - A partir destes coeficientes, será acertado os demais. Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Ex1 : Módulo II - 2º ano O elemento de maior índce presente em um produto ou reagente é o oxigênio. O índice 3 passa a ser o coeficiente de O2. No primeiro membro temos 1 fósforo e 6 oxigênios e no 2º membro temos 2 fósforos e 3 oxigênios. Colocamos 2 como coe- ficiente de P2O3 para acertarmos o oxigênio. Agora temos 3 oxigênios de cada lado, 4 fósforosno segundo membro e 1 fósforo no 1º membro. Basta acertar o número de fós- foros colocando o coeficiente 4 no 1º membro. Perceba agora que os dois membros tem 4 átomos de fósforoe 6 átomos de oxigênio. Ex2: O elemento de maior índice presente em um reagente ou num produto é o hidrogênio. O índice 3 passa a ser o coeficiente em H2. No 1º membro, temos 2 nitrogênio e 6 hidrogênios e no segun- do, 1 nitrogênio e 3 hidrogênios. Colocamos 2 como coeficiente em NH3 e deixamos a equação balanceada. Note que nos dois membros temos 2 nitrogênios e 6 hidrogênios. Balanceamento de outras equações: Ex1: KClO3 KCl + O2 2 2 3 Ex2: SO2 + O2 SO3 2 1 2 Além de balanceadas as equações devem informar suas condições fisioquímicas através de uma simbologia 67 Q U ÍM IC A Módulo II - 2º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Tipos de Reações Químicas — Reação de síntese, adição ou formação: ocorre a formação de uma substância mais complexa em decor- rência entre duas ou mais substâncias. — Reação de análise ou decomposição: ocorre quando uma substância é decomposta em outras mais simples. — Decomposição espacial: eletrólise é a decom- posição da substância química pela corrente elétrica. — Fotólise: decomposição da substância química pela ação da luz. — Pirólise: decomposição da substância química pela ação do calor. — Reação de simples troca ou deslocamento: surge quando uma substância simples isolada con- segue deslocar um dos elementos de uma sub- stância composta. — Reação de dupla troca: ocorre quando duas substâncias compostas reagentes trocam entre si seus elementos ou radicais. — Leis Ponderais das Reações Químicas: tratam das relações entre as quantidades de reagentes consumidos e de produtos formados durante uma reação química. 68 - Lei da conservação das Massas (Lei de Lavoisier): Numa reação química a massa dos produtos formados é igual à dos reagentes consumidos. Na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma. M(reagentes) = M (produtos) Em um sistema fechado a massa dos produtos obtidos coincide com a dos reagentes utilizados Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Ex: Módulo II - 2º ano — Lei das Proporções Definidas (Lei de Proust): Qualquer relação de massas entre as substâncias que participam de uma reação química é sempre uma proporção constante. Ex: Óxido de Magnésio (MgO) é obtido através da reação entre o magnésio metálico e o oxigênio. Exercícios de Fixação: 1 – A Soda cáustca é utilizada na fabricação de sabões e sabonetes . Sabendo que ela é uma base,é representada: a) NaOH (Hidróxido de sódio) b) HCl ( ácido clorídrico) c) NaCl ( cloreto de sódio) d) NaF (fluoreto de sódio) 2 - Podemos afirmar que as substâncias a seguir HCl, HNO3, H2SO4 e H3PO4 pos- suem as funções químicas de: a) Bases; b) Sais; c) Óxidos d) Ácidos 3 – A melhor representação da molécula é: a) Mg (OH)2 b) Al(OH)3 c) NaOH; d) HSO4 69 Q U ÍM IC A Módulo II - 2º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio 4 – O vinagre utilizado em saladas apresenta uma acidez e é corrosivo, ele é denominado: a) ácido sulfúrico; b) ácido nítrico; c) ácido acético; d) ácido cítrico. 5 – Utilizamos uma base como antiácido estomacal, que é melhor representada como: a) um suco de laranja; b) soro caseiro; c) um refrigerante d) leite de magnésia. 6 – O sal, bicarbonato de sódio é utilizado como: a) produção de fermentos químicos e extintores de incêndio: b) corrosivo de motores c) solvente dispersante d) ácido muriático para limpezas pesadas. 7– Complete: Para se formar uma____________, precisamos utilizar dois ou mais metais. E m relação ao Latão, um desses metais deverá ser o zinco e _____________ . 8– E m relação a ligação química , podemos dizer que ela é uma li- gação: a) Covalente; b)Iônica; c) Metálica; d) Dativa. 9 – Dê o nome das seguintes substâncias: a) Al (OH)3 b) NaCl3; c) Mg (OH)3; d) Mn (OH)3; e) NaOH – f) H2S – g) HCl – h) H2SO4 – i) SnF2 – j) NaF – 70 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo II - 2º ano 10- A reação química a seguir HCl + NaOH NaCl + H2O representa : a) Um ácido com base gerando ácido e ácido; b) Um ácido com sal gerando base e água; c) Um sal com base gerando água e ácido; d) Um ácido com base gerando sal e água. 11– Separe os ácidos quanto seus tipos em relação a quantidade de hidrogênios( monoácidos,diácidos,triácidos, tetrácidos): HClO4, HBr; HCl, HNO3, H4P2O7, H4SiO4. H3BO3, H3PO4;H2S, H2CO3. 12 – E m relação sas bases determine seus tipos (monobase,dibase,tribase,tetra- base): KOH, Ni(OH)3, Ba(OH)2, Pb(OH)4, Mn(OH)4, Al(OH)3, Fe(OH)3, AgOH, NaOH; Mg(OH)2, Ni(OH)2, 13– Substância inorgânica utilizada em soros medicamentosos, no uso alimentar serve para evitar o bócio (deformação na glândula tireóide) e como conservante de alimento: a) Cloreto de Sódio (NaCl); b) Ácido clorídrico ( HCl ); c) Hidróxido de potássio (KOH ) d) Hidróxido de sódio (NaOH ) 14- Determine os tipos de reações químicas: a) b) c) d) 15 - O carbonato de cálcio que constitui a pedra mámore e o cimento tem a sua fórmula molecular representada da seguinte forma: a) SnF; b) Naf; c) CaSO; d) CaCO 71 Q U ÍM IC A Módulo II - 2º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio 16 O ácido sulfúrico tem grande importância industrial, pois é usado em baterias de carros, e em fabricação de fertilizantes. A fórmula estrutural correta deste ácido é: a) b) c) d) H-O-H 17 -fórmula de um sal é obtida a partir da regra de formulação: HCl + NaOH NaCl + H2O , que nome terá: a) Cloreto de sódio b) Hidróxido de sódio c) Ácido clorídrico d) Cloreto de cloro GABARITO 1–a 2–d 3–a 4–c 5–d 6–a 7 – liga metálica, cobre 8–b 9 – a) Hidróxido de alumínio, b) cloreto de sódio, c) Hidróxido de Magnésio, d) Hidróxido de Manganês, e) Hidróxido de Sódio, f) Ácido Sulfídrico, g) Ácido Clorídrico, h) Ácido Sulfúrico, i) Fluoreto de estanho, j) Fluoreto de Sódio 10 – d 11 - monoácidos – HClO4, HBr, HCl, HNO3 diácidos – H2S, H2CO3 triácidos – H3PO4 tetrácidos – H4P2O7, H4SiO4 72 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio 12 - monobase – KOH, AgOH, NaOH dibase – Ba(OH)2, Mg(OH)2, Ni(OH)2 tribase – Ni (OH)3, Al(OH)3, Fe(OH)3 tetrabase – Pb(OH)4, Mn(OH)4 13 – a 14 – a) reação de análise ou decomposição; b) reação de síntese ou adição; c) reação de análise; d) reação de análise. 15 – d 16 – c 17 – a Módulo II - 2º ano 73 Q U ÍM IC A Módulo III - 3º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio QUANTIDADE DA MATÉRIA Módulo III As unidades de medida legais no Brasil são as do Sistema Internacional de Unidades – SI – desde 1953. As 7 unidades de base do SI são: A definição oficial de mol é a quantidade de matéria de um sistema que contém tantas enti- dades elementares quantos são os átomos contidos em 0,012 Kg de Carbono 12. Elas devem ser específicas, podendo ser átomos, íons, elétrons, ou outras partículas. — Unidade de massa (u): o Carbono 12 é o isótopo deste elemento de massa igual a 12. Lembrando que o nº de massa (A) é a soma dos prótons (p) e neutrons (n) de um átomo (A = p + n). Encontraremos no átomo de Carbono 12, 6 prótons e 6 nêutrons, ou seja, 12 partículas com a mesma massa. A=6+6 A = 12 6 elétrons massa despresível Átomo de carbono 12 6 prótons 6 neutrons 12 partículas com a mesma massa Cada uma dessas partículas é 1 unidade de massa (1 u). U = Mp = Mm 74 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo III - 3º ano — Número de massa (A): é um número inteiro que corresponde à soma dos números de prótons e nêutrons (soma das u) de um átomo. A=P+N Ou A=Z+n — Massa Atômica (MA): é calculada em função de ocorrência dos isótopos de cada átomo. Ex: O elemento químico Neônio apresenta os isótopos: Ne20, Ne21, Ne22, (todos eles apresentam z = 10, ou seja, nº de prótons = 10). Cada um deles com um percentual de ocorrência (abundância). E XERCÍCIOS RESOLVIDOS: 1 – Calculando as massas atômicas dos elementos químicos Magnésio e Cloro, sabendo das ocorrências de seus isótopos temos: — Massa Molecular (MM): é a soma das massas atómicas dos atómos de uma molécula. Exemplo: – monóxido de carbono - CD (C=12 O=16) MM = 1(12) + 1(16) MMco = 28 u – água - H2O (H=1 O=16) MM = 2(1) + 1(16) MMH2O = 18u 75 Q U ÍM IC A Módulo III - 3º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio — Número de AVOGADRO : trata-se do valor que identifica numericamente a quantidade de entidades elementares (átomos, moléculas, íons, etc), existentes em 1 mol dessas entidades ou espécies químicas. — MOL: Quantidade de matéria de um sistema que contém tantas entidades elementares (átomos, molécula, íons, etc.) quantos são os átomos contidos em 0,012 kg de carbono 12. Perceba que 0,012kg - 12g - 1 mol de átomos de C - 6,02 . 