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Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz I Versão em pdf apostila de química geral Organizado por: Armando Tayob Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz II ÍNDICE GERAL 1. ESTRUTURA DA MATÉRIA ......................................................................................................... 1 1.1. Átomos, Iões e Moléculas ................................................................................................. 1 1.2. Evolução da Teoria Atómica ............................................................................................ 2 1.3. Radioactividade ................................................................................................................. 5 1.4. Estados de agregação da matéria ................................................................................ 5 1.5. Mudanças de estados físicos ........................................................................................... 6 1.6. Ordem de previsão de Temperaturas de Fusão e Ebulição ....................................... 7 1.7. Características dos estados de agregação .................................................................. 8 2. SUBSTÂNCIAS PURA E MISTURAS ................................................................................................ 9 2.1. Substâncias puras: Definição, Classificação e Alotropia ............................................. 9 2.2. Propriedades das substâncias ........................................................................................ 10 2.3. Misturas .............................................................................................................................. 11 2.4. Diferenças entre composto e mistura ........................................................................... 14 EXERCÍCIOS ....................................................................................................................................... 15 3. TABELA PERIÓDICA ................................................................................................................... 26 3. 1. Características da Tabela ............................................................................................... 26 3. 2. Distribuição Electrónica e Posição no Quadro Periódico .......................................... 26 3.2.1. Estrutura atómica camadas ......................................................................................... 26 3.2.2. Características do Átomo ............................................................................................. 26 3.2.3. Isótopos ............................................................................................................................ 27 3. 3. Teoria de Bohr ................................................................................................................... 27 3. 4. Mecânica Quântica ........................................................................................................ 30 3.4.1. Teoria de Orbitais Atómicas ......................................................................................... 30 3.4.2. Diagrama de Linus Pauling ........................................................................................... 30 3. 5. Transições electrónicas ................................................................................................... 32 3. 6. Tendência à estabilidade .............................................................................................. 32 3.6.1. Formação de iões .......................................................................................................... 32 3. 7. Propriedades dos Metais ................................................................................................. 33 3. 8. Propriedades Periódicas ................................................................................................. 34 3.8.1. Raio Atómico .................................................................................................................. 34 3.8.2. Raio Iónico ..................................................................................................................... 35 3.8.3. Carácter Metálico (e Carácter Ametálico) ............................................................... 35 3.8.4. Electronegatividade (ε) ................................................................................................. 35 3.8.5. Energia de Ionização .................................................................................................... 36 EXERCÍCIOS ....................................................................................................................................... 37 4. LIGAÇÃO QUÍMICA .................................................................................................................. 52 4. 1. Tipos de Ligação .......................................................................................................... 52 4.1.1. Ligações Intermoleculares ............................................................................................ 52 4.1.2. Ligações Intramoleculares ............................................................................................ 53 5. REACÇÕES QUÍMICAS.............................................................................................................. 60 5.1. Reacção de Síntese (Formação) .................................................................................. 60 5.2. Reacção de Combustão ................................................................................................ 60 5.2.1. Combustão de Substâncias Simples ........................................................................... 60 5.2.2. Combustão de Compostos .......................................................................................... 60 5.3. Reacção de Decomposição ......................................................................................... 61 5.3.1. Termólise .......................................................................................................................... 61 5.3.2. Electrólise ......................................................................................................................... 61 5.3.3. Hidrólise ............................................................................................................................ 61 Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz III 5.3.4. Fotólise ............................................................................................................................. 62 5.4. Dissociação e Ionização ................................................................................................. 62 5.4.1. Dissociação dos ácidos ................................................................................................ 63 5.4.2. Ionização dos ácidos..................................................................................................... 63 5.5. Solubilidade dos compostosiónicos em água ............................................................ 63 5.6. Obtenção dos ácidos ..................................................................................................... 64 5.7. Síntese das Bases .............................................................................................................. 65 5.8. Reacção de Substituição ............................................................................................... 65 5.9. Reacção de Neutralização ............................................................................................ 65 5.10. Reacções de Precipitação......................................................................................... 66 6. ESTEQUIOMETRIA ....................................................................................................................... 67 6. 1. Conceito de Mole ............................................................................................................ 67 6.1.1. Conversão de mole – grama ....................................................................................... 67 6.1.2. Estequiometria em mole/massa .................................................................................. 68 6.1.3. Volume molar. A lei de Avogadro ............................................................................... 69 6.1.4. Estequiometria em volume ........................................................................................... 70 6. 2. Reagente limitante e Reagente em Excesso ............................................................... 70 6. 3. Conceito de Percentagem ............................................................................................ 71 6.3.1. Composição Centesimal (percentual) ....................................................................... 71 6. 4. Pureza dos Reagentes ..................................................................................................... 72 6.4.1. Estequeometria que envolve reagentes não puros ................................................. 72 6. 5. Conceito de Rendimento ou Grau de Conversão ..................................................... 72 EXERCÍCIOS ....................................................................................................................................... 74 7. TERMOQUÍMICA ........................................................................................................................ 86 7. 1. Introdução ..................................................................................................................... 86 7. 2. Teoria Cinética (Teoria das Colisões) ........................................................................ 87 7. 3. Gráfico de Entalpia ...................................................................................................... 87 7. 4. Equação Termoquímica .............................................................................................. 88 7.4.1. Reacção Endotérmica .................................................................................................. 88 7.4.2. Reacção Exotérmica ..................................................................................................... 88 7. 5. Tipos de Calor (Variação de Entalpia) ..................................................................... 89 7.5.1. Entalpia de Formação (ΔHº formação) ............................................................................ 89 7.5.2. Entalpia de Decomposição (ΔHºdecomp) ..................................................................... 90 7.5.3. Entalpia de Ligação (ΔHºlig).......................................................................................... 90 7.5.4. Entalpia de Dissociação (ΔHºdissoc) .............................................................................. 90 7.5.5. Entalpia de Combustão (ΔHºcomb) ............................................................................... 90 7. 6. Cálculo de ΔHº Reacção(ΔHºR) ................................................................................. 90 7. 7. Estequiometria Envolvendo Calor das Reacções ................................................... 91 7. 8. Lei de Hess (1840) ......................................................................................................... 91 7.8.1. Regras de manipulação de equações termoquímicas........................................... 92 EXERCÍCIOS ....................................................................................................................................... 94 8. CINÉTICA QUÍMICA ................................................................................................................. 101 8. 1. Introdução ....................................................................................................................... 101 8. 2. Factores que Influenciam a velocidade da reacção química .............................. 101 8.2.1. Natureza dos reagentes .............................................................................................. 101 8.2.2. Superfície de contacto (estado de divisão dos reagentes) ................................. 102 8.2.3. Temperatura ................................................................................................................. 102 8.2.4. Concentração dos reagentes ................................................................................... 102 8.2.5. Pressão e/ou Volume ................................................................................................... 102 8.2.6. Catalisador .................................................................................................................... 103 Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz IV 8.2.7. Luz .................................................................................................................................. 103 8. 3. Definição da Velocidade ............................................................................................. 104 8.3.1. Velocidade média ( Vmed) .......................................................................................... 104 8.3.2. Velocidade instantânea (V) ....................................................................................... 104 EXERCÍCIOS ..................................................................................................................................... 106 9. EQUILÍBRIO QUÍMICO ............................................................................................................. 111 9. 1. Reversibilidade ................................................................................................................ 111 9. 2. Reversibilidade e Equilíbrio químico ............................................................................ 111 9. 3. Deslocamento do equilíbrio ......................................................................................... 112 9.3.1. Princípio de Le Chatelier ............................................................................................. 112 9. 4. Factores que Influenciam o estado de equilíbrio químico ...................................... 112 9.4.1. Influência da Temperatura ......................................................................................... 112 9.4.2. Influência da concentração ..................................................................................... 113 9.4.3. Influência da pressão ou do volume .......................................................................113 9. 5. Constante de Equilíbrio ................................................................................................. 113 9. 6. Soluções electrolíticas ................................................................................................... 114 9. 7. Grau de ionização (α) ................................................................................................... 115 EXERCÍCIOS ..................................................................................................................................... 116 10. POTENCIAL DE HIDROGÉNIO (pH) .................................................................................... 127 10.1. Conceito de Ácido e de Base ................................................................................. 127 10.1.1. Definição de Arrhenius .............................................................................................. 127 10.1.2. Definição de Bronsted-Lowry ................................................................................... 127 10.2. Anfólito ou Partícula Anfotérica ............................................................................... 128 10.3. Par Conjugado Ácido-Base ...................................................................................... 128 10.4. Autoprotólise da Água (Kw) .................................................................................... 128 10.5. Definição de pH ......................................................................................................... 129 10.6. Hidrólise ........................................................................................................................ 129 10.7. Cálculo de pH de um ácido forte/base forte ...................................................... 130 10.8. Cálculo de pH de um ácido monoprótico fraco / monobase .......................... 131 10.9. Cálculo de pH de uma base/ácido diprótico fraco ............................................ 131 10.10. Solução-Tampão ........................................................................................................ 133 EXERCÍCIOS ..................................................................................................................................... 135 11. SOLUBILIDADE ...................................................................................................................... 141 11.1. Factores que influenciam a solubilidade ............................................................... 141 11.1. Produto da Solubilidade (Ks) ou Constante do Produto de Solubilidade (Kps) 141 11.2. Produto Iónico (PI) ...................................................................................................... 142 11.3. Lei de diluição de Ostwald ....................................................................................... 142 EXERCÍCIOS ..................................................................................................................................... 143 12. ELECTROQUÍMICA ............................................................................................................... 154 12.1. Reacção redox ........................................................................................................... 154 12.1.1. Oxidantes e redutores ............................................................................................... 154 12.1.2. Regras de determinação do nox ............................................................................ 154 12.2. Oxidação e Redução................................................................................................ 155 12.3. Células Galvânicas .................................................................................................... 155 12.3.1. Pilha de Daniel ............................................................................................................ 155 12.4. Células Electrolíticas ................................................................................................... 156 12.4.1. Electrólise ..................................................................................................................... 157 EXERCÍCIOS ..................................................................................................................................... 159 13. FUNÇÕES ORGÂNICAS ...................................................................................................... 168 13.1. Radicais Derivados dos Alcanos .............................................................................. 169 Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz V 13.2. Hidrocarbonetos Acíclicos ........................................................................................ 170 13.2.1. Alcanos ou Parafinas ............................................................................................. 170 13.2.2. Alcenos, Alquenos ou Olefinas ............................................................................. 171 13.2.3. Alcinos ou Alquinos ................................................................................................ 171 13.3. Hidrocarbonetos Cíclicos .......................................................................................... 172 13.3.1. Ciclanos, Cicloalcanos ou Cicloparafinas ......................................................... 172 13.3.2. Ciclenos ou Cicloalcenos ..................................................................................... 172 13.3.3. Aromáticos .............................................................................................................. 173 13.4. Nomenclatura de Hidrocarbonetos Ramificados ................................................. 173 13.4.1. Hidrocarbonetos de Cadeia Aberta ................................................................... 173 13.4.2. Hidrocarbonetos de Cadeia Fechada ............................................................... 175 13.4.3. Hidrocarbonetos Aromáticos ............................................................................... 176 13.5. Haletos Orgânicos ...................................................................................................... 177 13.5.1. Nomenclatura Oficial dos Haletos ....................................................................... 177 13.5.2. Nomenclatura Usual dos Haletos ......................................................................... 179 13.5.3. Classificação dos Haletos Orgânicos .................................................................. 179 13.6. Álcoois .......................................................................................................................... 180 13.6.1. Nomenclatura oficial dos álcoois ........................................................................ 180 13.6.2. Nomenclatura Usual dos Álcoois ......................................................................... 181 13.6.3. Nomenclatura de Kolbe........................................................................................ 181 13.6.4. Classificação dos Álcoois...................................................................................... 182 13.6.5. Enol ........................................................................................................................... 182 13.7. Fenóis ............................................................................................................................ 182 13.8. Éteres ............................................................................................................................183 13.8.1. Nomenclatura Oficial dos Éteres ......................................................................... 183 13.8.2. Nomenclatura Usual dos Éteres ........................................................................... 184 13.8.3. Classificação dos Éteres ........................................................................................ 184 13.9. Aldeídos ....................................................................................................................... 184 13.9.1. Nomenclatura oficial dos aldeídos ..................................................................... 185 13.9.2. Nomenclatura usual dos aldeídos ....................................................................... 185 13.10. Cetonas ....................................................................................................................... 186 13.10.1. Nomenclatura Oficial das Cetonas ................................................................. 186 13.10.2. Nomenclatura usual das cetonas ................................................................... 187 13.10.3. Classificação das cetonas ................................................................................ 187 13.11. Ácidos carboxílicos .................................................................................................... 188 13.11.1. Nomenclatura oficial dos ácidos carboxílicos ............................................... 188 13.11.2. Nomenclatura usual dos ácidos carboxílicos ................................................ 188 13.12. Ésteres ........................................................................................................................... 189 13.12.1. Nomenclatura Oficial dos Ésteres .................................................................... 189 13.12.2. Nomenclatura Usual dos Ésteres ...................................................................... 190 13.13. Sais orgânicos ............................................................................................................. 191 13.13.1. Nomenclatura oficial dos sais orgânicos ........................................................ 192 13.13.2. Nomenclatura usual dos sais orgânicos ......................................................... 193 13.14. Anidridos ...................................................................................................................... 193 13.14.1. Nomenclatura oficial dos anidridos ................................................................ 194 13.14.2. Nomenclatura usual dos anidridos .................................................................. 194 13.15. Haleto de Acila ........................................................................................................... 195 13.15.1. Nomenclatura oficial dos haletos de acila .................................................... 195 13.15.2. Nomenclatura usual dos haletos de acila ..................................................... 196 13.16. Aminas ......................................................................................................................... 196 Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz VI 13.16.1. Classificação das Aminas ................................................................................. 197 13.16.2. Nomenclatura Oficial de Aminas Simples ...................................................... 197 13.16.3. Nomenclatura de Aminas Complexas............................................................ 197 13.17. Amidas ......................................................................................................................... 198 13.17.1. Nomenclatura oficial das amidas ................................................................... 198 13.17.2. Nomenclatura Usual das Amidas ..................................................................... 199 13.18. Nitrocompostos ........................................................................................................... 200 13.18.1. Nomenclatura oficial dos nitrocompostos ..................................................... 200 13.19. Nitrilas ........................................................................................................................... 200 13.19.1. Nomenclatura oficial das nitrilas ...................................................................... 200 13.19.2. Nomenclatura usual das nitrilas ....................................................................... 201 13.20. Compostos de Funções Mistas ................................................................................. 201 EXERCÍCIOS ..................................................................................................................................... 204 Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 1 1. ESTRUTURA DA MATÉRIA Matéria é tudo que tem massa e ocupa espaço. Tudo o que nos rodeia e que cria sensação nos nossos sentidos é matéria. Ex: ar, cadeira, caderno, etc Na natureza, a matéria encontra-se em duas formas, como mostra o esquema seguinte: - simples (elementos) Ex: N2, C (diamante ou grafite), P4. - Substâncias - compostas (compostos) Ex: H2O (água), C6H12O6 (açúcar). Matéria - Homogéneas Ex: Sal de cozinha e água (NaCl+H2O). - Misturas - Heterogéneas Ex: Areia+Água, Óleo de cozinha+água. 1.1. Átomos, Iões e Moléculas Ao dividir a matéria em partículas cada vez menores, a última partícula a ser encontrada pode ser um átomo, se a matéria é uma substância molecular, ou pode ser um ião, se a matéria é uma substância iónica ou metálica. As substância iónicas são sais ou compostos contendo, pelo menos, um metal e um ametal. Ex: BaO, NaCl. As substâncias moleculares são formadas por ligações covalentes e compostos por ametais. Ex: H2O, NH3, CH4. Pergunta 1: Que diferença existe entre átomos e ião? Átomos são partículas electricamente neutras, isto é, têm o mesmo número de partículas negativas (electrões) e positivas (protões). Os iões são partículas com carga eléctrica positiva (catiões) ou negativa (aniões). O ião de um elemento tem mais electrões do que o átomo desse elemento (anião), ou ainda menos electrões que o átomo desse elemento (catião). 11p+ 11e- 11p+ 10e- 13p+ 10e- 17p+ 18e- Na Na+ Al3+ Cl- Átomo catião catião anião Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 2 Moléculas - são agregados de átomos, isto é, átomos ligados quimicamente entre si. Uma molécula contém pelo menos dois átomos. Conforme o número de átomos constituintes existem vários tipos de moléculas: Moléculas diatómicas – são constituídas por dois (2) átomos. Ex: H2, F2, Cl2, Br2, I2, N2, O2, CO, NO Moléculas triatómicas – são compostas por três (3) átomos. Ex: O3, H2O, NO2 Moléculas tetratómicas – são compostas por quatro (4) átomos. Ex: NH3, C2H2, PH3, P4, ... Moléculas octatómicas – são compostas por oito (8) átomos. Ex: S8, CH3CH3 Também existem outros tipos de moléculas, p.ex: pentatómicas, hexatómicas, etc, globalmente chamadas poliatómicas. Pergunta 2: Há alguma diferença ao escrever P4 ou P? P – é símbolo químico do elemento fósforo. Representa um átomo de fósforo. P4 – fórmula química de fósforo. Representa uma molécula do elemento fósforo. O índice 4 indica que cada molécula de fósforo contém 4 átomos, i.é, 4 átomos de fósforo combinam, por ligação covalente, para formar uma molécula de fósforo. 1.2. Evolução da Teoria Atómica Após várias e fortes discussões entre os filósofos gregos sobre até que ponto a matéria podia ser dividida, o cientista inglês Dalton foi o primeiro a propor uma teoria atómica. Fundamentalmente, Dalton defendeu que o átomo é uma partícula indivisível, e que essa partícula é a menor que constitui a matéria. Porém, a descoberta da radioactividade mostrou que os átomos podem ser divididos, pois podem sofrer destruição. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 3 Então, Rutherford propôs um modelo segundo o qual: os átomos são esferas contendo um núcleo e camadas em redor desse núcleo. No núcleo existem protões (p+) e neutrões (n), enquanto que nas camadas (externas) encontram-se electrões (e-) em movimento circular. O átomo de hidrogénio é o único átomo que não tem neutrão (partícula sem carga eléctrica) no núcleo. Num átomo, o número de electrões (partículas negativas) é igual ao número de protões (partículas positivas). Por isso, um átomo é electricamente neutro. O modelo de Rutherford apresentou pelo menos uma lacuna: não conseguia explicar porquê os electrões não são atraídos pelo núcleo, sabido que possuem cargas de sinais contrários. Foi assim que Bohr defendeu o modelo de Rutherford. Mas para tal teve de acrescentar algo aos postulados de Rutherford. A teoria de Bohr dizia que: Os electrões movem-se em redor do núcleo em órbitas circulares e somente certas órbitas são permitidas. O electrão quando está numa órbita não perde e nem ganha energia por si só. Para um electrão passar de uma órbita permitida para outra externa é preciso fornecer energia (ex: de K para L, ou de L para M, na figura a seguir) e para passar de uma órbita permitida para outra interna tem de perder energia (Ex: de L para K, ou de M para L, na figura a seguir). N No máximo, os átomos dos elementos conhecidos até agora tem sete (7) órbitas ou camadas. os electrões numa mesma camada têm a mesma energia, mas electrões em camadas diferentes têm energias diferentes. Como nenhum electrão pode sair de uma M L K p+ n Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 4 camada sem perder ou ganhar energia, então fica resolvida a lacuna do modelo de Rutherford. Mas o modelo de Bohr também apresentou algumas limitações, pois Bohr tratou o electrão apenas como uma partícula, mas ficou provado posteriormente que o electrão também se comporta como uma onda, pelo que devia ser tratado como onda e partícula simultaneamente. Esta limitação foi ultrapassada ao se adoptar o modelo atómico baseado na mecânica quântica. A mecânica quântica começou por definir uma orbital como uma região do espaço onde há maior probabilidade de se localizar um electrão. Para a mecânica quântica, um nível de energia (n) é constituído por subníveis (orbitais): s, p, d e f. Essas orbitais têm energias que crescem como se ilustra no diagrama: E f d p Es < Ep < Ed < Ef s Em cada nível energético existe uma única orbital s. A partir do segundo nível energético aparecem orbitais p. Estas formam um conjunto de três em cada nível. As orbitais d são cinco, e aparecem a partir do nível n = 3. A partir de n = 4 aparecem orbitais f, que formam um conjunto de sete orbitais. s p d f De acordo com o princípio de exclusão de Pauli, em cada orbital encontram-se, no máximo, dois electrões. Estes dois electrões encontram-se orientados em posições opostas de forma que a energia total seja mínima. Isto é o que diz o princípio de energia mínima. No preenchimento de orbitais do mesmo subnível, primeiro ocupa-se orbitais vazias, ou seja, cada electrão ocupa uma orbital e só depois é que começa o emparelhamento de electrões em orbitais do mesmo subnível. Isto constitui a Regra de Hund. Ex: ↑↓ ↑ ↑ Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 5 1.3. Radioactividade Radioactividade é o fenómeno de emissão expontânea de pequenas partículas e de radiação electromagnética por átomos instáveis a fim de se tornarem relativamente estáveis. A tabela a seguir apresenta as partículas constituintes dos núcleos e os tipos de radiação emitidas quando ocorre a desintegração ou decaimento radioactivo. Partícula Protão Neutrão Alfa () Beta (β) Gama () Positrão (β+ ) Carga 1 0 2 -1 0 1 Massa 1 1 4 0 0 0 Simbolo 1H1 ; 1p1 0n1 2He4 ; 24 -1e0 ; -1β0 00 1e0 ; 1β0 Para descrever os decaimentos radioactivos usam-se equações nucleares. Tal como qualquer equação química, uma equação nuclear deve ser acertada. A soma dos números de massa deve ser igual nos dois membros. A soma dos números atómicos também deve ser igual nos dois membros. Exemplos: A desintegração alfa do nuclídeo 92U238 é traduzida pela equação: 92U238 → 90Th234 + 2He4 A captura electrónica pelo nuclido 22Ti44 é traduzida pela equação: 22Ti44 + -1e0 → 21Sc44 Um nuclídeo é um núcleo de um dado isótopo. Isótopos são átomos de um mesmo elemento com diferentes números de massa. Número de massa é número de partículas que se encontram no núcleo (protões e neutrões). 