1023 átomos de C. O sistema Internacional de Unidades adotou 0,012 kg de isótopo 12 do carbono, mas pode- ria ter adotado 9g de Be ou 4g de He ou 56g de Fe ou 207g de pb ou 197g de Au que a quan- tidade de átomos contida nessas massas seria sempre 6,02 . 102. — Massa Molar (M): é a massa de 1 mol de entidades químicas, ou seja, 6,02 . 1023 entidades. Exemplos: 76 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Resolução de um Problema: Módulo III - 3º ano — Volume Molar dos Gases : 1 mol de moléculas de qualquer gas ocupa o mesmo volume em determinada pressão e temperatura. CNTP ou TPM (condições normais de temperatura e pressão). Neste, 1 mol de qualquer gas ocupa 22,4 litros. O símbolo L será empregado sempre que as máquinas de impressão não apresentarem distinção entre o algarismo 1 e a letra ”ele” minúscula. T = 0ºC = 273K P = 1atm = 760mmHg = 105 Resolução de um Problema: — PASCAL (Pa): é a unidade de pressão do SI que corresponde a 1N/ m2 (N/ m2). 77 Q U ÍM IC A Módulo III - 3º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio TRANSFORMAÇÕES GASOSAS Neste estado são usados massas fixas de gás em sistemas fechados. TRANSFORMAÇÕES ISOTÈRMICAS Ocorre à temperatura constante. Variam pressão e volume. Quando T1 = T2 e P1 < P2 V1 > V2 ou T1 = T2 e P1 > P2 V1 < V2 , o aumento da pressão resulta em diminuição de volume. Lei de Boyle-Mariotte – Transformações isotérmicas : O volume ocupado por um gás varia inversamente com a pressão nele exercida, à temperatura constante. P = - K / V P . V = K, em que K é constanteTRANSFORMAÇÕES ISOBÀRICAS Ocorre à pressão constante. Variam volume e temperatura. Quando P1 = P2 e T1 >T2 V1 >V2 ou P1 = P2 e T1 < T2 V1 < V2 , o aumento da temperatura resulta em aumento do volume. Lei de Charles-Gay Lussac – Transfornações isobáricas : O volume de um gás varia diretamente com a sua temperatura absoluta, à pressão constante. V = KT=> V / T= K TRANSFORMAÇÕES ISOMÉTRICA ou ISOCÓRICA Variam pressão e temperatura. Ocorre a volume constante. Quando e V1 =V2 E T1 >T2 => P1 > P2 ou V1 = V2 E T1 < T2 => P1 < P2 o aumen- to da temperatura resulta em aumento da pressão. P2 > P1 Lei de Charles-Gay Lussac – Transfornações isométricas : A pressão de um gás varia diretamente com a sua temperatura absoluta, a volume constante. P= KT =>P/T = K MISTURA D E GASES Cada gás de uma mistura exerce uma pressão e ocupa um volume proporcional à sua par- ticipaçâo molar ou fração molar 78 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo III - 3º ano FRAÇÃO MOLAR (Xi ) Relação entre o número de moles do gás em estudo em relação ao número total de moles(n). Xi = Em que: ni = número de mols do gás em estudo. n = número de mols total da mistura A soma das frações molares dos gases que formam uma mistura é igual a 1. Exemplo. Uma mistura é formada por 32 g de gás metano (CH4), 20 g de argônio (Ar) e 50 g de neônio (Ne). Calcule as frações molares de cada gás e verifique se a soma delas é igual a 1. (C = 12, H = 1, Ar = 40, Ne = 20). nCH4 = nAR = nNe = n = nCH4 + nAr + nNe n = 2,0 + 0,5 + 2,5 n = 5 mols xCH4 = xAR = xNe = Vamos verificar agora se i = xCH4 + xAr + xNe = 0,4 + 0,1 + 0,5 79 Q U ÍM IC A Módulo III - 3º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio =1 PRES S AO PARCIAL - LEI D E DALTON Nas condições de volume e tempratura da mistura seria a pressão exercida por cada gás. A relação entre a pressão parcial de um gás e a pressão total da mistura é igual à fração molar deste gás na mistura. = xi => pi = xi P em que: p1 = pressão parcial do gás em estudo P = pressão total da mistura. A soma das pressões parciais corresponde à pressão total. Vamos à nossa mistura: 32 g de CH4, 20 g de Ar e 50 g de Ne. Qual a pressão total e as parciais de cada gás, quando forem colocados em um recipiente de 8,2 dm3 a 127ºC. Temos então: P=? V = 8,2 dm3 n=5 R = 0,082 = T = 400 K (127ºC) Cálculo da pressão total: PV = n R T P= P = 20 atm 80 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo III - 3º ano Cálculo das pressões parciais: PCH4 = xCH4 . P ==> PCH4 = 0,4 . 20 => PCH4 = 8 atm PAr = xAr . P ==> PAr = 0,1 . 20 => PAr = 2 atm PNe = xNe . P ==> PNe = 0,5 . 20 => PNe = 10 atm Note que: , ou seja: P = PCH4 + P Ar + P Ne = 20 atm VOLUME PARCIAL - LEI D E AMAGAT Nas condições de pressão e temperatura da mistura seria o volume ocupado por cada gás no recipiente. = xi => vi = xi . V em que: vi = volume parcial do gás em estudo. V = volume total de mistura. A soma dos volumes parciais corresponde ao volume total da mistura. Considerando a mistura que estávamos utilizando, vamos ter o que segue: vCH4 = xCH4 . V => vCH4 = 0,4. 8,2 => vCH4 = 3,28 l vAr = xAr . V => VAr = 0, 1 . 8,2 => VAr = 0,82 l VNe = xNe . V => vNe = 0,5. 8,2 => vNe = 4,1 l Note que: ou seja: V = vCH4 + vAr + vNe = 8,2 l 81 Q U ÍM IC A Módulo III - 3º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio MASSA MOLAR DE MISTURAS O ar seco é formado por uma mistura de gases, cuja composição na mistura é praticamente constante. Para o estudo do ar, podemos, na maioria das vezes, adotar a seguinte composição per- centual: Gás % em volume M (g/mol) fração molar (Xi) N2 78 28 0,78 O2 21 32 0,21 Ar 1 40 0,01 Da tabela acima, podemos calcular a massa molar média do ar (Mar) através da seguinte fórmula: Mar = (XN2 - MN2) + (XO2 . MO2) + (XAr . MAr) Mar = (0,78. 28) + (0,21 . 32) + (0,01 . 40) Mar = 28,96 g/mol Como vimos, a massa molar do ar foi derivada de uma média ponderada, cujos "pesos" são as frações molares. Este método é útil para o cálculo da massa molar média das várias misturas gasosas. 82 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo III - 3º ano POLUIÇÃO GASOSA A atmosfera é a camada de ar de aproximadamente 700 quilômetros de espessura que rodeia o globo terrestre. O ar é uma solução gasosa que contém partículas sólidas e líquidas em suspensão. Até uma altura de 25 quilômetros, os componentes podem ser classificados em dois grupos. O primeiro é formado por uma mistura chamada de ar seco. O ar seco tem uma composição praticamente constante de nitrogênio, oxigênio e gases nobres. O segundo grupo de componentes do ar é formado por proporções variáveis de gases: vapor de água, dióxido de carbono e outros de procedência industrial. Variam também as quantidades de líquidos, como as gotas de água e de sólidos - como cristais de gelo - que, em conjunto, constituem as nuvens. Pode haver também partículas sólidas procedentes das com- bustões produtoras de fumaças, areia trazida dos desertos pelo vento e pequenos cristais desprendidos do mar. Visando à redução da poluição, algumas soluções deveriam ser adotadas, tais como, filtros nas indústrias, catalisadores nos automóveis O motor dos automóveis é um dos agentes poluidores do ar. Ele produz monóxido de car- bono (CO) - um gás inodoro e altamente prejudicial que provoca sonolência, letargia, dores de cabeça e crises de angina - e também hidrocarbonetos e óxidos nitrogenados (NO) e, sob a influência da luz do Sol, o ozônio (O3) de baixa atmosfera, um agente irritante que é o princi- pal responsável pelo efeito smog (estado coloidal adquirido pela atmosfera do ambiente afe- tado em decorrência do efeito estufa).Observe a tabela abaixo: Gás Composição volumétrica em % Nitrogênio N2 78,05 Oxigênio O2 20,25 Argônio Ar 0,94 Dióxido de carbono CO2 0,03 Neônio Ne 0,0016 Hélio He 0,0005 Criptônio Kr 0,00011 Hidrogênio H2 0,00005 Xenônio Xe 0,000009 Ozônio O 0,000001 O chumbo adicionado à gasolina para me- lhorar seu desempenho, também é uma ameaça - níveis excessivos dele na atmosfera podem danificar o cérebro e o sistema nervoso. As usinas elétricas movidas a carvão e as fábricas que usam combustíveis fósseis emitem dióxido de enxofre (SO2) e óxido de nitrogênio que, combinados à umidade atmosférica, criam a chuva ácida - ácido sulfúrico ou nítrico diluí- dos -, principal precipitação atmosférica dos poluentes industriais, embora também possam ocorrer outras na forma de depósitos secos - cinzas. 83 Q U ÍM IC A Módulo III - 3º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio A atmosfera foi dividida arbitrariamente em zonas mais ou menos definidas. São elas exos- fera, termosfera, mesosfera, estratosfera e troposfera. A estratosfera fica a cerca de 50 quilômetros de altura. Nela está a camada de ozônio. O Sol envia sua luz e seu calor à Terra. Sem ele, nosso pla- neta seria escuro e gelado. As radiações eletromagnéticas - energias que não precisamde suporte material para sua propagação - são o veículo utilizado pelo Sol para transportar a ener- gia até nós. O Sol não envia apenas as duas radiações mais úteis, a infravermelha e a visível, mas também umas mistura de radiações, algumas delas nocivas à vida. A energia do Sol é par- cialmente absorvida e refletida pela atmosfera. Se toda a energia solar chegasse à superfície, a vida não existiria. O ozônio - um componente secundário da atmosfera - situado a uma altura entre 25 e 30 quilômetros de altitude, protege contra a ação nociva dos raios ultravioleta, deixando passar apenas uma pequena parte deles, que se mostra útil, Ou seja, filtra a radiação ultravioleta noci- va do Sol, que pode causar câncer de pele e catarata, além de danificar plantas. A camada de ozônio que nos protege é formada assim: o oxigênio molecular (O2) das altas camadas atmosféricas é atacado pelos raios ultravioleta procedentes do Sol e divide-se em oxigênio atômico (O) para formar o ozônio (O3).Desde os anos 70, têm surgido buracos na camada de ozônio, sendo responsabilizados por isso os clorofluorcarbonos (CFCs) gases arti- ficiais não-tóxicos nem inflamáveis, muito estáveis, que têm um bom comportamento como gás de refrigeração, gás expelente de aerossóis (desodorantes, lacas, inseticidas) e embala- gens de isopor. Os gases liberados concentram-se na parte superior da atmosfera, onde se decompõem em gás clorídrico, que destrói o ozônio. O desenvolvimento de substitutos seguros não tem acom- panhado a necessidade de uma rápida desativação da produção de CFCs. Mesmo se toda a produção fosse proibida imediatamente, o meio ambiente levaria séculos para voltar aos níveis dos anos 70 e estima-se que até 2050 para cair ao nível de 1985. Portanto, ao usar clorofluorcarbonos, conhecidos como CFCs, o homem está destruindo a camada de ozônio, além de contribuir com 15% para o efeito estufa. O aquecimento global: o efeito estufa: Das radiações solares que atravessam as diferentes zonas da atmosfera, parte é refletida, outra é absorvida e uma outra menor atinge a superfície terrestre. Uma vez aqui, parte é absorvida e outra é novamente refletida em direção do espaço. Boa parcela dessa radiação é devolvida a Terra por alguns gases, denominados gases do efeito estufa, que são responsáveis pela manutenção da temperatura da superfície terrestre e da vida sobre o planeta. Muitos cientistas acreditam que a emissão de gases produzidos pela queima de com- bustíveis fósseis (especialmente dióxido de carbono) causa um aquecimento gradual do pla- neta - o chamado efeito estufa - prendendo o calor que normalmente escaparia para o espaço. Com isso, as temperaturas médias da Terra aumentaram cerca de 0,5ºC no último século. Com o clima mais quente, é provável que as calotas polares liberarão mais água para os oceanos, elevando os níveis do mar em todo o mundo, inundando cidades costeiras e contaminando, com sal, a água fresca próxima das costas.Pode haver, também, mais seca, mais fome em massa e ocorrer um aumento dos furacões devido ao aquecimento dos oceanos tropicais. 84 Q U ÍM IC A Mistura (disperso disseminado no dispersante) MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo III - 3º ano MISTURAS São formados pelo disperso (menor quantidade) e dispersante( maior quantidade). Dependendo do tamanho da partícula do disperso,que fica diluída no dispersante, podemos ter soluções(homogêneas) e colóides e suspensões (heterogêneas) Os quadros abaixo apresentam um resumo e complementam as informações vistas até aqui: COLÓIDES ou DISPERS ÕES COLOIDAIS São sistemas heterogêneos formados por uma fase chamada de dispersa – cujas partículas tem tamanho situado na faixa de 10 a 100nm (100 a 1000 ) - dissolvidas em uma fase homogênea denominada dispersante De acordo com o estado de agregação (sólido, líquido ou gasoso) das fases dispersa e dis- persante, podemos ter as seguintes dispersões: Os colóides são classificados de acordo com a estrutura das partículas do disperso e con- forme a afinidade entre tais partículas e o ar do dispergente. ESTRUTURA DAS PARTICULAS DO DISPERSO • disperso iônico - ocorre quando da dispersão de substâncias que dão origem a macroíons, que são macromoléculas carregadas eletricamente. Ex.: proteínas diluídas em água - caldo de carne. • disperso molecular - as partículas dispersas são de características moleculares. Ex.: caldo de maisena - amido. 85 Homogênea Heterogênea Solução Colóide Suspensão Soluto(disperso) + solvente ( dispersante) Disperso + dispersante (estão em meio coloidal) Disperso + dispersante - álcool l96ºGL (96% de álcool e 4% de água); água mineral; ligas metálicas (latão, bronze,...) - nuvem; poeira suspensa no ar; gelatina;leite; manteiga Água e areia em agitação; fumaças em geral; café antes de ser coado Q U ÍM IC A Módulo III - 3º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio • disperso micelar - partículas dispersas são átomos, moléculas ou íons reunidos entre si formando aglomerados. Ex.: sabão em água, solução de enxofre coloidal. Veja como age um detergente na remoção de óleos e gorduras: Apenas com água, fica di- fícil remover óleos e gorduras porque as forças existentes entre as moléculas de água são maiores que as forças intermoleculares dos óleos e gorduras. Lembre-se que a água é polar, enquanto os óleos e gorduras são apolares. Detergentes e sabões, apesar de diferirem na fórmula e no tipo de molécula, agem de maneira semelhante, ou seja, formam micelas, que são aglomerados de suas moléculas, sendo que estas últimas possuem uma extremidade polar e outra apolar. As extremidades apolares das micelas penetram nas moléculas de óleos ou gorduras e acabam formando pequenos aglomerados polares. Desta forma, acabamos por colocar a gordura (ou óleo) em uma região interna apolar, revestida por uma polar, que se dissolve na água. Sendo assim, podemos estender a aplicação dos detergentes para os desastres ecológicos (vazamentos de petróleo, óleos, graxa, carga de caminhões, etc.), limpeza industrial e domés- tica, indústria cosmética (xampu), etc, em que se torna necessário a dissolução de substâncias apolares em polares. AFINIDADE ENTRE PARTICULAS DO DISPERSO E DO DISPERGENTE • Colóide reversível ou liófobo - quando temos afinidade entre as partículas, ocorre a dispersão espontânea do disperso no dispergente. Desta forma, com o acréscimo de dispergente transformamos gel em sol e vice-versa. Veja o esquema abaixo: • Colóide irreversível ou liófobo - quando não existe afinidade entre as partículas, não há espontaneidade de dispersão. A formação de colóide liófobo requer técnicas especiais e a passagem de gel a sol é trabalhosa. Quando o dispergente é a água, os colóides podem ser hidrófilos (dispersão espontânea) ou hidrófobos. Camada de solvatação é um revestimento de moléculas do dispergente na superfície da molécula do disperso, isolando-a do restante da mistura. 86 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo III - 3º ano Só aparece nos colóides reversíveis ou liófobos, e é devido a ela que surge a reversibilidade na transformação de tais colóides, pois evita o contato direto e conseqüente aglomeração das partículas do disperso. SU SPE N SÕE S : É a dispersão de partículas sólidas em uma fase líquida. Diferenciam-se dos colóides, pois suas partículas tendem a flocular rapidamente, enquanto as dos colóides per- manecem estavelmentedispersas. As suspensões devem ser mantidas em constante agitação para que não haja decantação da fase sólida. Normalmente, remédios e outras substâncias que requerem agitação antes do uso são exemplos de suspensões. Ex.: leite de magnésia . SOLU ÇÕE S : Podem ser formadas por um ou mais solutos dissolvidos em um solvente, cujo solvente é a água. No estudo das soluções adotaremos que as grandezas referentes ao soluto receberão índice 1, as referentes ao solvente terão índice 2 e aquelas relacionadas à solução não terão índice. Assim, a massa da solução, que é a soma das massas do soluto e do solvente, é representada por: m = m1 +m2 SOLU ÇÕE S DILUÍDAS E CONCE NTRADAS : Nossa referência será o décimo de mol (0,1 mol) de soluto diluído em um litro de solução. — Diluídas - são aquelas em que a quantidade de soluto na solução é pequena, e cor- respondem às que possuem 0,1 mol de soluto ou menos diluído no solvente, formando um litro de solução. — Concentradas - têm uma participação maior do soluto em sua composição e são aque- las cuja massa de soluto é maior que a de 0,1 mol deste soluto, formando um litro de solução. Assim, para o hidróxido de sódio ou soda cáustica (NaOH), cuja massa molar é M = 40 g/mol, teremos que soluções com massa menor ou igual a 4,0g de NaOH por litro serão con- sideradas diluídas enquanto as que contiverem mais que 4,0g de NaOH por litro de solução serão consideradas concentradas. COEFICIENTE D E SOLUBILIDADE (CS) É a quantidade máxima (ponto de saturação -normalmente expressa em gramas) de uma substância que conseguimos dissolver em um volume fixo de solvente (normalmente expres- so em litros), sob determinada temperatura. 