1.4. Estados de agregação da matéria A matéria encontra-se em três estados físicos: sólido, líquido e gasoso. Dependendo da temperatura considerada, uma mesma substância pode estar nestes três estados de agregação. Isto quer dizer que cada estado físico da matéria pode passar para outros dois. Ex: a água, dependendo da temperatura pode estar no: Estado Sólido Líquido Gasoso PF PE Temperatura 0oC100 oC 273 K 373 K Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 6 A temperatura em graus Kelvin é designada temperatura absoluta. A relação entre a temperatura em Kelvin e em Celsius é: T (K) = t (oC) + 273,15 Ex: 25oC corresponde a 298K 1.5. Mudanças de estados físicos 5 1 3 2 4 6 Legenda 1. Fusão(ex: gelo – água) 2. Solidificação (congelação) (ex: água – gelo) 3. Vaporização ((ebulição) (água – vapor) 4. Condensação (ex: vapor de água – água líquida) 5. Sublimação Progressiva (naftalina – vapor) 6. Sublimação Regressiva (ex: vapor – gelo) Ao aquecer uma substância ocorrem as seguintes transformações: T G 5 L + G Teb 4 L 3 S + L Tf 2 S 1 calor Q Sólido Líquido Gás Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 7 Nas etapas 1, 3 e 5, o calor fornecido serve para aumentar a energia cinética. Nas etapas 2 e 4, o calor fornecido serve para quebrar as forças entre as partículas. A temperatura (T) mantém-se constante até concluir-se a mudança de estado físico. Ponto de fusão é a temperatura na qual a matéria passa do estado sólido para líquido ou inversamente. É temperatura da etapa 2. É também designada temperatura de solidificação. Ponto de ebulição é a temperatura em que a matéria passa de líquido a gás ou inversamente. É temperatura da etapa 4. 1.6. Ordem de previsão de Temperaturas de Fusão e Ebulição Maior massa molecular implica ponto de fusão e ebulição elevados. A formação de pontos de hidrogénio aumenta o ponto de fusão e de ebulição. A ramificação diminui os pontos de fusão e de ebulição. Prioridades 1. Tipo de compostos (iónico/molecular). 2. Formação de pontes de H2. 3. Polaridade molecular 4. Massa molecular 5. Ramificação (geralmente para os compostos orgânicos) Os compostos que formam pontes de H2 são aqueles que tem hidrogénio ligado directamente a um átomo muito electronegativo, nomeadamente o N, O ou F. Exemplo: NH3, H2O, HF, R-OH, R-NH2, R C O OH R C O NH2 , Exemplo: CH3 CH3-CH2-CH2-CH3 CH3-CH-CH3 T2 T1 < T2 Devido à Ramificação T1 CH-OH CH3-CH2-OH CH-OH Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 8 Ta Tb Ta > Tb Devido a dupla possibilidade de formar pontes de H2 1.7. Características dos estados de agregação Estado Sólido As forças de atracção são relativamente maiores; As partículas estão em posições bem fixas; Tem forma fixa e volume constante; Movimentos das partículas: apenas rotação e vibração; As distâncias entre as partículas são relativamente menores. Estado Líquido As forças de atracção são relativamente menores que nos sólidos; As partículas podem deslocar-se, não estão fixas; Não tem forma fixa (ganha a forma da parte do recipiente que ocupa); Tem volume constante; Movimentos das partículas: vibração, rotação e translação. As distâncias entre as partículas são maiores que nos sólidos. Estado Gasoso As forças de atracção são muito menores (mínimas); As partículas movimentam-se livremente, ocupando todo o volume disponível; Não tem forma fixa, ganha a forma do recipiente; O volume também é variável. Pode-se comprimir ou expandir; Movimentos das partículas: vibração, rotação e translação; As distâncias entre as partículas são máximas; Movimento de Rotação é um movimento da partícula em torno do seu centro de simetria. Movimento de Vibração é um movimento oscilatório, durante o qual as ligações entre os partículas prolongam-se e encurtam-se. Movimento de Translação é um movimento que consiste no deslocamento da partícula. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 9 2. SUBSTÂNCIAS PURA E MISTURAS 2.1. Substâncias puras: Definição, Classificação e Alotropia Substância pura, ou simplesmente substância, é uma forma de matéria com composição fixa e propriedades (características) definidas. Isto quer dizer que uma substância é constituída sempre pelos mesmos átomos. Esses átomos estão sempre na mesma quantidade. Por isso, as características de uma substância não mudam. Assim, as substâncias podem ser: a) Substâncias simples elementares – são as que se podem encontrar na natureza sob forma monoatómica. Ex: Zn, C, Sr, Al. b) Substâncias simples compostas - são as que se podem encontrar na natureza sob forma de dois ou mais átomos iguais. Ex: H2, O2, O3, N2, P4, S8, F2, Cl2. Há elementos que se encontram em formas diferentes, chamam-se variedades alotrópicas. São substâncias simples constituídas pelo mesmo tipo de átomos, mas em quantidades diferentes. Em alguns casos, até nas mesmas quantidades, mas com propriedades físicas diferentes. Este fenómeno designa-se alotropia. Ex: P O C P4 P O2 O3 C C Fósforo Fósforo Oxigénio Ozono Grafite Diamante Branco VermelhoSubstâncias compostas ou compostos - constituídas por dois ou mais elementos. Portanto, contém pelo menos dois tipos de átomos. Ex: CO2, H2O, CaCO3, C12H22O11, Ag(NH3)2Cl. Existem apenas 10 substâncias simples moleculares (H2, N2, O2, O3, P4, S8, F2, Cl2, Br2 e I2). Quanto à natureza da sua estrutura, os compostos podem ser iónicos ou moleculares. Compostos iónicos 1. Todos os compostos que têm metal na sua estrutura. 2. Todos os sais. Se o composto não apresenta os casos (1) e (2), então, trata-se de composto molecular. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 10 Propriedades: geralmente todos os compostos iónicos apresentam uma estrutura sólida, dura, elevados pontos de fusão e ebulição, são solúveis em solventes polares (p.ex. água), conduzem corrente eléctrica no estado fundido (líquido) ou em solventes polares, mas nunca no estado sólido, pois não há movimento de iões. Exemplo: classifique-os em iónicos (I) e moleculares (M). 1. NH3 2. Al(HCO3)3 3. NH4Cl 4. H2O 5. B2O3 6. Ag2O 7. CaO 8. H2SO4 9. C6H6 10. SO3 11. BeO 12. SF6 13. XeF6 1, 4, 5, 8, 9, 10 e 12 são moleculares e os restantes são iónicos. Como as substâncias simples e compostas têm sempre uma composição fixa, elas são representadas por fórmulas químicas. Ex: H2, H2O, CaO. 2.2. Propriedades das substâncias Como uma substância tem sempre o mesmo tipo e a mesma quantidade de átomos, as suas propriedades são sempre as mesmas. Assim, as substâncias podem ser identificadas a partir dessas suas propriedades que são imutáveis. Essas propriedades podem ser físicas ou químicas. As propriedades físicas são as que podem ser detectadas sem que a substância seja transformada em outra. Dentro destas, também, podemos distinguir as organolépticas. Ex: cor; cheiro; densidade; ponto de fusão (PF); ponto de ebulição (PE). Propriedades químicas são aquelas que correspondem a transformação da substância em outra(s). As propriedades químicas estão relacionadas com as reacções químicas. Ex: combustibilidade ou comburência (é propriedade de substância que arde) Para identificar uma substância não basta conhecer uma única propriedade: é necessário conhecer o maior número de propriedades. Dizer que uma substância é incolor, não nos leva a concluir que essa substância é água, pois há várias substâncias incolores. Para identificar a água pura, temos que encontrar um líquido incolor, inodoro, insípido, que não conduz corrente eléctrica, com densidade = 1g/cm3, PF = 0oC, PE = 100oC. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 11 Sempre que quiser saber o estado de congregação de uma substância a certa temperatura (Tx), deve comparar essa temperatura com o ponto de fusão (Pf) e ponto de ebulição (Peb) dessa substância. Se Tx < Pf < Peb a substância está no estado sólido; Se Pf < Tx < Peb a substância está no estado líquido; Se Pf < Peb < Tx a substância está no estado gasoso. Temperatura absoluta (Kelvin) Exercício: indicar os estados de agregação das substâncias abaixo à temperatura ambiente (25 oC). Composto Pf (K) P.eb (K) estado à temp. ambiente 25 + 273 = 298 K Bromo 266 371 Líquido Sulfureto de Hidrogénio 188 213 Gasoso Ácido benzóico 395 522 Sólido 2.3. Misturas As misturas são formas da matéria cuja composição pode variar. As propriedades de uma mistura dependem da composição. Uma mistura é constituída por substâncias. As misturas podem ser homogéneas ou heterogéneas. São Misturas Homogéneas as que têm a mesma aparência em todo o seu volume. Isto acontece quando a composição e as propriedades em cada ponto de uma mistura são as mesmas. Exemplo: água e sal, água e açúcar, gin, cerveja. Misturas Heterogéneas são as que não têm a mesma composição, nem as mesmas propriedades em cada ponto da mistura. Por isso, tem aparência diferente em diferentes pontos do seu volume. Exemplo: água e areia, salada, sopa. 2.3.1. Métodos de separação de misturas ou processos de análise imediata T (K) = t (oC) + 273,15 Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 12 As misturas, diferentemente das substâncias, podem ser separadas nos seus componentes através de processos físicos. Esses meios físicos são conhecidos como métodos de separação de misturas. Destacam-se: 1. Peneiração: baseia-se na diferença do tamanho das partículas. Usa-se, geralmente, para separar um sólido de outro sólido. Ex: Separar mistura de arroz e açúcar. 2. Decantação: separa as misturas por força de gravidade. Baseia-se na diferença das densidades. Usa-se, geralmente, para separar um líquido e um sólido não dissolvido. Ex: separar mistura de pó de giz e água. 3. Centrifugação: é um tipo de decantação que se realiza com equipamento adequado, chamado centrifugador. Consiste na separação de um líquido e um sólido não dissolvido por rotação rápida no centrifugador. Baseia-se na diferença de densidades. Ex: separar mistura de pó de giz e água. 4. Vaporização ou evaporação: baseia-se na diferença de volatilidades (pontos de ebulição) dos componentes. Usa-se para separar líquidos entre si, ou ainda para separar um líquido e um sólido nele dissolvido. Tanto pode realizar-se esta separação por aquecimento da mistura usando chama ou expondo a mistura ao sol. Ex: separar mistura de água e etanol ou mistura de sal e água (água do mar) 5. Destilação: também baseia-se na diferença de volatilidades dos componentes. Usa- se para separar liquidos entre si, ou ainda para separar um líquido e um sólido nele dissolvido. Realiza-se somente por aquecimento através de fonte artificial de calor, como uma chama. Ex: separar mistura de água e etanol ou mistura de sal e água (água do mar) 6. Extracção: baseia-se na diferença de solubilidade entre os componentes da mistura num dado solventee, isto é, na afinidade de um dos componentes com o agente de extracção. Ex: separar sal e areia. Pode-se usar água como agente de extracção. O sal dissolve- se, mas a areia não. 7. Cromatografia: baseia-se na diferença de velocidades entre os componentes da mistura. Um dos componentes é mais móvel que o outro num mesmo meio. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 13 Ex: separar os diferentes pigmentos que compõe a tinta de uma esferográfica. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail:rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 14 2.4. Diferenças entre composto e mistura Mistura Composto Mantém as propriedades dos seus componentes Não mantém as proprieades dos seus propriedades O PF, o PE e a densidade são variáveis O PF, o PE e a densidade são características de cada substância Os componentes misturam-se em proporções variáveis Os componentes combinam-se em proporções fixas Não é substância É substância Obtém-se por junção de substâncias Obtém-se por combinação de substâncias Não tem fórmula química Tem fórmula química Pode ser separada em seus componentes (processo físico) Pode ser decomposto em seus elementos (processo químico) Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 15 EXERCÍCIOS 1. Para a destilação de etanol a partir de uma mistura de etanol com água, encontra-se a seguinte montagem: termometro rolha condensador tubo de ensio álcool gelo Lume A melhor sugestão para alterar esta montagem é: a) Tirar a rolha. b) O termómetro não devia mergulhar no líquido. c) O tubo que contém o álcool recolhido deveria ter uma rolha. d) Tirar o bequer com gelo. 2. O amoníaco (NH3) é: a) Um elemento. b) Um composto. c) Uma mistura de moléculas de hidrogénio e de nitrogénio. d) Uma mistura de 1 átomo de hidrogénio e 3 átomos de nitrogénio. 3. Os exemplos mencionados nas alíneas seguintes referem-se a compostos e/ou misturas. Indique a alínea em que aparecem três (3) misturas: a) Carbonato de cálcio, iodeto de potássio, sulfato de bário. b) Carbonato de cálcio, água do mar, vinho. c) Água, açúcar, sal de cozinha. d) Vinagre, água do mar, cerveja. 4. Das substâncias seguintes, água e cloreto de hidrogénio; a) Nenhuma é composto. b) Só a água é composto. c) Só cloreto de hidrogénio é composto. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 16 d) Ambos são compostos. 5. Misturam-se os seguintes líquidos e/ou sólidos: 1) açúcar + água 2) gasolina + óleo vegetal 3) água + óleo vegetal 4) álcool + água Indique os casos onde se obtêm misturas homogéneas A) 1 e 4 B) 1, 2 e 4 C) 2 e 3 D) apenas 1 6. Considera as afirmações seguintes: I. A densidade de uma substância no estado gasoso sempre é maior do que a densidade da mesma substância no estado sólido. II. O ponto de ebulição da água é de 100 ºC e do álcool etílico é de 78 ºC. Isso significa que as forças entre as moléculas de água no estado líquido são mais fracas do que as forças entre as moléculas do álcool no estado líquido. A) I é verdadeira, II é falsa. B) I é falsa, II é verdade C) I e II são verdadeiras. D) I e II são falsas. 7. Numa proveta graduada que continha 30 cm3 de água, introduziu-se um objecto maciço feito de uma substância de densidade 4 g/cm3, de acordo com as indicações da figura a seguir: 45 cm3 30 cm3 Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 17 Se substituirmos o objecto por outro, também maciço, mas de massa tripla e da mesma substância, o volume total indicado na proveta será igual a: A) 60 cm3. B) 45 cm3. C) 180 cm3. D) 75 cm3. 8. Quais das substâncias seguintes, o sódio (Na), o cloro (Cl2) e o cloreto de sódio (NaCl), são substâncias puras? A) Só o sódio. B) Só o cloreto de sódio. C) O sódio e o cloro. D) O sódio, o cloro e o cloreto de sódio. 9. Das afirmações seguintes: I. O cloro é um elemento. II. O cloro é um átomo. III. O cloro é um ião negativo. A) I é verdadeira, II e II são falsas. B) I e II são verdadeiras, III é falsa C) II e III são verdadeiras, I é falsa D) Todas são verdadeiras. 10. Sulfato de potássio (K2SO4), sulfureto de potássio (K2S) e potássio (K) são, respectivamente exemplo de: I Substância pura, substância pura, substância simples. II Substância pura, substância pura, substância pura. III Substância composta, substância composta, substância simples IV Mistura, mistura, substância pura As certas são: A) Todas. B) Só IV Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 18 C) I, II e III D) Só III 11. Podemos afirmar que a fórmula Br2 corresponde: I. A um elemento II: A um não metal III: A uma molécula IV: A um ião negativo A) I, II e III são verdadeiras, IV é falsa; B) II, III e IV são verdadeiras, I é falsa; C) II e III são verdadeiras, I e IV são falsas; D) Todas são verdadeiras; E) Só III. 12. Os exemplos mencionados nas alíneas seguintes referem-se a substâncias puras e/oumisturas. I. Sulfato de potássio, sulfureto de sódio, sulfato de bário II. Potássio, sódio, bário III. Coca-cola, água, enxofre Aparecem substâncias puras: A) em I, II e III B) Só em I C) Só em II D) Em I e II 13. Com relação às seguintes substâncias: O2, Na, S8 e Na2SO4. Substâncias puras moleculares são: A) O2, Na e S8 B) Na2SO4. C) O2, Na, S8 e Na2SO4. D) O2 e S8 14. Uma amostra de uma substância sólida pode ser identificada somente: Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 19 I. Pela sua massa II. Pelos seus pontos de fusão e de ebulição III. Pelo seu volume IV. Pela sua cor As certas são: A) I, II e III B) I e II C) Só II D) Todas 15. Usando pequenos círculos podemos representar modelos de partículas de substâncias químicas. Qual das seguintes figuras representa uma substância pura elementar? I II A) I e II B) Nenhum C) Só II D) Só I 16. Na caixa abaixo, e , representam dois tipos de átomos. A B C D Que caixa, A, B, C ou D provavelmente contém uma mistura de gases? 17. Moléculas de ozono (O3) são constituídas por 3 átomos de oxigénio. Moléculas de oxigénio (O2) são constituídas por 2 átomos de oxigénio. Em 12 moléculas de ozono existe igual número de átomo de oxigénio que em: A) 18 moléculas de oxigénio B) 24 moléculas de oxigénio C) 12 moléculas de oxigénio D) 36 moléculas de oxigénio Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 20 18. As figuras abaixo (I e II) apresentam respectivamente: I II A) Substância Pura Substância Pura B) Composto Composto C) Substância Pura Mistura D) Mistura Mistura I II 19. Quantos átomos existem em cada molécula seguinte? a) Na2HPO3 b) C12H22O11 (sacarose) c) C6H12O6 (glicose) d) K4[Fe(CN)6] e) Fe4[Fe(CN)6]3 20. Classifique os seguintes compostos em iónicos ou moleculares. 1. NH3 2. Al(HCO3)3 3. NH4Cl 4. H2O 5. B2O3 6. Ag2O 7. CaO 8. H2SO4 9. C6H6 10. SO3 11. BeO 12. SF6 13. XeF6 Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 21 EXERCÍCIOS (Continuação) 1. Qual das partículas abaixo representa um anião? Partícula N.º de protões N.º de neutrões N.º de electrões A 11 11 10 B 17 18 18 C 12 12 10 D 19 19 18 2. Assinale a afirmação correcta: a) A passagem de um electrão do nível (camada) L para M o electrão consome energia (processo endotérmico). b) A passagem dum electrão do nível (camada) L para M o electrão cede energia (processo exotérmico). c) A passagem dum electrão do nível L para M acompanha-se da produção de fotões (luz). d) A passagem dum electrão de um nível para outro não há alteração do conteúdo energético do electrão. 3. A emissão de raios α e β por elementos pesados (por exemplo o Urânio) é conhecido como: a) efeito fotoeléctrico b) emissão térmica c) radioactividade d) radiação Rontgem 4. Das seguintes configurações electrónicas propostas para o átomo de enxofre (Z = 16), qual delas corresponderá ao estado fundamental: a) 1s2 2s2 2p6 3s2 3px1 3py1 3pz1 4s1 b) 1s2 2s2 2p6 3s2 3px2 3py1 3pz1 4s0 c) 1s2 2s2 2p6 3s2 3px2 3py2 3pz0 4s0 5. A Composição dum átomo (elemento) caracteriza-se por dois valores importantes: - o número atómico (Z). - o número de massa (A). Definições: nº atómico = nº de protões = nº de electrões (no átomo neutro) Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 22 nº de massa = nº de protões + nº de neutrões. O número atómico identifica (caracteriza) o elemento. Por exemplo, o manganês (Mn) tem sempre o número atómico 25 e todos os átomos com número atómico 25 chamam- se Manganês. O número de massa não identifica o elemento. Por exemplo, existem pelo menos 6 átomos de ferro com diferentes números de massa (com diferentes números de neutrões no núcleo). Resumindo: O número atómico dum certo elemento é sempre constante; o número de massa pode ser variável. Os átomos são constituídos por três partículas elementares: Protões, Neutrões e Electrões. Dados básicos destas partículas: Partícula Carga * Massa ** Posição Protão +1 1,0 no núcleo Neutrão 0 1,0 no núcleo Electrão -1 0,0006 Em redor do núcleo * unidade: carga elementar (= 1,6.10 -19 C) ** unidade de massa atómica, u.m.a. (= 1,66.10 -27 Kg) Conclusão: Quase toda a massa dum átomo encontra-se no seu núcleo. Use a informação dada para responder às seguintes perguntas: a) O elemento ítrio (Y) tem 50 neutrões no seu núcleo. O número de massa de ítrio é 89. qual é o número atómico do elemento? b)O ião do elemento com número atómico 13 tem 13 protões, 14 neutrões e 10 electrões. Qual é a carga (a valência) do ião? c) É sempre válido: um átomo (dum elemento) e o seu ião têm massas que são praticamente iguais. Por exemplo: a massa de Na é igual à de Na+ explique porquê. d) Um elemento com número atómico maior também tem quase sempre o número de massa maior. Há umas excepções. Por exemplo: o potássio tem nº atómico maior do que o argon (19 e 18 respectivamente). Em contrapartida, o nº de massa de potássio é menor (K: 39; Ar: 40) explique esse facto. 6. Entre o núcleo dum átomo e os electrões destes átomos encontra-se: a) Ar. b) Hidrogénio. c) Nada. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 23 d) Gás. 7. Uma partícula tem 10 electrões, 13 neutrões e 13 protões. Qual é a massa desta partícula: a) 13 u.m.a. (unidade de massa atómica) b) 23 u.m.a. c) 26 u.m.a. d) 36 u.m.a. 8. Qual das partículas na figura tem carga negativa: 10 e 10 e 10 e 10 e 9p 9p 10p11p Onde: e - electrões p – protões Partícula I Partícula II Partícula III a) Partícula I b) Partícula II c) Partícula III d) Partícula I e III 9. Dada a seguinte informação sobre átomos X e Y: X apresenta k protões e (z + 1) neutrões. Y apresenta (k– 1) protões e (z + 1) neutrões. Com base na informação pode-se dizer que os átomos são: a) de elementos diferentes com massas diferentes; b) de um mesmo elemento com massas diferentes; c) de elementos diferentes com massas iguais; d) de um mesmo elemento com massas iguais. 10. São dados duas partículas neutras, representadas por X e Y, com os respectivos números atómicos e de massa: 200 b X Y 80 a Sabendo-se que: - X e Y apresentam o mesmo número de massa. - Y tem um neutrão a menos do que X. Os valores de a e de b que satisfazem a afirmação acima são, respectivamente: a) 80 e200 b) 81 e 200 c) 80 e 199 d) 81 e 199 11. Dada a seguinte informação sobre os átomos X e Y: X e Y apresentam o mesmo número de massa. X tem um neutrão a mais que Y Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 24 Com base na informação pode-se dizer que estes átomos são: a) De um mesmo elemento com massas iguais. b) De um mesmo elemento com massas diferentes. c) De elementos diferentes com massas diferentes. d) De elementos diferentes com massas iguais. 12. Dada a partícula neutra X e Y com os respectivos números atómicos e de massa: 40 40 X Y 19 20 Com base na informação acima podemos considerar as seguintes afirmações: a) X apresenta m protões e Y apresenta (m + 1) protões. b) X apresenta n neutrõe e Y apresenta (n - 1) neutrões. c) X apresenta (m +1) protões e Y apresenta x protões. d) X apresenta n neutrões e Y apresenta n neutrões. As certas são: A. a e b B. c e d C. só a D. todas 13. Cada fila na tabela abaixo mostra o número de neutrões (n), protões (p) e electrões (e) em duas partículas: Primeira partícula Segunda partícula a) 10 n 9 p 9 e 10 n 10 p 10 e b) 12 n 10 p 10 e 10 n 10 p 10 e C) 12 n 11 p 11 e 12 n 11 p 10 e d) 10 n 9 p 9 e 9 n 9 p 10 e Que fila (a, b, c ou d) contém um átomo Z e seu ião positivo Z+? 14. A reacção abaixo indica a formação de um elemento novo (a) quando o isótopo de Einstênio (99 Es 253) é bombardeado com partículas 2He4: 99Es253 + 2He4 → a + 2n. Qual é o conjunto que reflecte os números atómicos e de massa do elemento novo (a) A) 99a253 B) 101a255 C) 100a255 D) 101a257 Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 25 15. Dos elementos que participam nas reacções nucleares sucessivas: 92E1238 → E2 + α E2 → E3 + β E3 → E4 + β A) E1 e E2 são isótopos e E2; E3; E4 são isóbaros. B) E1 e E3 são isótopos e E2; E3; E4 são isóbaros. C) E1 e E4 são isótopos e E2; E3; E4 são isóbaros. D) E1 e E4 são isótopos e E1; E2; E3 são isóbaros. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 26 3. TABELA PERIÓDICA 3. 1. Características da Tabela A tabela periódica é constituída por colunas verticais (grupos) e colunas horizontais (períodos), também encontra-se dividida em duas partes por uma linha em forma de escada. Esta linha separa os metais dos ametais (não metais). Normalmente os elementos que se encontram no mesmo grupo (família) possuem propriedades semelhantes. Exemplo de famílias de elementos: Grupo I (metais alcalinos): Li, Na, K, Rh, Cs, Fr. Grupo II (metais alcalino-terrosos): Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra. Grupo VI (calcogénios): O, S, Se, Te, Po. Grupo VII (halogénios): F, Cl, Br, I, At. Grupo VIII (gases nobres): He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn. 3. 2. Distribuição Electrónica e Posição no Quadro Periódico 3.2.1. Estrutura atómica camadas e- - Protões (p+) - núcleo Átomo - Neutrões (no) p+ no e- - Electrosfera - Electrões (e-) núcleo 3.2.2. Características do Átomo O átomo é caracterizado pela seguinte grandeza: Número atómico (Z) – identifica o elemento (“BI do elemento”). Massa atómica (Ar) – geralmente é um número decimal, que se obtém a partir da massa média ponderal dos isótopos estáveis de um determinado elemento. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 27 Número de massa atómica (A) – é um número inteiro, obtém-se por contagem do número de protões e neutrões. Em qualquer átomo, o número de protões (p+) é sempre igual ao número de electrões (e-) e também é igual ao número atómico (Z). O nº de massa (A) é dado pela soma do nº de nucleões, isto é protões e neutrões. A massa atómica é praticamente igual a massa do núcleo, porque os electrões têm massa desprezível. Assim, um átomo e um ião tem praticamente a mesma massa. Ex: MNa = MNa+ = 23,0 g/mol A IUPAC (União Internacional de Química Pura e Aplicada) convencionou que o átomo deve ser representado de seguinte forma: A carga (1+, 3-, 2+, ...) X Z índice atómico ou atomicidade (2,3,4, ...) 3.2.3. Isótopos – são átomos do mesmo elemento, têm o mesmo nº atómico e diferem no nº de massa, ou seja, tem diferente nº de neutrões. 35 37 Exemplo: Cl e Cl; 17 17 3. 3. Teoria de Bohr Os electrões movem-se em redor do núcleo em órbitas circulares e somente certas órbitas são permitida. O e- quando está numa orbita não perde e nem ganha energia por si só. Para um e- passar de uma orbita permitida para outra é preciso fornecer energia (K → L, L → M) ou retirar energia (L → K, M → L) nº p+= nº e- = Z A = nº + p+ Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 28 Um átomo pode ser destruído devido a radioactividade – emissão expontânea de partículas positivas ( 42 ), negativas ( 01 ) e neutras ( 0 ). Um átomo pode ter no máximo 7 níveis de energia (camadas de energia). Q Níveis n nº máximo e- = (2n2) K 1 2*(1)2 = 2 L 2 2*(2)2 = 8 M 3 2*(3)2 = 18 N 4 2*(4)2 = 32 O 5 2*(5)2 = 50 P 6 2*(6)2 = 72 Q 7 2*(7)2 = 98 Exemplo: electrões do cerne electrões de valência Cl Z = 17 ; 17 p+ e 17 e- 17 p+ ) ) ) grupo VII A 17 2 8 7 e- 3º período O nº de electrões da última camada indica o grupo. O nº de camadas (níveis) de energia indica o período. NB: Segundo Bohr, os electrões giram em volta do núcleo em órbitas circulares. P O N M L K p + n o Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 29 Assim, Bohr trata o electrão como se fosse uma partícula, o que se provou actualmente não ser verdade, pois o electrão comporta-se também como se fosse uma onda. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 30 3. 4. Mecânica Quântica 3.4.1. Teoria de Orbitais Atómicas Orbital é uma região do espaço onde há maior probabilidade de se localizar um electrão. Um nível de energia (n) é constituído por subníveis (orbitais): s, p, d e f E f d p Es < Ep < Ed < Ef s s2 p6 d10 f14 Princípio de exclusão de Pauli: cada orbital atómico pode ser ocupado por dois electrões que terão os spins opostos. Ou dois electrões num átomo não podem ter os quatros nº´s quânticos (n, l, me e ms). Princípio da Energia Mínima: as orbitais atómicas (spins opostos) são preenchidos por forma que a energia total seja mínima. Regra de Hund: na ocupação de orbitais do mesmo subníveis, ocorre 1º a ocupação de orbitais vazios, isto é, cada electrão ocupa uma orbital e só após preenchimento completo de orbitais do mesmo subnível é que ocorre compartilhamento electrónico. 3.4.2. Diagrama de Linus Pauling Para elementos de transição: camada de valência – orbitais de nível principal ocupado (nmax) e orbitais do subnível parcialmente preenchidos. Exemplo: Ni 4 s2 3 d8 Electrões de valência – são electrões que estão na camada de valência (última camada). Electrões do cerne – são electrões do átomo que não pertencem à camada de valência (são electrões de camadas internas). A colocação dos elementos no quadro periódico é explicada pela ordem em que os electrões ocupam subníveis. 7e - Grupo VII A Exemplo: Br 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5 35 n max = 4 → 4º período Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 31 camada de valência Um elemento que termina em n - s ou n - p designa-se elemento representativo. (grupo A – grupo principal) Se a distribuição electrónica terminar em (n-1)d, temos elementos de transição (grupo B – grupo secundário). Se terminar em (n –2)f, temos elementos de transição interna (Lantanídeo ou Actanídeo). Exemplo: Ba 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 56 nmax = 6 6º período ; grupo II A grupo IV A Si 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 nmax = 3 ; 3º período 14 Nota: para elementos de transição soma-se os electrões do último subnível preenchido com os do nmax. Se: 8 < soma < 10 grupo VIII B soma = 11 grupo I B soma = 12 grupo II B Exemplo: Ni 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d8 soma 8 + 2 = 10 então grupo VIII B 28 nmax = 4 ; 4º período. Camada de valência Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 32 3. 5. Transições electrónicas Quando um electrão dum átomo não se encontra na sua posição normal, isto é, se violar a regra de Hund, o átomo diz-se excitado. Um e- pode passar dum nível para o outro ou de uma orbita para outra dentro do mesmo nível. O estado de energia mais baixo chama-se estado fundamental, é o mais estável. n = 2 E2 emissão de energia absorção de energia n = 1 E1 tem 2 e- desemparelhados O 1s2 2s2 2p4 2p valência II 8 2s O carbono tem valência II e IV. Explique porquê? C 1s2 2s2 2p2 nmax 2 e- desemparelhados 6 2p valência II2s promoção de 1 e- de s para P 2p 4 e- desemparelhados 2s valência IV 3. 6. Tendência à estabilidade 3.6.1. Formação de iões 3.6.1.1. Regra de Otecto Todo o átomo tem a tendência de captar ou ceder electrões periféricos de forma a atingir a estrutura de otecto (8 e- periférico), tipica dos gases nobres ou em alguns casos 2 e- periféricos. Qualquer átomo instável pode compartilhar ou ceder electrões com o objectivo de atingir a estabilidade. Grupo I: Têm 1 e- periférico, perdem 1 e- para formar um ião monopositivo. Na – 1 e- Na+ ; K - 1 e- K+ Grupo II: Têm 2 e- periféricos, cedem 2 e- formando M 2+ Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 33 Ca o - 2 e- Ca 2+ ; Mg o - 2 e- Mg 2+ Grupo III: Al - 3 e- Al 3+ Grupo IV: Têm 4 e- periféricos. Teoricamente podem ceder 4 e- ou captar 4 e- , teoricamente. Na realidade não têm tendência a ceder e nem captar e-, mas sim partilham os seus electrões formando ligações covalentes. Grupo V: Têm 5 e- periféricos, podem captar 3 e- formando iões trinegativos. N + 3 e- → N 3 - ; N2 + 6 e- → 2 N 3 - Grupo VI: O + 2 e- → O 2 - ; O2 + 4 e- → 2 O 2 - Grupo VII: Cl + 1 e- → Cl - ; Cl2 + 2 e- → 2 Cl - Grupo VIII: Os elementos mais electronegativos da tabela (F e O), podem captar os e- dos gases nobres formando compostos: PtF6 - hexafluoreto de platina XePtF6 - fluoroptlatinato de xénon XeF2 - difluoreto de xénon KrF4 - tetrafluoreto de crípton XeOF4 - oxitetrafluoreto de xénon H2XeO4 - ácido xénico Na4XeO6 - perxenato de sódio Xe2O3 - trióxido de xénon Trata-se de partilha forçada de electrões, não é tendência à estabilidade, pois, em muitos destes compostos, o átomo central “viola” a regra de octecto. 