87 Q U ÍM IC A Módulo III - 3º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio CSNaCl = 36g / 100 ml de H2O (20ºC) Substâncias com coeficiente de solubilidade próximo de zero são chamadas de insolúveis (para um determinado solvente). Ex: água e areia. Líquidos que não se misturam são chamados imiscíveis (água e gasolina) enquanto os que se misturam em qualquer proporção são chamados de totalmente miscíveis (água e álcool). • Soluções saturadas - são aquelas que contêm a máxima quantidade de soluto dissolvi- da em um volume fixo de solvente. Corresponde à quantidade determinada pelo coeficiente de solubilidade desta substância. • Soluções insaturadas - o soluto está presente em quantidade menor que * determinada pelo coeficiente de solubilidade. • Soluções supersaturadas - são obtidas em condições especiais, quando * coeficiente de solubilidade é ultrapassado. Sendo assim, uma pequena agitação ou a introdução de um minúsculo cristal de soluto na solução vai precipitar o excesso de soluto. São instáveis, pois ultrapassam o limite máximo de solubilidade. Se aquecermos a partir de 20ºC, com agitação, uma solução contendo 40g de NaCl dissolvi- dos em 100g de H2O até 80ºC conseguiremos a dissolução total do sal. A partir de então dei- xamos a mistura sob lento resfriamento e repouso absoluto até que atinja a temperatura inicial. Nesta condição, toda quantidade de soluto encontra-se dissolvida na água de forma instável e basta o acréscimo de um minúsculo cristal de sal (germe de cristalização) ou pequena agitação para que ocorra a precipitação de 4g de sal que corresponde ao excesso de soluto dissolvido para 20ºC. O precipitado também é chamado de corpo de fundo ou corpo de chão. CURVAS DE SOLUBILIDADE :São gráficos que rela- cionam a máxima quantidade de soluto que conseguimos dissolver em uma dada quantidade de solvente em função da temperatura. Normalmente, a temperatura favorece a dissolução e as curvas são ascendentes (dissolução endotérmica - absorção de energia). Curvas descendentes caracterizam as dissoluções exotérmicas - liberação de energia - e a solubilidade da substância diminui com o aumento de temperatura. 88 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo III - 3º ano Substâncias hidratadas como o CaCI2, 6H2O (cloreto de cálcio hexaidratado) vão se desidratando durante o aquecimento, e cada ponto de inflexão da curva mostra um ponto de desidratação. O Na2SO4 . 10H2O (sulfato de sódio decaidratado) após a desidratação tem sua solubilidade dificultada pelo aumento da temperatura. E XERCÍCIOS RESOLVIDOS Com base na curva de solubilidade da substância A e nos pontos numerados que represen- tam soluções aquosas de A, responda: a) Quais as soluções saturadas sem presença de precipitado? R= 3, 6, 7, 9 e 10 b) Quais as soluções saturadas com presença de precipitado? R= 4,5 e 8 c) Quais pontos apresentam soluções insaturadas? R= 1 e 2 d) Qual a solução mais diluída? R = 1 60 g de A por 100ml de H2O e) Qual a solução mais concentrada? R = 2 120 g de A por 100 ml de H2O f) Admitindo-se que o ponto 5 seja uma solução supersaturada, ao adicionarmos um gér- men de cristalização ou procedermos a uma brusca agitação, haverá formação de que quan- tidade de precipitado? R = mpr = 120 - 60 => mpr = 60 g g) A solução representada pelo ponto 1 formará precipitado abaixo de qual temperatura? R = t < 20 ºC h) Se a solução representada pelo ponto 7 for resfriada a 20ºC sem formação de solução supersaturada, qual será a quantidade de precipitado formado? R = mpr = 150 - 60 => mpr = 90 g 89 Q U ÍM IC A Módulo III - 3º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio SOLUBILIDADE DE ALGU NS COMPOSTOS E M AGUA (20ºC) CONCE NTRAÇÃO DE SOLU ÇÕE S : Indica a massa de soluto (ml) presente por unidade de volume da solução (V). Pode ser expressa em g / l, g / cm3 g / dm3 C = m1 g, kg, mg V l, ml, cm3, dm3 Se ingerirmos um copo de 200 ml de refresco, estaremos consumindo 2,2 g do pó (1 enve- lope de refresco diluído em 1 litro de água) TÍTULO EM M ASSA OU PORCENTAGEM EM MASSAS (t): É a relação entre as massas do soluto (m1) e da solução (m = m1 + m2). t= ou t = Seu valor está compreendido entre zero e um, e, quando é multiplicado por 100, indica a porcentagem em massa do soluto na solução. 0 ≤ t ≤ 1 Expresso percentualmente (multiplicado por 100), fica: 0% ≤ t ≤ 100% 90 Substância Regra geral Exceções Acetatos CH3COO- Solúveis Ag, CH3COO Brometos Br- Solúveis AgBr, Ag2Br2, PbBr CuBr Cloretos Cl- Solúveis AgCl, PbCI2, Hg2Cl2 CuCl Cromatos CrO4 -2 Solúveis BaCrO4, SrCrO4, PbCrO4, Ag2CrO4 Lodetos I- Solúveis AgI, Hg2l2, PbI2 Cul Nitratos NO-3 Solúveis Sulfatos SO4 -2 Solúveis SrSO4, BaSO4, PbSO4, CaSO4, Ag2SO4 Carbonatos CO3 -2 Insolúveis carbonatos de metais alcalinos e de amônio Cianetos CN- Insolúveis Cianetos de metais alcalinos e de amônio Fluoretos F- Insolúveis AgF, NH4F e fluoretos de metais alcalinos Fosfatos PO4 -3 Insolúveis Fosfatos de metais alcalinos e de amônio Hidróxidos OH- Insolúveis hidróxidos de metais alcalinos e de amônio Oxalatos C2O4 -2 Insolúveis Oxalatos de metais alcalinos e de amônio Sulfetos SI Insolúveis Sulfetos de metais alcalinos, alcalino-terrosos e amônio Sulfitos SO3 -2 Insolúveis Sulfitos de metais alcalinos e de amônio Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo III - 3º ano Na solução ao lado temos 35 g de HNO3 num frasco que contém 1 litro de solução. A massa de soluto será calculada da seguinte maneira: 3,5% ==> t = 0,035 m = 1000 g = 1 litro t= => 0,035= m1 = 0,035 . 1000 m1 = 35 g TÍTULO EM VOLUME OU PORCENTAGEM EM VOLUME (tv OU Tv) É a relação entre os volumes do soluto (v1) e da solução (v). Da mesma forma que o Título em massa, seu valor está compreendido entre zero e um (0 ≤ tv ≤ 1). Quando estiver multiplicado por 100, indica a composição volumétrica do soluto na solução (0% ≤ tv ≤ 100%). As bebidas destiladas possuem alto teor alcoólico. No caso do exemplo ao lado, 43% do volume do uísque é de álcool. DENSIDADE DA SOLU ÇÃO (d): É a massa da solução por unidade de volume. Pode ser expressa em g/l , kg/m3 , g/m3, g/ml , etc. d= CONCE NTRAÇÃO MOLAR OU MOLARIDADE(h) : Representa o número de mols de solu- to (n1) dissolvidos por unidades de volume da solução (V) em litros. m= e como n1 = , teremos: h_= A unidade é mol / litro (mol / l), que também é conhecida por molar (M). Assim, uma solução que contenha 230 g de álcool etílico diluídos em água formando um litro de solução, é 5 M, ou seja, tem 5 mols de álcool formando um litro de solução. m1 = 230g de C2H 6O n1= => n1 = => n1 = 5 mols M1 = 46 g/mol V=1l h= => M = => h= 5 mols/l ou 5 M 91 Q U ÍM IC A Módulo III - 3º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Observação : Em soluções aquosas de soluto iônico, a molaridade dos Íons e proporcional à quantidade destes íons na fórmula do soluto. O frasco abaixo contém 1 litro de solução 0,3 M de fosfato de cálcio. A equação de ionização é: Ca3(PO4)2(aq) 3Ca+2(aq) + 2PO-34(aq) 1 mol 3 mols 2 mols 1 x 0,3 M 3 x 0,3M 2 x 0,3 M[Ca3 (PO4)2] = 0,3 M [Ca+2] = O,9 M [PO-34] = 0,6 M Assim, uma solução de fosfato de cálcio 0,3 M possui 0,9 mol / l de Ca+2 e 0,6 mol/l de PO-34. RE L AÇÕE S IMPORTANTES : Concentração, título em massa, densidade e molaridade são relacionáveis entre si devido às variáveis que possuem em comum. • Densidade e Título e Concentração C • Concentração Comum e Molaridade C ou C = h.M1 • Relação Geral C = dt C = dt= h. M1 C=h. M1 92 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo III - 3º ano FRAÇÃO MOLAR (x): É a relação entre o número de mols do soluto (quantidade de matéria do soluto) e o número de mols total da solução (quantidade de matéria da solução). ou Podemos calcular também a fração molar do solvente: ou A soma das frações molares dos componentes de uma solução é igual a 1, e quando multi- plicados por 100 g teremos sua participação percentual em número de mols (quantidade de matéria). Na preparação da solução representada ao lado, teríamos: x1 + x2 = 0,2 + 0,8 = 1 A composição em quantidades de matéria é dada pela multiplicação da fração molar da sub- stância por 100, e neste caso temos: água = 80% + solução = 100% álcool = 20% A soma das frações molares para soluções de mais de um soluto também vale 1 e a soma percentual será sempre 100%. MODALIDADE (W): É a quantidade de matéria do soluto dissolvida em 1,0 kg de solvente. A unidade é mol / kg ou molal. 93 Q U ÍM IC A Módulo III - 3º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Concentração E m Partes Por Milhão (Ppm) :Verifica-se a quantidade em gramas de soluto presentes em um milhão de gramas de solvente. Teríamos uma unidade grosseira, que seria grama de soluto por tonelada de solvente. Lembre-se: 1 g = 10-3 kg = 10-6 t 1 t = 103 kg Da mesma forma que a tonelada possui 1 milhão de gramas, 1 kg possui 1 milhão de miligramas (1 kg = 106 mg) e a melhor relação para ppm é: Este tipo de concentração é muito utilizado no estudo de poluentes, contaminantes de ambi- entes de trabalho, etc. exemplos: álcool etílico 780 ppm álcool metílico 156 ppm monóxido de carbono 39 ppm NORMALIDADE OU CONCE NTRAÇAO NORMAL (N): Expressa o número de equiva- lentes-gramas do soluto dissolvidos em um litro de solução. Sua unidade é equivalente-grama do soluto por litro (eq/l), que também é representada pela letra N, que pode ser lida "normal". N= eq/ l = normal = N como e =:> N = e como E1 = => N = =:> N = 94 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo III - 3º ano No recipiente ao lado, que contém 2 litros de solução 0,6 N de HNO temos: MHN03 = 63 g/mol ácido nítrico - HNO3 - 1 hidrogênio ionizável => K = 1 E= N= => m1 = 0,6 . 63 . 2 => m1= 75,60 g de HNO3 RELAÇ ÃO ENTRE NORMALIDADE E MOLARIDADE Molaridade => M= h N = K .h Normalidade =:> N= DILUIÇÃO DAS SOLU ÇÕE S : Diluir uma solução significa adicion- armos solvente até a proporção desejada, de tal forma que a solução final obtida seja menos concentrada que a inicial.Facilitando p trans- porte de substâncias através da diminuição de peso, volume trans- portado,etc. Veja como exemplo o rótulo ao lado, cuja instrução de diluição recomenda o uso de uma parte de xarope e seis partes de água. O mesmo princípio é utilizado em várias atividades industriais, farmacêu- ticas, domésticas, etc. Na diluição o que varia é o volume adicionado, pois a massa de soluto é fixa. Desta forma, enquanto a solução inicial é concentrada (forte) e de pequeno volume, a final é diluída (fraca) e apresenta um volume maior. As relações entre concentrações, para a diluição são: Solução Inicial Solução Final Concentração C1V1 CFVF Molaridade h1V1 hFVF Normalidade N1V1 NFVF em que VF = V1 + Vadicionado 95 Q U ÍM IC A Módulo III - 3º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio As vezes, é necessário que se prepare uma solução mais concentrada, e para isso fazemos evaporar o solvente, de tal sorte que a solução final apresente a mesma massa de soluto diluí- da em menor quantidade de solvente. Assim, o volume final será correspondente à diferença entre o volume inicial e o evaporado, e a solução final será mais concentrada que a inicial . VF = V1 + Vevaporado 96 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo III - 3º ano QUÍMICA ORGÂNICA É a química dos compostos do carbono (orgânico). Que podem ser orgânicos naturais (petróleo, carvão,...) , orgânicos sintéticos (obtidos em laboratório: plásticos,fibras , corantes,...) . Histórico : Pré-história Obtenção do álcool pela fermentação da uva, e outras frutas ou do malte (cevada) Greco-romana Obtenção de sabão de gorduras e cinzas Bergmann Subdivisão da química: Mineral (compostos existentes na natureza de forma (1777) bruta), e Orgânica (compostos fabricados por seres vivos) Berzelius Teoria da Força Vital: apenas os seres vivos seriam capazes de fabricar (1807) compostos orgânicos Wöhler Derrubou a Teoria da Força Vital sintetizando uréia a partir do cianato de amônio (1828) Gmlin (1860) A combustão de produtos orgânicos produz CO2(gás carbônico), logo,todo composto orgânico possui carbono. O ÁTOMO DE CARBONO : Elemento da tabela periódica, apresenta 4 elétrons no seu nível mais externo: Essa característica possibilita a união do carbonocom outros átomos como H, O, N, Cl..., for- mando um número enorme de compostos orgânicos. Acredita-se que o número de compos- tos, orgânicos ultrapasse 1 milhão. POSTU LADOS DO CARBONO : O químico alemão Kekulé, em 1857, determinou as carac- terísticas fundamentais do átomo de carbono nos compostos mediante três postulados: 97 6 12,00 C CARBONO 2,4 2,26 3727 2,5 4830 Q U ÍM IC A Módulo III - 3º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio 1º Postulado : Tetravalência constante - Nos compostos orgânicos, o carbono é sempre tetravalente, exercendo 4 ligações, podendo essas ligações serem representadas por pares eletrônicos ou traços. 2º Postulado - As quatro valências do carbono são iguais Esse postulado explica por que existe um só clorometano (H3CCl), pois, qualquer que seja a valência que o carbono troque com o cloro, ou qualquer que seja a posição do cloro, obtém-se um só composto. Qualquer uma dessas estruturas, independente da posição do cloro, receberá o nome de clorometano. 3º Postulado - Encadeamento constante Os átomos de carbono podem unir-se entre si for- mando cadeias carbônicas. TIPOS D E UNIÕES ENTRE ÁTOMOS D E CARBONO Dois átomos de carbono podem se ligar entre si através de 1, 2 ou 3 pares eletrônicos. 98 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo III - 3º ano Para representação escrita dos compostos orgânicos, são usados diversos tipos de fórmu- las. Os principais tipos de fórmulas são representados a seguir: Fórmula Eletrônica : Também denominada de fórmula eletrônica de Lewis, demonstra por pares eletrônicos as ligações entre átomos. Fórmula Estrutural : Os pares eletrônicos que ligam os átomos são simbolizados por traços ou covalências. Para efeito de simplificação da escrita de cadeias com muitos átomos, as fórmulas podem ser condensadas da seguinte maneira: A representação (CH2)2 indica os grupos CH2 da parte interna da cadeia: Fórmula Molecular : Os átomos de carbono e hidrogênio são somados. Exemplos: Fórmulas geométricas : por meio de esferas, os átomos e, por meio de pinos, os pares eletrônicos que unem esses átomos. 99 Q U ÍM IC A Módulo III - 3º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio CL AS SIFIC AÇ ÃO DOS ÁTOMOS NUMA C AD EIA CARBÔNICA Cada átomo de carbono é classificado segundo o número de outros átomos de carbono aos quais está ligado. Assim, temos. Em uma cadeia carbônica: Carbonos primários : são átomos de carbono que se encontram ligados a apenas um átomo de carbono. Carbonos secundários : são os que se apresentam presos a dois átomos de carbono. Carbonos terciários : são os átomos de carbono que se encontram ligados diretamente a três átomos de carbono. Carbonos quaternários : são os que se apresentam ligados diretamente a quatro átomos de carbono. 100 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo III - 3º ano CL AS SIFIC AÇ ÃO DAS C AD EI AS CARBÔ NICAS Os átomos de carbono podem unir-se, uns aos outros, originando cadeias carbônicas. Essas cadeias podem ser divididas em dois grandes grupos: Cadeias abertas, acícl icas ou alifáticas - são as cadeias que apresentam duas extremi- dades ou pontas de cadeia. Cadeias fechadas ou cícl i cas - são cadeias que apresentam os átomos de carbono liga- dos entre si formando um ciclo, figura geométrica ou anel. Podem ser de dois tipos: Alicícl ica ou não aromática : não apresenta anel benzênico Aromática ou benzênica : apresenta anel benzênico. Geralmente, essas cadeias possuem 6 carbonos, mas sempre terão carbonos ligados por duplas e simples ligações alternadas. Esses compostos são representados por um hexágono. CL AS SIFIC AÇ ÃO DAS C AD EI AS FEC HADAS OU ALICÍCLICAS • Quanto à saturação — Cadeias saturadas - apresentam apenas ligações simples entre átomos de carbono. 101 Q U ÍM IC A Módulo III - 3º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio — Cadeias insaturadas - possuem uma dupla ligação entre carbonos. — Quanto à natureza : • Cadeias homogêneas ou homocícl icas - apresentam somente átomos de carbono ligados entre si. • Cadeias heterogêneas ou heterocíclicas - apresentam um heteroátomo entre áto- mos de carbono. Observação: A presença de rima ou mais ramificações presas ao ciclo caracteri- zará a cadeia como mista. O mesmo acontecendo para as cadeias benzênicas. . CL AS SIFIC AÇ ÃO DAS C AD EI AS ABERTAS OU ALIFÁTICAS De acordo com os critérios abaixo: — Quanto à disposição dos átomos de carbono • Cadeias normais ou retas - cadeias lineares que apresentam somente carbono primário e secundário. 