3. 7. Propriedades dos Metais Sólidos com ponto de fusão e ebulição elevados. Possuem uma cor metálica, esbranquiçada (Cu), (Ag), amarelada (Au), avermelhada (Cu), acizentada (Fe). O brilho metálico é visível quando polido. Bons condutores de calor e electricidade. Podem ser soldados (ligados por soldadura). Podem ser fundidos e misturados formando ligas metálicas. São maleáveis (podem ser dobrados). Não são solúveis em água, apenas alguns reagem com água. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 34 Fe + C aço (pouco carbono). Aço + 20% Cr ou Ni aço inox Pb + Sn solda (erradamente designada como estanho) Fe + Sn folha de flandres (lata de cerveja) Ag, Au, Pt metais preciosos (nobres) Cu, Hg metais semi-preciosos Cu + Zn latão (torneiras douradas) Fe + Zn ferro galvanizado (erradamente conhecido como zinco para construção) Ti e Al r produção de aviões 3. 8. Propriedades Periódicas 3.8.1. Raio Atómico O raio atómico aumenta de cima para baixo ao longo do grupo, devido ao aumento de número de camadas (níveis) de energia. Ao longo do período o Raio atómico aumenta da direita para esquerda, pela diminuição da carga nuclear. Na Na Mg Na ) ) ) K 2 8 1 diminuição da K ) ) ) ) distância carga 2 8 8 1 para fora (lei de Coloumb) 2 21 = d xQQ KF Mg ) ) ) (d) 2 8 2 Na Mg K Mg 12 p+ e 2 e- F = K (+12)(-2)/ d2 Na 11 p+ e 1 e- F = K (+11)(-1)/ d2 FMg > FNa - os electrões periféricos do Mg estão mais atraídos pelo núcleo. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 35 3.8.2. Raio Iónico O raio iónico tem o mesmo comportamento que o raio atómico, porque o átomo e o ião se diferem no nº de electrões. 3.8.3. Carácter Metálico (e Carácter Ametálico) O caracter metálico é a tendência que um metal tem de ceder electrões para formar ião positivo (electropositividade). Entre Na e K, qual dos dois se ioniza facilmente? Ou qual dos dois é mais metal? Na 2 8 1 K 2 8 8 1 Mg 2 8 2 O electrão periférico do K está mais afastado do núcleo, por isso é menos atraído por este e sendo assim pode ser facilmente cedido. K é mais metal que o Na. Ao longo do período toma-se em consideração a força de Coloumb. FMg > FNa. Menor força de atracção implica maio facilidade de ionização. Ora vejamos: Na Mg K Fr É mais corente falar em carácter metálico nos metais e carácter ametálico para os ametais. 3.8.4. Electronegatividade (ε) A electronegatividade é a capacidade que os átomos têm de atrair electrões para si numa ligação química. O elemento mais electronegativo é aquele que atrai mais os electrões. Lembre-se que o núcleo é que tem o poder de atrair electrões, uma vez que está carregado positivamente. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 36 Para o núcleo poder atrair electrões tem de atravessar a barreira electrónica a sua volta. F e- 8O 2 6 9F 2 7 17Cl 2 8 7 A ε do F é maior do que a ε do O, pelo aumento da carga nuclear. A ε do F é maior do que a ε do Cl, pela maior blindagem no cloro (3 camadas) F2 > O2 > N2 = Cl2 > Br23.8.5. Energia de Ionização Energia de ionização é a energia necessária para remover electrões de um átomo qualquer (metal ou ametal) 1ª Energia de Ionização – é a energia necessária para remover o 1º electrão. 2ª Energia de Ionização – é a energia necessária para remover o 2º electrão, ou seja, energia necessária para remover electrão de um ião X+ Para os metais foi provado que a ionização é mais fácil quando se desce na tabela, isto quer dizer que a energia de ionização diminui de cima para baixo (aumenta de baixo para cima) devido à diminuição da distância entre electrão periférico e o núcleo quando se sobe na tabela. + + - + - + - Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 37 EXERCÍCIOS 1. Quais os elementos com configuração electrónica dada (só electrões valentes) são metais? I 4s1 II 3d5 4s2 III 4s2 4p5 IV 4s2 4p6 A) I e II B) I, II e III C) III e IV D) Todos 2. Em que átomo preenche-se o subnível electrónico p: a) Ba b) Ti c) Fe d) Po 3. Em qual (quais) das moléculas dadas tem lugar a ligação covalente apolar: 1) CO 2) CO2 3) O2 4) Cl2 5) HF A) 2 e 4 B) 3 e 4 C) 2 e 5 D) 2, 3 e 5 4. Dois elementos X e Y formam um composto molecular de fórmula XY. As configurações electrónicas possíveis do átomo dos elementos X e Y são, respectivamente: X Y A) 1s2 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 B) 1s2 2s2 1s2 2s2 2p5 C) 1s2 2s2 2p6 3s2 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 D) 1s2 2s2 1s2 5. Considere a seguinte informação sobre os elementos químicos E, F e G (as letras não correspondem aos verdadeiros símbolos). E: Z = 5 F: Z = 6 raio atómico = 0,77.10 –10 electronegatividade = 2,50 G: Z = 7 A) raio atómico de E > 0,77.10 –10 m e electronegatividade > 2,50 B) raio atómico de E > 0,77.10 –10 m e electronegatividade < 2,50 C) raio atómico de E < 0,77.10 –10 m e electronegatividade < 2,50 Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 38 D) raio atómico de E > 0,77.10 –10 m e electronegatividade < 2,50 6. No desenho abaixo as letras a e b representam: a b A) a representa ligação fraca intramolecular e b representa ligação forte intermolecular B) a representa ligação forte intermolecular e b representa ligação fraca intramolecular C) a representa ligação fraca intermolecular e b representa ligação forte intramolecular D) a e b representam ligações entre moléculas de diferentes substâncias. 7. Num composto, sendo X o catião e Y o anião e a fórmula do composto X2Y3, provavelmente os átomos X e Y no estado normal tinham os seguintes números de electrões na última camada, respectivamente: A) 3 e 6 B) 2 e3 C) 3 e 2 D) 6 e 3 8. Dadas as seguintes características dos compostos iónicos: I) Devido à grande força de atracção entre os iões a estrutura dos compostos iónicos é compacta, apresentando forma e volume constante. II) Todo composto iónico é sólido, mas nem todo sólido é composto iónico. III) Todo composto iónico tem alto ponto de fusão e de ebulição. IV) Quando sólidos, não conduzem corrente eléctrica. Quando dissociados em solução aquosa ou no estado liquido, são condutores da corrente eléctrica. Verdadeiras são: A) 1, 2, 3 e 4 B) 2,3 e 4 C) 3 e 4 D) 1,2 e 3 9. O quadro abaixo representa a tabela periódica dos elementos. As letras não correspondem aos verdadeiros símbolos. 1A 0 1 2A 3A 4A 5A 6A 7A 1 2 2 3 B 3 4 C D A 4 5 5 6 6 H-Cl H Cl H-Cl H-Cl H Cl Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 39 7 Pela localização na tabela acima podemos afirmar que a ordem crescente do tamanho dos átomos é: A) C, D, A, B B) B, A, D, C C) A, B, D, C D) C, D, B, A 10. O alumínio está no grupo III do quadro periódico e o enxofre no grupo VI. Qual é a fórmula do sulfureto de alumínio? A) Al2S3 B) Al6S3 C) Al3S D) AlS 11. Durante o processo de evaporação da água quebram-se: A) ligações iónicas entre átomos de oxigénio e hidrogénio B) ligações intramoleculares C) ligações atómicas (covalentes) entre átomos de hidrogénio e oxigénio D) ligações intermoleculares 12. Dada as seguintes informações sobre as substâncias X e Y: X. é um sólido condutor de energia eléctrica, funde a alta temperatura e não é solúvel em água. Y. é um sólido não condutor de energia eléctrica, funde a alta temperatura e é solúvel em água. Com base na informação pode-se dizer que: A) ambas substâncias são moleculares B) ambas as substâncias são iónicas C) X é substância metálica e Y é substância iónica D) Não se pode dizer porque nada se informa sobre o tipo de ligação química. 13. Dados os pontos de fusão e de ebulição (em K) dos compostos CS2 e Cl2O. Ambos os compostos estão no estado líquido a temperatura de: A) - 5 ºC Composto Ponto de fusão (K) Ponto de ebulição (K) CS2 161 319 Cl2O 253 275 Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 40 B) 30 ºC C) - 30 ºC D) 100 ºC 14. Dados três elementos do 3º período da tabela periódica: X (grupo II A); Y (grupo V A) e Z (grupo VII A). As letras (X, Y e Z) não correspondem com os símbolos reais. Os compostos entre X e Y, entre X e Z e entre Y e Z podem ser caracterizados por: Fórmula Ligação De X e Y De X e Z De Y e Z Entre X e Y Entre X e Z Entre Y e Z D) X3Y2 XZ2 YZ3 iónica iónica atómica C) X2Y3 X2Z Y3Z iónica iónica atómica B) X3Y2 XZ2 YZ3 atómica atómica atómica A) X3Y2 XZ2 YZ3 atómica atómica iónica 16. O alumínio está no grupo III do quadro periódico. Qual é a fórmula do fosfato de alumínio? A) AlPO4 B) Al(PO4)3 C) Al3PO4 D) AlPO3 17. Na tabela periódica, Rubídio está abaixo de potássio no grupo I e oiodo está debaixo do bromo no grupo VII. Qual dos seguintes pares de elementos reage mais vigorosamente sob mesmas condições: A) potássio e bromo B) potássio e iodo C) rubídio e bromo D) rubídio e iodo 18. Durante o processo de evaporação do hexano (C6H14) são quebradas: A) Ligações covalentes nas moléculas de hexano. B) Ligações intramoleculares. C) Partes de hidrogénio entre moléculas de C6H14. D) Forças de Van der Waals entre as moléculas de C6H14. 19. Dadas as seguintes informações sobre as substâncias X e Y : X. é um sólido não condutor de electricidade, funde a baixa temperatura e é muito pouco solúvel em água. Y. é um sólido não condutor de electricidade, funde a elevada temperatura, é duro e muito solúvel em água. Com base na informação pode-se dizer que: E) ambas substâncias são moleculares F) ambas as substâncias são iónicas Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 41 G) X é substância molecular e Y é substância iónica H) Não se pode dizer porque nada se informa sobre o tipo de ligação química. 20. Dados os pontos de fusão e de ebulição (em K) dos compostos CS2 e Cl2O Ambos os compostos estão no estado líquido a temperatura de: E) +0 ºC F) +25 ºC G) - 25 ºC H) +100 ºC 21. O quadro abaixo representa a porção superior da tabela periódica dos elementos. As letras não correspondem aos verdadeiros símbolos. A B D E K J Pela localização da tabela acima, podemos afirmar que: A) a electronegativadade de D é menor do que a de E B) D e A são, respectivamente, metal e não-metal C) E e J apresentam três camadas de electrões D) A energia de ionização de D é maior do que a de E. 22. A substância formada pelos elementos A e B, de número atómico 12 e 17, respectivamente, tem a fórmula: A) A3B2 B) A2B3 C) AB2 D) A2B 23. Dadas as seguintes substâncias: P4 PH3 Ca3P2 e P2I4. Os compostos moleculares são: a) P4, PH3 e P2I4 b) PH3, Ca3P2 e P2I4 c) PH3 e P2I4 d) PH3 e P4 Composto Ponto de fusão (K) Ponto de ebulição (K) CS2 161 319 Cl2O 253 275 Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 42 24. O bromo evapora a temperatura ambiente, por isso no bromo líquido as forças intramoleculares são: A) iguais às intermoleculares B) mais fortes do que as forças intermoleculares C) mais fracas do que as forças intermoleculares D) diferentes das forças intermoleculares, não sendo possível quais as mais fortes 25. Será que existe uma ligação forte entre as partículas de Cul2 numa solução deste composto? A) Não B) Sim, ligação atómica C) Sim, ligação iónica D) Sim, ligação metálica 26. O quadro abaixo representa o segundo período da tabela periódica dos elementos. GRUPOS Período I II III IV V VI VII VIII 2 Li Be B C N O F Ne Pela localização na tabela acima podemos considerar as seguintes afirmações: 1. O nitrogénio é o elemento menos metálico que o carbono. 2. O composto oxihidrogenado do berílio apresenta características básicas. 3. O oxigénio tem mais de cinco mas menos de sete electrões na última camada de electrões. 4. O raio atómico do flúor é menor do que o raio atómico do lítio. As certas são: A) 2 e3. B) 1, 2 e 4 C) 1, 3, e4 D) todas 27. Os elementos A e B (as letras não correspondem aos verdadeiros símbolos) do primeiro e sexto grupo da tabela periódica, respectivamente, combinam-se para formar um composto que apresenta: A) fórmula A2B e ligação iónica B) fórmula A2B e ligação covalente C) fórmula A2B e ligação metálica D) fórmula AB2 e ligação iónica 28. A tabela apresenta compostos de hidrogénio dos elementos do grupo VI A da tabela periódica e os seus pontos de fusão e ebulição. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 43 H2O H2S H2Se H2Te P. F. (K) 273 187 207 222 P. E. (K) 373 213 232 269 Pode-se compreender a variação dos valores dados com base: A) No facto de as quatro moléculas serem polares B) No facto de os elementos O, S, Se e Te pertencerem ao mesmo grupo principal da tabela periódica. C) Nas forças de Van der waals D) Nas pontes de hidrogénio e forças de van der waals 29. A valência do cloro é 1 e a de enxofre é 2. Qual das seguintes representa a mais provável fórmula estrutural do S2Cl2 A) Cl-S-S-Cl C) Cl-S=S-Cl B) S-Cl-Cl-S D) Cl-S-Cl 30. Ao aumentar a temperatura, uma barra de ferro dilata-se porque: A) a distância entre os átomos de ferro aumenta; B) a distância entre cada núcleo de ferro e os seus electrões na última camada, aumenta; C) a translação dos átomos de ferro é maior; D) os átomos de ferro dilatam-se; 31. Qual é a fórmula correcta do cloreto de alumínio e do fosfato de bário: Cloreto de Alumínio Fosfato de Bário A) AlCl3 Ba2(PO4)3 B) AlCl Ba3(PO4)2 C) AlCl Ba2(PO4)3 D) AlCl3 Ba3(PO4)2 32. O símbolo do elemento índio é In. Está no grupo III do quadro periódico. Qual é a fórmula de cloreto de índio: A) In3Cl B) In3Cl3 C) In2Cl3 D) InCl3 33. Se dois gases têm a mesma massa molecular, qual das seguintes afirmações será verdadeira: A) Eles têm a mesma solubilidade em água. B) Eles têm o mesmo ponto de fusão. C) Eles têm o mesmo número de átomos em uma molécula D) Nem A, nem B, em C Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 44 34. É dada a configuração electrónica de quatro elementos diferentes. Qual deles é um elemento de grupo VI? Elemento Configuração electrónica a) A 1 s2 2 s2 2p2 b) B 1 s2 2 s2 2p6 c) C 1 s2 2 s2 2p6 3s2 3p4 d) D 1 s2 2 s2 2p6 3s2 3p6 4s2 35. No processo de ebulição da água, são quebradas: A) Só as forças de Van der waals entre as moléculas de água B) As ligações covalentes polares nas moléculas de água e as pontes de hidrogénio entre as moléculas de água. C) As ligações de Van der waals entre as moléculas de água e os pontes de hidrogénio entre as moléculas de água. D) As ligações covalentes polares entre os átomos de hidrogénio e os átomos de oxigénio, nas moléculas de água. 36. O Amoníaco dissolve-se muito bem na água porque as moléculas de NH3 e de H2O ligam-se por pontes de hidrogénio. Uma representaçãocorrecta das pontes de hidrogénio numa solução de NH3 em água é: H O H H N H H N O H H H H a) b) H O H N H O H O H H H H c) d) 37. Dois elementos X e Y formam um composto XY2. As configurações electrónicas possíveis dos elementos X e Y são: a) 1s2 2s2 2p6 3s1 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 b) 1s2 2s2 2p5 1s2 2s2 2p6 3s2 c) 1s2 2s2 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 d) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1 1s2 2s2 2p6 3s1 38. Sob condições normais, um kg de vapor de água tem um volume muito maior do que um kg de água líquida. Este aspecto pode ser explicado com base no facto de : A) O vapor de água ter uma temperatura mais alta do que a água líquida. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 45 B) Durante o processo de evaporação as moléculas de água expandirem-se. C) A distância entre as moléculas no vapor de água, ser muito maior. D) A velocidade média das moléculas no vapor ser muito maior do que no líquido. 39. Durante a evaporação do iodo (I2) quebram-se: A) ligações atómicas (covalentes) B) ligações intermoleculares C) ligações iónicas D) ligações intramoleculares 40. Numa certa substância existem as seguintes ligações ou interacções químicas: 1. pontes de hidrogénio 2. força de van der waals 3. ligações atómicas (covalentes) A ordem crescente das forças das ligações ou interacções será: A) 1, 2, 3 B) 3, 2, 1 C) 2, 1, 3 D) 2, 3, 1 41. O número de electrões de catião X2+ de um elemento é igual ao número de electrões de um átomo neutro em um gás raro. Este gás raro tem Z = 10 e A = 20. Qual é o número atómico de X? 42. Um elemento químico A tem a seguinte configuração electrónica: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 Qual dos elementos representados a seguir, através da sua configuração electrónica, forma com o composto A: X = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 Y = 1s2 2s2 2p6 3s1 Z = 1s2 2s2 2p6 a) Um composto iónico? b) Um composto covalente? 43. O quadro periódico tem uma forma específica, não é um rectângulo simples. Esta forma específica, está em relação com a teoria atómica. 1 2 Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 46 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 Sabe-se que os electrões se encontram em camadas separadas em redor do núcleo do átomo. A primeira camada pode conter no máximo 2 electrões, a segunda 8, a terceira 18 etc. Uma fila horizontal de átomos no quadro periódico chama-se período. Da esquerda para direita num período as camadas vão-se enchendo com electrões. a) O primeiro período do quadro periódico consta com 2 elementos, o segundo de 8. Explique. b) Segundo a teoria acima apresentada, o terceiro período deveria constar de 18 elementos em vez de 8. como se explica essa anomalia? c) Uma fila vertical de elementos no quadro periódico chama-se grupo. Elementos do mesmo grupo têm, geralmente, propriedades semelhantes. No entanto o elemento 1 e os demais elementos no primeiro grupo têm propriedades muitos diferentes. Mencione pelo menos uma diferença Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 47 d) o quadro periódico também serve para deduzir valência dos elementos do grupo (principais): grupo I: valência 1 (positiva) grupo II: valência 2 (positiva), etc. No entanto, a valência dos elementos no grupo VI não é 6 (positiva) mas 2 (negativa). Explique porquê. 44. São dados os seguintes compostos de hidrogénio e os seus pontos de fusão. Composto P. de f. (ºC) Composto p. de f. (ºC) 1. LiH 680 4. CaH2 1100 2. SiH4 - 185 5. NH3 - 78 3. CH4 - 183 6. HCl - 114 Geralmente os compostos iónicos (sais) têm ponto de fusão mais altos do que os compostos moleculares. a) Quais dos 6 compostos são iónicos e quais são moleculares? b) Indique na tabela um composto molecular que dissolve bem com a água e explique. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 48 45. De acordo com a seguinte tabela de electronegatividades: elemento electronegatividades Li 1.0 Ca 1.0 C 2.5 O 3.5 Cl 3.0 S 2.5 a) Indique quais os compostos que se podem formar, entre estes elementos, com ligação covalente apolar ou pura b) Indique quais os compostos com maior carácter iónico. 46. Dado o elemento X. a) Apresente a distribuição dos electrões, pelos níveis electrónicos, de um átomo de X que tem 16 neutrões e número de massa igual a 33. b) Que tipo de ião pode o átomo formar? Justifique a sua resposta. c) Qual é a valência do elemento X? d) Represente a estrutura de Lewis do átomo X. 47. a) Escreve as fórmulas de estrutura das moléculas representadas por A e B. A – NH3 B – CCl4 b) O que são isoméros? Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 49 49. a) Indica uma molécula que possa estabelecer, com molécula idêntica, ligações por pontes de hidrogénio. Justifique a sua resposta. b) Indique uma molécula que seja apolar. Justifique 50. Assinale a afirmação correcta: A) O caracter metálico aumenta de esquerdapara direita na tabela periódica. B) Os elementos mais electronegativos encontram-se no 1º grupo da tabela periódica. C) Os não matais tendem a ganhar ou compartilhar electrões para atingir o número de electrões de valência. D) Nenhuma das afirmações está correcta. 51. Assinale a afirmação certa. A energia de ionização é: A) A energia que dissolve quando um átomo isolado recebe um electrão. B) A energia que é aplicado no processo de ionização duma partícula neutra. C) A energia necessária para arrancar um electrão de um átomo. D) A energia necessária para libertar os iões duma rede iónica. 52. Um determinado sal apresenta a seguinte fórmula química: X(YO2)2 Y é um não metal. Os iões deste sal são: A) X+ e Y2O2 - B) X2+ e YO2 - C) X2+ e YO22 - D) X+ e YO2 - 53. Qual das seguintes substâncias apresenta uma ligação covalente apolar? A) óxido de ferro B) fluoreto de hidrogénio C) oxigénio D) amoníaco 54. Assinale a afirmação errada: Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 50 A) As moléculas de H2O, NH3 e HF são todas polares. B) H2O não se comportaria como molécula polar se fosse linear. C) Sempre que há ligações polares, a molécula comporta-se polar. D) Devido a sua simetria o dióxido de carbono é apoar. 55. Qual dos seguintes compostos é mais solúvel na água? a) CH3 - CH2 - CH2Cl. b) CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - OH c) CH3 - CH2 - CH2 - OH. d) CHCl3 56. Tendo os elementos Li, Mg, C, N, S, Ca, K, Br, Cl os que apresentam carácter metálico são: a) Li, Mg, C, K, Ca b) Mg, Ca, K, Li c) Li, Ca, C, S, K, N, Br d) Cl, C, S, N 57. Assinale a afirmação correcta: Chama-se electrão de valência: A) Os electrões que um elemento tem só para compartilhar com outros elementos B) Os electrões que os elementos cede a outros elementos. C) Os electrões que satisfazem a regra de octecto. D) Os electrões da última camada do átomo. 58. O elemento X apresenta a seguinte distribuição electrónica: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 Pode-se concluir que trata-se de um: A) não metal B) metal C) elemento de transição D) halogénio Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 51 Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 52 4. LIGAÇÃO QUÍMICA Ligação química é a força que mantém as partículas unidas no interior das substâncias. Ligação = força = interacção 4. 1. Tipos de Ligação - Força de Van der waals. Ex: H2, I2, CO2 - intermoleculares - Interacção dipolo-dipolo. Ex: Cl, HF, CO, … - Pontes de hidrogénio. Ex: NH3, H2O, R-OH R-C-OH , R-NH2, … Ligações O - covalente apolar. Ex: I2 - covalente polar. Ex: HCl - intramoleculares - covlente coordenada ou dativa. Ex: NH4+ - rede metálica (metais) - rede iónica (sais, bases, óxidos metálicos) As ligações covalentes também são chamadas atómicas. As pontes de hidrogénio ocorrem quando há ligação H-O ou H-F ou H-N. 4.1.1. Ligações Intermoleculares 4.1.1.1. Força de Van der waals São forças de atracção entre as moléculas e são de natureza gravitacional. Qualquer corpo que tem massa está sujeito a esta força (Fg). Ela é maior para moléculas grandes. Estas ligações, geralmente são as mais fracas de todas as ligações. 4.1.1.2. Interação dipolo-dipolo 4.1.1.3. Pontes de Hidrogénio Quando o hidrogénio se encontra ligado a átomos fortemente electronegativos, tais como F, O, N, ele fica suficientemente positivo de modo que possa atrair pares de electrões. Elemento F O N Ε 3,98 3,44 3,04 Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 53 Todos os compostos que possuem os grupos polares (-NH, -OH, e HF) formam pontes de hidrogénio, são solúveis em água e possuem pontos de fusão e de ebulição relativamente altos. H δ+ H δ+ H δ+ N δ- H δ+ H δ+ O | δ- H δ+ O | δ- H δ+ O | δ- O δ- H δ+ F δ- H δ+ H δ+ H δ+ H δ+ H δ+ O | δ- H δ+ O | δ- H δ+ O | δ- 4.1.2. Ligações Intramoleculares 4.1.2.1. Ligações Covalentes Este tipo de ligação ocorre entre átomos de ametais e nela há partilha de electrões. a) Ligação Covalente Apolar (Pura) Numa primeira fase, e duma forma grosseira, vamos admitir que as ligações covalentes apolares ocorrem entre átomos iguais (átomos de mesmo elemento), átomos com mesma electronegatividade. Exemplo: Cl2 ,O2 , H2 , N2 b) Ligação Covalente Polar Em primeiro lugar e de forma grosseira, vamos considerar que nas ligações polares intervém átomos diferentes ou átomos de ametais com diferentes electronegatividade. Exemplo: HCl , H2O , NH3 , CH4 , CO2 b.1) Polaridade Das Ligações Muito polar apolar polar ou iónica 0,4 1,6 Δε Δε = diferença de electronegatividade de 2 átomos que possuem os electrões que formam a ligação. Elemento ε Ligação Δε Tipo de ligação F 3,98 C-H 0,35 apolar O 3,44 N-H 0,84 polar N 3,04 O-H 1,24 polar Cl 3,16 F-H 1,78 muito polar C 2,55 C-O 0,84 polar H 2,20 Cl-H 0,98 polar Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mzCell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 54 b.2) Polaridade das moléculas 1º ver se as ligações entre os átomos que formam a molécula são ou não polares. 2º se as ligações atómicas forem apolares, logo, a molécula é apolar. 3º se as ligações atómicas forem polares, não implica necessariamente que a molécula seja polar pois, depende neste caso da disposição dos átomos no espaço (geometria da molécula). Logo, se a ligação atómica for polar e molécula linear (formada por dois átomos), a molécula é polar. As moléculas formadas por dois átomos são sempre lineares. Exemplo: HCl Δε = 0,96, a ligação H-Cl é polar, a molécula é linear, logo a molécula ε 2,2 3,16 de HCl é polar (dipolar) H δ+ Cl δ- polo positivo polo negativo dipolo CO Δε = 0,84, a ligação C-O é polar, molécula linear, logo, a molécula de CO é polar (dipolar) (dipolo) C δ+ O δ- Dipolo CO2 Oδ- C δ+ O δ- O centro das cargas positivas coincide com o centro das cargas negativas e se anulam, assim, o CO2 é uma molécula apolar, mesmo tendo ligações polares. O mesmo diplo polar é nulo. Se a molécula tiver mais de dois átomos, a forma como os átomos se encontram dispostos no espaço tem influência na polaridade. b.3) Geometria das Moléculas Contam-se os pares electrónicos (livres não compartilhados e compartilhados) à volta do átomo central. As ligações duplas e triplas contam-se como se fosse um par. Nº de pares estrutura geométrica exemplos esperada 2 Linear CO2 + - + - Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 55 3 Triangular SO3 4 tetraédrica ou quadrangular planar H2O, NH3, CH4 6 Octaédrica SF6 b.4) Estruturas das moléculas CO2 O=C=O 2 pares – linear SO3 O O S 3 pares Triangular planar O CH4 H H C C H H H 109º H H H 4 pares Tetraedro = 109º Estrutura tetraedrica, 4 ligações iguais (H – C – H) de ângulo 109º, ângulo de um tetraedro regular. NH3 H N N 4 pares (1 livre e 3 compartilhados). Estrutura Tetraedrica distorcida com ângulo de 107˚. N No NH3, há 3 ligações e um par livre, o par livre movimenta-se e exerce uma repulsão nos pares das ligações causando uma diminuição de ângulo de 109º para 107º e mudando a geometria para piramidal triangular. ** H2O H O H O H ** H 4 pares (2 pares livres e 2 pares compartilhados dois pares livres repelem-se mais do que um par livre por isso o ângulo NH3 = 107º e da H2O é de 105º. A molécula não é tetraédrica regular, mas sim tetraédrica distorcida ou angular. b.5) Importância do estudo da Polaridade O dipolo é uma ligação intermolecular de natureza eléctrica, por isso é mais forte que as forças de Van de waals. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 56 Os compostos polares apresentam, geralmente maiores ponto de fusão e ebulição do que os compostos apolares. Os compostos que formam pontes de hidrogénio tem pontos de fusão e de ebulição maiores que os compostos polares. Força de Van der Waals interção Dipolo-dipolo pontes de hidrogénio H2, O2, CO2, CH4, I2, .. < HCL, HF, HI, HBr, CO, .... < H2O, NH3, HF, R-OH, RCOOH, R-NH2, ... b.6) Rede Atómica (Covalente) É típica de elemento de 4º grupo (C, Si, e Ge). C C C C C C Grafite C C C C C C C C C C C C C Diamante C C C C C C Rede atómica da grafite A estrutura da grafite é constituída por planos hexagonais. Ela é preta e quebradiça. Exemplo: o lápis é feito de grafite. A estrutura de diamante é tetraédrica, muito brilhante e bastante dura. O diamante é a substância mais dura que se conhece, por isso usa-se para cortar o vidro e nas máquinas de sondagem do petróleo no solo. Ametais não conduzem a electricidade, excepto o carbono na forma de grafite, porque possui electrões livres das duplas ligações, que se movem na rede, fenómeno designado por Ressonância. Os compostos moleculares não conduzem a corrente eléctrica, excepto os ácidos e as bases. b.6) Regras básicas de solubilidade Polar dissolve polar e iónico; Apolar dissolve apolar. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 57 c) Ligação Covalente Coordenada ou Dativa Nas ligações covalentes que se consideraram, os electrões do par compartilhado pertenciam, originariamente, um a cada átomo. Nestas condições, cada átomo participante na ligação covalente contribuía com uma orbital de valência, ocupada por um único electrão, i.é., com uma orbital de valência semipreenchida. Em princípio, cada átomo será capaz de formar tantas ligações covalentes quantas as orbitais semipreenchidas que puder apresentar na camada de valência (Ex: C no CO e no CO2). Poderá umátomo, que disponha de um par de electrões numa orbital da camada de valência, formar uma ligação covalente, por partilha deste par de electrões, com qualquer outro átomo que possua, ainda no nível mais externo, uma orbital completamente vazia? Há, de facto, várias ligações covalentes que se estabelecem deste modo; designam-se por covalências coordenadas ou dativas, significando este último termo que o par de electrões compartilhado é “dado” por um dos átomos. Estas covalências são, em tudo, análogas às covalências normais, das quais não se distinguem. A diferente designação que se lhe dá quer, apenas, sublinhar a diferente origem dos electrões à custa dos quais se estabeleceu. Ex: Na molécula de amoníaco, o átomo de Nitrogénio possui uma orbital totalmente preenchida com um par de electrões não compartilhados. Este par pode ser usado para formar uma ligação covalente dativa com o ião hidrogénio, que tem uma orbital de valência vazia: : N : . . . . H H H + H + : N : . . . . H H H H NH H H H+ + 4.1.2.2. Ligação Iónica A ligação iónoca é típica dos sais e outros compostos iónicos. Ela é constituída por iões positivos e iões negativos. Exemplo: Rede iónica de NaCl Na + Na + Cl - Cl - Na + Cl - Cl - Na + Na + + Cl - Na + Cl - Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 58 a) Propriedades das substâncias com ligação iónica Iões em posições bem fixas. Estrutura sólida, dura e com pontos de fusão e ebulição bem elevados. Estrutura quebradiça. No estado sólido não conduzem correntes eléctrica, porque os iões estão em posiçõwa bem fixas, mas no estado fundido ou em solução, a substância iónica conduz, uma vez que os iões podem mover-se. 4.1.2.3. Ligação Metálica Ligação constituída por iões metálicos e electrões livres de última camada. É como se os iões metálicos estivessem mergulhados num mar de electrões. Exemplo: - - - - - - - - - - - Rede metálica de Na - - - - - - - - - - a) Propriedades das substâncias com ligação metálica A rede metálica é cristalina, excepto a de Hg que é liquida. Dura e maleável, excepto a dos metais alcalinos que são moles. Ponto de fusão e ebulição elevados. Conduz a corrente eléctrica e o calor no estado sólido, porque possuem electrões livres da última camada que se movem na rede. Os melhores condutores são os metais preciosos (nobres): Au, Ag, Pt e os semi- preciosos (p.ex: Cu). Não são corroídos pelo ar, nem pelo ácidos diluídos. Podem ser atacados pelos ácidos concentrados à temperaturas elevadas. Normalmente usam-se os fios de Cu e Al como condutores, uma vez que os metais preciosos são de alto valor económico. Na + Na + Na + Na + Na + Na + Na + Na + Na + Na + Na + Na + Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 59 NB: A água pura não conduz corrente eléctrica, porque não possui partículas com carga eléctrica. A água da torneira conduz porque possui muitos sais minerais (Mg 2+, Ca 2+, Na+, HCO-, CO3-, SO42+, Cl -, ...). Estas partículas conferem a água uma certa condutibilidade. A água pura se entra em contacto com o ar por muito tempo, pode absorver CO2, NO2, SO2, ... (gases de escape que transformam-se em ácidos). CO2 + H2O → H2CO3 NO2 + H2O → HNO3 H2CO3 H + + HCO3 - pode conduzir corrente eléctrica As ligações intramoleculares (metálica, iónica ou covalentes) são mais fortes do que as ligações intermoleculares (força de Van der walls, interação dipolo-dipolo e pontes de hidrogénio). Quando há fusão ou evaporação duma substância quebram-se ou alargam-se as ligações intermoleculares. As ligações intramoleculares só se quebram quando ocorre uma reacção química. Em relação à rede metálica e à rede iónica não se pode afirmar categoricamente qual delas é a mais forte. Ambas são fortes depende de caso a caso. Pf do Fe --- 1500 ºC ; Pf do Pb ~ 300 ºC ; Pf de NaCl ~ 900ºC Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 60 5. REACÇÕES QUÍMICAS 5.1. Reacção de Síntese (Formação) Combinação de substâncias simples ou compostas para formar um único composto (produto principal). H2 + ½ O2 → H2O C + O2 → CO2 N2 + 3H2 → 2NH3 2Ag + ½ O2 → Ag2O 5.2. Reacção de Combustão Combinação de combustível com comburente. O oxigénio é o comburente universal. O comburente é aquele que alimenta as combustões. 