102 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo III - 3º ano • Cadeias ramificadas - apresentam pelo menos um carbono terciário e/ ou quaternário preso como um ramo ao tronco da cadeia linear. — Quanto à Saturação • Cadeias saturadas - os átomos estarão ligados sempre por simples ligações. • Cadeias insaturadas - apresentam pelo menos uma ligação dupla ou tripla entre carbonos. — Quanto à natureza • Homogêneas - possuem somente átomos de carbono ligados entre si na cadeia principal. • heterogêneas - apresentam um heteroátomo, ou seja, um átomo diferente do carbono, como O ou N, entre dois carbonos da cadeia. 103 Q U ÍM IC A Módulo III - 3º ano RESUMO DAS C AD EI AS CARBÔNICAS MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio 104 Q U ÍM IC A • funções halogenadas - haletos. MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo III - 3º ano NOMENCLATURA DOS COMPOSTOS ORGÂNICOS Em 1957 – UPAC – International Union of Pure and Applied Chemistry sistematizou a nomenclatura dos compostos orgânicos em três partes: - Primeira: número de carbonos na cadeia; - Segunda: tipo de ligação (saturação) dos carbonos na cadeia; - Terceira: sufixo que depende do grupo funcional ou da função orgânica. Tipo de ligação (Saturação): Saturadas – na Insaturadas 1 dupla – en 2 Duplas – dien 3 Duplas – trien 1 Tripla – in 2 Triplas – diin 3 Triplas – triin 1 Dupla e 1 tripla - enin FUNÇÕ ES ORGÂNICAS São agrupamentos das principais propriedades dos compostos orgânicos • função hidrogenada - hidrocarbonetos; • funções oxigenadas -fenóis, álcoois, aldeídos, cetonas, ácidos carboxílicos, derivados de ácidos, éteres; • funções nitrogenadas - aminas, amidas; 105 Sufixo da função orgânica ou grupo funcional Hidrocarboneto Cx H y => O Álcool C – OH =>OL Cetona - C = O => ONA Ácido carboxílico O carboxila —C OH·HIDROXILA =>ÓICO Aldeído O —C H => AL Q U ÍM IC A Módulo III - 3º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio FUNÇÃO HIDROCARBONETOS São compostos orgânicos constituídos unicamente de hidrogênio e carbono. De acordo com a estrutura da cadeia, os hidrocarbonetos classificam-se em: Alcanos - alcenos - alcinos - alcadienos - ciclo alcanos - ciclo alcenos – aromáticos. ALCANOS : São hidrocarbonetos da cadeia aberta que apresentam simples ligações entre átomos de carbono. Exemplo a seguir: RAMIFICAÇOES DOS HIDROCARBONETOS Ramificações ou radicais são grupos de átomos derivados dos hidrocarbonetos pela substi- tuição de um hidrogênio das suas moléculas. Vejamos as ramificações mais importantes. 106 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo III - 3º ano Observação: As quatro primeiras ramificações assemelham-se aos prefixos 1 C - Met, 2 C - ET, 3 C - PROP e 4 C - BUT mais a terminação IL. As ramificações isopropil e isobutil podem ser representadas da seguinte forma: Perceba que os grupos CH3 , presos ao carbono central da ramificação, são iguais. O pre- fixo iso significa igual. Portanto : ISO + PROP + IL Igual Três Final Carbonos do nome Em relação aos hidrogênios H e aos grupos CH3, os dois lados são iguais, daí o uso do prefixo iso. Como a ramificação totaliza quatro carbonos, adota-se o prefixo but. Portanto : ISO + BUT + IL Igual Quatro Final carbonos do nome Na ramificação terc-butil, em forma de cruz, o prefixo terc está associado ao carbono ter- ciário e butil a quatro carbonos da ramificação. Na ramificação sec-butil, podemos associar a substituição de um hidrogênio, ficando um li- gante livre, no carbono secundário do butano. NOMENCLATURA DOS ALC ANOS RAMIFICADOS Segue as regras de IUPAC. Regra 1 : Marcar a cadeia principal, a que apresentar o maior número de carbonos, colo- cando-a dentro de uma moldura. 107 Q U ÍM IC A Módulo III - 3º ano Exemplos MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Regra 2 : Numerar os carbonos da cadeia a partir da extremidade mais próxima de ramifi- cações. 108 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo III - 3º ano Regra 3 : Dar nome à estrutura iniciando pela ramificação, e indicando por número a posição dessa ramificação na cadeia principal. Número e nome da ramificação antecedem o nome do alcano dentro da moldura 2 - metil - pentano (número e nomes devem ser unidos por hífen). Regra 4 : Quando o alcano apresentar mais de uma ramificação essas ramificações deverão ser indicadas pelos prefixos latinos di, tri, tetra, etc. 109 Q U ÍM IC A Módulo III - 3º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Observação : No caso de dúvida quanto ao nome correto de um composto, aplique a regra do menor número, ou seja: a soma dos menores números de qualquer composto indicará o nome correto desse composto. Exemplos 2,2,4 – trimetil – pentano 2,2,4 – trimetil – pentano 2+2+4 = 8 (nome correto) 2+4+4 = 10 (nome correto) ALC ENO S : São hidrocarbonetos que apresentam uma dupla ligação entre dois átomos de carbono. — Nomenclatura - A nomenclatura é feita a partir dos prefixos de números de carbono (met, et, prop, but, etc.), antecedendo o infixo en e finalizando com a letra o. Exemplos H2C CH eteno H2C CH CH3 propeno Quando o alceno apresentar mais de três carbonos, a dupla deverá ser numerada. A nomen- clatura IUPAC recomenda representar o número na frente do nome do alceno, procurando-se usar os menores números, numerando-se sempre a partir da extremidade da cadeia mais próxima da dupla ligação. Nos alcenos ramificados, prevalece a dupla sobre qualquer tipo de ramificação. A extremi- dade mais próxima da dupla será o carbono 1. 4-metil-1-penteno A dupla ligação é mais importante que a ramificação 3-metil-1-buteno 110 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo III - 3º ano ALCADIENOS Esses hidrocarbonetos apresentam duas ligações entre átomos de carbono. A nomenclatu- ra assemelha-se aos alcenos usando-se os prefixos de números de carbono, o infixo adien e a terminação o .Exemplos : Nos alcadienos ramificados as duplas ligações devem receber os menores números. ALCINOS São hidrocarbonetos que possuem uma tripla ligação entre átomos de carbono. A nomen- clatura é feita usando-se o infixo in. Exemplos HC CH etino HC C CH3 propino H3C C C CH3 2-butino 111 Q U ÍM IC A Módulo III - 3º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio A tripla ligação, como nas normas anteriores receberá o menor numero, sendo mais impor- tante que qualquer tipo de ramificação. CICLANOS São hidrocarbonetos de cadeia fechada que apresentam carbonos ligados por simples li- gações. — Nomenclatura : A nomenclatura é feita iniciando-se o nome desses hidrocarbonetos pelo termo ciclo. Para efeito de rapidez da escrita da fórmula estrutural, os ciclanos podem ser representados por figuras geométricas em que cada vértice simboliza um átomo de carbono . 112 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo III - 3º ano CICLENOS São hidrocarbonetos que apresentam uma dupla ligação entre átomos de carbono da cadeia cíclica. A nomenclatura é semelhante aos ciclanos, substituindo-se a terminação ano por eno. HIDROCARBONETOS AROMÁTICOS São hidrocarbonetos de cadeia fechada que apresentam anel benzênico. O hidrocarboneto aromático mais simples dessa subfunção é o benzeno (C6H6). O benzeno é o representante mais simples e mais importante dos hidrocarbonetos aromáticos , possuindo uma grande importância industrial, pois constitui estrutura matéria- prima de varias atual substâncias como fenol, anilina, etc. A nomenclatura oficial é feita antepondo-se o nome da ramificação à palavra ben- zeno. No entanto, muitos hidrocarbonetos aromáticos possuem nomes usuais. Exemplos: 113 Q U ÍM IC A Módulo III - 3º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Quando apresentar duas ramificações podemos usar a nomenclatura dos prefixos orto, meta e para as seguintes posições numéricas: AROMÁTICOS PO LINUCLEARES Alguns derivados do benzeno apresentam dois ou mais anéis benzênicos. Vejamos alguns exemplos: 114 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA- Ensino Médio RAMIFICAÇÕES DERIVADAS DOS AROMÁTICOS Módulo III - 3º ano PETRÓLEO O petróleo (do latim petra = pedra, oleum = óleo) é um líquido oleoso, denso, de coloração geralmente escura, que se formou há milhares de anos a partir da decomposição de restos de animais e vegetais soterrados por rochas sedimentares (rochas porosas constituídas por calcário e areia).A extração do petróleo é feita à semelhança da escavação de po-ços artesianos para obtenção de água, alcançando a camada petrolífera, a pressão de gás, geral- mente existente nessa região, faz com que o petróleo seja jorrado pela Plataforma de petróleo para fora do poço, às vezes de forma violenta. Se a pressão do gás não é suficiente o petróleo é extraí- do mediante injeção de gás ou bombas de sucção. O ARMAZENAMENTO E DESTILAÇÃO : O petróleo obtido dos poços e enviado por bombeamento para grandes depósitos próximos do local, ficando em repouso para decantar a água sal- 115 Q U ÍM IC A Módulo III - 3º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio gada, argila e impurezas existentes. Em seguida é bombeado para tanques de armazenamen- to e enviado por canos especiais (oleodutos) para a refinaria de petróleo. Na refinaria o petróleo é transformado em uma série de derivados por meio de vários processos. Um dos processos é chamado de destilação fracionada. Essa destilação é efetuada em grandes torres ou colunas. Cada fração do petróleo apresenta mistura de inúmeras moléculas que, de acordo com seu tamanho, vão ocupando a coluna de destilação. As molécu- las mais leves ou menores como o gás metano (CH4) e etano(C2H6),por exemplo, ocupam a parte de cima da coluna enquanto as mais pesadas, com muitos átomos se distribuem nos níveis mais baixos da coluna. FENÓIS São compostos que apresentam um ou mais grupos hidroxila (OH) ligados diretamente a anel benzênico . A fórmula geral desses compostos é Ar - OH, em que Ar representa com- posto aromático. Os fenóis são usados como bactericidas (lisol, espadol, creolina) devido ao mecanismo de coagularem proteínas de microorganismos. São também usados na indústria de cosméticos, perfumes, desodorantes, resinas, tintas, vernizes e adesivos. Exemplos 116 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo III - 3º ano A Nomenclatura oficial (IUPAC) para os fenóis é feita a partir do termo hidróxi.O nome fenol é usado com muita freqüência, sendo o composto mais simples dessa função. O fenol, também denominado ácido fênico, é umas substâncias sólidas, cristalinas, de cheiro forte, pouco solúvel em água e solúvel em álcool e éter. Foi utilizado em 1834 a partir da destilação do carvão mineral. Obs. A hidroxila estará sempre no carbono 1. É facultativo indicar 1 hidroxi. 1-hidróxi-2-metil-benzeno 1-hidróxi-4-metil-benzeno 1-hidróxi-3-etil-benzeno ou orto-hidróxi-metil- ou para-hidróxi-metil- ou meta-hidróxi-etil- benzeno benzeno benzeno Perceba que os compostos acima devem ser numerados para facilitar o nome escolhido. A numeração da hidroxila pode ser ausentada. Os prefixos orto, meta e para obedecem à ordem: Alguns fenóis são derivados do naftaleno. Os carbonos desse composto recebem letras gre- gas a (alfa) e b(beta) para indicar ramificação ou grupos ligados a esses carbonos: Por exemplo: 117 Q U ÍM IC A Módulo III - 3º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio ÁLCOOIS São compostos orgânicos que apresentam o grupo funcional hidroxila (-OH) preso a um ou mais carbonos saturados. Nomenclatura é feita trocando-se o final o do nome do hidrocarboneto correspondente pelo sufixo ol. A posição do grupo hidroxila (-OH) deve ser indicada pelo menor numero possível. Exemplos: (Como em funções anteriores, numera-se sempre da extremidade mais próxima do grupo funcional) Alguns álcoois apresentam nomes usuais que são muito conhecidos no comércio e no dia- a-dia. A nomenclatura desses álcoois é feita antepondo-se a palavra álcool seguida da ramifi- cação dos hidrocarbonetos mais a terminação ico . Exemplos: Nomenclatura A nomenclatura usual não atende à maioria dos compostos dessa função; em virtude dessa limitação, adotaremos, em diante, somente a nomenclatura recomendada pela IUPAC. CL AS SIFIC AÇ ÃO DOS ÁLCOOIS Conforme a Posição da Hidroxila 118 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo III - 3º ano • Álcoois primários - possuem sua hidroxila ligada a carbono da extremidade da cadeia. Apresentam o grupo característico - CH2OH. Exemplos • Álcoois secundários - possuem sua hidroxila unida a carbono secundário da cadeia. Apresentam o grupo característico - CHOH. Exemplos • Álcoois terciários - possuem sua hidroxila ligada a carbono terciário. Apresentam o grupo - COH. Exemplos De Acordo com o Número de Hidroxilas • Monoálcoois ou monóis - álcoois que contêm apenas uma hidroxila: 119 Q U ÍM IC A Módulo III - 3º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio • Diálcoois ou dióis - álcoois que possuem duas hidroxilas: • Triálcoois ou trióis - álcoois que apresentam três hidroxilas: Conforme o Tipo da Cadeia: • Álcoois de cadeia aberta - são álcoois cujos carbonos se encontram em posição linear na cadeia: • Álcoois de cadeia cícl ica - são álcoois cujos carbonos ligam-se entre si formando fig- uras geométricas: • Álcoois de cadeia aromática - são álcoois que apresentam o carbono da hidroxila preso ao benzeno: 120 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo III - 3º ano Álcoois de cadeia ramificada – nomenclatura A nomenclatura dos álcoois ramificados é feita de forma semelhante aos hidrocarbonetos ramificados, acompanhando as seguintes etapas: • Marcar com um quadro ou moldura a cadeia principal que deverá ser a mais longa e apre- sentar carbono com hidroxila (—OH). • Numerar a cadeia a partir da ponta mais próxima da hidroxila. Exemplos ALDEÍDOS São compostos orgânicos que se caracterizam pela presença do grupo funcional carbonila - (COH). O ou — C ou então: R — CHO, em que R H A nomenclatura é feita a partir do nome dos hidrocarbonetos finalizando com a terminação al. No entanto, alguns aldeídos apresentam nomes corriqueiros usados na indústria e não recomendados pelas regras da IUPAC. Exemplos O H—C metanal (nome oficial) formol, formaldeído ou aldeído fórmico (usuais) H 121 Q U ÍM IC A Módulo III - 3º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio O H3C — C etanal (oficial) acetaldeído ou aldeído acético (usuais) H O H3 — CH2 — C propanal (oficial) aldeído propiônico (usual) H Aldeídos Ramificados : Para dar nomes, devem-se seguir asetapas: I - Assinalar a cadeia principal com uma moldura II- Numerar a cadeia a partir do carbono do grupo aldoxila que receberá o número 1. III - Iniciar o nome indicando a ramificação ou ramificações. 122 Aldeídos de Cadeias Cícl icas água Algumas Aplicações dos Aldeídos • Metanal - usado em solução aquosa (63% de e 37% de metanal), origina a solução de formalina. ou formol usado em anatomia para conservar cadáveres e peças anatômicas. É também usado na fabricação de desinfetantes (pela sua ação bactericida) e na indústria de plástico e resinas. • Etanal - é matéria-prima na indústria de inseticidas, pesticidas para a lavoura, medicamentos e espelhos comuns. Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo III - 3º ano CETO NAS Cetonas são substâncias orgânicas que apresentam o grupo funcional carbonila ligada a dois átomos de carbono. O || — C - (R — CO — R) Nomenclatura : O nome de uma cetona é formado usando-se os prefixos dos hidrocar- bonetos mais a terminação ona. Exemplos O || H2C — C— CH3 Propanona (conhecida como acetona, líquido usado para tirar o esmalte de unhas ou como solvente de tintas e vernizes.) O || H2C — C — CH2 — CH3 butanoma O || H3C — C— CH2 — CH2 — CH3 1 2 3 4 5 2-pentanona Observação : As cetonas não ramificadas com cinco ou mais carbonos devem ser numeradas. O || H3C — CH2 — C — CH2 — CH2 — CH3 3-hexanona 1 2 3 4 5 6 CETO NAS RAMIFICADAS Nesse caso a cetona deve ser numerada a partir da extremidade da cadeia mais próxima da carboxila. Esse grupo funcional prevalecerá sobre qualquer tipo de ramificação. Para isso, a cadeia deve ser previamente colocada numa moldura e numerada. Vejamos alguns exemplos: 123 Q U ÍM IC A Módulo III - 3º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Algumas cetonas podem apresentar mais de uma carbonila. ou serem cíclicas. Vejamos alguns exemplos: Butanodiona (Ingredientes aromatizantes da margarina, recebendo o nome de biocetila.) ÁCIDOS CARBOXÍLICOS Compostos que apresentam o grupo funcional 124 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo III - 3º ano Exemplo: O nome carboxila provém da união da carbonila com a hidroxila: O carbonila —C OH hidroxila Nomenclatura: ácido hidrocarboneto + óico Designa os ácidos pela palavra ácido seguida do nome do hidrocarboneto adequado mais a terminação óico. Exemplos: Nos ácidos ramificados, recomenda-se assinalar a cadeia principal numerando-a a partir do carbono da carboxila: Certos ácidos apresentam dupla ou tripla ligação. Nesses casos, e quando for preciso, a insaturação deverá ser indicada por número. 