5.2.1. Combustão de Substâncias Simples S8 + 8 O2 → 8 SO2 SO2 + ½ O2 → SO3 Cexc + ½ O2 → CO C + O2(exc) → CO2 CO + ½ O2 → CO2 P4 + 3 O2 → 2 P2O3 H2 + ½ O2 → H2O P2O3 + O2 → P2O5 5.2.2. Combustão de Compostos H2S + 3/2 O2 → H2O + SO2 4 FeS2 + 11 O2 → 2 Fe2O3 + 8 SO2 pirite A combustão de qualquer hidrocarboneto (composto orgânico formado por, apenas, H e C) produz CO2 e H2O. Exemplo: CH4 + 2 O2 → CO2 + H2O Matano C12H22O11 + 12 O2 → 12 CO2 + 11 H2O sacarose C2H2 + 5/2 O2 → 2 CO2 + H2O Acetileno 2 CH3-NH2 + 17/2 O2 → 2 CO2 + 5 H2O + 2 NO2 Metillamina Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 61 NB: Sacarose e aminometano não são hidrocarbonetos. São compostos orgânicos derivados de hidrocarbonetos, por isso a sua combustão produz além do CO2 e H2O. 5.3. Reacção de Decomposição - Termólise. - Electrólise. - Hidrólise. - Fotólise. 5.3.1. Termólise Decomposição sob acção do calor. CaCO3 (S) Δ CaO (S) + CO2 Calcário saliva Na2CO3 (S) Δ Na2O (S) + CO2 carbonato de sódio 2 NaHCO3 Δ Na2O (S) + H2O + 2 CO2 Bicarbonato de sódio (NH4)2CO3 Δ NH3 + CO2 + H2O carbonato de amónioH2CO3 5.3.2. Electrólise Decomposição sob acção de corrente eléctrica. Método usado na produção industrial de cloro e soda cáustica (NaOH) Cl2: 2 NaCl (l) I 2 Na + Cl2 ↑ (tratamento de água) NaOH: NaCl (Sol) Na + Cl - 2 Na + 2 H2O 2 NaOH + H2 Produção de sabão 5.3.3. Hidrólise Decomposição sob acção da água. NH2-C-NH2 + H2O 2 NH3 + CO2 O Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 62 5.3.4. Fotólise Decomposição sob acção da luz. AgCl (S) Luz Ag + Cl2 ↑ As aplicações das chapas fotográficas e filmes são constituídos por AgCl, por isso, devem ser guardados no escuro. 5.4. Dissociação e Ionização - sais Dissociação - compostos iónicos; - bases Ionização - compostos moleculares; - ácidos fracos Fórmula Nome Anião Nome H2SO4 ácido sulfúrico SO4 2 - sulfato H2SO3 ácido sulfuroso SO3 2 - sulfito H3PO4 ácido fosfórico PO4 3 - fosfato H3PO3 ácido fosforoso PO3 3 - fosfito HNO3 ácido nítrico NO3 - nitrato HNO2 ácido nitroso NO2 - nitrito HClO4 ácido perclórico ClO4 - perclorato HClO3 ácido clórico ClO3 - clorato HClO2 ácido cloroso ClO2 - clorito HClO ácido hipocloroso ClO - hipoclorito H2CO3 ácido carbónico CO3 2 - carbonato H2C2O4 ácido oxálico C2O4 2- oxalato H2S2O3 ácido tiossulfúrico S2O3 2 - tiossulfato HMnO4 ácido permangânico MnO4 - permanganato H2CrO4 ácido crómico CrO4 2 - cromato H2Cr2O7 ácido dicrómico Cr2O7 2 - dicromato H3BO3 ácido bórico BO3 3 - borato CH3COOH ácido acético CHCOO - acetato HCOOH ácido fórmico HCOO - formiato a) Nomenclatura dos iões: Terminação do ácido terminação do anião ico ato oso ito ídrico eto Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 63 b) Hidrácidos - São compostos com propriedades ácidas mas que não possuem oxigénio na molécula. Fórmula Nome Anião Nome H2S ácido sulfídrico S 2 - sulfureto HF ácido fluorídrico F - fluoreto HCl ácido clorídrico Cl - cloreto HBr ácido bromédrico Br - brometo HI ácido iodídrico I - iodeto HCN ácido cianídrico CN - cianeto NB: HCl (g) – cloreto de hidrogénio HCl (aq) – ácido clorídrico – HCl (sol) 5.4.1. Dissociação dos ácidos H2SO4 + (aq) → 2 H+ (aq) + SO4 2 – (aq) HNO3 + (aq) → H+ (aq) + NO3 – (aq) ácidos fortes HI + (aq) → H+ (aq) + I – (aq) 5.4.2. Ionização dos ácidos H2S + (aq H+ (aq) + HS – (aq) K1 HS – (aq) + (aq) H+ (aq) + S 2 - K2 ácidos fracos (inorgânicos) HF + (aq) H+ (aq) + F– (aq) CH3COOH + (aq) CH3COO - + H+ ácidos fracos (orgânicos) HCOOH + (aq) HCOO - + H+ 5.5. Solubilidade dos compostos iónicos em água - Sais - Bases Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 64 Como predizer a solubilidade dos compostos? Ver livro de tabelas, pág 38. Iões Positivos Iões negativos OH- O- Cl- Br- I- S2 - SO42- CO32- PO43- NO3- CH3COO- Na+ + R + + + + + + + + + K+ + R + + + + + + + + + NH4+ + + + D + D D + + Ca2+ + - R + + + + - + - - - + + Ba2+ + R + + + + - - - - + + Ag+ - - - - - + - - - + + - Pb2+ - - + - + - - - - - - + + Hg+ - - - - - - - - + + - Hg2+ - + + - - - R - - + + Cu2+ - - + + - + - - + + Al3+ - - + + + R + R - + + Fe2+ - - + + + - + - - + + Fe3+ - - + + - + R - + + Mg2+ - - + + + + - + - - + + Zn2+ - - + + + - + - - + + + = solúvel; + - = ligeiramente solúvel; - = insolúvel; R = reage; D = decompõe-se; Na2CO3 (S) + (aq) → 2 Na +(aq) + CO3 2 – (aq) CaSO4 (S) + (aq) Ca 2+(aq) + SO4 2 - (aq) MgNH4PO4 (S) + (aq) Mg 2+(aq) + NH4 +(aq) + PO4 3 -(aq) Al2(SO4)3 (S) + (aq) → 2 Al2+(aq) + 3 SO4 2 -(aq) Al(OH)3 (S) + (aq) Al3+(aq) + 3 OH -(aq) NaOH (S) + (aq) → Na+(aq) + OH -(aq) PbCl2 (S) + (aq) Pb2+(aq) + 2 Cl -(aq) 5.6. Obtenção dos ácidos a) Hidrólise de óxidos ametálicos/óxidos ácidos/anidridos de ácidos. CO2 + H2O → H2CO3 P2O3 + H2O → H3PO3 SO2 + H2O → H2SO3 SO3 + H2O → H2SO4 P2O5 + H2O → H3PO4 Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 65 5.7. Síntese das Bases a) Hidrólise de metais: Metal + H2O → Base + H2 ↑ Na, K, Mg e Ca reagem com água formando bases. As reacções de Na e K são muito violentas. K + 2H2O → 2 KOH + H2↑ Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2↑ 2 Na + 2H2O → 2 NaOH + H2↑ Mg + 2H2O → Mg(OH)2 + H2(S) b) Hidrólise de óxidos metálicos/óxidos básicos: Óxido metálico + H2O → Base K2O + H2O → 2 KOH Na2O + H2O → 2 NaOH MgO + H2O → Mg(OH)2 CuO + H2O → Cu(OH)2 BaO + H2O → Ba(OH)2 5.8. Reacção de Substituição ácidos + metal → Sal + H2 ↑ H2SO4 dil + Zn → ZnSO4 H2 ↑ Ca + 2 HCl dil → CaCl2 + H2↑ 2 HClO3 + 2 Na → 2 NaClO3 +H2 ↑ NB: os metais nobres (preciosos): Au, Ag e Pt não reagem com ácidos -- metais valiosos. Os metais semi-nobres: Cu e Hg, também não são atacados pelos ácidos diluídos, mas podem ser corroídos por ácidos concentrados a quente. Cu + HNO3 dil Cu + 2 HNO3 conc a quente Cu(NO3)2 + 2 NO2 + 2 H2O 2 Ag + H2SO4 conc a quente Ag2SO4 + SO2 + 2 H2O Au + H2SO4conc a frio 5.9. Reacção de Neutralização ácido + base sal + água pH < 7 pH > 7 pH = 7 neutro (a 25oC) NaOH + HCl 2 NaCl + H2O Na2O + 2 HCl 2 NaCl +H2O óxido básico Ca(OH)2 + SO3 CaSO4 + H2O óxido ácido Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 66 Al(OH)3 + 3 HCl AlCl3 + 3 H2O 5.10. Reacções de Precipitação. Geralmente escreve-se na forma iónica. NaCl (sol) + AgNO3 (sol) NaNO3 + AgCl Na+(aq) + Cl –(aq) + Ag+(aq) + NO3 – (aq) Na+(aq) + NO3 – (aq) + AgCl(s) Ag+(aq) + Cl –(aq) AgCl (ppt) reacção de precipitado NB: Para a previsão da solubilidade dos compostos em água, usa-se, geralmente, os livros de tabelas. (Ver o livro de tabelas de MFQ). Todos os sais de Na e K são solúveis. Todos os minerais são solúveis. A maioria dos acetados é solúvel. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 67 6. ESTEQUIOMETRIA Todos cálculos que envolvem reacções químicas chamam-se Cálculos Estequiometricos. 6. 1. Conceito de Mole Na nossa vida diária estamos habituados a ouvir termos tais como: Par – 2 Dúzia – 12 Centena – 100 Grossa – 144 Rema – 500 Termos estes que indicam uma determinada quantidade de objectos. Em química fala-se de uma MOLE: Mole = 602 000 000 000 000 000 000 000 = 6,02 x 1023 Definição: Mole é a quantidade de substância que contêm 6,02. 1023 partículas. As partículas podem ser: Átomos, Iões, Moléculas, Nuclões (p+, nº) e electrões (e-). A palavra mole só se aplica para as partículas do micronivel. Uma mole de qualquer substância contêm o mesmo nº de partículas: 1 mol O2 - 6,02 1023 moléculas de O2 1 mol Na+ - 6,02 1023 iões de Na+ 1 mol O - 6,02 1023 átomos de O 1 mol P+ - 6,02 1023 iões de P+ 6.1.1. Conversão de mole – grama Considere uma amostra de 88 gr de CO2. Calcule: a) O nº de mol de moléculas de CO2. b) O nº de mol átomos de carbono. c) O nº de mol de átomos de oxigénio. d) O nº de moléculas de dióxido de carbono. e) O nº de átomos de carbono. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 68 Resolução: a) Ar (C) = 12 u.m.a. M (CO2) = 12 + 2*16 = 44 g/mol Ar (O) = 16 u.m.a. 1 mol CO2 44 g X1 = 1 mol*88 g = 2 mol ou M m =n X1 mol CO2 88 g 44 g b) 1 mol CO2 1 mol C c) 1 mol CO2 2 mol O 2 mol CO2 X2 mol C 2 mol CO2 X3 mol O X2 = 2 mol C X3 = 4 mol O d) 1 mol CO2 44 g 6,02 1023 moléculas de CO2 88 g X4 moléculas de CO2 X4 = 88 g*6,02 1023 moléculas = 12,04 1023 moléculas CO2 44 g X4 = 1,204 1024 moléculas CO2 e) 1 molécula CO2 2 átomos O X5 = 2,408 x 1024 átomos O 1,204 x 1024 moléculas CO2 X5 átomo O 1 molécula CO2 1 átomos C X5 = 1,204 x 1024 átomos C 1,204 x 1024 moléculas CO2 X5 átomo C 6.1.2. Estequiometria em mole/massa N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g) 1 mol 3mol 2 mol - coeficientes estequeométricos molares 28 g 6 g 34 g - coeficientes estequeometricos mássicos Ex: Da queima de calcário (carbonato de cálcio) produz-se 80 g de cal viva. Calcule: A massa do calcário queimado O nº de mole do anidrido carbónico obtidos Resolução: CaCO3 (S) Δ CaO(S) + CO2↑ 100 g 56 g 44 g m1 80 g m2 a) m1 = 100 g*80 g = 143 g CaCO3 56 g Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 69 b) m2 = 80 g*44 g = 63 g CO2 ; n = m = 63 g = 1,4 mol CO2 56 g M 44 g/mol 6.1.3. Volume molar. A lei de Avogadro Avogadro, Amedeo di Quaregna, Físico italiano (1776-1856) – fundador da teoria atómico-molecular. Lei de Avogadro Volumes iguais de gases diferentes, nas mesmas condições de temperatura e pressão contém o mesmo nº de partículas; ou Gases diferentes, com mesmo nº de partículas, nas mesmas condições de temperatura e pressão, ocupam sempre o mesmo volume. Condições Normais de Temperatura e Pressão (CNTP) Temperatura Normal: T = 0 ºC = 273,15 K Pressão Normal: P = 1 atm = 760 mm Hg A equação PV = nRT, chama-se equação de estado de um gás ideal. Ela permite calcular o volume molar a qualquer condições de temperatura e pressão. T = 273 K Nas CNTP P = 1 atm n = 1 mol V = ? R é a constante universal de gases ideais: R = 0,08206 l*atm/mol*K R = 8,314 J/mol*K PV = nRT V = nRT = 1 mol*0,08206 l*atm/mol*K 273 K P 1 atm 1 mol O2 22,4 l 1 mol H2 22,4 l 1 mol CO2 22,4 l 1 mol O3 22,4 l Condições Padrão (Standard) Temperatura padrão = 25 ºC = 298 K Pressão padrão = 1 atm = 760 mm Hg PV = nRT V = nRT = 1 mol*0,08206l*atm/mol*K . 298K = 24,5 l 1 atm Uma mole de qualquer gás nas condições standard ocupa 24,5 litros. NB: 1. quando se pretende resolver um problema, tal que as condições de T e P são outras, deve-se calcular o volume molar, para essas condições, usando a equação: PV = nRT Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 70 2. A lei de Avogadro só se aplica para substâncias gasosas. 6.1.4. Estequiometria em volume N2 + 3 H2 2 NH3 22, 4 l : 3*22,4 l : 2*22,4 l CNTP 24,5 l : 3*24,5 l : 2*24,5 l CP Exemplo: calcular o volume de CO2 nas Condições Normais de Temperatura e Pressão(CNTP) libertado na queima de 1 kg de calcário. Resolução: CaCO3 (S) Δ CaO(S) + CO2↑ (g) V = 1000*22,4 l = 224 litros 100 g 22,4 l 100 g 1000 g V CaCO3 (s) Δ CaO(S) + CO2↑ m = 1000 * 44 = 440 g ; V = ? 100 g 56 g 44 g 100 1000 g m 1 mol CO2 44 g 22,4 l V = 440*22,4 l = 224 litros 440 g V 44 6. 2. Reagente limitante e Reagente em Excesso Exemplo: Mistura-se 6 moles de H2 e 4 moles de O2. calcule o número de moles da H2O que se forma. 2 H2 (g) + O2 (g) → 2 H2O (l) 2 mol : 1 mol : 2 mol 6 mol : 4 mol : n mol 8 mol : 3 mol H2 está em défice 6 –8 = - 2 4 – 3 = + 1 O2 está em excesso. o n excesso = 1 mol. H2 – reagente limitante O2 – reagente em excesso. NB: o reagente limitante é aquele que reage completamente, usa-se para cálculos das quantidades desejadas. n = 6 mol * 2 mol = 6 mol H2O 2 mol Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 71 6. 3. Conceito de Per 6. 4. centagem Percentagem = razão cujo denominador é 100. %98= 100 98 %1= 100 1 %30= 100 30 Unidade (1) %100= 100 100 (“o fulano não bate 100”) 6.3.1. Composição Centesimal (percentual) n mt = m1 + m2 + m3 + ... mn = Σ mi i = 1 %100X m m =m% T I I %100X n n =n% T I I %100X v v =v% T I I m – massa; n – nº de moles; V – volume Exemplo: Calcule a composição centesimal de sacarose (C12H22O11) mc = 12*12 = 144 g mH = 22*1 = 22 g mO = 11*16 = 176 g mt = soma = 342 g % C = mc* 100 % = 144 100 % = 42,11 % mt 342 % H = mH* 100 % = 22 100 % = 6,43 % mt 342 % O = mO* 100 % = 176 100 % = 51,46 % mt 342 Normalmente a % do último componente calcula-se por diferença. % de O = 100 % - (% C + % H) = 100 %- (42,11 + 6,43) = 51,46 %. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 72 6. 5. Pureza dos Reagentes 6.4.1. Estequeometria que envolve reagentes não puros Exemplo: que volume de CO2 se obtém da queima de 1 kg de calcário, nas CNTP, sabendo que calcário tem 83 % de carbonato de cálcio. CaCO3 (S) → CaO(S) + CO2↑ 1000 g ------ 100 % X = 830 g 100 g ----- 22,4 l X ----- 83 % 830 g ----- V V = 830 g * 22,4 l = 185,92 l 100 g Nota-se que em 1 kg (1000 g) de calcário, apenas 830 g são de calcário. 6. 6. Conceito de Rendimento ou Grau de Conversão Exemplo1: O rendimento de uma turma numa escola é dado pela razão entre os aprovados e n nº total de alunos. %100x alunos de total n aprovados de n =R 0 0 ; um rendimento de 100% é raro. Exemplo 2: Um camponês nem tudo o que semeia, colhe no fim da produção. Lembre-se que há pragas, doença, roubos, etc: R x= produção obtida Produção que deveria obter 100 % Numa reacção química, o grau de conversão dos reagentes em produtos é dado por: %100x m m =R teorico exp Onde: mexp - massa experimental (massa real obtida) mteor - massa teórica (massa obtida pelo cálculo teórico) Lembre-se que nem tudo que se calcula teoricamente, se obtém experimentalmente. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 73 Exemplo: Calcular o volume de NH3 que se pode obter a partir de 224 l de N2, na reação de Habber-Bosch, sabendo que a 500 ºC e 300 atm, o rendimento do processo é de 65%. Resolução: PV = nRT V nRT P x x l= = = 1 0 773 300 0 21 .08206 . N2 + 3 H2 2NH3 0,21 l 2 * 0,21 l 224 l Vteor l448= 21.0 21.0x2x224 =Vteorico l xVxR Vx V V R teoricoreal teorico real 2.291 %100 448%65 %100 %;100 Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 74 EXERCÍCIOS 1. Dadas as seguintes reacções: a) Fe(OH)2 (s) + 2 H3O+ (aq) → Fe 2+(aq) + 4 H2O (l) b) Fe (s) + 2 H3O+ (aq) → Fe 2+(aq) + H2 (g) + 2 H2O (l) 1. Reacção a é uma reacção redox 2. Reacção b é uma reacção redox 3. Reacção b é uma reacção ácido-base 4. Ambas as reacções a e b são redox As certas são: A) só 2 B) só 4 C) 1, 2 e 3 D) 1, 2 e 4 2. Quando ZnCO3 é aquecido, ocorre uma reacção química segundo a seguinte equação: ZnCO3 (s) → ZnO (s) + CO2 (g) Um tubo de ensaio foi pesado, um pouco de ZnCO3 foi colocado no tubo e outra vez pesado. O tubo com ZnCO3 foi aquecido durante algum tempo e, depois de arrefecido, novamente pesado. Os resultados obtidos foram: Tubo de ensaio vazio: 19,0 g Tubo de ensaio + ZnCO3 : 20,0 g Tubo (depois do aquecimento) com resíduo: 19,9 g (ZnCO3 = 125 g/mol ZnO = 81 g/mol CO2 = 44 g/mol) O resíduo no tubo corresponde a: A) mistura de ZnCO3, ZnO e CO2 B) mistura de ZnCO3 e ZnO C) ZnO D) ZnCO3 3. O diagrama abaixo mostra a estrutura do asbestos (amianto): O O O Si Si Si - O O - - O O - - O O Mg 2+ Mg 2+ Mg 2+ A ligação no asbestos é: A) só covalente B) só iónica C) ambas covalente e iónica D) nem covalente nem iónicaCentro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 75 4. Dado os seguintes gráficos: x x x x A B C D Tempo Tempo Tempo Tempo Escolha o gráfico (A, B, C ou D) que mostra a mudança do volume de hidrogénio produzido (x), quando excesso de ácido é adicionado ao magnésio. 5. Qual dos seguintes fertilizantes (A, B, C ou D) proporciona maior massa de nitrogénio por cada quilograma de fertilizante adicionado ao solo? (Massa atómica N = 14 u.m.a.) Composto Fórmula Massa Molar A) Nitrato de amónio NH4NO3 80 g/mol B) Sulfato de amónio (NH4)2SO4 132 g/mol C) Nitrato de potássio KNO3 101 g/mol D) Ureia (NH2)2CO 60 g/mol 6. 0,0486 g de magnésio reage completamente com uma solução de ácido clorídrico em excesso. O gás hidrogénio (libertado como produto da reacção) numa proveta graduada ocupa um volume de 47,3 ml. A partir da massa de magnésio, do volume de hidrogénio e da reacção da equação pode se calcular o volume molar nas condições da reacção. O volume molar nas condições da reacção é: (Mg = 24,3 g/mol) A) 23,7 litros B) 22,4 litros C) 24,5 litros D) 25,8 litros 7. O HCl é um ácido forte e o KOH é uma base forte. Junta-se num tubo de ensaio soluções aquosas de HCl e de KOH em quantidades estequiométricas. Depois da reacção as partículas contidas no tubo (em concentração apreciável) são: A) K+, Cl – e H2O B) KCl e H2O C) H+, OH – e H2O D) K+, Cl – e OH - 8. Uma massa de água de 18 g representa: A) 2 moles de água B) 18 moles de água C) 6.10 23 moléculas de água Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 76 D) 6.10 23 átomos de hidrogénio e 6.10 23 átomos de oxigénio 9. Um metal M forma um óxido de fórmula M2O3 A massa de 1,0 mol de óxido é 102 g. Qual é a massa atómica do metal M? (massa atómica de O = 16 u.m.a.) A) 54 B) 48 C) 27 D) 24 10. Cerca de 18 % da massa do corpo humano provém do átomo de carbono presente em diferentes compostos. Com base na informação anterior o número de átomo de carbono no corpo de um indivíduo que pesa 100 kg deve ser aproximadamente a: (massa atómica de c = 12; Número de Avogadro: 6,02x1023) A) 1,5.103 B) 9,0.1026 C) 12,0.1023 D) 2,5.1020 11. A massa de oxigénio puro (O2) necessária para queimar 5,0 g de enxofre (S), dado o dióxido de enxofre (SO2) como único produto é: (massa atómica: O = 16 u.m.a. ; S = 32 u.m.a.) A) 2,5 g B) 15,0 g C) 10,0 g D) 5,0 g 12. O gráfico contém informação sobre o decorrer de uma reacção que progride com a transformação de reagente em produtos, segundo as quantidades (em mol) indicadas no gráfico. Todas as substâncias involucradas são gases. (massa atómica: O = 16 ; H = 1) Quantidade de reagente e de produtos (mol) 2 H2O 1 O2 H2 *fim da reacção t (seg) a) Escreva a equação da reacção. b) O gráfico corresponde a uma reacção irreversível (reacção completa). Justifique esta afirmação com base no gráfico. c) Para o reagente em excesso calcule a massa que sobrou. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 77 d) Calcule a massa do produto formado 13. junta-se soluções aquosas de cloreto de cálcio e de fosfato de sódio. Forma-se um precipitado. A equação iónico-molecular correcta da precipitação será: A) Na+(aq) + Cl – (aq) → NaCl(s) B) 3 CaCl2 (aq) + 2 Na3PO4 (aq) → Ca3(PO4)2 (s) + 6 NaCl (aq) C) 3 Ca 2+(aq) + 2 PO4 3-(aq) → Ca3(PO4)2 (s) D) 2 Ca 2+(aq) + 3 PO4 3-(aq) → Ca2(PO4)3 (s) 14. A reacção de combustão de magnésio é: 2 Mg + O2 → 2 MgO (massa atómica: Mg = 24 u.m.a.; O = 16 u.m.a.) Em qual das seguintes misturas ficará resíduo (excesso de magnésio igual a 2 g depois da combustão? A) 4,8 g magnésio + 3,2 g oxigénio B) 24 g magnésio + 16 g oxigénio C) 6,8 g magnésio + 3,2 g oxigénio D) 6 g magnésio + 4,0 g oxigénio 15. As curvas no gráfico em baixo mostram o volume de hidrogénio produzido durante diferentes experimentos para investigar a reacção entre o magnésio e o ácido clorídrico. A curva “x” foi obtida quando excesso de magnésio reagiu com ácido clorídrico 1,0 M a 25 ºC. Vol de H2 D C x B A tempo Qual das curvas (A, B, C ou D), no gráfico, foi obtida quando excesso de magnésio reagiu com ácido clorídrico 0,5 M a 25 ºC? E quando reagir com ácido clorídrico 1,3 M a 25 ºC? Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 78 16. O cálcio reage com água. Forma-se um precipitado. A equação desta reacção é: A) Ca (s) + H2O (l) → Ca(OH)2 (s) + H2 (g) B) Ca (s) + 2H2O (l) → Ca(OH)2 (s) + H2 (g) C) Ca (s) + 2H2O (l) → Ca 2+ (aq) + 2 OH - (aq) + H2 (g) D) Ca (s) + 2H2O (l) → Ca 2+ (aq) + 2 OH - (aq) + 2 H2 (g) 17. Na reacção entre excesso de magnésio e 7,5 ml de H2SO4 a 0,4 M forma-se o volume máximo de hidrógenio (quando volume molar = 25 litros) de: A) 22,4 ml B) 75 ml C) 25 ml D) 40 ml 18. O nitrogénio gasoso pode-se obter facilmente a partir do composto sólido NaN3 a) Escreva a equação acertada da reacção de formação de nitrogénio gasoso a partir do NaN3. (Na equação deve aparecer uma substância como reagente e duas como produtos). b) Classifique a reacção anterior. d) Calcule quantas gramas de NaN3 precisam-se para produzir 20,0 litros de gás nitrogénio. (Dados:Volume molar = 24,5 l, Massa molar do NaN3 = 65 g/mol) 19. O carbono sólido reage com o oxigénio do ar formando dióxido de carbono gasoso. a) Escreva a equação da reacção. b) Classifique a reacção anterior. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 79 c) Calcule quantos litros do gás dióxido de carbono podem-se obter pela reacção de 30 gramas carbono sólido com 100 gramas de oxigénio. (Nota: calcule primeiro a substância em excesso). (Dados: massa atómicas: C = 12; O = 16; Volume molar = 24,5 l) 20. Qual das reacções seguintes é redox? I Ca + H2O → CaO + H2 II Ca + H2O → Ca 2+ + 2OH - A) I e II B) Só I C) Só II D) Nem I, nem II 21. O diagrama apresenta o efeito energético do processo de dissolução duma mol de cloreto de amónio. Faça a sua escolha: H NH4 + (aq) + Cl – (aq) NH4Cl(s) Decurso da reacção A) O processo é exotérmico e a reacção liberta calor. B) O processo é exotérmico e a reacção absorve calor. C) O processo é endotérmico e a reacção liberta calor. D) O processo é endotérmico e a reacção absorve calor. 22. Uma mole de átomo de carbono (sólido) A) tem uma massa de 6 g B) contem 6.1023 átomos C) tem massa igual a uma mole de átomo de oxigénio D) ocupa um volume de 22,4 litros 23. Óxido de titânio é usado como tinta branca para pintar. Uma amostra da tinta contém 9,6 g de titânio combinado com 6,4 g de oxigénio. Qual é a fórmula da tinta? Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 80 (massa atómica: Ti = 48; O = 16) A) TiO B) TiO2 C) Ti2O D) Ti2O4 24. Quando magnésio e enxofre são aquecidos juntos, reagem para formar sulfeto de magnésio: Mg + S → MgS (massa atómica: Mg = 24 u.m.a.; S = 32u.m.a.) Em qual das seguintes misturas não ficará resíduo de magnésio nem de enxofre depois do aquecimento? A) 2,4 g magnésio + 2,4 g enxofre B) 3,0 g magnésio + 4,0 g enxofre C) 3,2 g magnésio + 2,4 g enxofre D) 3,2 g magnésio + 3,2 g enxofre 25. Qual das seguintes é a equação correcta da reacção entre ferro e cloro para formar cloreto de ferro III? A) Fe + 3 Cl → FeCl3 B) Fe + Cl2 → FeCl3 C) Fe + 3 Cl2 → FeCl3 D) 2 Fe + 3 Cl2 → 2 FeCl3 26. As curvas no gráfico em baixo mostram o volume de hidrogénio produzido durante diferentes experimentos para investigar a reacção entre o zinco e o ácido clorídrico. A curva “x” foi obtida quando 1 g de zinco em grânulos reagiu com excesso de ácido clorídrico 2,0 M a 30 ºC. Vol de H2 D C x B A tempo Qual das curvas (A, B, C ou D), no gráfico, foi obtida quando 1 grama de zinco em pó reagiu com ácido clorídrico 2,0 M a 30 ºC? Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 81 27. 0,25 g de uma mistura de barro e carbono é queimada num processo de combustão completa. Durante todo o processo o barro não se modificou. Todo o carbono reagiu segundo a equação: C(s) + O2 (g) → CO2 (g) O gás formado (CO2) foi dirigido através duma solução de NaOH. Na reacção entre o gás e a solução formara-se uma solução aquosa de carbonato de sódio e água. a) Escreva a equação (acertada) da reacção entre o gás e a solução. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- b) 1,8.10-2 mol de NaOH reagiram com todo o gás CO2. Calcule o número de moles do gás CO2 c) Calcule a massa do carbono na mistura de barro e carbono. (Massa molar de C:12 g/mol) d) Calcule a percentagem de massa de barro na mistura original 28. A decomposição do CaCO3 é uma reacção endotérmica. Qual dos esquemas seguintes representa correctamente o processo de decomposição de CaCO3. H H H H CaCO3 CaO + CO2 CaO + CO2 CaCO3 CaO + CO2 CaCO3 CaCO3 CaO + CO2 I II III IV A) I B) II C) III D) IV 29. A formação de NO2 a partir dos seus elementos decorre de acordo com a equação: A) N + O2 → NO2 B) 2 N + 2 O2 → 2 NO2 C) N2 + O2 → N2O2 D) N2 + 2 O2 → 2 NO2 30. A Amélia aquece uma substância “A”. Formam-se dois compostos: A substância “B” e a substância “C”. A equação da reacção é: substância A → substância B + substância C Qual das substância A, B ou C com certeza é um composto? Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 82 A) Só substância A B) Só substância B C) Só substância C D) Substâncias B e C 31. Numa reacção entre ferro e oxigénio forma-se Fe3O4 Na equação desta reacção os coeficientes dos reagentes ferro e o oxigénio são respectivamente: A) 1 e 2 B) 3 e 1 C) 3 e 2 D) 4 e 3 32. A massa de uma mol de água é igual à massa de: A) 24 dm3 de água B) 1 mol de vapor de água C) 1 molécula de água D) 2 moles de hidrogénio (H2) e mol de oxigénio (O2) 33. A equação seguinte mostrauma reacção exotérmica: Mg (s) + 2 HCl (aq) → MgCl2 (aq) + H2 (g) Qual afirmação relacionada a esta reacção exotérmica, é falsa: A) o cloreto de magnésio é solúvel em água B) 1 mol magnésio produz 1 mol de gás de hidrogénio C) a soma de energia interna dos produtos é maior do que a soma de energia interna dos reagentes D) o magnésio é um metal não nobre 34. O ozono transforma-se em oxigénio segundo a equação de reacção: 2 O3 → 3 O2 Nos diagramas seguintes estão representados os números de moléculas (de O2 e O3) em função do tempo. Qual é o diagrama correcto para esta reacção? nº nº nº molec molec molec t t t diagrama I diagrama II diagrama III A) I C) III B) II D) Nem I, nem II e nem III Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 83 35. Num recipiente tem-se uma quantidade duma solução aquosa de H2O2. Dados duma investigação da reacção 2 H2O2 (aq) → 2 H2O (l) + O2 (g) resultam no gráfico abaixo. No eixo horizontal é indicado o tempo que decorreu desde o inicio da reacção. O eixo vertical mostra: tempo A) a quantidade de H2O2 ainda presente no recipiente B) a quantidade de O2 que se formou C) a velocidade de reacção D) o volume da solução de H2O2 36. Qual das seguintes reacções não é uma reacção redox? A) C + O2 → CO2 B) 2 CO + O2 → 2 CO2 C) C + CO2 → 2 CO D) CO2 + H2O → H2CO3 37. A energia libertada na combustão do metano é 890 kJ/mol. Qual dos esquemas seguintes, representa o processo de combustão do metano? H H H H CH4 + 2O2 CO2 + 2 H2O CH4 C + 2 H2 CO2 + 2 H2O CH4 + 2O2 C + 2 H2 CH4 I II III IV A) I B) II C) III D) IV 38. Na equação da reacção seguinte: 2Fe(s) + 3 S (s) → 1 Fe2S3 (s) Os coeficientes “2” e “3” significam que: A) 2 moles de Fe reagem com 3 moles de S B) 2 gramas de Fe reagem com 3 gramas de S C) 44,6 litros de Fe reagem com 73,2 litros de S D) 2 ml de Fe reagem com 3 ml de S Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 84 39. A formação de óxido de alumínio a partir dos seus elementos decorre de acordo com a equação: A) 2 Al2 + 3 O3 → 2 Al2O3 B) 4 Al + 3 O2 → 2 Al2O3 C) Al2 + O3 → Al2O3 D) 2 Al + 3 O → Al2O3 40. Mistura-se 1,0 mol SO2 (g) e excesso de O2 (g) em presença de um catalisador. Decorre a reacção: 2 SO2 + O2 → 2 SO3 Num dado instante verificou-se que ainda existia no recipiente 0,40 moles de SO2. Quantas moles de O2 reagem até essa altura? A) 0,20 mol B) 0,30 mol C) 0,60 mol D) 1,20 mol 41. Considere a reacção da decomposição do ozono em oxigénio: 2 O3 (g) → 3 O2 (g) As afirmações acerca desta decomposição: I A partir de 20 cm3 de ozono formam-se 30 cm3 de oxigénio (P e T constante). II A partir de 20 g do ozono formar-se-á 30 g de oxigénio. A afirmação certa é: A) I e II B) Só I C) Só II D) Nem I, nem II 42. Ao adicionar um pouco de bromo (de cor castanha) a 100 ml de água e agitar, obtém-se uma solução castanha. Na “linguagem química” este processo é descrito pela: A) Br2 (l) + aq → Br2 (aq) B) 2 Br2 (s) + aq → Br2 (aq) C) Br2 (aq) → Br2 (aq) + aq D) Br2 (l) + aq → 2 Br - (aq) 43. A fórmula molecular da aspirina é C9H8O4. Qual é a sua composição percentual? (massas atómicas: C = 12 u.m.a; H = 1 u.m.a e O = 16 u.m.a.) 44. A produção de adubo conhecido como superfosfato tem como reacção: Ca3(PO4)2 (s) + 2 H2SO4 (l) → Ca(H2PO4)2 (s) + 2 CaSO4 (s) Quantos litros de ácido sulfúrico técnico consome diariamente uma fábrica que produz 0,5 toneladas de Ca(H2PO4)2 por dia? Ácido sulfúrico contém 98% de H2SO4 e uma densidade de 1,80 g/ml Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 85 (massa atómica: Ca = 40 u.m.a., P = 31 u.m.a., O = 16 u.m.a., H = 1 u.m.a., S = 32 u.m.a.) 45. A necessidade de energia por hora dum astronauta pode ser satisfeita pela energia libertada na decomposição, dentro de organismo, de 34 g de sacarose, segundo a reacção: C12H22O11 + O2 → CO2 + H2O A) indique os estados de agregação das 4 substâncias intervenientes na reacção anterior á temperatura ambiente (25 ºC) B) quantos gramas de sacarose devem ser carregados numa cápsula especial para fornecer a energia necessária ao astronauta, sabendo que ele permanecerá 7 dias no espaço? C) Calcule a quantidade de oxigénio necessário para reagir com a sacarose calculada na alínea anterior. (massa atómica: C = 12 u.m.a., H = 1 u.m.a., O = 16 u.m.a.) 46. Uma fábrica de vidro consome 2600 kJ de energia/kg de vidro produzido. A quantidade de energia necessária é obtida da combustão de uma certa quantidade de metano, composto cuja a entalpia de combustão é de – 900 kJ/mol. a) Calcule a entalpia de combustão de metano em kJ/kg; b) Pressupondo que a fabrica produz 1 tonelada de vidro por dia calcule a quantidade de metano, em kg consumida por dia naquela fabrica; c) Calcule o volume de oxigénio, medido em CNTP, necessário para a queima da quantidade de metano calculada na alínea anterior; (masass atómicas: C = 12, H= 1, O = 16) 47. Qual das seguintes reacções é redox? a) CH3COO –(aq) + H3O+(aq) → CH3COOH (aq) + H2O b) Pb 2+(aq) + SO4 2- (aq) → PbSO4 (s) c) Mg (s) + Br2 (l) → MgBr2 (s) d) Fe(OH)2 (s) → Fe2+ (aq) + 2 OH –(aq) 48. A entalpia de combustão de metano (g) é de – 8,90.102 kJ/mol pela combustão de 1 m3 de metano liberta-se uma certa quantidade de energia (entalpia). Essa quantidade em kJ é: Vm = 24,2 l. a) – 3,68 x 104 b) - 3,68 x 102 Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 86 c) - 2,15 x 107 d) -2,15 x 104 49. Seja dada a reacção: N2 (g) + H2 (g) → NH3 (g) que se realiza num recipiente de forma quadrada de 3,8 cm de lado. Foram misturadas certas quantidades de azoto e hidrogénio. No final da reacção se obtém uma quantidade de azoto igual ao volume do recipiente. a) Calcule os nº de partículas de azoto e hidrogénio. b) Se o volume do recipiente fosse comprimido a 1/3 do volume inicial, quais seriam as novas quantidades de azoto e hidrogénio. 7. TERMOQUÍMICA 7. 1. Introdução A palavra termo significa calor, e, então, termoquímica relaciona-se com a química de calor. Termoquímica – capítulo da química que estuda os efeitos energéticos nos processos químicos. Existem reacções endotérmicas (absorvem calor) e exotérmicas (libertam calor). De uma forma geral as reacções de combustão e de síntese são exotérmicas. N2 + 2 O2 → CO2 C + O2 → CO2 combustão P4 + 3 O2 → 2 P2O3 Exotérmica; ΔH < 0 N2 + 3H2 → 2 NH3 2 Na + Cl2 → 2 NaCl reacção de síntese (formação) H2 + I2 → 2 HI As reacções de decomposição são endotérmicas (ΔH > 0) CaCO3 → CaO + CO2 N2O4 → 2 NO2 Endotérmica; ΔH > 0 2 NH3 → N2 + 3 H2 Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 87 Todos os processos químicos são acompanhados por alteração de conteúdo energético (calor). A energia envolvida num processo químico cháma-se Calor de Reacção (ΔHr). NOTA: Calor é uma forma de energia. Quando as reacções decorrem à pressão constante, fala-se de entalpia da reacção (H) em vez de calor de reacção (Q). Entalpia (H): é calor à pressão constante. A variação de entalpia duma reacção (ΔHr) é uma função de estado, isto quer dizer que só depende dos estados inicial e final, não depende do caminho da reacção. 7. 2. Teoria Cinética (Teoria das Colisões) Condições para que decorra uma reacção química: 1. Presença de partículas reagentes. 2. Movimento desordenado das partículas. 3. Colisões (choques) entre as partículas. 4. Para que as colisões ocorram as partículas devem ter uma energia mínima necessária para dar o arranque. Essa energia mínima chama-se Energia de Activação (Ea). 5. As colisões devem dar-se com uma orientação favorável para que esses átomos sejam separados e outros unidos. Esses Choques chamam-se Colisões Eficazes ou Choques Eficazes (eficazes). Choque ineficaz Choque eficaz 7. 3. Gráfico de Entalpia H ΔHr = HP - HR Onde: HP – Entalpia de Produto HR – Entalpia de Reagente Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 88 CA HcA Ea2 HP Ea1 P ΔH HR R 0 decurso de reacção t H - entalpia ΔH - Variação da Entalpia t - tempo CA - Complexo activado HR - Entalpia dos reagentes HcA – Entalpia de complexo activado HP - Entalpia dos produtos Ea1 - Energia de activação da reacção directa [Reagente (R) → Produto (P)] Ea2 - Energia de activação da reacção inversa [Produto (P) → Reagente (R)] 7. 4. Equação Termoquímica É aquela em que se escreve também o calor da reacção. C + O2 - 393,5 kj/mol → CO2 ou C + O2 → CO2 + 393,5 kj/mol ou C + O2 → CO2 ; ΔH = - 393,5 kj/mol 7.4.1. Reacção Endotérmica H ΔH = HP - HR HP > HR P ΔH > 0 HP R ΔH > 0 HR t 7.4.2. Reacção Exotérmica H ΔH = HP - HR R HP < HR ΔH = HP - HR HcA = HR + Ea1 ou HcA = Ea2 + HP Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 89 HR R ΔH < 0 ΔH < 0 P HP t Pode-se esquematizar uma reacção de seguinte forma: activação transformação dos reagentes No estado activado verifica-se um enfraquecimento das ligações, quebram-se as ligações entre as moléculas, átomos e iões; os átomos ficam soltos, disponíveis a um novo arranjo para formar produto. aquece a arrefece a visinhánçavizinhánça Reacção Reacção Exotérmica Endotérmica Exo = para fora Endo = para dentro 7. 5. Tipos de Calor (Variação de Entalpia) 7.5.1. Entalpia de Formação (ΔHº formação) ΔH formação – é a entalpia necessária para a formação de 1 mole de composto a partir de substâncias simples (elementos). Ex: H2 (g) + 1/2 O2 (g) → H2O (g) , ΔHºform = - 242 kj/mol Os valores das ΔHºformação das substâncias encontram-se em tabelas. Convencionou-se que ΔHºformação de substâncias simples é igual a zero. Reagente Estado activado Produto Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 90 7.5.2. Entalpia de Decomposição (ΔHºdecomp) É a energia necessária para decompor uma mole de um composto nos seus elementos. Como a decomposição é um processo inverso à formação; ΔHºdecomp = - ΔHºform Ex: H2O(g) → H2 (g) + 1/2 O2 (g) ΔHºdecomp = 242 kJ/mol 7.5.3. Entalpia de Ligação (ΔHºlig) È a variação de energia durante a ligação de átomo para átomo para formar uma mole de substância, seja ela simples ou composta. Ex: H(g) + H(g) → H2 (g) ΔHºlig = - 103 kJ/mol Ex: H(g) + Br(g) → HBr (g) ΔHºlig = - 87 kJ/mol 7.5.4. Entalpia de Dissociação (ΔHºdissoc) É o calor gasto para quebrar as ligações numa molécula formando átomos. A dissociação é um processo inverso a ligação e por isso; ΔHºdiss = - ΔHºlid Ex: H2 (g) → H(g) + H(g) ΔHºdiss = 103 kJ/mol Ex: HBr (g) → H(g) + Br(g) ΔHºdiss = 87 kJ/mol 7.5.5. Entalpia de Combustão (ΔHºcomb) É o calor libertado durante a combustão de uma mole de substância. Ex: C + O2 → CO2 ΔHºcomb = - 393,5 kJ/mol Ex: CO + 1/2 O2 → CO2 ΔHºcomb = - 283,0 kJ/mol 7. 6. Cálculo de ΔHº Reacção(ΔHºR) Para a reacção: a A + b B → c C + d D [c ΔHºf (C) + d ΔHºf (D)] - [a ΔHºf (A) + b ΔHºf (B)] Exemplo: Calcule ΔHº da reacção seguinte: Fe2O3 (s) + 3 CO(g) → 2 Fe(S) + 3 CO2 (g) ΔHºf (kj/mol) - 882,2 - 110,5 - 394 Substância Fe2O3 CO CO2 Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 91 ΔHºR = 3 ΔHºf (CO2) + 2 ΔHºf (Fe) – [ ΔHºf (Fe2O3) + 3 ΔHºf (CO) ] ΔHºR = 3 (- 394) + 2 (0) – [ - 822,2 + 3 (-110,5)] ΔHºR = - 691, kJ/mol ΔHº < 0 → reacção exotérmica 7. 7. Estequiometria Envolvendo Calor das Reacções Exemplo: Existem na natureza várias formas de carbono na forma de carvão mineral: Antracite 90 – 95 % de C Hulhá 88 % de C Lenhite 65 % de C Turfa 20 – 40 % de C Calcule o calor produzido na queima de uma tonelada de lenhite, se ΔHº combustão de carbono é de – 393,5 kJ/mol. C + O2 → CO2 1 mol – 12 g - 393,5 kJ 1 t = 106 g 100 % 65 . 104 g Q X 65 % X = 65 . 104 Q = - 2,13.107 X – é a massa de carbono em 1 ton Durante a combustão (queima) de de lenhite 1 ton de lenhite liberta-se 2,13.107 kJ 7. 8. Lei de Hess (1840) ΔHº da reacção é uma função de estado, quer dizer que não depende do caminho percorrido, só depende dos estados final e inicial. • B (fim) ΔHAB = ΔHB - ΔHA A •(inicio) As reacções termoquímicas podem ser consideradas como equações algébricas, com todas as operações matemáticas permitidas. Ex1: CO C + 1 /2 O2 → CO , ΔH1 CO + 1 /2 O2 → CO2 , ΔH2 ΔH1 + 1 /2 O2 + 1 /2 O2 ΔH2 C + O2 → CO2 , ΔH Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 92 ΔH ΔH = ΔH1 + ΔH2 C CO2 O2 7.8.1. Regras de manipulação de equações termoquímicas 1. Quando uma equação é invertida (reescrita numa direcção oposta), o sinal de ΔH é o simétrico (“deve ser invertido”) (ΔHreacção directa = - ΔHreacção inversa); 2. O cancelamento de fórmulas de substâncias, nos reagentes e nos produtos, deve ser feito para espécies no mesmo estado de agregação (físico); 3. Se todos os coeficientes de uma equação são multiplicados ou divididos pelo mesmo factor, o valor de ΔH da reacção, igualmente, deve ser modificado. Ex2: O CO é geralmente usado na metalurgia para a remoção de oxigénio dos óxidos e, deste modo, obter metais livres. A equação termoquímica da reacção do CO com o óxido de ferro (III) é: [1] Fe2O3 (s) + 3 CO (g) → 2 Fe (s) + 3 CO2 (g) ΔH° = -26,7 kJ Use esta equação e a equação de combustão do CO, [2] CO (g) + 1/2 O2 (g) → CO2 (g) ΔH° = -283,0 kJ para calcular o valor de ΔH° para a equação de reacção seguinte: 2 Fe (s) + 3/2 O2 (g) → Fe2O3 (s) ΔH° = ? Análise: Não podemos, simplesmente, adicionar as duas equações, pois assim não obteremos a equação pretendida. Primeiro temos de manipular as equações, depois adicioná-las e só assim obteremos a equação do problema colocado. Resolução: Podemos manipular as duas equações dadas usando o seguinte raciocínio: 1. Temos de tentar colocar o ferro atómico no lado dos reagentes (esquerdo). Assim invertemos a segunda equação. Logo, devemos inverter o sinal de ΔH°. Repare que após esta operação, automaticamente, colocamos o óxido de ferro (III) [não trióxido de ferro] no lado dos produtos (direito). Então teremos a equação (1’): 2 Fe (s) + 3 CO2 (g) → Fe2O3 (s) + 3 CO (g) ΔH°’ = -ΔH° = - (- 26,7 kJ)= + 26,7 kJ 2. Na equação global, deve háver 3/2 O2 nos reagentes. Após a adição das equações, deve haver cancelamento de 3 CO e 3 CO2, pois não aparecem na “equação problema”. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 93 Assim, multiplicando a segunda equação [2] dada por 3 (incluindo o valor ΔH°), obteremos os coeficientes necessários. 3CO (g) + 3/2 O2 (g) → 3CO2 (g) ΔH°’ = 3 x ΔH° = 3 x (- 283,0 kJ) = - 849,0kJ Colocando as duas “equações manipuladas”, [1’] e [2’], e somando-as teremos: 2 Fe (s) + 3 CO2 (g) → Fe2O3 (s) + 3 CO (g) ΔH°’ = + 26,70 kJ 3CO (g) + 3/2 O2 (g) → 3CO2 (g) ΔH°’ = - 849,0 kJ Soma: 2 Fe (s) + 3/2 O2 (g) → Fe2O3 (s) ΔH° = - 822,3 kJ Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 94 EXERCÍCIOS 1. De acordo com as seguints entalpias de formação: CO2 (g) = - 94,1 kCal H2O(ℓ) = - 68,3 kCal C2H2(g) = + 54,2 kCal A quantidade calor fornecida pela combustão de 260 g de acetileno é: a. ( ) 621,4 kCal b. ( ) 2174 ,9 kCal c. ( ) 15 53,5 kCal d. ( ) 932,0 kCal e. ( ) 3107,0 kCal 2. O fosforo P4 , exposto ao ar queima expontaneamente para dar P4O10 ; a ΔΗ para essa reacção é - 712 kCal/mol de P4. A quantidade de calor produzida quando 2,48 g de fósforo são queimados é: a. ( ) 71,20 kCal b. ( ) 10,40 kCal c. ( ) 17,65 kCal d. ( ) 14,24 kCal 3. As entalpias de formação de SO2(g) e SO3(g) são respectivamente -71,20 e –94,0 kCal. A variação da entalpia da recção SO2(g) + ½O2(g) → SO3(g) é: a. ( ) +165,0 kCal b. ( ) – 22,8 kCal c. ( ) –165,0 kCal d. ( ) – 46,0 kCal e. ( ) + 22,8 kCal 4. De acordo com os seguintes dados : H2O2 (ℓ) → H2 (g) + O2 (g) ΔΗ = + 200 kj/mol de H2O2 H2O2(ℓ) → H2O(ℓ) + ½O2 (g) ΔΗ = – 90 kj/mol de H2O2 Qual é a variação de entalpia na formação de 1 mol de H2O(ℓ) a partir de seus elementos constituintes ? a. ( ) – 110 kj b. ( ) - 380 kj c. ( ) + 110 kj d. ( ) – 290 kj Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 95 e. ( ) + 290 kj As questoes 5 e 6 referem–se aos seguintes dados a 25° C e 1 atm: 2Al(s) + Fe2O3 (s) → Al2O2 (s) + 2 Fe (s) ΔΗ = – 200 kCal/mol 5. Quanto de aluminio deve reagir com Fe2O3, a fim de se obter quantidade de calor necessária para fundir 1 mol de um metal cujo calor de fusão é 4 kCal/mol? a. ( ) 8 mol b. ( ) 4mol c. ( ) 0,4 mol d. ( ) 0,04 mol e. ( ) 0.08 mol 6. Sabendo – se que a ∆Η de formação do Al2O3(s) é igual a - 400kCal /mol, qual deve ser a ∆Η de formação do Fe2O3(s)? a.( ) – 100 kCal b.( ) – 200 kCal c.( ) – 300 kCal d.( ) – 400 kCal e.( ) – 600 kCal 7. O grafico abaixo indica os calores de combustão do enxofre momoclinico e do enxofre rombico, a 25° C. Sendo ∆Η1 = - 71,1 kCal /mol e ∆Η2 = - 71,0 kCal ,podemos concluir que a variação de entalpia da transformação do enxofre rombico para o enxofre monoclinico,nas condicoes da experiencia, e: a. ( ) – 0,1 kCal /mol d. ( ) -142 kCal/mol b. ( ) + 0,1 kCal/mol e. ( ) + 142 kCal/mol c. ( ) + 0,2 kCal/mol Entalpia SO2 (g) Srômbico + O2 Smonoclínico + O2 ΔH2 ΔH1 Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 96 8. Qual é a massa de água que pode ser aquecida de 20° C a 100° C pela queima completa de 120 kg de carvao (admitindo – se com o carbono puro ), sabendo – se que a combustão liberta 94 kCal por atomo – grama de carbono queimado? a. ( ) 11750 Kg b. ( ) 9400 Kg c. ( ) 5875 Kg d. ( ) 11,75 Kg e. ( ) 5,875 Kg 9. A equação termoquímica : CH4 (g) → C (g) + 4H (g) ∆Η = + 1 660 kj/mol Indica uma reacção: a. ( ) exotérmica a pressão constante. b. ( ) exotérmica a temperatura constante. c. ( ) exotérmica a volume constante d. ( ) endotérmica a pressão constante e. ( ) endotérmica a temperatura constante 10. Dadas as reacções abaixo e suas respectivas variações de entalpia: H2 (g) + ½O2(g) → H2O (s) ∆Η1 H2 (g) + ½O2(g) → H2O (ℓ) ∆Η2 H2 (g) + ½O2(g) → H2O (v) ∆Η3 Pode – se afirmar que: a. ( ) ∆Η1 > ∆Η2 > ∆Η3 d. ( ) ∆Η2 + ∆Η3 = ∆Η1 b. ( ) ∆Η1 < ∆Η2 < ∆Η 3 e. ( ) ∆Η2 = ∆Η2 = ∆Η3 c. ( ) ∆Η1 + ∆Η2 = ∆Η3 11. Calculando – se a quantidade de calor libertada, nas mesmas condições de temperatura e pressão, pela combustão de uma mol de hidrogénio para formação, respectivamente, de água gasosa, de água líquida e de água sólida. a. ( ) encontra-se o mesmo valor nos três casos. b. ( ) encontra – se o mesmo valor na formação de água líquida e de água sólida. c. ( ) verifica - se que há maior libertação na formação de água gasosa. d. ( ) verifica – se que há maior libertação na formação de água de água líquida. e. ( ) verifica – se que há maior libertação de calor na formação de água sólida . 12. Quando em uma reacção química verifica – se, a uma dada temperatura, a entalpia dos produtos é maior que a entalpia dos reagentes, diz – se que a reacção é: a. ( ) endotérmica. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 97 b. ( ) exotérmica. c. ( ) isotérmica. d. ( ) espontânea. e. ( ) não–espontânea. 13. Se A, B e C representam substâncias que participam das reacções : A → B ∆Η = - 10 kCal B → C ∆Η = + 5 kCal Pode – se prever a reacção : C → A apresentara uma entalpia de reacção igual a: a. ( ) 15 kCal b. ( ) 10 kCal c. ( ) 5 kCal d. ( ) –5 kCal e. ( )- 15 kCal 14. Dadas as reacções : C + 2H2 → CH4(g) ∆Η = - 20,5 kCal CH4 + O2 → CO2 + 2H2O(ℓ) ∆Η = - 212,8 kCal C + O2 → CO2 ∆Η = - 96,7 kCal O calor de combustão, a 25° C e pressão de uma atmosfera,da reacção: H2 + ½ O2 → H2O(ℓ) a. ( ) 330 kCal. b. ( ) 95,6 kCal c. ( ) 47,8 kCal d. ( ) 144,5 kCal e. ( ) 68,3 kCal 15. Com base no diagrama energético abaixo, podemos afirmar que : Energia E A B C D Y X Caminho da Reacção a. ( ) A representa a energia de activação de uma reacção exotérmica sem catalisador . b. ( ) B representa a entalpia de uma reacção endotérmica . c. ( ) C representa a energia de activação de uma reacção exotérmica sem catalisador. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br,web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 98 d. ( ) D representa a energia de activação de uma reacção endotérmica catalisada. e. ( ) E representa a energia do composto formado na reacção . 16. Dadas as equações de combustão : Camorfa + O2 (g) CO2(g) + 96,7 kCal CO (g) + ½O2 (g) CO2(g) + 67,7 kCal e a equação C amorfa Cgrafite + 2,7 kCal determine o calor libertado na reacção : C grafite + ½O2 (g) CO (g) 17. Sabendo–se que as entalpias de formação, em kCal/mol, do gás carbónico, da água e do propano são -94, -68 e -34, respectivamente, a entalpia de combustão do propano, em kCal /mol, é igual a: a. ( ) – 196 b. ( ) - 162 c. ( ) – 520 d. ( ) - 128 e. ( ) - 102 18. A partir dos dados : I) H2 (s) + ½O2 (g) H2O(ℓ) ∆Η = - 68, 3 kCal.mol-1 II) CaO(s) + H2O(ℓ) Ca (OH)2 ∆Η = - 15,3 kCal.mol-1 III) Ca(s) + ½O2(g) CaO (s) ∆Η = - 151,8 kCal.mol-1 A entalpia de formação do Ca(OH)2(s) é: a. ( ) - 15,3 kCal . mol-1 b. ( ) + 15,3 kCal . mol -1 c. ( ) – 235,4 kCal . mol-1 d. ( ) – 220,1 kCal . mo-l e. ( ) + 220,1 kCal .mol -1 19. Considerando – se as equações de combustão abaixo e os respectivos calores de reacção a 25° C : C2H4 (g) + 3O2 (g) → 2CO2 (g) + 2H2O (ℓ) ∆Η = - 337,3 kCal H2 (g) + ½ O2 (g) → H2O (ℓ) ∆Η = - 68,3 kCal Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 99 C2H6 (g) + 7/2 O2 (g) → 3H2O (ℓ) + CO2 (g) ∆Η = - 372,8 kCal Calcule o calor da reacção, a 25° C, do sistema: C2H4(g) + H2(g) → C2H6(g) 20. Calcular o calor de hidrogenacao do etileno para se obter etano,sabendo-se que o calor de combustão do etileno e 331,6 kCal /mol e do etano e 368,4 kCal /mol, e que o calor de formação da água e de 68,4 kCal. a. ( ) – 36,8 kCal b. ( ) + 36,8 kCal c. ( ) + 31,6 kCal d. ( ) + 100,2 kCal e. ( ) n.d.a 21. É dada a equação: Cgrafite + 2S rombico → CS2 líquido Quando se aquece grafite com enxofre rômbico, constata–se que, para a formação 3,8 g de CS2, ocorre absorção de 950 calorias. O calor de formação do CS2, em quilocalorias, é: a. ( ) + 4,00. b. ( ) + 19,00. c. ( ) – 4,00. d. ( ) – 19.00 e. ( ) + 3,61. 22. Mostre qual dos gases, hidrogénio, monóxido de carbono ou metano, liberta maior quantidade de calor por mol, à temperatura ambiente, quando utilizado como combustível na presença de excesso de oxigénio como comburente. Entalpias de formação (kJ/mol): H2O(ℓ) : - 285; CO2(g) : - 390; CO (g) : -108 e CH4(g) : - 75. 23. A combustão de 5,0 g de uma amostra de carbono gerou, num calorimetro, 30 kCal. Determine a percentagem em peso de carbono na amostra. Admitir que as impurezas não são substâncias combustíveis. Dado: calor de combustão do carbono: ΔΗ = -96,7 kCal/mol. 24. Calcule a energia da ligação Br-Br, sabendo que para reacção representada pela equação: Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 100 Br2 (g) + H2 (g) → 2 HBr (g) ; H = -26 KCal Energia de ligação: H-H = 103 KCal/mol; H-Br = 87 KCal/mol 25. Numa experiência termoquímica misturam-se as seguintes soluções. As temperaturas de todas as soluções antes de misturá-las são iguais. I 25 ml 1,0 M HCl e 25 ml 1,0 M NaOH II 25 ml 1,0 M HCl e 25 ml 2,0 M NaOH III 25 ml 1,0 M H2SO4 e 25 ml 1,0 M NaOH IV 25 ml 1,0 M H2SO4 e 25 ml 2,0 M NaOH Durante os quatro processos a temperatura aumenta porque as reacções entre ácidos e bases são exotérmicas: H3O+ (aq) + OH – (aq) 2 H2O (l); H < 0 Depois das reacções as temperaturas são: a) diferentes para as 4 misturas b) iguais para as misturas I e III e também para II e IV c) iguais para as misturas I, II e III d) iguais para todas as misturas 26. Dada as seguintes reacções e as entalpias de formação: 2 P (s) + 3 Cl2 (g) 2 PCl3 (l) H = - 635 kJ PCl3 (l) + Cl2 (g) PCl5 (s) H = - 137 kJ A partir destes dados calcula-se a entalpia de formação do PCl5 (s): a) – 455 kJ/mol b) – 498 kJ/mol c) – 772 kJ/mol d) – 567 kJ/mol Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 101 8. CINÉTICA QUÍMICA A palavra Cinética está relacionada com a velocidade. Lembre-se da Física, Ec=1/2mv2 8. 1. Introdução Cinética química é o capítulo da química que estuda a velocidade e o mecanismo das reacções químicas. Há reacções lentas, rápidas, outras tão rápidas que até chegam a ser explosivas. Reacções Lentas Oxidação de ferro (corrosão do ferro); Combustão da vela. Reacções Rápidas Reacção de Na ou K com H2O; Reacção ácido-base. Reacções Explosivas Explosão ou combustão do gás (CH4 + ar; C4H1O + ar); H2 + ar (O2) H2O 8. 2. Factores que Influenciam a velocidade da reacção química Natureza dos reagentes; Superfície de contacto; Temperatura; Pressão; Concentração; Catalisador; Luz. 8.2.1. Natureza dos reagentes São mais rápidas as reacções que, devido à natureza dos seus reagentes, há menos ligações químicas para quebrar. Exemplo: H-Cl + NaOH → mais rápida H-N-H + H-O-H → menos rápida H Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 102 8.2.2. Superfície de contacto (estado de divisão dos reagentes) Ao aumentar a superfície de contacto (p.ex. moer um reagente sólido), aumenta a probabilidade de ocorrência de choques eficazes/efectivos e aumenta a velocidade da reacção. Exemplo: - Lenha finamente dividida, queima mais rapidamente que um tronco. - “Açúcar fino dissolve-se melhor em água do que açúcar grosso”. 8.2.3. Temperatura Ao aumentar a temperatura, aumenta a energia cinética das partículas (movimento das partículas) e isso provoca ou aumenta a probabilidade de ocorrência de choques eficazes, o que resulta no aumento da velocidade da reacção. 8.2.3.1. Regra de Vant Hoff A dependência da velocidade da reacção (ou da constante de velocidade da reacção) da temperatura pode ser expressa através da equação: 10 t t tt t tt K K v v Onde: - vt e Kt são a velocidade e a constante de velocidade à temperatura tºC; - vt+Δt e Kt+Δt são a velocidade e a constante de velocidade à temperatura (t+Δt)ºC; - υ é o coeficiente térmico da velocidade da reacção. Ex: Quantas vezes cresce a velocidade da reacção quando a temperatura passa de 20ºC para 75ºC? Δt = 75 - 20 = 55 v´/v = υΔt/10 → v´/v = 2,855/10 = 287 8.2.4. Concentraçãodos reagentes Ao aumentar a concentração dum reagente, aumenta a energia cinética das partículas por unidade de volume e consequentemente aumenta-se a probabilidade de ocorrência de choques, o que resultam num aumento da velocidade. 8.2.5. Pressão e/ou Volume Ao aumentar a pressão dum sistema (ou diminuir o volume, a consequência é a mesma), resulta num aumento da concentração e a velocidade aumenta pela explicação dada na alínea 8.2.4. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 103 PV = nRT; CRTP V nRT P 8.2.6. Catalisador Um catalisador numa reacção química diminui a energia de activação (encurta o caminho da reacção), por isso, aumenta a velocidade da reacção. H reacção com Inibidor reacção sem catalizador Ea2 Ea1 reacção com catalizador 0 t Ea1 – energia de activação da reacção directa com catalizador. Ea2 – energia de activação da reacção directa sem catalizador. Ea1 < Ea2 Inibidor – substância que diminui velocidade duma reacção, pois aumenta a energia de activação. Lembre-se que um catalizador não age como reagente, por isso não se gasta durante a reacção, ele é recuperado no fim do processo. Um catalizador tem acção específica, quer dizer, cada catalizador actua numa determinada reacção e pode não actuar noutras (chave-fechadura). As reacções biológicas são catalizadas por enzimas. As enzimas são substâncias de natureza protéica. 8.2.7. Luz Há reacções que só decorrem na presença de luz, portanto, não podem decorrer no escuro. Exemplo: halogenação de hidrocarbonetos. CH4 + Cl2 (luz) → CH3-Cl + HCl Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 104 8. 3. Definição da Velocidade 8.3.1. Velocidade média ( Vmed) Em Física, tempodo variação espaço do variação Vmed Em Química, t C medmed V tempodo variação aoconcentracda variação V Para a equação: a A + b B c C + d D Δtd DΔ Δtc CΔ Δtb BΔ Δta AΔ Vmed O sinal negativo nos reagentes provém do facto de se ter convencionado que a velocidade da reacção deve ser uma grandeza positiva. Como a concentração dum reagente diminui ao longo do tempo (os reagentes gastam-se), então: ΔC = Cf - Ci < 0 A concentração do produto vai aumentando no decorrer da reacção (o produto forma-se), então: ΔC = Cf - Ci > 0 8.3.2. Velocidade instantânea (V) Como a velocidade de uma reacção varia no decurso desta, é importante definir a valocidade em cada instante, i.é., a velocidade instantânea; trata-se da derivada da concentração do reagente em ordem ao tempo, calculada para o instante considerado. Para a reacção: N2O5 → 2 NO2 + ½ O2 dt ONd Δt ONΔ limv 5252 0Δt Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 105 As velocidades instantâneas podem ser medidas pela inclinação da tangente, em cada ponto, à curva da concentração dos reagentes em função do tempo. Em particular, a velocidade inicial da reacção é obtida traçando a tangente à curva para t=0. 8.3.2.1. Lei de Acção de Massas ou Lei de Guldberg e Waage Para a reacção: a A + b B c C + d D K – é a constante da velocidade. K só depende da temperatura!!! x e y – são ordem da reacção em relação a A e B, respectivamente. x e y nem sempre são coeficientes estequiométricos da reacção, no entanto, em certas reacções podem coincidir com os coeficientes. x e y determinam-se experimentalmente. Numa reacção que decorre em várias etapas, a etapa mais lenta é a que determina a velocidade da reacção. Neste caso x e y são coeficientes estequiométricos da etapa (reacção) mais lenta. A ordem da reacção pode ser: 0, 1, 2, 3, -1, -2, -3, ½, 2/3, -1/2, ..., isto é, pode tomar qualquer valor. V = K [A]x.[B]y = Vinst Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 106 EXERCÍCIOS 27. A reacção A + 2B C decorre com a velocidade V. Se a concentração de A for duplicada e a de B for reduzida à metade, então a reacção decorre com a velocidade: a) 0,20 V b) 0,25 V c) 0,30 V d) 0,50 V 28. 10g de zinco são colocados num frasco. Qual dos seguintes você adicionaria para produzir 50 cm3 de hidrogénio o mais rápido possível? a) 800 cm3 de ácido sulfúrico 0,5 M b) 400 cm3 de ácido sulfúrico 1,0 M c) 200 cm3 de ácido sulfúrico 2,0 M d) 100 cm3 de ácido sulfúrico 4,0 M 29. O diagrama apresentado ao lado mostra a variação da V velocidade de uma reacção com o tempo. Aumentando a temperatura e mantendo os outros factores constantes, faz-se mais uma vez um diagrama em linha tracejada sobreposto ao diagrama anterior. Qual será o diagrama obtido: A, B, C ou D? t A B C D 30. O pH é uma função logarítmica (pH = - log [H3O+]). Quando o pH duma solução diminui de 5 para 4, a concentração de H3O+: a) aumenta 10 vezes, portanto de 10–5 para 10–4 b) aumenta 100 vezes, portanto de 4 para 5 Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 107 c) diminui 10 vezes, portanto de 10–4 para 10–5 d) diminui 100 vezes, portanto de 10–5 para 10–4 31. Objectos de ferro (Fe) enferrujam mais rapidamente em água salgada (água que contém sal – NaCl) do que em água pura. O sal neste processo é: a) um reagente b) um indicador c) um catalisador d) um produto da reacção 32. Num recipiente reage a substância A com a substância B. Ambas as substâncias encontram-se no estado gasoso. A velocidade desta reacção é maior: a) a uma pressão baixa e a uma temperatura baixa b) a uma pressão baixa e a uma temperatura alta c) a uma pressão alta e a uma temperatura alta d) a uma pressão alta e a uma temperatura baixa 33. A introdução de um catalisador numa reacção causa uma mudança: a) da entalpia da reacçãob) da energia da activação c) da entalpia de reacção e de activação d) de nenhuma das grandezas mencionadas nas alíneas anteriores 34. No estudo da reacção entre NO e H2 obteve-se os seguintes dados: [NO] (mol/l) [H2] (mol/l) Velocidade (mol/l.s) Experiência 1: 0,1 0,1 0,5 Experiência 2: 0,1 0,2 1,0 Experiência 3: 0,2 0,1 2,0 Experiência 4: 0,2 0,2 ? a) Usando os resultados experimentais apresentados anteriormente, escreva a equação da lei da velocidade para esta reacção segundo a fórmula V=K[NO]x.[H2]y. b) Qual é a ordem total da reacção? c) Calcule a velocidade da reacção na experiência 4 (veja os dados). Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 108 35. A velocidade da reacção representada pela equação: 2 NO (g) + O2 (g) 2 NO2 (g) Foi observada a 25 ºC. A partir dos seguintes dados determine: [NO] [O2] V (M/s) 0,100 0,100 3,2 10 –5 0,200 0,100 12,8 10 –5 0,400 0,100 51,2 10 –5 0,100 0,300 9,6 10 –5 0,100 0,600 19,2 10 –5 a) A expressão da lei da velocidade da reacção. b) O valor da constante de velocidade. 36. Para a reacção 2 NO (g) + Cl2 (g) 2 NOCl (g) foi proposto um mecanismo envolvendo os passos seguintes: I: NO(g) + Cl2(g) NOCl2 (g) (lento) II: NOCl2(g) + NO(g) 2 NOCl (g) (rápido) a) Qual é a ordem da reacção? b) Qual é a expressão da lei da velocidade? c) Que conclusões se pode tirar em relação à velocidade da reacção, relacionando os 2 passos? 37. A velocidade de decomposição de N2O5 em NO2 e O2 é expressa segundo a lei: V = K [N2O5]; K = 1,0 . 10 –1 s-1 (a uma determinada temperatura). a) Qual é a velocidade da reacção quando a concentração de N2O5 é 0,0015 mol/litro? b) Explique o mecanismo do funcionamento de um catalisador. 38. A equação total balanceada para a reacção entre NO (g) e H2 (g) formando N2(g) e H2O (g) é dada por: 2 NO (g) + 2 H2 (g) N2 (g) + 2 H2O (g) Sabendo que esta reacção ocorre através de seguintes processos elementares, segundo o mecanismo: Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 109 1º Processo (lento): 2 NO(g) + H2(g) N2O(g) + H2O(g) 2º Processo (rápido): N2O(g) + H2(g) N2(g) + H2O(g) a) Indique, justificando a expressão da velocidade da reacção. b) A velocidade da reacção se altera quando se modifica a temperatura do sistema. Considerando os seguintes factores: A energia de activação O número de colisões entre as moléculas A eficácia das colisões c) Qual deles não é modificado pela variação de temperatura? 39. Considere a reacção representada pela equação: N2 (g) + 3 H2 (g → 2 NH3 (g) ; H = -12 kCal/mol a) O diagrama que melhor caracteriza a transformação representada pela equação é: H (KCal/mol) H (KCal/mol) I II Y Y X X 12 KCal 24 KCal H (KCal/mol) H (KCal/mol) III IV Y Y X X 24 KCal 12 KCal b) No diagrama que seleccionou na alínea anterior, o que representam X e Y? Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 110 40. Considerando que a reacção descrita no problema anterior foi realizada em condições tais que permitiram construir a seguinte tabela: Tempo (min) [N2] (mol/l) [H2] (mol/l) [NH3] (mol/l) 0 0,60 1,80 0 10 0,55 1,65 0,10 a) Calcule a velocidade média da reacção em relação ao H2. b) Calcule a velocidade média da reacção. c) Escreva a equação que traduz a lei da velocidade da reacção. 41. Considere a seguinte reacção entre uma barra de ferro e uma solução de ácido acético: Fe (s) + 2 HAc (aq) Fe2+ (aq) + H2 (g) + 2 Ac – (aq) Pode-se alterar a velocidade desta reacção: I. deixando reagir o Ferro em pó em vez de uma barra (massas iguais). II. aumentando a concentração do ácido. III. aumentando a temperatura. As medidas que resultam numa reacção mais rápida são: a) todas as três. b) II e III. c) Só III. d) I e III. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 111 9. EQUILÍBRIO QUÍMICO 9. 1. Reversibilidade Uma reacção é reversível se: Ela decorre nos dois sentidos; Há reagentes e produtos que ao mesmo tempo são formados e consumidos. V1 N2 + 3 H2 2 NH3 V1 – velocidade da reacção directa V2 V2 – velocidade da reacção inversa 9. 2. Reversibilidade e Equilíbrio químico Uma reacção reversível atinge o estado de equilíbrio químico quando: A velocidade da reacção directa é igual à velocidade da reacção inversa (V1 = V2); As concentrações de todas as substâncias nela participantes permanecem constantes (C = const), mas não necessariamente iguais!!! Gráfico V = f(t) que ilustra o equilíbrio V V1 V1 = V2 V2 t* - Instante em que se estabelece o equilíbrio. 0 t* t Gráficos C = f(t) que ilustram o equilíbrio A B 2 A B C C[B] [A] [A] [B] t t Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 112 2 O3 3 O2 2 A + B 3 C [B] [O2] [O3] [A] [C] t t O equilíbrio químico é dinâmico porque durante o equilíbrio decorrem duas reacções (há conversão de reagentes em produtos e vice-vers → dinâmica). Entretanto as velocidades das duas reacções são iguais (→equilíbrio). 9. 3. Deslocamento do equilíbrio 9.3.1. Princípio de Le Chatelier “Sempre que um sistema em equilíbrio sofre acção de um factor externo, o equilíbrio se desloca no sentido de anular, tanto quanto possível, o efeito desse factor”. Ou seja, “quando um processo químico em equilíbrio sofre uma mudança, este tende a reagir para contrariar a mudança imposta”. 9. 4. Factores que Influenciam o estado de equilíbrio químico Existem factores que alteram a velocidade de uma reacção química e que perturbam o equilíbrio químico duma reacção reversível: Temperatura, Pressão e Concentração. 9.4.1. Influência da Temperatura Ao aumentar a temperatura do sistema, em equilíbrio, favorece-se a reacção endotérmica. Ao diminuir a temperatura do sistema, em equilíbrio, favorece-se a reacção exotérmica. Lembre-se que no equilíbrio uma das reacções é exotérmica e a outra é endotérmica. Exemplo: CaCO3 (s) + Q CaO (s) + CO2 (g) A reacção directa é endotérmica. Ao aumentar a temperatura, se favorece a reacção endotérmica e o equilíbrio desloca-se para a direita. A diminuição da temperatura favorece a reacção exotérmica e o equilíbrio desloca-se à esquerda. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 113 9.4.2. Influência da concentração Ao aumentar a concentração duma substância, o equilíbrio desloca-se no sentido de consumo dessa substância (para o lado onde não existe essa substância). Ao diminuir a concentração duma substância, o equilíbrio desloca-se no sentido de formação dessa substância (para o lado onde existe essa substância). 9.4.3. Influência da pressão ou do volume A influência da pressão sente-se quando na reacção participa uma ou mais substâncias gasosas. Ao aumentar a pressão do sistema (ou diminuir o volume, que é equivalente), o equilíbrio desloca-se no sentido da diminuição do nº de moles de substâncias gasosas (ou diminuição de volume) e inversamente. Nota: 1 – sólidos e líquidos puros não influenciam no equilíbrio químico. 2 – o catalisador não influencia no estado de equilíbrio, ele acelera as duas reacções, fazendo com que o equilíbrio se estabeleça mais rapidamente. 9. 5. Constante de Equilíbrio Para a reacção: a A (aq) + b B(aq) c C (aq) + d D (aq) cba dc K D.A D.C K Kc - constante de equilíbrio, expressa em termos das concentrações molares. a A (g) + b B(s) c C (s) + d D (g) ca d K A D K ; a A d D P P K Kp - constante de equilíbrio, expressa em termos das pressões parciais. KP = KC (RT)Δn ; Δn = d – a é diferença entre número total de moles de gás nos produtos e nos regentes. Exemplo: Considere o equilíbrio químico N2 (g) + 3H2(g) 2NH3 (g) + Q Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 114 Indique todas as condições que deslocam o equilíbrio favorecendo a produção de NH3. Resposta: - Arrefecer o sistema. - comprimir o sistema (↑ P ≈ ↓V). - Aumentar a concentração de reagente (qualquer dos dois). - Retirar NH3. A contante de equilíbrio (KT), da reacção química, está ligada à variação da energia de Gibbs ou energia livre (ΔG˚T) através da equação: ΔG˚T = - 2,3 RT lgKT Por exemplo, a 25˚C = 298K, ΔG˚298 = - 5,691 lgK298 9. 6. Soluções electrolíticas Soluções electrolíticas são aquelas que conduzem a corrente eléctrica. Um electrólito é uma substância que em solução aquosa produz iões (portanto conduz electricidade através dos iões). Todas as substâncias tais como açúcar, álcool, etc, que ao se dissolverem na água não formam iões são não electrólitos (portanto não conduzem electricidade). Electrólitos fortes – dissociam-se ou ionizam-se completamente. Exemplo: ácidos fortes, bases fortes, sais de Na, K, nitratos e maioria dos acetatos. Electrólitos fracos – dissociam-se ou ionizam-se parcialmente. Exemplos: ácidos fracos, bases fracas, sais pouco solúveis. Ex: NaCl (s) + (aq) Na+(aq) + Cl –(aq) Electrólito forte Mg(NO3)2 (s) + (aq) Mg2+(aq) + 2NO3 –(aq) Electrólito forte CH3-CH2-OH(l)+ H2O CH3-CH2-OH (aq) Não-electrólito AgCl (s) + (aq) Ag+(aq) + Cl –(aq) Electrólito fraco Os electrólitos fortes conduzem melhor a corrente eléctrica do que os electrólitos fracos. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 115 9. 7. Grau de ionização (α) AB + (aq) A+ (aq) + B – (aq) Inicio no 0 0 Equilíbrio no – x x x 100% n x %ou n x ; )(nsdissolv idomolesden (x)sdissociadoionizados/molesden α ooo o o αα α >> 1 electrólito forte. α << 1 electrólito fraco. Exemplo: Um ácido HX encontra-se 10% ionizado em solução aquosa. Calcule o nº de moles de H+ presentes se o nº de moles de HX dissolvidos for de 0,10. HX + (aq) H+(aq) + X –(aq) no 0 0 no – x x x α = x / no *100% x = 0.01 mol Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 116 EXERCÍCIOS 42. Se o volume de um recipiente de reacção 2 SO2 (g) +O2 (g) 2 SO3 (g), no qual o sistema se encontra em equilíbrio, reduzir para metade. a) A velocidade da reacção directa e indirecta mantém-se iguais. b) O equilíbrio não se desloca. c) O equilíbrio desloca-se para a direita. d) O equilíbrio desloca-se para a esquerda. 