125 Q U ÍM IC A Módulo III - 3º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Ácido 2 – butenóico ( O número 2 refere-se à posição da dupla ligação) Ácido 3-etil-4-pentenóico Ácido propinóico ( A tripla ligação não é indicada por número porque há só uma posição para ela, na outra extremidade da cadeia) Ácido propenóico. Alguns ácidos apresentam dois grupos carboxila na extremidade da cadeia ou um grupo carboxila ligado ao benzeno. A nomenclatura desses ácidos é feita da seguinte forma: Ácido butanóidico (ácido oxálico) Ácido etanodióico (ácido oxálico) Ácido benzóico ESTERES São compostos que apresentam a fórmula genérica em que: R e R' são radicais não neces- sariamente iguais. RCOOR ou: 126 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo III - 3º ano Os ésteres são produzidos através de reação da esterificação em que um ácido carboxílico reage com álcool originando éster e água. Vejamos como isso ocorre: A hidroxila do ácido reage com o hidrogênio do álcool para formar água. Com a saída da hidroxila (OH-) do ácido e o cátion hidrogênio H+ do álcool, tem-se: esses dois fragmentos, ou partes das moléculas, vão reagir originando o éster: Exemplos Nomenclatura dos Ésteres : Troca-se a terminação do ácido correspondente por ato e cita- se o nome do radical correspondente ao álcool ou fenol. hidrocarboneto + ato de (prefixo da ramificação) + ila Muitos ésteres apresentam nomes tradicionais ou não oficiais. Esses nomes derivam da nomenclatura usual dos ácidos. 127 Q U ÍM IC A Módulo III - 3º ano Exemplos MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio etanoato de etila (nome IUPAC) acetato de etila (nome oficial) Perceba que o nome etanoato deriva do ácido etanóico e o nome acetato deriva do ácido acéti- co. Outra maneira de denominar ésteres pode ser a partir do nome do ácido correspondente. No entanto, a nomenclatura recomendada é a nomenclatura oficial da lUPAC. Exemplos ÉTERES São compostos que apresentam o grupo funcional - O - entre dois radicais orgânicos. Sendo assim, a fórmula genérica dos éteres é: R - O - R , em que R simboliza um ou mais átomos de carbono. Foi usado na medicina, durante quase um século, como anestésico inalatório. No entanto, está em desuso devido a suas propriedades inflamatórias e explosivas. 128 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo III - 3º ano Nomenclatura Oficial : inicia o nome dos éteres pelo prefixo do menor número de carbonos mais o termo oxi, encerrando pelo nome do hidrocarboneto com maior número de carbonos. prefixo dos hidrocarbonetos + oxi — nome do hidrocarboneto (menor quantidade de C) (maior quantidade de C) Exemplos Nomenclatura Usual : É feita iniciando o nome pela palavra éter e, em seguida, o nome da menor ramificação antecedendo a maior com a terminação ico . Éter (ramificação menor) - (ramificação maior + ico) Exemplos: AMINAS São substâncias orgânicas derivadas teoricamente da amônia (NH3), pela substituição de 1, 2 ou 3 hidrogênios por radicais orgânicos. De acordo com as substituições de hidrogênio, as aminas são classificadas em: 1 - Amina primária : 1 hidrogênio substituído por radical orgânico. 2 - Amina secundária : 2 hidrogênios substituídos por radicais orgânicos. 129 Q U ÍM IC A Módulo III - 3º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio 3 - Amina terciária : 3 hidrogênios substituídos por radicais orgânicos. NOMENCLATURA DAS AMINAS É feita pela ordem de complexidade do radical com menor número de carbonos para o de maior número, finalizando o nome com o termo amina. Exemplos Quando houver um só grupo ou quando os grupos forem idênticos, a nomenclatura será feita da seguinte forma: Quando a estrutura apresentar mais de um grupo - NH2, a cadeia deve ser numerada indi- candoo grupo — NH2 COM o sufixo diamina, triamina, etc. 130 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo III - 3º ano AMIDAS São compostos que apresentam o grupo funcional amida: NOMENCLATURA OFICIAL : deriva do nome do hidrocarboneto correspondente com a terminação amida. Exemplos Todas as amidas acima podem ser classificadas como primarias, pois apresentam um radi- cal orgânico ligado ao nitrogênio do grupo —NH2. No entanto, as amidas também podem ser secundárias e terciárias. Vejamos alguns exemplos: Perceba que nesses compostos a nomenclatura foi feita seguindo a ordem oficial de complexidade, ou seja, do menor para o maior número de carbonos. 131 Q U ÍM IC A Módulo III - 3º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio HALETOS ORGANICOS São compostos que apresentam um ou mais halogênios (F, Cl, Br ou I) ligados a carbono de um hidrocarboneto. A fórmula geral dos haletos orgânicos é R - X , em que R representa um átomo de carbono e X representa F, Cl, Br ou I. NOMENCLATURA OFICIAL : recomenda citar o nome do halogênio e em seguida o nome do hidrocarboneto nome do halogênio + nome do hidrocarboneto Nome do halogênio + nome do hidrocarboreto Exemplos Havendo mais de um halogênio no composto deve-se numerar a cadeia de tal forma que os halogênios receba os menores números possíveis e usar os prefixos mono, di, tri, etc. Exemplos Se a cadeia apresentar um só halogênio e for ramificada, a numeração dará preferência ao halogênio, ficando este com números menores. 132 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Módulo III - 3º ano NOMENCLATURA U SUAL : escreve-se o nome do halogênio com a terminação eto mais a preposição de, finalizando com o nome da ramificação mais a terminação ila. halogêneo + eto de ramificação + ila Exemplos Exercícios de Fixação: 1 – Qual a substância que misturada com a gasolina aumenta o seu desempenho ? _______________________ 2 – “ O uso desordenado da queima de combustíveis fósseis libera CO, causando transtornos ao meio ambiente e favorecendo o aumento da temperatura no planeta “. Como denominamos este fenômeno?___________________ 3 – “ A chuva ácida provoca a destruição das vegetações. Ela é provocada pela liberação de substâncias na atmosfera pelas indústrias e refinarias” ... Qual a substância química respon- sável por este fenômeno?___________ 133 Q U ÍM IC A Módulo III - 3º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio 4 - “A emissão de CFCs de aerossóis e ar condicionado destrói a camada de ozônio que nos protege da radiação solar, funcionando como um filtro.A destruição desta camada na atmosfera provoca danos a nossa saúde,como por exemplo o aparecimento de ______________________________ e_______________________________. 5 – A utilização de filtros nas indústrias e catalisadores nos automóveis seria uma forma de diminuir que tipo de poluição?___________________ 6-“ Como chamamos as soluções que contêm a máxima quantidade de soluto dissolvida em um volume fixo de solvente. ? ___________________ 7- É formada por um ou mais solutos dissolvidos em um solvente” . Este conceito se re- fere a: a) diluição b) substância simples c) solução d) dispersante 8– O que estamos realizando ao adicionarmos solvente até a proporção desejada em uma solução a fim de obter menos concentração?_____________________________ 9 – Na química orgânica qual o elemnto químico importante que compõe o petróleo e com- bustíveis fósseis? ____ 10– Qual das ligações abaixo representa uma ligação dupla?: a) b) c) d) 11– Qual é a fómula molecular da estrutura ao lado: __________________________ 134 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio 12 – De a nomenclatrura das estruturas abaixo: a) Módulo III - 3º ano b) c) 13 - Qual o ítem abaixo representa um etano? a) b) c) 14 – Determine a represntação das ramificações dos hidrocarbonetos abaixo: a) metil; b) etil; c) propil; d) butil 15 –Represente um alcadieno: 135 Q U ÍM IC A Módulo III - 3º ano MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio 16 – “ A creolina e o lisol são compostos aromáticos usados como bactericidas, pois atuam como coaguladores de proteínas dos microorganismos”... Tal substância é representada pelos: a) Fenóis; b ) Alcanos c) Alcenos;; d) Alcadienos 8 – À posição da ramificação ou grupo ligado do tipo PARA do anel benzênico está melhor representado na alternativa: a) b) c) d) 18 – Determine as funções orgânicas das fórmulas estruturais abaixo: a) b) 136 Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio c) Módulo III - 3º ano d) 19– A estrutura funcional a seguir representa respectivamente: a) um aldeído; b) uma acetona; c) um ácido carboxílico; d) um álcool 20 - Determine os nomes das fórmulas estruturais : a) b) c) 21 – Determine nos benzênos abaixo os prefixos utilizados de acordo com a posição de suas ramificações: a) b) c) 137 Q U ÍM IC A Módulo III - 3º ano GABARITO 1 – chumbo 2 – efeito estufa 3 - ácido sulfúrico 4 – câncer de pele e catarata 5 – gasosa (do ar) 6 – solução saturada 7 – c – solução 8 – diluição das soluções 9 – carbono 10 – b 11 – CH4 12 – a) butano b) propano c) benzeno 13 – Qual o item abaixo que representa um etano: c 14 – a) CH3 metil b) –CH2 – CH3 etil c) – CH2 – CH2 – CH3 propril d) – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 butil 15 – H2C = C =CH2 (dupla ligação) 16 – a 17 – c 18 – a) álcool b) cetona c) álcool d) álcool 19 – c 138 MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio Q U ÍM IC A MÓDULO QUÍMICA - Ensino Médio 20 – a) metano b) eteno c) etino 21 a) orto b) para c) meta Módulo III - 3º ano 139