43. A reacção CO(g) + Cl2(g) COCl2(g) decorre num recipiente fechado a uma temperatura constante em que os reagentes se encontram em quantidades equivalentes. Quando se restabelece o equilíbrio restam 50% da quantidade inicial de CO. Determine a pressão de equilíbrio da mistura gasosa (em kPa) se a pressão inicial era igual a 100 kPa. a) 50 b) 75 c) 100 d) 125 44. Considere a seguinte reacção em equilíbrio: 2 Cl2 (g) + 2 H2O (g) 4 HCl (g) + O2 (g) ΔH = +113 kJ O número de moles de H2O no recipiente aumenta se: a) Aumentar a temperatura b) Diminuir a temperatura c) O volume do recipiente for aumentado d) For retirado O2 45. A síntese de amoníaco é uma reacção exotérmica: N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g) Quais são as condições de pressão e de temperatura mais favoráveis para uma concentração máxima de amoníaco no equilíbrio? a) Temperatura e pressão baixa b) Temperatura e pressão alta Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 117 c) Temperatura baixa e pressão alta d) Temperatura alta e pressão baixa 46. Os gráficos abaixo desenhados (A, B, C, D) apresentam as alterações das concentrações (molaridades) de reagentes e de produto no tempo de quatro reacções. Molaridade Molaridade A B Tempo Tempo Nota: a linha tracejada “bold” tende para zero não encosta o eixo (x) do tempo (graf B) Molaridade Molaridade C D Tempo Tempo Um dos gráficos apresenta uma reacção com a expressão da constante de equilíbrio: X Y K 2 (X e Y são reagentes e produtos respectivamente) De qual gráfico se trata? a) do gráfico D b) do gráfico C c) do gráfico B d) do gráfico A Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 118 47. O valor da constante de equilíbrio da reacção: CO (g) + H2O (g) CO2 (g) + H2 (g) é 5,0 (à temperatura dada). Uma análise de uma mistura dos gases em equilíbrio resultou nas seguintes quantidades: 0,90 mol de CO; 0,25 mol de H2O; 0,50 mol de H2 (O Volume total da mistura é 5,0 l) O número de moles de CO2 na mistura é: a) 2,25 b) 0,01 c) 0,45 d) 5,00 48. O seguinte diagrama apresenta as alterações de reagente e do produto duma reacção de equilíbrio: Molaridade 10 A B 0 Tempo Escolha a combinação certa das afirmações sobre esta reacção: equação Expressão da constante Valor da constante a) A 2 B K = [B]2/[A] Sempre: K > 1 b) 2 A B K = [B]/[A]2 Depende das condições da reacção c) A 2 B K = [B]2/[A] Depende das condições da reacção d) 2 A B K = [B]/[A]2 Sempre: K < 1 49. Dada a seguinte reacção química: 2 A (g) + B (g) 3 C (g) + D (g) Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 119 Acrescenta-se número de moles iguais de A e B num recipiente. As duas substâncias reagem até um equilíbrio. Qual das seguintes afirmações sempre deve ser certa no estado de equilíbrio? a) [D] = [B] b) [B] < [A] c) [A] < [B] d) [B] = [A] 50. Analise o gráfico representado, referente à reacção descrita pela equação: A + N P + Q Energia X Y T A + N Z U P + Q Caminho da reacção Responda o que significa: a) X b) Y c) Z d) X-Y e) T-U 51. Considerando o sistema em equilíbrio: H2 (g) + Cl2 (g) 2 HCl (g) a) Qual é a razão numérica entre a velocidade de formação de HCl e a velocidade de decomposição do HCl? Justifique a sua resposta. b) Qual será o efeito de um aumento de pressão sobre o sistema em equilíbrio? Justifique a resposta. c) Qual é a relação entre Kc e Kp da reacção? Apresente os cálculos. 52. Num balão de 10 l foi colocada 1,0 mol de NO2, estabelecendo-se o seguinte equilíbrio: 2 NO2 (g) N2O4 (g) Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 120 A constante de equilíbrio do sistema foi medida a duas temperaturas diferentes, tendo sido obtidos os seguintes valores: Kc (0 ºC) = 76,0 M -1 Kc (25 ºC) = 8,8 M -1 a) Que condições de temperatura e pressão favorecem a formação de N2O4? b) A uma dada temperatura, a concentração no equilíbrio de NO2 é de 0,080 mol/l. Qual é o número total de moles no sistema, a esta temperatura? c) Calcule o Kc a esta temperatura. 53. A produção industrial de etanol pode-se realizar pela adição de água ao eteno. Todas as substâncias envolvidas são gasosas: (1) C2H4 (g) + H2O (g) C2H5OH (g) ΔH < 0 Trata-se de uma reacção de equilíbrio. A reacção pela direita é exotérmica. O equilíbrio químico caracteriza-se pela constante de equilíbrioKc. A constante Kc expressa-se nas molaridades dos reagentes e produtos da mistura de equilíbrio homogéneo. a) Escreva a expressão da constante de equilibrio, em termos de molaridades dos reagentes e produtos. O seguinte gráfico apresenta as percentagens do produto etanol nas misturas de equilíbrio em função da temperatura e sob três pressões diferentes: 50, 100 e 150 atmosfera. As curvas no gráfico concernem a números de moles iguais dos reagentes C2H4 e H2O. Etanol (%) 40 150 atm 30 100 atm 50 atm 10 200 250 300 Temperatura ( ºC) Então é um gráfico com três variáveis: - Temperatura - Pressão - Percentagem de etanol no equilíbrio b) À temperatura de 250 ºC e sob pressão de 150 atm. Encontra-se no equilíbrio de C2H4, H2O e C2H5OH aproximadamente 35% de etanol (veja o gráfico). Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 121 Por deslocamento de equilíbrio pode-se aumentar a percentagem do etanol na mistura de equilíbrio. Como se realiza este deslocamento na prática? O valor de K dum equilíbrio químico depende da temperatura. c) O valor de K do equilíbrio referido (1) aumenta ou diminui a temperatura mais alta? Explique. Na prática da produção industrial do etanol sempre resulta depois da reacção (de equilíbrio) uma mistura gasosa de C2H4, H2O e C2H5OH. O C2H4 nesta mistura deve-se utilizar mais uma vez na produção de etanol. Por isso deve-se realizar uma separação do C2H4 e das substâncias demais (H2O e C2O e C2H5OH). Pode-se simplesmente realizar esta separação por baixar a temperatura da mistura gasosa, aproveitando as diferenças dos pontos de ebulição: H2O: +100 ºC; C2H5OH: +78,5 ºC; C2H4: -104 ºC. d) Explique o que acontece durante o arrefecimento da mistura e como se realiza a separação do etanol puro. 54. Considerar o seguinte processo de equilíbrio: N2F4 (g) 2 NF2 (g) : ΔH = 160 KCal Predizer as alterações que poderão ocorrer no equilíbrio se: a) a mistura for aquecida a volume constante (justifique a sua resposta) b) se remover NF2 da mistura, mantendo a temperatura e o volume constantes (justifique a sua resposta). c) se se aumentar a pressão do sistema (justifica a sua resposta). 55. Uma mistura de 0,500 mol de H2 (g) e 0,500 mol de I2 (g) foi colocada num balão de 1 litro, a 430 ºC. a) Escreva a equação da reacção e a expressão da constante de equilíbrio da reacção; b) Calcular a [H2], [I2] e do [HI] no equilíbrio. (Kc da reacção = 54,3) 56. Considere a reacção traduzida pela equação: N2 (g) 3 H2 (g) 2 NH3 (g) ; ΔH < 0 À temperatura T, as condições no equilíbrio para o sistema são: Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 122 [NH3] = 1,00 mol/litro [N2] = 0,600 mol/litro [H2] = 8,00 mol/litro a) Calcule o valor da constante de equilíbrio nestas condições. 57. Em relação ao problema anterior, se a concentração de NH3 for aumentada para 3 mol/litro, que alterações se poderão prever no equilíbrio? Justifique a resposta. 58. O amoníaco, NH3 é produzido industrialmente por síntese a partir dos respectivos elementos. Esta reacção é exotérmica e é uma reacção de equilíbrio. Numa fábrica de amoníaco trabalha-se a cerca de 300 atm e ≈ 450 ºC, em presença de um catalisador conveniente, registando-se um rendimento de 26%. Explique a influencia no rendimento causada por: a) um aumento de temperatura b) um aumento ou diminuição de pressão c) ausência de catalisador d) uma diminuição de temperatura. 59. Aquece-se uma mistura de monóxido de carbono e dióxido de carbono em presença de carbono e determina-se a percentagem em volume dos gases que participam na reacção em função da temperatura. O resultado desta experiência é resumido na tabela seguinte para 3 misturas de equilíbrio à diferentes temperaturas. Temp (ºC) Vol % CO Vol % CO2 Experiência 1: 450 2,0 98 Experiência 2: 750 76,0 24 Experiência 3: 1050 99,6 0,4 a) Escreva a equação da reacção e da respectiva constante de equilíbrio. b) Explique como influi no equilibro o aumento ou diminuição de pressão. c) O valor da constante de equilíbrio aumenta ou diminui a uma temperatura maior que as temperaturas escolhidas para a realização da experiência? Justifique a sua resposta. 60. O gráfico abaixo apresenta as condições das molaridades dos produtos NO2(g) e O2(g) obtidos por aquecimento de N2O5 (g) num recipiente fechado. Molaridade 0,6 Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 123 I II 0,1 0 t1 Tempo a) Escreva a equação da reacção referida. b) Quais são as substâncias representadas pelas curvas I e II? Explique. c) A partir de t1 a concentração de N2O5(g) mantém-se constante e igual a 0,20 mol/litro. Calcule, usando o gráfico e os dados fornecidos nesta alínea, a quantidade de N2O5(g) inicialmente presente. d) Represente no gráfico acima, a variação da molaridade de N2O5(g) com o tempo da reacção. Durante a reacção a pressão no recipiente fechado mantém-se constante, aumenta ou diminui? Justifique a sua resposta. 61. Apresentam-se na tabela seguinte, as percentagens de conversão do eteno (C2H4) em etanol (C2H5OH) para a reacção: C2H4 (g) + H2O (g) C2H5OH (g) Estes valores foram obtidos em experiências separadas, realizadas a 4 temperaturas e 3 pressões diferentes. T (ºC) P (atm) 50 atm 100 atm 150 atm 200 30 % 45 % 60 % 250 15 % 25 % 35 % 300 4 % 15 % 20 % 350 0 % 5 % 12 % a) A formação do etanol é um processo exotérmico ou endotérmico? Justifique a sua resposta. b) Compare na tabela, para uma temperatura constante, os valores das pressões com grau de conversão do eteno. Explique a variação do grau de conversão com a pressão, tomando como base a equação de reacção dada atrás. c) Estime, para uma pressão de 100 atm, o valor de temperatura no qual se observa uma conversão de 35% de eteno. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 124 d) Escolha condições de temperatura e pressão que não correspondem a um sistema em equilíbrio. Justifique a sua escolha. 62. Num recipiente tem-se uma mistura de N2O4 e NO2. Estabeleceu-se o equilíbrio: N2O4 (g) 2 NO2 (g)a) Dê a constante (KC) de equilíbrio em termos de concentração de N2O4 e NO2. b) Neste equilíbrio o número de moléculas de NO2 que se forma por segundo (a partir de moléculas de N2O4) será igual, menor ou maior do que o número de moléculas de NO2 que se transforma por segundo (em moléculas de N2O4)? Explique. c) O gás NO2 tem a cor castanha, o gás N2O4 é incolor. Por isso a mistura no recipiente tem uma cor castanha clara. A reacção directa do equilíbrio (N2O4 → 2 NO2) é uma reacção endotérmica. Ao diminuir a temperatura no recipiente, sem variação do volume, o equilíbrio deslocar-se-á à esquerda. Explique como se altera a cor da mistura no recipiente devido à diminuição da temperatura: ficará mais clara, mais escura ou não se altera. d) A uma temperatura de 125 ºC para este equilíbrio, o valor de k é igual a 2,0. Misturam-se a esta mesma temperatura num recipiente de 1,0 litro, 0,25 mol de N2O4 e 0,30 mol de NO2. Esta situação inicial (0,25 mol N2O4 misturado com 0,30 mol de NO2) ainda não corresponde a um estado de equilíbrio. Mostre através de cálculos. 63. Num recipiente de 1,0 litro encontra-se uma mistura de 0,80 mol de N2O4 (g) em equilíbrio com 0,40 mol de NO2 (g), a determinada temperatura. a) Escreva a equação (acertada) da reacção de equilíbrio. b) Calcula o valor da constante, K a essa temperatura. c) Sabendo que o valor de K muda por mudança de temperatura. d) Atendendo que N2O4 (g) é castanho e sabendo que um aumento de temperatura provoca que a coloração castanha fica mais intensa, diga se o valor de K aumenta ou diminui por aumentar a temperatura. e) Em qual sentido se desloca o equilíbrio ao aumentar o volume do recipiente? 64. Num recipiente fechado encontram-se 4 moles de NO2 e 3 moles de N2O4 num estado de equilíbrio, segundo a equação: 2 NO2(g) 2 N2O4(g) Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 125 4 1 0 t1 t2 Tempo Qual das curvas (A, B, C ou D) no diagrama seguinte mostra a variação de N2O4 com o tempo nesta experiência? A B 3 C 1 D 0 t1 t2 Tempo 65. Dado o sistema em equilíbrio: C2H4 (g) + H2O (g) C2H5OH (g) + calor a) Classifica a reacção de formação de etanol como exotérmica ou endotérmica. b) Desenhe o diagrama de energia. Indique reagentes, produtos e o efeito energético. O diagrama seguinte mostra a percentagem de etanol na mistura gasosa em função da temperatura e da pressão. Um sistema em equilíbrio reage a uma perturbação (princípio de Le Chatelier). Etanol (%) 150 atm 40 30 100 atm 50 atm 10 200 250 300 350 Temperatura ( ºC) c) Considerando temperatura constante, a percentagem de C2H5O, quando a pressão é mais baixa, aumenta ou diminui? Justifica a sua resposta. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 126 d) Explique porquê a percentagem de C2H5O a temperatura de 300 ºC é menor do que a de 250 ºC (considerando pressão constante, por exemplo 150 atm). 66. Dada a seguinte reacção química: 2 A (g) + B (g) 3 C (g) + D (g) Acrescenta-se o número de moles iguais de A e B num recipiente. As duas substâncias reagem até um equilíbrio. Qual das seguintes afirmações sempre deve ser certa no estado de equilíbrio? a) [D] = [B] b) [B] < [A] c) [A] < [B] d) [B] = [A] Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 127 10. POTENCIAL DE HIDROGÉNIO (pH) 10.1. Conceito de Ácido e de Base Existem 5 definições de ácido-base. Neste curso interessam apenas duas. 10.1.1. Definição de Arrhenius Ácido – toda a substância que em solução aquosa liberta hidrogeniões (H+) Base – toda a substância que em solução aquosa liberta hidroxiliões (OH-) Os ácidos fortes (HClO4, HClO3, HCl, HNO3, HSO4, HI e HBr) são electrólitos fortes, quer dizer, ionizam-se completamente. A equação da reacção química apresenta uma única seta (). Os ácidos fracos ionizam-se, apenas, parcialmente. A equação apresenta duas setas ( ) HCl + (aq) H+(aq) + Cl – (aq) H2SO4 + (aq) 2H+(aq) + SO4 2 – (aq) Ácidos H3PO4 + (aq) H+(aq) + H2PO4 – (aq) NaOH(s) + (aq) Na+(aq) + OH – (aq) NH4OH(aq) NH4+(aq) + OH – (aq) Bases Al(OH)3 + (aq) Al3+(aq) + 3OH – (aq) 10.1.2. Definição de Bronsted-Lowry Ácido – toda a partícula (molécula ou ião) que em solução cede um protão a uma base (teoria protónica). Ácido é um doador de protões. Base é aceitador de protões. HCl + H2O H3O+(aq) + Cl –(aq) Ácido Base (ião hidrónio) NH4+(aq) + H2O NH3 (aq) + H3O+(aq) Ácido Base Base Ácido NH3 + H2O NH4+ + OH- Base Ácido NaOH + H2O Na+ + OH - + H2O define-se facilmente com base na teoria de Arrhenius. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 128 10.2. Anfólito ou Partícula Anfotérica Anfólito é uma partícula que pode agir como ácido e como base, portanto, tem dualidade de comportamento, dependendo da substância com quem interage. Exemplo: H2O, HCO3 -, HPO4 2-, H2PO4 2-, HC2O4 - ... NH3 + H2O NH4 + + OH - H2O - Ácido NH4 + + H2O H3O + NH3 H2O - Base 10.3. Par Conjugado Ácido-Base Um ácido e a sua base conjugada diferem em, apenas, um protão (H+). Exemplo: Ácido | Base Ácido | Base H2O | OH - H2S | HS - H2CO3 | HCO3 - HS - | S 2- HCO3 - | CO3 2- HF | F - Um ácido forte tem a sua base conjugada fraca Umabase forte tem o seu ácido conjugado fraco H2O H+ + OH - ácido base NH3 + H2O NH4+ + OH - ácido1|base2 - pares conjugados base1 ácido1 ácido2 base2 ácido2|base1 - pares conjugados 10.4. Autoprotólise da Água (Kw) Protólise é uma reacção química que envolve transferência de protões. H+ H2O + H2O H3O+ + OH - Base Ácido Keq = [H3O].[OH -] = Kw = 10 –14 a 298 K (25ºC) onde: Kw - é constante de autoprotólise ou constante da água H2O H+ + OH - Kw = [H3O+].[OH -] - Bronsted Kw = [H+].[OH -] - Arrhenius Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 129 x x Kw =[H+].[OH -] = 10 -14 x . x = 10 -14 x2 = 10 -14 x = 10 -14 x = 10 –7 M Na água [H+] = [OH -] = 10 –7 M a 298 K 10.5. Definição de pH p = - log é operador matemático pH = - log[H3O+] pKa = - log Ka pOH = - log[OH-] pKb = - log Kb pKw = - log Kw 10.6. Hidrólise Hidrólise é a reacção de uma partícula com água. Assim, numa reacção de hidrólise, há interacção de uma substância com água, quebra de ligações intramoleculares na água e formação de novas ligações. O fenómeno de hidrólise é diferente da hidratação!!! Que espécies sofrem hidrólise? R: - Todos os iões que provêm de ácidos fracos e de bases fracas sofrem hidrólise. - Todos os iões que provém de ácidos e bases fortes não se hidrolisam em solução aquosa. Ácidos fortes Bases fortes HClO4 NaOH HClO3 KOH HCl Ca(OH)2 HNO3 Ba(OH)2 pH = - log[H3O+] - Bronsted pH = - log[H+] - Arrhenius pH + pOH = pKw pKw = - log Kw = - log 10-14 = 14 pH + pOH = 14 (a 298 K) pKa + pKb = pKw Ka . Kb = Kw Ka . Kb = 14 (298K) Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 130 HSO4 todos os hidróxidos de metais alcalinos e HBr alcalino–terrosos, excepto Mg(OH)2 e Be(OH)2 HI NaCl Na+ e Cl- não sofrem hidrólise (sal neutro) NaOH HCl Base forte Ácido forte NaF F - sofre hidrólise F - + H2O HF + OH - NaOH HF Base forte Ácido fraco NaF -- é um sal básico NH4Cl NH4+ sofre hidrólise NH4+ H2O NH3 + H3O+ NH4OH HCl Base fraca Ácido forte NH4Cl é um sal ácido CH3COONa CH3COO - sofre hidrólise CH3COO - + H2O CH3COOH + OH - CH3COOH NaOH Ácido fraco Base forte ; CH3COONa é um sal básico NH4F NH4 + sofre hidrólise se Ka (NH4+) > Kb (F -) o sal é ácido F - sofre hidrólise se Ka (NH4+) < Kb (F -) o sal é básico NH4OH HF se Ka (NH4+) = Kb (F -) o sal é neutro Base fraca Ácido fraco 10.7. Cálculo de pH de um ácido forte/base forte HCl 10 –1 M HCl + (aq) H+(aq) + Cl –(aq) 10 –1 10 –1 10 –1 [H+] = 10 –1 M pH = - log[H+] = - log 10 –1 = 1 HNO3 10 M HNO3 + (aq) H+(aq) + NO3 –(aq) 10 10 10 [H+] = 10 M pH = - log[H+] = - log 10 = -1 NaOH 10 M NaOH + (aq) Na+(aq) + OH –(aq) 10 10 10 [OH - ] = 10 M pOH = - log[OH - ] = - log 10 1 = -1 pH = 14 - pOH = 14 + 1 = 15 Analisemos a situação, pouco comum, descrita abaixo: Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 131 HCl 10 –8 M HCl + (aq) H+(aq) + Cl –(aq) 10 –8 10 –8 10 –8 [H+] = 10 –8 M pH = - log[H+] = - log 10 –8 = 8 ??? O pH de uma substância ácida é sempre ácido, portanto a 25ºC sempre é menor que 7!!! Se [H+] do ácido < [H+] da H2O = 10 –7, então despreza-se a concentração do ácido, i.é, a contribuição de H+ proveniente do ácido, e o pH da solução é considerado igual a 7. 10.8. Cálculo de pH de um ácido monoprótico fraco / monobase Ácidos monopróticos fracos tem apenas um protão ionizável. Ex: HF, CH3COOH, HCOOH, NH4+, HCN, HNO2, HClO2, HClO, etc. Monobases fracas – aceitam apenas um protão (são aniões dos ácidos monopróticos fracos/bases conjugadas de ácidos monopróticos). Ex: F-, CH3COO-, HCOO-, NH3, CN-, NO2- ClO2 -, ClO -, ... Seja HA um ácido monoprótico fraco: HA + (aq) H+(aq) + A- (aq) inicio Ca 0 0 variação - x + x + x x = [H+] equilíbrio Ca - x x x x = [A -] XCa X XCa XX HA AH Ka 2 Se Ka < 10 –3 , Ca – x Ca CaKaXCaKaX Ca X XCa X HA AH Ka 2 22 Por analogia Mas, somente se Ka < 10 -3 eou Kb < 10 -3!!! 10.9. Cálculo de pH de uma base/ácido diprótico fraco Ácidos dipróticos fracos: H2S H2CO3, H2SO3, H2C2O4 (ácido oxálico), H2C4H4O4 (ácido succínico) CaKaH CbKbOH Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 132 Dibases fracas : CO3 2-, SO3 2-,S 2- , C2O4 2-, C4H4O4 2- , Mg(OH)2 , etc. H2S H+ + HS - SH HSH K 2 a1 HS - H+ + S 2- HS SH K 2 a2 Para calcular o pH usa-se apenas a primeira ionização Ka1,pois Ka2 <<< Ka1. Exemplo_1: H2S 10 –2 M Ka1 = 3.10 -7 e Ka2 = 1,2.10 -13 [H+] = Ka.Ca = 3.10 –7 . 10 –2 = 6,1.10 –5 M, porque Ka1 < 10 -3 pH = - log 6,1.10 –5 pH = 4,2 Exemplo_2: Calcule o pH de uma solução de Na2S. As constantes de ionização do ácido H2S são Ka1 = 3.10 -7 Ka2 = 1,2.10 –13, C Na2S = 10 –2 M Ácido Base H2S H+ + HS - Ka1 S 2- + H2O HS - + OH - Kb1 HS - H+ + S 2- Ka2 HS - + H2O H2S + OH - Kb2 Kb1 Relaciona as espécies S2- e HS-. O seu equivalente no ácido é Ka2 que também relaciona as mesmas, veja as partes sublinhadas por baixo. Ka . Kb = Kw Kb1 = Kw / Ka2 Kb2 = 10 –14/1,2.10 –13 = 8,3.10 -2 Na2S 10 –2 M S 2- + H2O HS - + OH - base NaOH H2S [OH -] = Kb.Cb Base forte Ácido fraco [OH -] = 8,3.10 –2 . 10 –2 = 2,9.10 –2 M pOH = - log 2,9.10 –2 = 1,5 pH = 14 - pOH = 12,5 pH = 12,5 Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 133 10.10. Solução-Tampão Solução Tampão é aquela que resiste à variação de pH por adição de pequenas quantidades de ácidos ou de bases, mesmo fortes. Geralmente as soluções tampão são misturas de ácidos fracos com as suas bases conjugadas. Todavia os ácidos e bases também podem funcionar como solução tampão. Os tampões mais usados no laboratório são: Tampão Acético: CH3COOOH / CH3COO - pH ≈ 5 CH3COOOH / CH3COONa Tampão Amoniacal: NH4+ / NH3 pH ≈ 9 NH4Cl / NH3 (aq) Outras Soluções Tampão: HCOOH /HCOO -, HF / F -, HCN / CN -. Exemplo: Mistura-se 0,1 mol de CH3COOH com 0,09 mol de CH3COONa num volume de 1000 ml. a) Calcule o pH da solução resultante. b) Calcule a variação do pH que resulta quando se adiciona 1 ml de HCl a 1 M e quando se adiciona 1 ml de NaOH a 1 M. a) quando: V = 1 litro; Concentração = nº mol (pois a concentração é 1 molar). CH3COOH + (aq) CH3COO - + H+ Ca = 0,1 mol/1 = 0,1 M 0,1 mol 0,09 mol Cb = 0,09 mol/1 = 0,09 M CH3COONa + (aq) CH3COO - + Na+ 0,09 M 0,09 M 0,09 M pKa = 4,77 pH = pKa + log CbCa pH = 4,77 + log 0,09 0,1 pH (i) = 4,724 b) CH3COOH + (aq) CH3COO - + H+ HCl = 1 ml e 1 M inicio: 0,1 0,09 n (de H+) = C*V equil: 0,1 + 0,001 0,09 –0,001 n = 1 * 0,001= 0,001 mol pH (f) = pKa + log Cb pH = 4,77 + log 0,09 – 0,001 pH (f) = 4 ,715 Ca 0,1 + 0,001 Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 134 pH = pH (f) - pH (i) = 4,715 - 4,724 = - 0,01 Ao adicionar de 1 ml NaOH, o equilíbrio desloca-se à direita: CH3COOH + (aq) CH3COO - + H+ NaOH Na+ + OH - inicio: 0,1 0,09 n n equil: 0,1 - 0,001 0,09 + 0,001 OH= 1 ml e 1 M n (de OH -) = C*V n = 1 * 0,001= 0,001 mol (Os iões OH - reagem com os H+. Gastando H+, o equilíbrio desloca-se à direita). pH (f) = pKa + log Cb pH = 4,77 + log 0,09 + 0,001 pH(f) = 4,73 Ca 0,1 - 0,001 ΔpH = pH(f) - pH(i) = 4,73 - 4,72 = 0,001 Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 135 EXERCÍCIOS 67. As seguintes partículas são pares conjugados de ácido e base, excepto: A) H3O+, OH – B) NH4+, NH3 C) HCO3 -, CO3 2 – D) C2H4O2, C2H3O2 - 68. Adiciona-se a 98,10 ml de H2O destilada 1, 00 ml de solução 1.09.10-2 N de NaOH e 0,90 ml de uma solução 1,00.10-3 N de HCl. Qual é o pH da solução obtida? 69. Na equação: CH3NH2 + CH3COOH CH3NH3+ + CH3COO – I II III IV II e III são? I e IV são? 70. Qual é o pH da solução que contém 0,01 mol de HCl num litro de solução? 71. a) Calcular a molaridade e o pH da solução de ácido nítrico (HNO3) contendo 0,315 g de HNO3 em 500 ml de H2O. Ar(N) = 14 u.m.a. e Ar (O) = 16 u.m.a. b) Calcular o pH das seguintes soluções: I Ba(OH)2 0,005 M II HNO2 0,01 M (Kc = 4.10-4) (log2 = 0,30) 72. Dissolve-se 5,6 g de Hidróxido de Potássio (KOH) em 1 litro de água, a 25 ºC. Dados: Mr: K = 39 u.m.a.; O = 16 u.m.a.; H = 1 u.m.a. a) Escreva a equação que traduz este processo de dissolução. b) Calcule PH da solução, tendo em conta que KOH é uma base forte. 73. Preparou-se, à temperatura de 25 ºC, 1 litro de uma solução aquosa, dissolvendo 0,5 mol de ácido acético (CH3COOH) e 0,10 mol de acetato de sódio (CH3COONa). Considerando que o valor de pKa relativo ao par CH3COOH/CH3COO - é igual a 4,74, calcule o pH da solução. 74. Para a preparação de uma solução-tampão misturam-se 500 ml de uma solução 0,2 molar de CH3COOH e 500 ml de uma solução 0,2 molar de CH3COONa. c) Calcule o pH deste tampão assumindo que a constante de ácido (Ka) do ácido acético é igual a 1.10-5. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 136 d) Porque se devem usar concentrações relativamente elevadas de CH3COOH e CH3COONa na preparação de tampões? Massas atómicas: C = 12 u.m.a. H = 1 u.m.a. O = 16 u.m.a. Na = 23 u.m.a. 75. A água actua como base nas reacções: I) H2O + CaO Ca2+ + OH – II) H2O + HCl H3O+ + Cl – a) só em I b) só em II c) em I e II d) em nenhum dos casos 76. A concentração dos iões de H3O+ é maior numa solução aquosa (0,1 M) de: a) HAc (ácido acético) b) HCl c) H2SO4 d) H3PO4 77. Numa solução aquosa de amoníaco, a partícula em maior concentração(além de água) é: a) NH3 b) NH4+ c) OH – d) H+ 78. Um copo contém uma solução de ácido acético (HAc) com pH = 4. Num segundo copo introduz-se uma certa quantidade de uma solução de um ácido HZ, mais fraco do que o ácido acético mas com a mesma molaridade. O que se pode dizer em relação ao pH da solução do ácido HZ? a) < 4 b) = 4 c) > 4 d) não é igual a 4 mas é possível dizer se será maior ou menor que 4. 79. Quais das seguintes reacções é de ácido - base: I 2 H+ + Fe Fe2+ + H2 II 2 H+ + FeCO3 Fe2+ + H2O Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 137 a) nenhuma b) só I c) só II d) I e II 80. A uma solução de HCl com pH = 2, adiciona-se uma solução de HNO3 com pH = 2. O pH da solução resultante é: a) menor que 2; b) igual a 2; c) maior que 2; d) não se pode dizer; depende das quantidades usadas. 81. Num copo encontram-se 10,0 ml duma solução de ácido clorídrico (2,00 M). Adicionam-se, pequenas quantidades duma solução de KOH. Depois de cada adição de KOH e depois de agitar bem, se mede a temperatura da solução no copo. O diagrama abaixo mostra a temperatura medida em função de número de ml de KOH adicionado. A temperatura inicial da solução de HCl e da solução de KOH é de 23,0 ºC. O ponto P no gráfico indica o momento em que todo o ácido reagiu. T (ºC) 40 P 30 24 22 5 10 ml KOH a) Explique porque na primeira parte da experiência a temperatura da solução no copo sobe. b) Explique porque na segunda parte da experiência (depois do ponto P) a temperatura da solução no copo não fica constante mas baixa. c) Qual será o pH da solução no momento em que se atinge o ponto P no gráfico (básico, ácido ou neutro)? Justifique a sua resposta. d) Calcule a molaridade da solução de KOH usada nesta experiência. Use o gráfico. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 138 82. Qual das partículas seguintes H3O+, H2O, F- e NH3 não pode reagir como base: a) H3O+ b) H2O c) F – d) NH3 83. Uma solução de um certo ácido em água tem pH = 3,5. Isto significa que: a) o ácido é um ácido fraco; b) a metade das moléculas do ácido, cedeu um ião H+; c) o ácido é forte; d) [H+] = 10-3,5 = 3,16.10-4; 84. Adiciona-se ao ácido clorídrico uma solução de hidróxido de sódio até a solução ficar alcalina. Qual dos seguintes iões tem a concentração maior na mistura final? a) Na+ b) OH – c) H+ d) Cl – 85. No amoníaco líquido estabelece-se o seguinte equilíbrio: 2 NH3 NH4+ + NH2 - Nesta reacção o NH3 reage como: a) ácido e base simultaneamente b) só ácido c) só base d) nem ácido, nem base 86. Dado Kw = 1,0.10-14. Uma solução tem pH = 12. Esta solução pode ser: a) hidróxido de sódio a 10-12 M b) ácido clorídrico a 10-12 M c) hidróxido de sódio a 10-2 M d) ácido clorídrico a 10-2 M Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 139 87. Dois recipientes, I e II contêm soluções de concentração diferentes. I. pH = 1 II: pH = 3 A concentração de H3O+ no recipiente I é: a) três vezes maior do que no recipiente II b) três vezes menor do que no recipiente II c) cem vezes maior do que no recipiente II d) cem vezes menor do que no recipiente II 88. Adiciona-se 1,0 mol de um ácido monoprótico HZ, do qual não se sabe se é fraco ou forte, a 1,0 mol de NaOH em solução aquosa. A solução será: a) neutra b) alcalina c) ácida d) neutra ou dependendo da força de HZ. 89. Para neutralizar 10 ml de uma solução de HCl com pH = 3,0 precisa-se de x ml de certa solução de NaOH. Para neutralizar 10 ml de uma solução de CH3COOH com pH = 3,0 precisa-se de y ml da mesma solução de NaOH. Qual é a relação entre x e y? a) X < Y b) X = Y c) X > Y d) Não se pode dizer, pois isso depende do valor do Ka do CH3COOH. 90. O pH é uma função logarítmica (pH = - log [H3O+]). Quando o pH duma solução diminui de 5 para 4, a concentração de H3O+: a) aumenta 10 vezes portanto de 10-5 para 10-4. b) aumenta 100 vezes portanto de 4 para 5. c) diminui 10 vezes portanto de 10-4 para 10-5. d) diminui 100 vezes portanto de 10-5 para 10-4. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 140 91. Uma solução tem pH = 2. Esta solução pode ser: a) hidróxido de sódio a 10-12 M b) ácido clorídrico a 10-12 M c) hidróxido de sódio a 10-2 M d) ácido clorídrico a 10-2 M 92. Um copo contém uma solução de ácido acético, HAc, (ácido fraco) com pH = 3. Outro copo contém certa quantidade de uma solução de ácido clorídrico, HCl, (ácido forte) com o mesmo valor de pH = 3. O que se pode dizer sobre a molaridade(M) de ambos os ácidos? a) nada se pode dizer porque há falta de informação b) a molaridade de ambos os ácidos é igual c) a molaridade de HCl é menor do que a molaridade de HAc. d) a molaridade de HCl é maior do que a molaridade do HAc. 93. Num copo mistura-se o sal cloreto de sódio e água suficiente para dissolver todo o sal. Finalmente as partículas contidas no copo (com uma concentração maior do que 10-7 M) são: a) NaCl (s) e H2O (l) b) NaCl (s), H+(aq) e OH – (aq) c) Na+(aq), Cl – (aq), H+ (aq) e OH – (aq) d) Na+(aq), Cl – (aq), H2O(l) Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 141 11. SOLUBILIDADE Solubilidade é a quantidade máxima de um soluto que se pode dissolver num certo volume de solvente, a uma dada temperatura. A solubilidade (s) corresponde à concentração (C) de uma solução saturada. A concentração de uma solução pode ser expressa em: g/l - é concentração comum mol/l - é molaridade (C) eq/l - é normalidade (N) n/m – é molalidade (m) % - é percentagem. Corresponde à massa do soluto m2, dividida pela massa da solução e o resultado multiplicado por 100. %001 mm m % 21 2 11.1. Factores que influenciam a solubilidade A solubilidade depende de seguintes factores: Temperatura: geralmente aumenta a solubilidade. Presença de ião comum: diminui a solubilidade. Solvente (polar dissolve polar e composto iónico, enquanto que apolar dissolveapolar). Presença de outros iões (distintos): aumenta a solubilidade. 11.1. Produto da Solubilidade (Ks) ou Constante do Produto de Solubilidade (Kps) s - é a solubilidade do sal. AgCl (s) + (aq) Ag+ (aq) + Cl – (aq) s s Ks = [Ag+].[Cl -] = s. s = s 2 Ag2CrO4 (s) + (aq) 2 Ag+ + CrO4 2- (aq) 2 s s Ks = [Ag+]2.[CrO4 2-] = (2 s)2 . s = 4 s 3 Ca3(PO4)2 (s) + (aq) 3 Ca 2+ (aq) + 2 PO4 3- (aq) 3 s 2 s Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 142 Ks = [Ca2+]3.[PO4 3-]2 = (3 s)3 . (2 s)2 = 108 s5 MgNH4PO4 (s) + (aq) Mg2+ (aq) + NH4+ (aq) + PO4 3- (aq) s s s Ks = [Ca2+].[NH4+].[PO4 3-] = S . S . S = S 3 11.2. Produto Iónico (PI) O produto iónico de um sal tem a mesma fórmula que Kps. Através deste, pode-se determinar, analiticamente, se determinadas espécies iónicas, presentes em solução, podem ou não formar um precipitado, tendo em conta, também, a sua constante de produto de solubilidade. Assim, se: 94. PI < Ks : Solução insaturada, não há formação de precipitado. 95. PI = Ks : Solução saturada, não há formação de precipitado. 96. PI > Ks : Solução supersaturada, há formação de precipitado 11.3. Lei de diluição de Ostwald No caso de o electrólito AX se dissociar nos iões A+ e X-, a constante e o grau de dissociação encontram-se ligados através da expressão: )-(1 K 2 mC Se α « 1 então 1- α ≈ 1 , então: m m C K eC 2K Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 143 EXERCÍCIOS 97. Dilui-se com água 200 ml de solução 0,2M de um certo sal até formar 0,8 dm3. 500 cm3 da solução diluída são aquecidos até formar uma solução 1,5 M. O número de moles na solução final é: a) 0,010 b) 0,020 c) 0,035 d) 0,040 98. O produto de solubilidade de brometo de prata é 5,2 .10 -13. Se a solução contém 2.10 - 13 moles/l de iões Br-, a máxima concentração de iões Ag+ que pode existir na solução sem precipitar o brometo de prata é: a) 2,0.10 -2 b) 2,6.10 -11 c) 2,0.10 2 d) 2,6.10 11 99. A 25 ºC a solubilidade de cloreto de sódio é igual a 36,0 g em 100g de H2O. Qual é a fracção em massa (% massa) do NaCl na solução saturada? a) 26,0 b) 26,5 c) 27,0 d) 27,5 100. Quantas gramas de nitrato de potássio se cristalizam a partir de 105,0g de uma solução saturada a 60 ºC, se a arrefecermos até 0 ºC sendo os coeficientes (unidades) de solubilidade a estas temperaturas iguais a 110,0g e 13,0g em 100g de água, respectivamente? a) 36,7 b) 48,5 c) 60,0 d) 78,3 Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 144 101. A concentração de nitratos na água para beber não deve ultrapassar 40 mg/dm3. Uma amostra de 500 cm3 de água que contém 12 mg de nitrato: a) pode ser usada para beber b) não deve ser usada para beber c) pode ser usada para beber só quando filtrada d) não é possível responder por falta de dados 102. Têm-se três soluções de H2SO4 designadas por A, B, e C: A = 300 ml; 0,4M, B = 200 ml ; 0,1M C = 500 ml; 0,6M Qual é a molaridade da solução resultante da mistura das soluções A, B e C? a) 0,44 M b) 0,46 M c) 0,90 M d) 1,10 M 103. Dadas as seguintes soluções aquosas: Solução A: 312 mg de BaCl2, em 10 ml de solução. Solução B: 10 ml de KIO3 (iodato de potássio) a 0,01 M. Massas atómicas: Cl = 35 u.m.a.; Ba = 137 u.m.a; KS do Ba(IO3)2 = 1,25.10 -9. a) Calcule o número de moles de cada ião presentes na solução A e B. b) Juntam-se as soluções A e B. Haverá formação de precipitado? Apresente os cálculos. c) Proponha um método adequado para separar o precipitado na mistura final. 104. Dadas duas soluções I e II. I: solução de cloreto de sódio 0,5 M II: solução de cloreto de cálcio 0,5 M A concentração do ião (Cl -) é: a) igual em ambas soluções b) duas vezes maior na solução II do que na solução I c) duas vezes maior na solução I do que na solução II d) não se pode saber, depende do volume Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 145 105. A 25 cm3 de uma solução de KOH 0,5 M adicionou-se água até duplicar o volume. A nova concentração da solução de KOH é: a) 0,25 M b) 1,0 M c) 2,5 M d) depende da força da base 106. O gráfico apresentando dá informação sobre a solubilidade máxima de 6 sais em função da temperatura (linhas contínuas). A solubilidade máxima é dada em gramas do sal por 100 gramas de água. Solubilidade (sal/100g H2O) 100 1 2 80 3 60 4 I 40 5 II 20 6 0 2,0 4,0 6,0 80 100 temp. (ºC) 1 – nitrato de potássio 4 – cloreto de potássio 2 – brometo de potássio 5 – cloreto de sódio 3 – sulfato de cobre (II) pentahidratato 6 – sulfato de potássio A solubilidade dos seis sais (1, 2, 3 ,4, 5, 6) depende da temperatura. Qual é o sal cuja solubilidade possui menor dependência da temperatura? a) brometo de potássio b) sulfato de cobre (II) pentahidratado c) cloreto de sódio d) a dependência é igual para todos Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F.Muiambo; hmuiambo@uem.mz 146 107. O hidróxido de bário dissolve-se em água com uma solubilidade máxima de 5,0 g de Ba(OH)2 por 100 g de água (à temperatura de 25 ºC). a) Expresse o processo de dissolução do hidróxido de bário através de uma equação química. b) A percentagem de massa de hidróxido de bário numa solução aquosa saturada é de 4,8%. Verifique através de cálculos. c) Misturam-se 11 g de hidróxido de bário com 240 g de água. A solução resulta saturada, não saturada ou supersaturada? Justifique a sua resposta com cálculos. d) Ao misturar 5,0 g de hidróxido de bário com 100 g de água, numa proveta, resulta numa solução de volume igual a 103 ml. e) Calcule o pH duma solução saturada de hidróxido de bário. f) Não é possível (nas condições dadas) preparar uma solução de hidróxido de bário de pH = 15. Explique porquê. 108. O gráfico apresentando dá informação sobre a solubilidade máxima de 6 sais em função da temperatura (linhas contínuas). A solubilidade máxima é dada em gramas do sal por 100 gramas de água. Solubilidade (sal/100g H2O) 100 1 2 80 3 60 4 I 40 5 II 20 6 0 20 40 60 80 100 temp. (ºC) 1 – nitrato de potássio 5 – cloreto de sódio Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 147 2 – brometo de potássio 6 – sulfato de potássio 3 – sulfato de cobre (II) pentahidratato 4 – cloreto de potássio Prepara-se uma saturação de nitrato de potássio a temperatura de 20 ºC usando 500 g de água. O número de gramas do sal nestas condições é: a) 30 gramas b) 15 gramas c) 150 gramas d) não é possível utilizar o gráfico para responder a pergunta feita. 109. Dadas duas soluções I e II. I: solução de cloreto de cálcio (CaCl2) 0,5 M II: solução de cloreto de sódio (NaCl) 0,5 M O número de moles do ião (Cl -) em cada solução é: a) igual em ambas soluções b) duas vezes maior na solução I do que na solução II c) duas vezes maior na solução II do que na solução I d) não se pode dizer; depende do volume 110. A 25 cm3 de uma solução de NaCl 0,5 M evaporou-se até reduzir o volume para metade do volume original. Todo o sal mantém-se dissolvido. A nova concentração da solução de NaCl é: a) 1,0 M b) 0,25 M c) 2,5 M d) depende da dissociação do sal 111. O hidróxido de sódio apresenta solubilidade máxima (à temperatura de 25 ºC) de 42,0 g por 100 g de água. Uma solução contendo a quantidade máxima de um soluto chama-se solução saturada. a) Escreva o processo de dissolução do hidróxido de sódio através duma equação química. b) Calcula a percentagem da massa de sódio numa solução aquosa saturada. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 148 c) Mistura-se 70 g de hidróxido de sódio e 180 g de água. A solução resulta saturada, não saturada ou supersaturada? Justifique a sua resposta com cálculos. d) Ao misturar 42 g de hidróxido de sódio e 100 g de água, resulta numa solução de volume igual a 107 ml. e) Calcule o PH duma solução saturada de hidróxido de sódio. f) Massas atómicas: Na = 23, O = 16, H = 1,0. g) Será possível preparar (nas condições dadas) 0,5 litros de uma solução de hidróxido de sódio de PH > 15? Explique porquê. 112. Num tubo de ensaio com uma solução de NaCl a 1,0 M, são adicionados, gota a gota alguns mililitros de uma solução de KCl a 1,0 M. Faz-se um diagrama da [Cl –(aq)] em relação ao volume da solução de KCl adicionado. Qual é o diagrama correcto? [Cl - (aq)] [Cl - (aq)] A B ml KCl ml KCl [Cl - (aq)] [Cl - (aq)] C D ml KCl ml KCl 113. Para determinar o teor de ácido cítrico no sumo de limão, foi convertido o ácido cítrico completamente em Ci3 - por adicionar uma solução de hidróxido de sódio, segundo a equação: H3Ci(aq) + 3 OH– 3 H2O (l) + Ci3 –(aq) O procedimento seguido foi: Espremer limão até obter 10 ml de sumo concentrado. Diluir os 10 ml de sumo por adicionar água até um volume de solução de 100 ml Adicionar hidróxido de sódio a 10 ml da solução diluída de sumo de limão. O ácido cítrico reagiu completamente, não há substância em excesso. Durante a reacção foram gastos 8,20 ml de hidróxido de sódio 0,100M. a) Calcule o número de moles de base (OH-) gastos na reacção. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 149 b) Calcule o número de moles de ácido cítrico em 10 ml do sumo diluído. c) Calcule o número de moles e a massa em gramas do ácido cítrico em 10 ml de sumo concentrado. (massa molar do ácido cítrico: 192 g/mol). d) Calcule a percentagem em massa do ácido cítrico no sumo de limão. (densidade molar do sumo: 1,03 g/ml) e) Calcule quantos litros de sumo precisar-se-iam para obter 1,0 kg do ácido cítrico puro. 114. A solubilidade do cloreto de sódio é 36 g em 100 g de água a 20 ºC. Isto significa que: a) 36 g de sal dissolvem-se em 100 g de álcool a 20 ºC. b) 72 g de sal dissolvem-se em 100 g de água a 40 ºC. c) 9 g de sal dissolvem-se em 25 g de água a 20 ºC. d) 1 g de sal dissolve-se em 1 g de água a 20 ºC. 115. A solubilidade máxima do hidróxido de sódio (NaOH) é de 42,0 g por 100 g de água (298K). Misturam-se bem num copo 250 g de NaOH e 500 g de água à temperatura de 298 K. Resulta uma solução: a) insaturada; b) saturada sem NaOH(s)no fundo do copo; c) saturada com quantidade menor do que 50 g de NaOH(s) no fundo do copo; d) saturada com mais do que 50 g de NaOH(s) no fundo do copo. 116. Um copo A contém 30,0 ml duma solução aquosa de NaI 0,1 M. Um copo B contém 40,0 ml duma solução aquosa de Pb(NO3)2 0,050 M. a) O número de pessoas no mundo neste momento é mais ou menos (6 000 000 000) 6 biliões. Será que o número de iões de Na+ no copo A, é menor ou maior do que 6 biliões? Justifique a sua resposta através dum cálculo usando o número de Avogadro. (NA = 6.1023). b) Juntando os copos A e B, forma-se um precipitado de PbI2. Dê a equação de reacção (iónico-molecular) deste processo. Indique também o estado de congregação das substâncias. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 150 c) Calcule o peso, em gramas, do precipitado. As massas moleculares do Pb(NO3)2, NaI, PbI2, e NaNO3 são respectivamente: 331 u.m.a., 150 u.m.a., 461 u.m.a. e 85 u.m.a. As massas atómicas de Pb e I são respectivamente 207 e 127 u.m.a. Indicação: Calcule primeiro a substância que está em excesso. d) Faz-se uma filtração em que se separa o precipitado e a solução. Encontram-se iões no filtrado (= o líquido que passa pelo filtro)? Caso sim quais são? Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 151 117. Adicionou-se uma certa quantidade de água a 20 cm3 de uma solução aquosa de NaOH 2,0 M. A nova concentração da solução de NaOH é de 0,5 molar. A quantidade de água adicionada é: a) 80 cm3 b) 60 cm3 c) 20 cm3 d) nenhuma das respostas 118. Adiciona-se 50 ml duma solução de NaOH 0,2 M a 100 ml de água. A molaridade da solução resultante é: a) 0,040 M b) 0,066 M c) 0,240 M d) 0,360 M 119. Preparou-se uma solução de NaCl dissolvendo-se 5.85 g de NaCl em 500 ml de H2O (solução A). Desta solução tomaram-se 50 ml para um balão de 250 ml; completou-se o volume de 250 ml com H2O e agitou-se bem o balão para homogeneizar a solução (solução B). Qual é a concentração em moles por litro das soluções A e B? Massas atómicas: Na=23 u.m.a., Cl=35,5 u.m.a. 120. O hidróxido de sódio é bem solúvel em água. A solubilidade máxima (à temperatura de 25 ºC) é de 42,0 g por 100 g de água. Uma solução contendo a quantidade máxima dum soluto chama-se solução saturada. a) A percentagem de massa de NaOH numa solução saturada em água é de 29,6%. Verifique através de cálculos. b) Misturam-se 140 g de NaOH e 360 g de água. Resulta numa solução não saturada. Verifique. 121. O gráfico acima apresentado dá informação sobre a solubilidade máxima de alguns sólidos em água em função da temperatura. Então as curvas relacionam-se às soluções saturadas destas substâncias. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 152 122. Usa-se como unidades da solubilidade: gramas da substância dissolvida por 100 gramas de água. Solubilidade gsolut/100H2O 280 açúcar (C12H22O11) . KNO3 NaNO3 160 KBr 80 Glicina KCl 40 Alanina Ca2(SO4)3 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 temperatura a) Dê a equação de dissolução de KBr em água. b) Dê a equação de dissolução do açúcar em água. c) Explique porquê o gráfico não mostra valores de solubilidade a temperatura > 100ºC. d) Prepara-se uma solução saturada de nitrato de potássio em 500g de água, à temperatura de 70 ºC. Use o gráfico para determinar a massa de nitrato de potássio dissolvida nas 500 g de água. Explique através de cálculos. e) Qual será a massa do nitrato de potássio que se obtém ao arrefecer a solução de alínea c) dos 70 até aos 30 ºC. Use o gráfico e mostre o cálculo. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 153 123. Os hidretos de metais reagem violentamente com água. A equação iónica de reacção entre o LiH e a água é a seguinte: LiH(s) + H2O(l) → Li +(aq) + OH –(aq) + H2 (g) a) A reacção entre o LiH e a água é uma reacção ácido/base e ao mesmo tempo uma reacção redox. Explique este facto. b) Escreva a equação iónica da reacção entre hidreto de cálcio e água. 124. Mistura-se 1,5 litro de solução 0,35 M de H2SO4 com 500 ml de uma solução 0,70 M de H2SO4, qual é a molaridade da solução obtida? 125. Prepara-se uma solução aquosa de 100 ml contendo 4,20 g de NaF e 14,2 g de Na2SO4. as massas moleculares destes sais são 42,0 u.m.a. e 142,2 u.m.a., respectivamente. Qual será a concentração dos iões de sódio na solução? a) 0,100 M b) 0,300 M c) 2,00 M d) 3,00 M 126. A expressão para o produto de solubilidade Kps, do sal SrF2 é: a) [Sr2+] [2F -]2 b) [Sr+] [F -] c) [Sr2+] [2F -] d) [Sr2+] [F -]2 Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 154 12. ELECTROQUÍMICA 12.1. Reacção redox A electroquímica é o capítulo que estuda as reacções que ocorrem nos eléctrodos, essas reacções são reacções redox. Reacções redox são reacções que envolvem transferência de electrões. Nas reacções redox, ocorrem a oxidação e a redução em simultâneo. 12.1.1. Oxidantes e redutores Entre as duas espécies idênticas, o oxidante é aquele que apresenta maior nox. O nox é a electrovâlencia de uma espécie:Zn2+ / Zn , Ag+ / Ag , H+ / H , Na+ / Na Exemplo: Al3+ / Al Cu2+ / Cu Fe3+ / Fe2+ oxidante redutor oxidante redutor oxidante redutor 12.1.2. Regras de determinação do nox O nox de uma substância simples (composta ou elementar) é zero (somatório dos nox’s dos elementos constituintes da substância). Ex: H2, Cl2, O2, Cu, Fe, Al, nox = 0 O nox de um composto é zero Ex: H2S, H2O, FeCl3, KMnO4, ... nox = 0 O nox de um ião é igual à sua electrovalência. Ex: ião Al3+ Cl - SO4 2- MnO4 - Cr2O7 2- nox + 3 - 1 - 2 - 1 - 2 O nox de um elemento numa molécula ou ião pode ser variado e seu valor pode também ser determinado para cada caso. Regra 1: Numa molécula, a soma dos nox dos elementos é zero. +1 x - 2 KMnO4 +1 + x + (- 2). 4 = 0 1 + x - 8 = 0 x = 8 - 1 x = + 7 Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 155 Regra 2: Num ião composto, a soma dos nox’s dos elementos é igual ao nox (carga)do ião. x x -2 Cr2O7 2- Cr2O7 2- 2 (x) + (-2). 7 = - 2 2x - 14 = -2 2x = 14 - 2 2x = 12 x = 12/2 = + 6 12.2. Oxidação e Redução Oxidação - há aumento de nox, devido à perda de electrões. Cu 0 2 e- Cu 2+ 2 O 2- 4 e- O2 Al 0 3 e- Al 3+ 2 Cl - 2 e- Cl2 Redução - há diminuição de nox, devido ao ganho de electrões, partículas carregadas negativamente. Fe 3+ + 3 e- Fe 0 Cu 2+ + 1 e- Cu + Ag + + 1 e- Ag 0 12.3. Células Galvânicas Uma célula galvânica ou pilha possui eléctrodos onde neles ocorrem reacções que produzem corrente eléctrica. 12.3.1. Pilha de Daniel e - ânodo (-) cátodo (+) Zn Cu Zn 2+ Cu 2+ E0 Cu 2+ Cu 0 = 0,34 V ZnSO4 (aq) CuSO4 (aq) E0 Cu 2+ Cu = 0,34 V Cátodo é o potencial mais positivo E0 Zn 2+ Zn = - 0,76 V ânodo A f.e.m. (força electromotriz) de um elemento pode ser representada como a diferença dos potenciais electródicos φ, correspondendo cada um deles à semi-reacção A Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 156 que tem lugar em cada um dos eléctrodos. Nos cálculos da f.e.m. (no seu sentido algébrico) determina-se a diferença entre o potencial de maior valor e o de menor. φ 0 = φ 0 cátodo - φ 0 ânodo = 0,34 - (-0,76) Cátodo: Cu2+ + 2 e- Cu 0 Redução Semi equações Ânodo : Zn0 Zn 2+ + 2 e- Oxidação Cu2+ + Zn0 Cu + Zn2+ Equação global No ânodo o Zn metálico dissolve-se, convertendo-se em Zn2+, aumentando a concentração do ião zinco na solução. No cátodo o Cu2+ da solução deposita-se eléctrodo, diminuindo a sua concentração na solução. O elemento Zinco liberta electrões que se movem para o cátodo onde vão reduzir o Cobre (Cu2+). A dependência de potencial de eléctrodo em função da concentração das substâncias que intervêm nos processos de eléctrodo e da temperatura, expressa-se através da equação de Nernst: Ox Red lg FZ TR2,30 ou simplesmente eq 0 Klg FZ TR2,3 Onde: φº é potencial electródico padrão; R é a constante universal dos gases; T é a temperatura absoluta (K); F é a constante de Faraday (F = 96500 C/mol) Z é o número de electrões intervenientes no processo; [Red] e [Ox] é produto das concentrações das substâncias que intervêm na semi-reacção correspondente na forma reduzida (Red) e na oxidada (Ox). Keq é a constante de equilíbrio da reação. 12.4. Células Electrolíticas Nas células electrolíticas, os eléctrodos são submetidos a uma tensão, esta tensão provoca corrente que causa a ocorrência de reacção nos eléctrodos. Um exemplo típico desta célula é a electrólise. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 157 12.4.1. Electrólise Electrólise é o conjunto de processos que decorrem quando um sistema, constituído por dois eléctrodos e uma massa fundida ou uma solução de um eletrólito, é sujeito à passagem de uma corrente eléctrica constante. 12.4.1.1. Electrólise de sais fundidos Na electrólise do cloreto de sódio fundido, ocorrem os seguintes processos electródicos: - Os iões positivos de Na+ movem-se para o eléctrodo negativo e são reduzidos. Na+ + 1 e- Na 0 redução - cátodo - Os iões positivos de Cl - movem-se para o eléctrodo positivo e são oxidados. 2 Cl - + 2 e- Cl2 0 oxidação - ânodo Cátodo - atrai catiões (+), ele deve ser negativo (-). Ânodo - atrai aniões (-), ele deve ser positivo (+). Na+ + 1 e- Na 0 2 (Cátodo) 2 Cl - Cl2 0 + 2 e- (Ânodo) Na+ + 2 Cl - → Na 0 + Cl2 0 12.4.1.2. Electrólise de sais em solução aquosa Assim, da mesma forma que num elemento galvânico, o eléctrodo no qual durante a electrólise contém diversos agentes oxidantes, no cátodo dar-se-á a redução do mais activo de entre eles, i.é., a forma oxidada do sistema electroquímico que correponde ao valor máximo do potencial electródico. Ex: Na electrólise duma solução aquosa ácida de um sal de níquel a concentrações padrão (onde [H+] = [Ni2+] = 1 mol/l), pode ter lugar tanto a redução do ião Ni2+ Ni2+ + 2 e- Ni φº(Ni2+/Ni) = -0,25V Como do ião de hidrogénio 2 H+ + 2 e- H2 φº(H+/H2) = 0 Entretanto, uma vez que o φº(H+/H2) > φº(Ni2+/Ni), nestas condições, será precisamente o hidrogénio que se libertará no cátodo. Entretanto, será diferente o processo que se desenrolará no cátodo durante a electrólise de uma solução neutral ([H+] = 10-7 mol/l) de um sal de níquel. Aqui, o Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 158 potencial do eléctrodo de hidrogénio será φ = -0,41 V. Neste caso, atendendo à concentração anterior dos iões de níquel (1 mol/l), φº(Ni2+/Ni) > φº(H+/H2) e será o níquel a se libertarno cátodo. Analagomente, quando num sistema electroquímico existe mais de um agente redutor, no ânodo oxidar-se-á o mais activo de entre eles, i.é., a forma reduzida do sistema, que se caracterize por um valor mínimo do potencial do eléctrodo. 12.4.2. Leis de Faraday A característica quantitativa dos processos de electrólise é determinada pelas leis enunciadas por Faraday, Michael (1833): “a massa do electrólito que se transforma durante a electrólise, bem como as massas das substâncias que se transformam nos eléctrodos, são directamente proporcionais à quantidade de electricidade que atravessa a solução ou a massa fundida do electrólito e às massa equivalentes das substâncias correspondentes, i.é.: F tIE m eq ou F tIV V eq e Q = I x t Onde: Eeq – massa equivalente; Veq – Volume equivalente; I – Intensidade da corrente; t – tempo, Q – Quantidade de energia; F – Contante de Faraday (igual a 96500 C/mol). Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 159 EXERCÍCIOS 127. Quais dos factos abaixo indicam que o Arsénio é elemento electropositivo que o fósforo. e) AsH3 é estável que PH3. f) AsH3 é agente redutor mais forte que o PH3. g) O composto As(OH)3 pode ser convertido em iões positivos por ácido forte, o mesmo não pode acontecer com o P(OH)3. h) Todos os factos são válidos. 128. Qual é o valor da f.e.m. da pilha Zn/Cu representada pelo esquema a seguir, Zn(s)/Zn2+(aq)(0,40) //Cu2+(aq ) (0,020M) /Cu(s); E0 = + 1,10V. a) 0,106 V. b) 1,60 V. c) 1,06 V. d) 1,50 V. 129. Um elemento X interage com um elemento Z que passa imediatamente de valência (-3) para valência (-1). Esta situação permite dizer que: a) o Z captou electrões de X. b) o X captou electrões do Z. c) X e Z trocam electrões. d) X e Z captam electrões. 130. Na reacção: As2S3 + 14 H2O2 2 (NH4)3AsO4 + 3 (NH4)2SO4 + 20 H2O. Os dadores de electrões são: a) Os átomos de Arsénio. b) Os átomos de Oxigénio. c) Os átomos de Arsénio e enxofre d) Nenhuma das respostas citadas 131. Dióxido de estanho é um importante mineral a partir do qual pode se obter estanho (Sn). Quando o dióxido de estanho é convertido em estanho, ele é: a) oxidado. b) reduzido. c) sintetizado . Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 160 d) purificado. 132. Na seguinte reacção química: N2 + O2 2 NO O redutor é o: a) N2 porque cada átomo de nitrogénio perde dois electrões. b) N2 porque cada átomo de nitrogénio ganha dois electrões. c) O2 porque cada átomo de oxigénio perde dois electrões. d) O2 porque cada átomo de oxigénio ganha dois electrões. 133. A água do rio pode ser transformada em água quimicamente pura por: a) clorar (processo de cloração). b) ferver. c) destilar. d) filtrar. 134. Quando o ião potássio passa a potássio metálico, houve uma: a) auto-oxi-redução do ião. b) redução do ião. c) oxidação do ião. d) oxi-redução do ião. 135. Qual das seguintes reacções representa uma reacção de redução dum ião: a) Na Na+ + e– b) Cl + e- Cl - c) Na+ + e- Na d) Cl - Cl + e- 136. Qual das seguintes reacções representa uma reacção de redução dum ião: a) Br + e- Br - b) Br - Br + e- c) Na+ + e- Na d) Na Na + + e- 137. Durante a electrólise da água dá-se no pólo positivo a seguinte reacção: a) 2 H2O + 2 e- H2 + 2 OH – b) 2 H2O + 4 e- O2 + 2 H + Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 161 c) 2 H2O H2 + 2 OH – 2 e- d) 2 H2O O2 + 4 H+ + e- 138. Qual das seguintes reacções representa a reacção no cátodo (pólo negativo) quando há electrólise do sal cloreto de potássio fundido? a) Cl - + e → Cl b) 2 Cl - → Cl2 (g) + 2 e- c) K + e- → K(s) d) K+ + e- K(s) 139. A uma solução de cloreto de estanho (II) junta-se um pedaço de zinco. Ocorre uma reacção em que se forma estanho e uma solução de cloreto de zinco. Nesta reacção há uma transferência de electrões. As partículas que cedem electrões são: a) os átomos de zinco. b) os iões de cloro. c) os átomos de estanho. d) os iões de zinco. 140. O número de oxidação do crómio na molécula de K2Cr2O7 é: a) -7 b) +2 c) +6 d) +7 141. A reacção entre magnésio e vapor de água é uma reacção redox. A equação desta reacção é: Mg(s) + H2O(g) MgO(s) + H2 (g). Nesta reacção: a) os átomos de magnésio aceitam electrões b) os átomos de magnésio cedem electrões c) os iões de magnésio aceitam electrões d) os iões de magnésio cedem electrões 142. Realiza-se uma electrólise duma solução aquosa de cloreto de cobre. Forma-se cobre e cloro. O cobre forma-se: a) no pólo positivo (no ânodo) Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 162 b) no pólo negativo (no cátodo) c) no pólo positivo e no negativo d) nem no pólo positivo nem no pólo negativo, mas em toda a solução 143. As partículas responsáveis pela conductilidade eléctrica em fios e em soluções, são respectivamente: em fios em soluções a) Electrões Electrões b) Electrões Iões c) Iões Electrões d) Iões Iões Escolha a opção correcta. 144. Qual das seguintes reacções não é redox? a) C + O2 CO2 b) 2 CO + O2 2 CO2 c) C + CO2 2 CO d) CO2 + H2O H2CO3 145. O número de oxidação do cloro numa molécula de HClO3 é: a) -1 b) 0 c) -5 d) +5 146. As partículas que se movimentam em direcção aos eléctrodos, na electrólise de um sal fundido, são: a) os electrões livres. b) os iões negativos. c) os iões negativos e iões positivos. d) os iões negativos, iões positivos e electrões livres. 147. Uma célula electroquímica constituída com eléctrodo de zinco (φº(Zn/Zn2+) = - 0,76v) e de magnésio (φº (Mg/Mg2+) = - 0,76v) apresentará sob condições normais, uma diferença de potencial igual a: Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 163 a) +3,10 V b) +1,58 V c) +2,34 V d) +0,76 V 148. Considere a reacção seguinte: 2 Cu2+ + 4 I - 2 CuI + I2 Cada ião de Cu2+ : a) aceita 1 electrão. b) cede 1 electrão. c) aceita 2 electrões. d) cede 2 electrões. 149. Qual dos seguintes reagentes causa a libertação do H2(g) numa solução de ácido clorídrico? a) Zn2+ b) Agc) Cl2 d) Mg 150. No equilíbrio: I2 (aq) + 2 Br –(aq) 2 I –(aq) + Br2 (aq) As concentrações de I2 e de Br - são muito maiores do que as de Br2 e I –. Isso significa que: a) I2 é um oxidante mais forte do que Br2 b) Br2 é um redutor mais forte do que I2 c) Br2 é um oxidante mais forte do que I2 d) Br – é um redutor mais forte do que I- 151. Qual dos seguintes processos poderia decorrer no cátodo (eléctrodo negativo) duma célula galvânica? a) Cu2+(aq) + 2 e- Cu(s) b) Zn2+(aq) + 2 e- Zn(g) c) Zn(s) Zn2+(aq) + 2 e- d) Cu(s) + 2 e- Cu2+(aq) Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 164 152. A electrólise do NaCl para a produção do sódio, Na(s), se realiza com o sal fundido e não numa solução aquosa, porque numa solução: a) a água é oxidante mais forte e não o Na+. b) A água é o redutor mais forte do que o Na+. c) Forma-se, ao lado de Na(s) também Cl2, que é tóxico d) Consome-se muito mais energia. 153. Na electroquímica distingue-se dois processos principais: Reacção nas células galvânicas. Reacção nas células electrolíticas (electrólise) Escolha as características certas dos dois processos: Característica s Células galvânicas Células electrolíticas a) Efeito energético Exotérmico Endotérmico Aplicações Produção de energia Preparação de produtos químicos b) Efeito energético Exotérmico Endotérmico Aplicações Preparação de produtos químicos Produção de energia c) Efeito energético Endotérmico Exotérmico Aplicações Produção de energia Preparação de produtos químicos d) Efeito energético Endotérmico Exotérmico Aplicações Preparação de produtos químicos Produção de energia 154. A célula na figura abaixo apresenta a reacção electroquímica entre uma barra de zinco, mergulhada numa solução dum sal de zinco, e uma solução dum sal de cobre com uma barra de cobre. O zinco é um redutor mais forte do que o cobre. e - Ponte salina ânodo (-) cátodo (+) Zn Cu Zn 2+ Cu 2+ V Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 165 1,0 M Zn 2+ 1,0 Cu 2+ Escolha as afirmações certas sobre as alterações das concentrações nas duas semi- células. Concentração de Zn2+ Concentração de Cu2+ a) aumenta aumenta b) aumenta diminui c) diminui aumenta d) diminui diminui 155. Considere a seguinte reacção redox não acertada: Fe3+(aq) + Sn2+(aq) Fe2+(aq) + Sn4+(aq) A soma de todos os coeficientes na equação acertada será: a) 4 b) 6 c) 8 d) 10 156. A produção do metal sódio se realiza, na prática, pela electrolise de NaCl fundido: (1) 2 NaCl(l) 2 Na(l) + Cl2 (g) O sódio utiliza-se na síntese do tetraetilo de Chumbo: (2) 4 NaPb(s) + 4 C4H5Cl (l) Pb(C2H5)4(s) + 3 Pb(s) O reagente NaPb é uma liga. Escolhá as afirmações certas: a) As duas reacções 1 e 2 são r redox. b) As duas reacções não são redox. c) Só a reacção 1 é redox. d) Só a reacção 2 é redox. 157. Considerando a pilha representada na figura abaixo, e de acordo com os dados: E0 Cd 2+ + / Cd = - 0,40 v E0 Cu 2+ + / Cu = - 0,34 v e - 25 ºC Electrodo de Cu electrodo de Cd V Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 166 solução 1,0 M CuCl2 1,0 M CdCl2 solução a) Escreva a equação parcial da redução e de oxidação, e a equação global da célula. b) Calcule a f.e.m. da célula. c) Qual é o sentido de deslocamento dos electrões? Indique na figura. 158. O esquema químico seguinte traduz a reacção de preparação do cloro, em meio ácido, a partir do ião permanganato: MnO42- (aq) + Cl –(aq) Cl2 + Mn2+(aq) [H+] = 1,0 mol/l; φº (MnO42- /Mn2+) = +1,51 V e φº (Cl2 / Cl - ) = +1,35 V. a) Escreva as equações parciais de redução e de oxidação, e a equação química global da célula. b) Calcule a força electromotriz da célula. 159. Na reacção química entre zinco metálico e uma solução de ácido clorídrico, representada pela equação: Zn (g) + 2 HCl(l) ZnCl2(aq) + H2(g) (φº Zn2+/Zn = -0,76 V e φº 2H+/H2 = 0,00 V) a) Qual é a espécie química reduzida e qual é a espécie química oxidada? Justifique a sua resposta, a partir dos valores dos potenciais padrão de redução. b) Qual é a quantidade de ZnCl2 que se poderá obter a partir de uma amostra de Zn puro pesando 6,5 g? [M (Zn) = 65 g/mol e M (Cl) = 35,5 g/mol] 160. Ao misturar uma solução acidulada de KMnO4 e uma solução de FeCl2 tem lugar uma reacção redox. Durante esta reacção forma-se o Mn no estado de oxidação +2 e o sal FeCl3. a) Determine o estado de oxidação do Mn no sal KMnO4. b) Indique o oxidante e o redutor nesta reacção que tem lugar entre as duas soluções. Nota: Para a acidulação da solução usou-se ácido clorídrico. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 167 Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 168 13. FUNÇÕES ORGÂNICAS O enorme número de compostos orgânicos existentes nos obriga a agrupá-los em classes semelhantes, denominadas Funções Orgânicas. Função Orgânica é um conjunto de substâncias com propriedades químicas semelhantes (denominadas Propriedades Funcionais).Outra tarefa dificílima é dar nomes a milhões de compostos orgânicos. Até o século passado, os nomes eram dados arbitrariamente, apenas lembrando a origem ou alguma característica dos compostos (o ácido fórmico, por exemplo, recebeu este nome por ser encontrado em formigas). Com o crescimento do número de compostos orgânicos conhecidos a situação foi se complicando de tal modo que, os químicos, reunidos no Congresso Internacional de Genebra (1892), resolveram iniciar uma racionalização na nomenclatura orgânica. Após várias reuniões internacionais, surgiu a denominada Nomenclatura IUPAC (sigla para "International Union of Pure and Applied Chemistry", isto é União Internacional de Química Pura e Aplicada). A nomenclatura IUPAC é formada por inúmeras regras, com objetivo de se dar nomes bastantes lógicos aos compostos orgânicos, de modo que: Cada composto tenha um nome diferente que o distinga de todos os demais; Dada a fórmula estrutural de um composto, seja possível elaborar seu nome e vice-versa. A nomenclatura oficial da IUPAC leva em consideração o número de átomos de carbono, os tipos de ligações entre eles e a função a que pertencem as substâncias. Assim, o nome de uma cadeia aberta normal é composto por três partes: um prefixo, que indica o número de átomos presentes na cadeia, um intermediário, que indica o tipo de ligação entre os átomos de carbono, e um sufixo, que indica a função a que pertence o composto orgânico. Veja a tabela abaixo: Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 169 Prefixo Intermediário Sufixo Número de Carbonos Ligações Entre Carbonos Função 1 - MET 2 - ET 3 - PROP 4 - BUT 5 - PENT 6 - HEX 7 - HEPT 8 - OCT 9 - NON 10 - DEC 11 - UNDEC ... só ligações simples - AN 1 ligação dupla - EN 2 ligações duplas - DIEN 3 ligações duplas - TRIEN ... 1 ligação tripla - IN 2 ligações triplas - DIIN 3 ligações triplas - TRIIN 1 dupla e 1 tripla ligação - ENIN Varia de acordo com a função 13.1. Radicais Derivados dos Alcanos Radical é o grupo que se resulta ao se retirar um ou mais átomos de hidrogênio de um hidrocarboneto. Este radical deve vir acompanhado de um ponto ou traço, indicando a existência de um electrão livre, ou seja, uma valência livre. O conhecimento dos radicais é importante pois eles facilitam a nomenclatura dos compostos orgânicos. Sua nomenclatura é um pouco diferenciada, com o prefixo de enumeração e o sufixo IL/ILA/ILO. 1 Carbono + IL Metil 2 Carbonos + IL Etil 3 Carbonos + IL Propil Nos casos onde existem várias possibilidades para a posição da valência livre, antes dos nomes são colocados prefixos para indicar a sua posição: Prefixo Posição da Valência Livre Exemplos n- a valência livre está na extremidade de uma cadeia normal. Seu uso não é obrigatório. n-propil ou propil iso ou i- a valência livre está em uma cadeia cuja extremidade contém duas partes CH3. isopropil isobutil neo a valência livre está em uma cadeia com um Carbono quaternário e cuja extremidade contém três partes CH3. neopentil neohexil Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 170 sec- ou s- a valência livre está num Carbono Secundário. sec-butil tercio, terc- ou t- a valência livre está em um Carbono Terciário. terciobutil, terc-butil ou t-butil Existem também alguns radicais insaturados. Eles possuem nomes oficiais e usuais, sendo que o nome usual é geralmente mais utilizado. Veja os radicais: Estrutura Nome Oficial Nome Usual Etenil Vinil 2-Propenil Alil (Trifenil)-Metil Tritil 13.2. Hidrocarbonetos Acíclicos Hidrocarbonetos são compostos orgânicos formados exclusivamente por átomos de Carbono e Hidrogênio. Eles se subdividem em várias subclasses, das quais as mais importantes são alcanos, alcenos, alcinos, ciclanos (ou cicloalcanos) e aromáticos. 13.2.1. Alcanos ou Parafinas Alcanos ou Parafinas são Hidrocarbonetos acíclicos e saturados. Sua nomenclatura é dada utilizando o intermediário AN e o sufixo O, ou seja, os nomes dos alcanos possuem prefixo de enumeração e ANO no final. Exemplos: 1 Carbono + ANO Metano 2 Carbonos + ANO Etano 3 Carbonos + ANO Propano 4 Carbonos + ANO Butano Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 171 As fórmulas moleculares de todos os alcanos se encaixam na fórmula geral CnH2n+2, onde n é um número inteiro. Assim, por exemplo, no Octano temos n = 8 átomos de carbono e, consequentemente, 2n + 2 = 2 8 + 2 = 18 átomos de Hidrogênio, e fórmula molecular C8H18. 13.2.2. Alcenos, Alquenos ou Olefinas Alcenos são Hidrocarbonetos acíclicos contendo duplas ligações. Sua nomenclatura é dada utilizando o intermediário EN e o sufixo O e possuem fórmula geral CnH2n, onde n é um número inteiro. Veja os exemplos abaixo: 2 Carbonos + ENO Eteno 3 Carbonos + ENO Propeno Obs: O Eteno também é chamado de Etileno Em casos onde existem mais de uma possibilidade para a posição da dupla ligação, é necessário indicar a sua posição, através de uma enumeração. O Carbono 1 é sempre o Carbono da extremidade mais próxima da dupla ligação na cadeia, fazendo com que sejam usados os menores números possíveis. Veja os exemplos abaixo: Ligação dupla no Carbono 1 + 5 Carbonos + ENO Penteno-1 Ligação dupla no Carbono 2 + 6 Carbonos + ENO Hexeno-2 Há também um outro tipo de Alcenos, os Alcadienos ou Dienos. Eles são caracterizados pela presença de duas ligações duplas em sua estrutura. Sua nomenclatura é igual ao dos Alcenos, porém utiliza antes do intermediário EN o prefixo DI, para indicar duas ligações duplas. Em sua enumeração, deve-se numerar a cadeia de tal forma que as ligações duplas tenham os menores números possíveis. Em Dienos com 3 Carbonos, fica óbvio que não é necessário numerar. Ligação dupla no Carbono 1 + Ligação dupla no Carbono 2 + 4 Carbonos + DIENO Buta-1,2-dieno Ligação dupla no Carbono 1 + Ligação dupla no Carbono 3 + 5 Carbonos + DIENO Penta-1,3-dieno 13.2.3. Alcinos ou Alquinos São hidrocarbonetos alifáticos insaturados contendo triplas ligações. possuem nomenclatura igual a dos alcenos, porém o seu intermediário é IN. Possuem fórmula geral Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 172 CnH2n-2. Os alcinos podem ser classificados em dois grupos: Verdadeiros e Falsos. Os alcinos verdadeiros possuem um átomo de hidrogênio ligado a um dos carbonos contendo a tripla ligação. Os Alcinos Falsos não possuem Hidrogênio ligado ao átomo de Carbono com a tripla ligação. Exemplos: 2 Carbonos + INO Etino Ligação tripla no Carbono 2 + 5 Carbonos + INO Pentino-2Ligação tripla no Carbono 1 + 4 Carbonos + INO Butino-1 Obs: O Etino também é chamado de Acetileno. 13.3. Hidrocarbonetos Cíclicos São Hidrocarbonetos que apresentam cadeias fechadas. Os mais estudados são os Ciclanos, Ciclenos e Aromáticos. 13.3.1. Ciclanos, Cicloalcanos ou Cicloparafinas São hidrocarbonetos cíclicos contendo apenas ligações simples. Sua nomenclatura é simples: usamos a terminação ANO e colocamos antes do nome o prefixo CICLO, para indicar que a cadeia é cíclica. Acompanhe alguns exemplos: Ciclo + 3 Carbonos + ANO Ciclopropano Ciclo + 4 Carbonos + ANO Ciclobutano Ciclo + 7 Carbonos + ANO Cicloheptano 13.3.2. Ciclenos ou Cicloalcenos São hidrocarbonetos cíclicos contendo uma ligação dupla. Sua nomenclatura é igual a dos Alcenos, acrescido do prefixo CICLO antes do nome do composto. Não há necessidade de numerar a posição da dupla ligação. Veja abaixo: Ciclo + 5 Carbonos + ENO Ciclopenteno Ciclo + 6 Carbonos + ENO Ciclohexeno Ciclo + 4 Carbonos + ENO Ciclobuteno Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 173 13.3.3. Aromáticos São aqueles que possuem pelo menos um anel aromático. Não seguem normas de nomenclatura, tendo cada um nome próprio. Os mais comuns são: Benzeno Tolueno Naftaleno Antraceno Fenantreno Assim como os Hidrocarbonetos aromáticos possuem nomes característicos, que não seguem regras comuns de nomenclatura, seus radicais também possuem nomes próprios. Os dois mais comuns são: Fenil Benzil Tenha bastante atenção num detalhe: o radical proveniente do Benzeno é o Fenil, enquanto o radical que vem do Tolueno é o Benzil. 13.4. Nomenclatura de Hidrocarbonetos Ramificados Os hidrocarbonetos são considerados ramificados quando apresentam na sua estrutura um átomo de carbono que seja terciário ou quaternário. Suas regras de nomenclatura envolvem conhecimento de enumeração e nomes de radicais e, para melhorar o aprendizado, estão divididas em nomenclatura de hidrocarbonetos de cadeia aberta, cíclicos e aromáticos. 13.4.1. Hidrocarbonetos de Cadeia Aberta Está dividida em Hidrocarbonetos Saturados e Insaturados. Para dar nomes a estas estruturas, é necessário destacar a cadeia principal e os radicais, dando seus nomes e indicando através de enumeração (sempre os menores números possíveis) a posição dos radicais. O que muda entre os Hidrocarbonetos Saturados e Insaturados é o meio de se achar a cadeia principal. Acompanhe os dois casos: Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 174 13.4.1.1. Hidrocarbonetos Saturados Nos Hidrocarbonetos Saturados, isto é, naqueles que só apresentam ligações simples em sua estrutura, a cadeia principal é a sequência que possui o maior número de Carbonos. Em casos de duas cadeias principais com o mesmo número de Carbonos, a cadeia principal é a mais ramificada. O Carbono 1 é aquele que faz com que a estrutura tenha os menores números para indicar a posição dos radicais. Quando a estrutura tiver dois ou mais radicais igual, colocamos apenas uma vez o nome deste radical antecedido do prefixo di, tri, tetra, etc de acordo com a sua quantidade e colocamos as suas respectivas posições. Acompanhe uma animação e os exemplos abaixo: Radical: Metil (Carbono 2) Cadeia Principal: Propano Radicais: Metil (Carbonos 3 e 4) Etil (Carbono 5) Isopropil (Carbono 5) Cadeia Principal: Octano Metil-Propano (não é necessário numerar pois não há outra posição possível para o radical) Este composto também é chamado de Isobutano 5-Etil-3,4-Dimetil-5-Isopropil-Octano (Note que neste caso a cadeia principal não foi uma sequência representada numa linha reta) A IUPAC aboliu a regra da escrita pela ordem de complexidade (do menor para o maior em 1979). É recomendado que, ao nomear um composto qualquer ramificado, o nome dos radicais deve ser organizado em ordem alfabética (ignorando os prefixos iso, sec, terc, di, tri, etc). Embora esta mudança tenha sido feita há mais de 20 anos (antes disso, as duas maneiras eram consideradas certas), esta regra é ainda usada em vários manuais do Ensino Médio e Vestibulares, principalmente os brasileiros. 13.4.1.2. Hidrocarbonetos Insaturados Os hidrocarbonetos insaturados são aqueles que contêm pelo menos uma ligação dupla ou tripla em sua cadeia. Nestes casos, a cadeia principal é a maior sequência que contiver a ligação dupla ou tripla e o Carbono 1 será o Carbono mais próximo da insaturação. Acompanhe dois exemplos: Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 175 Radicais: Metil (Carbonos 4,5 e 5) Isopropil (Carbono 3) Cadeia Principal: Hepteno Ligação Dupla: Carbono 2 Radicais: Metil (Carbono 4) Etil (Carbono 3) Cadeia Principal: Hexino Ligação Tripla: Carbono 1 4,5,5-Trimetil-3-Isopropil-Hepteno-2 3-Etil-4-Metil-Hexino-1 13.4.2. Hidrocarbonetos de Cadeia Fechada Os ciclos seguem uma regra de enumeração parecida com os compostos de cadeia aberta. A intenção é sempre utilizar os menores números possíveis. A cadeia principal é sempre o ciclo e a nomenclatura está dividida para os Ciclos Saturados e Insaturados. 13.4.2.1. Ciclos Saturados Nos ciclos saturados contendo apenas um radical, não é necessário numerar. Naqueles que tiverem mais de um radical, o Carbono 1 é aquele que faz com que a estrutura tenha os menores números possíveis, sendo colocado preferencialmente sobre o menor radical. A enumeração pode girar em sentido horário ou anti-horário. Acompanhe os exemplos: Radicais: Metil (Carbono 1) Etil (Carbono 2) Cadeia Principal: Ciclohexano Radicais: Metil (Carbonos 1 e 3) Terciobutil (Carbono 2) Cadeia Principal: Ciclopentano 2-Etil-1-Metil-Ciclohexano 2-Terciobutil-1,3-Dimetil-Ciclopentano 13.4.2.2. Ciclos Insaturados Nos Ciclos Insaturados Ramificados, a enumeração deve começar sempre por um dos Carbonos da insaturação, de modo que ela fique entre os Carbonos 1 e 2. A enumeração deve continuar ao longo do anel, de forma a se obterem os menores números possíveis para os radicais. No caso dos insaturados, não é necessário indicar a posição da insaturação, mas deve-se indicar a posição dos radicais, mesmo quando o Ciclo só tiver uma ramificação. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 176 Radical: Metil (Carbono 3) Ciclo: Ciclopenteno Radicais: Metil (Carbonos 1 e 3) Etil (Carbono 6) Ciclo: Ciclohexeno 3-Metil-Ciclopenteno 6-Etil-1,3-Dimetil-Ciclohexeno 13.4.3. Hidrocarbonetos Aromáticos Os Hidrocarbonetos Aromáticos Ramificados possuem sistemática de nomenclatura bem peculiar. Se forem originários do benzeno, seguem a regra simples dos menores números, com algumas particularidades.Os originários do Naftaleno possuem sistema simples para indicar uma ramificação e enumeração fixa para dois radicais. Acompanhe cada tipo de Aromático separadamente: 13.4.3.1. Hidrocarbonetos Aromáticos Ramificados Originados do Benzeno Para ramificados benzênicos temos regras de enumeração simples. Para apenas um radical, não é necessário indicar a posição. Para radicais iguais, o carbono 1 é aquele que faz com que a cadeia tenha os menores números possíveis. Para radicais diferentes, o carbono 1 é aquele contiver o radical mais simples e a enumeração deve seguir de modo a se obterem os menores números possíveis para os outros radicais. Quando o ramificado benzênico apresentar apenas dois radicais, suas posições podem ser indicadas de outra maneira, utilizando-se prefixos: Prefixo Posições dos Radicais orto- ou o- 1 e 2 meta- ou m- 1 e 3 para- ou p- 1 e 4 Assim, veja os exemplos abaixo: Radicais: Ciclo: Radical: Ciclo: Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 177 Metil (Carbono 1) Etil ( Carbono 3) Benzeno Fenil Benzeno 3-Etil-1-Metil-Benzeno ou Etil-m-Metil- Benzeno Fenil-Benzeno 13.4.3.2. Hidrocarbonetos Aromáticos Ramificados Originados do Naftaleno Os aromáticos do naftaleno possuem um sistema de nomenclatura parecido com o do benzeno, mas sua enumeração é característica. Os carbonos são divididos em e , de acordo com a sua posição. O carbono 1 é sempre um dos carbonos e o carbono 2 deve ser um carbono , para evitar erros de enumeração. Veja quais são os Carbonos e na molécula de Naftaleno: Para dar nome a um aromático com apenas um radical, basta indicar a posição com sua respectiva letra grega. Com dois ou mais é recomendado utilizar a enumeração, conforme os exemplos abaixo: Radicais: Metil (Carbono ) Ciclo: Naftaleno Radicais: Metil (Carbono 1) Etil (Carbono 3) Ciclo: Naftaleno -Metil-Naftaleno 3-Etil-1-Metil-Naftaleno 13.5. Haletos Orgânicos Haletos Orgânicos são compostos originados dos Hidrocarbonetos, dos quais foram substituídos um ou mais átomos de Hidrogênio por um Halogénio (Flúor,Cloro , Bromo ou Iodo). Possuem dois tipos de nomenclatura: a oficial e a usual. 13.5.1. Nomenclatura Oficial dos Haletos Sua nomenclatura parece um pouco com a dos hidrocarbonetos ramificados, com algumas particularidades. Na nomenclatura oficial, para efeito de enumeração da cadeia principal, os halogénios não são considerados grupos funcionais, mas sim, como Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 178 se fossem radicais. Por isso, se a cadeia for insaturada, o menor número deverá ser atribuído ao carbono que apresenta a insaturação e, se houver ramificações, os radicais também têm prioridade sobre os halogénios, ou seja, os radicais devem receber o menor número. Veja as regras: Determine qual é a cadeia principal, que é a maior sequência de carbonos. Caso seja necessário indicar a posição do(s) halogénio(s), deve ser obedecida a escala de prioridade. Coloque, eeenumerados e separados por hífens, os nomes de todos os halogénios presentes. Se o composto tiver dois ou mais halogénios iguais, indique as suas posições e utilize os prefixos di, tri, tetra, etc respeitando a regra dos menores números. Coloque, enumerados e separados por hífens, os nomes dos radicais presentes, se o composto for ramificado. Aqui valem as regras comuns de nomenclatura de hidrocarbonetos ramificados, não importando se são alcanos, alcenos, alcinos, ciclos ou aromáticos. Halogénios: Flúor (Carbonos 1 e 3 - Posição Meta) Cadeia Principal: Benzeno Halogénios: Cloro (Carbono 1) Bromo (Carbono 1) Cadeia Principal: Etano Radicais: Metil (Carbono 1) Halogénios: Iodo (Carbono 2 - Posição Orto em relação ao Metil) Cadeia Principal: Benzeno Meta-Diflúor-Benzeno ou 1,3-Diflúor-Benzeno 1-Bromo-1,1-Dicloro-Etano 2-Iodo-1-Metil-Benzeno ou Orto-Metil- Iodo-Benzeno ou Orto-Iodo-Tolueno Halogénios: Cloro (Carbonos 2 e 4) Cadeia Principal: 2-Penteno Radicais: Metil (Carbono 4) Halogénios: Cloro (Carbono 3) Cadeia Principal: 1-Pentino Radicais: Etil (Carbono 1) Halogénios: Bromo (Carbono 2) Iodo (Carbono 3) Cadeia Principal: Ciclopentano 2,4-Dicloro-2-Penteno 3,3-Dicloro-4-Metil-1-Pentino 1-Etil-2-Bromo-3-Iodo-Ciclopentano Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 179 13.5.2. Nomenclatura Usual dos Haletos Este sistema de nomenclatura é parecido com a nomenclatura de sais inorgânicos. Só é válida para compostos monohalogenados e é relativamente simples. Basta colocar o nome do Halogénio seguido do sufixo -eto (Fluoreto, Cloreto, Brometo ou Iodeto) e o nome do radical preso ao halogénio, geralmente seguido pela letra a/o. Exemplos: Halogénio: Bromo Radical: Benzila Halogénio: Cloro Radical: t-Butila Halogénio: Flúor Radical: Etila Brometo de Benzila Cloreto de t-Butilo Fluoreto de Etil 13.5.3. Classificação dos Haletos Orgânicos Os haletos orgânicos podem ser classificados de acordo com a posição e o número de halogénios que ele contiver. 13.5.1.1. Posição dos Halogénios De acordo com a posição, os haletos são classificados em geminados, vicinais ou isolados. Os haletos geminados são aqueles que possuem pelo menos 2 halogénios presos a um mesmo Carbono. Os vicinais são aqueles que apresentam pelo menos 2 halogénios presos em Carbonos consecutivos e os isolados não apresentam nenhuma das duas características. Utilizando os exemplos anteriores, temos: Haleto Geminado Haleto Vicinal Haleto Isolado É importante lembrar que os Halogénios dos Haletos podem ou não ser iguais, isto não interfere em sua classificação. 13.5.1.2. Quantidade de Halogénios Esta classificação é simples. Um haleto é monohalogenado quando tiver apenas um halogénio, dihalogenado quando tiver dois, e assim por diante. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 180 13.6. Álcoois É considerado álcool todo o composto que tiver uma hidroxila ou oxidrila (-OH) ligada a um carbono saturado e não-aromático. Existem três sistemas de nomenclatura: oficial, usual e Nomenclatura de Kolbe, sendo esta última menos utilizada. 13.6.1. Nomenclatura oficial dos álcoois É dada indicando a posição da Hidroxila através de enumeração (para álcoois com mais de 2 Carbonos), o prefixo de enumeração indicando a quantidade de Carbonos presentes na molécula e o sufixo OL, que indica a função álcool. Veja as regras em um resumo: O carbono 1 será sempre o que estiver mais próximo da hidroxila. Quando a hidroxila puder estar presente em mais de um carbono,é necessário indicar a sua posição. Se o álcool for ramificado, a posição dos radicais deverá ser indicada através de enumeração. Quando o álcool tiver mais de uma hidroxila, as suas posições devem ser indicadas utilizando sempre os menores número possíveis. Antes do sufixo OL deverá ser indicada, através do prefixo di, tri, tetra, etc, a quantidade de hidroxilas presentes no álcool. Para álcoois onde o número de hidroxilas é igual ao número de carbonos, não é necessário indicar a posição das hidroxilas. Em álcoois insaturados, a posição da insaturação virá antes do nome do álcool e a posição da hidroxila virá antes do prefixo OL, separada por hífens. Vale a pena frisar que não existem naturalmente álcoois com duas ou mais Hidroxilas em um mesmo Carbono, pois tais compostos são instáveis e se decompõem naturalmente. Veja exemplos de álcoois: Radical: Metil (Carbono 2) Hidroxila no Carbono 2 + 4 Carbonos Radical: Fenil Hidroxila + 1 Carbono Duas Hidroxilas (Carbonos 1 e 2) + Ligação dupla no Carbono 3 + 4 Carbonos 2-Metil-Butanol-2 Fenil-Metanol Buten-3--1,2-diol Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 181 Radical: Etil (Carbono 3) Hidroxila + 6 Carbonos Cíclicos 2 Hidroxilas + 2 Carbonos Radicais: Metil (Carbono 6) Etil (Carbono 4) Hidroxila no Carbono 2 + 8 Carbonos 3-etil-ciclohexanol etanodiol 4-etil-6,6-dimetil-octanol-2 13.6.2. Nomenclatura Usual dos Álcoois A nomenclatura usual dos álcoois, que é válida somente para álcoois saturados, é composta de regras bem simples, mas para dominá-las é necessário saber a nomenclatura de radicais. Veja como fazer: Antes do nome, colocar a palavra Álcool. Identificar o radical orgânico preso à Hidroxila, utilizando o prefixo de enumeração e o sufixo -ílico. Exemplos: Radical Etil Radical Benzil Radical Terc-butil Álcool Etílico Álcool Benzílico Álcool Tercbutílico 13.6.3. Nomenclatura de Kolbe A nomenclatura de Kolbe, pouco utilizada actualmente, considera o carbono ligado à hidroxila como um radical chamado carbinol e tudo que estiver ligado a ele como outros radicais. Veja as regras: Considerar o carbono ligado à Hidroxila como um radical chamado carbinol Considerar os outros Carbonos como radicais, dando os seus nomes e colocando-os antes do nome carbinol, em ordem crescente de complexidade. Em caso de dois ou três radicais iguais, usa-se o prefixo dDi ou tri respectivamente Sendo assim, Exemplos: Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 182 2 Radicais Metil Radical Fenil Radicais Metil, Etil e Propil Dimetil-Carbinol Fenil-Carbinol Etil-Metil- Propil-Carbinol 13.6.4. Classificação dos Álcoois Os Álcoois são classificados de acordo com a quantidade de hidroxilas e pelo tipo de carbono no qual ela está ligada. Quando possuir uma hidroxila, será chamado de monoálcool ou monol. Com duas, diálcool ou diol, e assim por diante. Um álcool é primário quando possui uma hidroxila ligada a um carbono primário. A mesma lógica segue para álcoois secundários e terciários (não existem álcoois quaternários!). 13.6.5. Enol Um enol é um álcool que possui hidroxila ligada a um carbono insaturado e não- aromático. Eles são compostos especiais porque geram expontaneamente cetonas ou aldeídos, dependendo da posição da Hidroxila, num fenômeno chamado tautomeria. Sua nomenclatura é igual à dos álcoois, porém a posição da hidroxila deve ser indicada entre o prefixo de enumeração e o sufixo OL. Ligação Dupla no Carbono 1 + Hidroxila no Cabono 2 + 4 Carbonos Radical Metil no Carbono 2 + Ligação Dupla no Carbono 1 + Hidroxila no Carbono 1 + 3 Carbonos 1-Buten-2-ol 2-Metil-1-Propen-1-ol 13.7. Fenóis Os fenóis são compostos que apresentam hidroxila presa a carbonos aromáticos. Na sua nomenclatura, a Hidroxila é denominada hidróxi e depois coloca-se o nome do aromático. Caso ocorram ramificações, é necessário indicar suas posições através das regras de nomenclatura de hidrocarbonetos cíclicos ou utilizando o carbono 1 como o Carbono da Hidroxila. Exemplos: Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 183 Hidroxila: Carbono Ciclo: Naftaleno Radicais: Etil (Carbono 2) Metil (Carbono 4) Hidroxila: Carbono 1 Ciclo: Benzeno 3 Hidroxilas: Carbonos 1,3 e 5 Ciclo: Benzeno -Hidróxi-Naftaleno 2-Etil-4-Metil-1-Hidróxi-Benzeno 1,3,5-Trihidróxi-Benzeno Mas qual a diferença química entre um fenol e um álcool cíclico, se os dois tiverem o mesmo número de carbonos? Os fenóis são mais ácidos que os álcoois cíclicos, isto é, os fenóis possuem maior facilidade de liberar íons H+ (prótons) do que os álcoois cíclicos. A explicação é dada pelo conceito de ressonância e densidade eletrônica, conforme a animação abaixo: 13.8. Éteres Um éter é um composto onde o oxigênio está directamente ligado a dois radicais orgânicos. Possuem nomenclatura oficial e usual. 13.8.1. Nomenclatura Oficial dos Éteres A nomenclatura oficial dos éteres é relativamente simples. Veja as regras: O menor radical ligado ao Oxigênio é nomeado dando-se o prefixo de enumeração para radicais seguido do prefixo -óxi, que indica a presença do Oxigênio. O maior radical recebe o nome normal de um hidrocarboneto. Para nomear, utiliza-se sempre o nome da menor parte e depois o da maior parte, separada por hífens. Exemplos: Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 184 Menor Parte: 2 Carbonos Maior Parte: 3 Carbonos Partes Iguais: 1 Carbono Menor Parte: 3 Carbonos Maior Parte: 7 Carbonos (p-Tolueno) Etóxi-Propano Metóxi-Metano Propóxi-p-Tolueno 13.8.2. Nomenclatura Usual dos Éteres A nomenclatura usual dos Éteres é semelhante à dos álcoois. Veja as regras: Antes do nome, coloca-se a palavra Éter, para indicar a função. Dá-se o nome do menor radical ligado ao Oxigênio. Dá-se o nome do maior radical ligado ao oxigênio, seguido do prefixo -ílico. Em caso de éteres com duas partes iguais, apenas coloca-se o nome do radical com o prefixo Di- (opcional), seguido do prefixo -ílico. O nome do menor radical vem primeiro, seguido do nome do maior radical, separado por hífen. Veja os exemplos com os éteres anteriores: Menor Parte: 2 Carbonos Maior Parte: 3 Carbonos Partes Iguais: 1 Carbono Menor Parte: 3 Carbonos Maior Parte: 7 Carbonos (p-Tolueno) Éter Etil-Propílico Éter Dimetílico ou Éter Metílico Éter Propil-p-Toluílico 13.8.3. Classificação dos Éteres Os éteres são classificados de acordo com os radicais ligados ao oxigênio. Um éter é simétrico quando os dois radicaissão iguais; assimétricos quando os radicais são diferentes. Utilizando os exemplos anteriores, veja: Éter simétrico Éter assimétrico 13.9. Aldeídos É considerado Aldeído todo composto que possuir o grupo Carbonila ligado a um Carbono primário, formando o grupo funcional que o identifica, chamado Formila ou Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 185 Aldoxila(-CHO. Esse grupo funcional estará sempre localizado numa extremidade da cadeia. Possuem nomenclatura oficial e alguns possuem nomenclatura usual. Aldoxila Carbonila 13.9.1. Nomenclatura oficial dos aldeídos A nomenclatura oficial destes compostos é feita obedecendo as seguintes regras: O carbono 1 será sempre o carbono da aldoxila. Em caso de duas aldoxilas, o carbono 1 será o que der os menores números para as ramificações e depois para as insaturações. O nome é dado utilizando o prefixo de enumeração com o sufixo AL. Em caso de duas aldoxilas, usa-se o prefixo DIAL, sem necessidade de informar posição, pois as mesmas sempre se encontram na extremidade das cadeias. Caso o Aldeído seja ramificado, pode-se indicar as posições 2, 3 e 4 com as letras gregas e , respectivamente. Geralmente esta enumeração é utilizada em Aldeídos com apenas uma ramificação e não é muito usada atualmente, não podendo ser usada para indicar posição de insaturações. Exemplos: Aldeído: 4 Carbonos Radical: Fenil Aldeído: 1 Carbono Ligação Dupla: Carbono 2 Aldeído: 3 Carbonos 2 Aldoxilas + 2 Carbonos Radicais: Etil (Carbono 2) Metil (Carbono 3) Aldeído: 5 Carbonos Butanal Fenil-Metanal Propen-2-al Etanodial 3-Metil-2-Etil-Pentanal 13.9.2. Nomenclatura usual dos aldeídos Apenas alguns Aldeídos possuem nomenclatura usual, que lhes é dada de acordo com o Ácido Carboxílico correspondente. Veja quais são os Aldeídos com nomenclatura usual: Nome Oficial Nome Usual Fórmula Metanal Aldeído Fórmico, Formaldeído ou Formol Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 186 Etanal Aldeído Acético ou Acetaldeído Propanal Aldeído Propiônico ou Propionaldeído Butanal Aldeído Butírico ou Butiraldeído Etanodial Aldeído Oxálico ou Oxalaldeído Fenil-Metanal Aldeído Benzóico ou Benzaldeído A IUPAC (União Internacional de Química Pura e Aplicada) reconhece como oficial, por motivos históricos, as nomenclaturas sublinhadas na tabela acima. 13.10. Cetonas Cetonas são compostos que possuem o grupo carbonila (-CO-) ligado a um carbono secundário, formando o grupo funcional (R1–CO–R2), onde R1 e R2 são obrigatoriamente dois radicais, iguais ou não. Possuem nomenclatura oficial e usual. 13.10.1. Nomenclatura Oficial das Cetonas A nomenclatura das cetonas diz que o sufixo utilizado para designar a função é -ONA. Veja as regras: Em caso de existir mais de uma possibilidade para a posição da carbonila, sua posição deve ser indicada fazendo com que o Carbono 1 seja aquele que estiver na extremidade mais próxima da carbonila. Nas Cetonas com mais de uma carbonila, o Carbono 1 é aquele que faz com que a cadeia tenha os menores números possíveis. Em Cetonas insaturadas, a posição da carbonila deverá vir entre o prefixo de insaturação (-en ou -in) e o sufixo que designa função (-ONA). Exemplos: Radical: Metil (Carbono 2) Carbonila: Carbono 3 Cadeia: 5 Carbonos Ligação Dupla: Carbono 4 Carbonila: Carbono 3 Cadeia: 6 Carbonos Radical: Metil (Carbono 3 Carbonilas: Carbonos 2, 3 e Cadeia: 6 Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 187 5) 4 Carbonos 2-Metil-3-Pentanona 4-Hexen-3-ona 5-Metil-2,3,4-Hexanotriona 13.10.2. Nomenclatura usual das cetonas A nomenclatura usual das cetonas é análoga à nomenclatura de Kolbe (dos álcoois). Denomina-se o carbono da carbonila como cetona e coloca-se os nomes dos radicais presos a ela. Esta nomenclatura não é possível de ser feita em cetonas com mais de uma carbonila. Exemplos: Radicais Etil e Isopropil 2 Radicais Metil Radicais Fenil e p-Toluil Etil-Isopropil-Cetona Dimetil-Cetona Fenil-p-Toluil-Cetona A IUPAC considera como oficial o nome usual Acetona para a Propanona (Dimetil- Cetona). No ensino médio, porém, o nome Acetona não é reconhecido como Oficial ou Usual, devendo ser evitado seu uso. 13.10.3. Classificação das cetonas As cetonas são classificadas pelos radicais ligados à carbonila e à quantidade de carbonilas. 13.10.3.1. Radicais Ligados à Carbonila Uma cetona, assim como um éter, é classificada como simétrica se os dois radicais ligados à carbonila forem iguais e assimétrica quando estes forem diferentes. Utilizando os exemplos anteriores, temos: Cetona Simétrica Cetona Assimétrica 13.10.3.2. Quantidade de Carbonilas As cetonas podem ser monocetonas quando tiverem uma carbonila, dicetonas quando tiverem duas, tricetonas com três e assim por diante. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 188 13.11. Ácidos carboxílicos Os ácidos carboxílicos são formados por uma carboxila (carbonila + hidroxila), que geralmente é abreviada para -COOH ou em alguns livros para -CO2H. Possuem nomenclatura oficial e usual e enumeração própria, assim como os aldeídos. Aldoxila Carbonila Carboxila 13.11.1. Nomenclatura oficial dos ácidos carboxílicos O sufixo da função ácido carboxílico é -óico e o nome deve ser acompanhado da palavra Ácido. Esta nomenclatura é igual, em regras, à dos aldeídos. O carbono 1 será sempre o carbono da carboxila. Em caso de duas, o carbono 1 será o que der os menores números para as ramificações e depois para as insaturações. Em caso de duas carboxilas, usa-se o prefixo dióico, sem necessidade de informar posição, pois as mesmas sempre se encontram na extremidade das cadeias. Caso o ácido seja ramificado, pode-se indicar as posições 2, 3 e 4 com as letras gregas e , respectivamente. Geralmente esta enumeração é utilizada em ácidos com apenas uma ramificação e não é muito usada atualmente, não podendo ser usada para indicar posição de insaturações. Exemplos: Ácido Carboxílico: 3 Carbonos Radical: p-Toluil Ácido: 1 Carbono Radicais: Metil (Carbono 2) Ácido: 4 Carbonos + 2 Carboxilas Radical: Metil (Carbono 3) Ligação Dupla: Carbono 2 Ácido: 4 Carbonos Ácido Propanóico Ácido p-Toluil-Metanóico Ácido 2,2-Dimetil-Butanodióico Ácido 3-Metil-2-Butenóico 13.11.2. Nomenclatura usual dos ácidos carboxílicos Alguns Ácidos Carboxílicos possuem nomenclatura usual, que geralmente está associada a sua fonte natural. Veja quais são os Ácidos e qual a origem de seus nomes: Nome Oficial Nome Usual Origem do Nome Fórmula EstruturalCentro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 189 Ácido Metanóico Ácido Fórmico Do latim formica (formiga), de onde o ácido foi extraído pela primeira vez. Ácido Etanóico Ácido Acético Do latim acetum (azedo), em referência ao vinagre (vinho azedo), de onde foi isolado. Ácido Propanóico Ácido Propiônico Do grego propion (precursor da gordura). Este ácido faz parte da gordura animal. Ácido Butanóico Ácido Butírico Do grego boutyron (manteiga), onde é encontrado. Ácido Pentanóico Ácido Valérico Em referência a uma planta chamada Valeriana, onde este ácido é encontrado. Ácido Etanodióico Ácido Oxálico Do grego Oxys (Ácido), em referência a acidez do composto, maior que a dos outros ácidos acima. Ácido Fenil- Metanóico Ácido Benzóico Vem do nome do Aldeído Benzóico, que é encontrado em amêndoas. 13.12. Ésteres Éster é todo composto que possui um radical Acilato (R1-COO-R2), onde R1 e R2 são radicais orgânicos, iguais ou não e R1 pode ser um átomo de Hidrogênio. O Acilato geralmente é abreviado para -COO- ou em alguns casos -CO2-. Aldoxila Carbonila Carboxila Acilato 13.12.1. Nomenclatura Oficial dos Ésteres O prefixo que indica a função é -ATO. A nomenclatura dos ésteres é dividida em duas partes. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 190 Contar o número de carbonos da parte ligada ao carbono do acilato (incluindo o carbono do acilato), dar o nome como hidrocarboneto, colocar o prefixo -ato e a preposição de. Caso seja necessário indicar posição de ramificações ou insaturações, o Carbono 1 é o Carbono do Acilato. Contar o número de carbonos presos ao oxigênio do acilato e considerá-los como um radical orgânico, dando sua nomenclatura oficial. Normalmente utiliza- se o prefixo -ila para estes radicais. Exemplos: Acilato: 4 Carbonos Oxigênio: 2 Carbonos Acilato: 3 Carbonos Ligação Dupla (Carbono 2) Oxigênio: 3 Carbonos Acilato: 4 Carbonos Radical Metil no Carbono 3 Oxigênio: 1 Carbono Butanoato de Etila 2-Propenoato de Propila 3-Metil-Butanoato de Metila 13.12.2. Nomenclatura Usual dos Ésteres A nomenclatura usual dos Ésteres é diferente da Oficial somente na parte do Acilato. Como os Ésteres são geralmente originários da reacção entre os Ácidos Carboxílicos e os Álcoois, a nomenclatura usual destes compostos seguem a dos Ácidos. Os Acilatos então recebem os seguintes nomes: Nome Oficial Nome Usual Fórmula Metanoato Formiato Etanoato Acetato Propanoato Propionato Butanoato Butirato Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 191 Pentanoato Valerato Fenil-Metanoato Benzoato Exemplo: Acilato: 4 Carbonos Oxigênio: 2 Carbonos Butirato de Etila Assim, todos os outros Ésteres seguem a mesma lógica de nomenclatura. Embora a IUPAC reconheça como oficial as nomenclaturas acima (exceto a do Pentanoato), nas escolas e vestibulares elas são reconhecidas como usuais. Logo seu uso como nomenclatura oficial deve ser evitada. 13.13. Sais orgânicos Os sais orgânicos são compostos originados da reacção de uma base inorgânica com um ácido carboxílico. Esta reacção resulta em um sal orgânico e água, como o exemplo genérico abaixo: Onde R é um radical orgânico ou Hidrogênio e Me é um metal ou NH4+ (Amônio). O radical destacado em azul chama-se Acilato. Os sais possuem nomenclatura oficial e usual. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 192 13.13.1. Nomenclatura oficial dos sais orgânicos A nomenclatura oficial dos sais utiliza o prefixo -ato e é muito parecida com a dos Ésteres. Veja as regras de nomenclatura: Identificar o número de carbonos preso ao Acilato, dando nomenclatura de Hidrocarboneto seguido do prefixo -ato. Se for necessário numerar, o Carbono 1 será o Carbono do Acilato. Identificar o metal ou NH4+, colocando antes de seu nome o nome da parte do Acilato e a preposição de. Se o anião do acilato for bivalente e dois catiões diferentes estiverem ligados a ele, antes da preposição de utiliza-se a palavra duplo e entre o nome dos Catiãos coloca-se a conjunção e. Se o anião do acilato for bivalente e apenas um catião estiver ligado a ele, antes da preposição de coloca-se a palavra ácido. Exemplos: Acilato: 3 Carbonos Catião: Sódio Acilato: 4 Carbonos Radical Metil (Carbono 2) Catião: Amônio Acilato: 2 Carbonos Catião: Cálcio Acilato: 3 Carbonos Bivalente Dois Catiãos: Lítio Potássio Propanoato de Sódio 2-Metil-Butanoato de Amônio Etanoato de Cálcio Propanodiato Duplo de Lítio e Potássio Acilato: 3 Carbonos Bivalente Um Catião: Sódio Acilato: 4 Carbonos Ligação Tripla (Carbono 2) Catião: Lítio Propanodiato Ácido de Sódio 2-Butenoato de Lítio Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 193 13.13.2. Nomenclatura usual dos sais orgânicos A nomenclatura usual dos sais é diferente da oficial apenas na parte do Acilato. Assim como nos Ésteres, o Acilato recebe o nome usual do seu ácido de origem. Assim, temos: Nome Oficial Nome Usual Fórmula Metanoato Formiato Etanoato Acetato Propanoato Propionato Butanoato Butirato Pentanoato Valerato Fenil-Metanoato Benzoato Etanodiato Oxalato Portanto, utilizando um dos exemplos anteriores, temos: Acilato: 3 Carbonos Catião: Sódio Propionato de Sódio 13.14. Anidridos Os anidridos são originários da desidratação de duas moléculas de ácidos carboxílicos. O nome da função anidrido (an = sem, (h)idro = água) já evidencia a desidratação. Em uma reacção genérica, temos: Onde R1 e R2 são dois radicais orgânicos (iguais ou não). O ácido metanóico ao sofrer desidratação liberta co e h2o, sendo assim o único a não formar anidrido. Os Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 194 anidridos possuem nomenclatura oficial e usual, de acordo com os ácidos que o originaram. 13.14.1. Nomenclatura oficial dos anidridos A nomenclatura oficial dos anidridos tem origem na dos ácidosque os formaram. Antes do nome do Anidrido, colocar a palavra anidrido, para designar a função. Dar o nome da menor parte do anidrido do mesmo jeito que se daria a um ácido, apenas retirando a palavra ácido do nome e depois da maior parte. Em anidridos cujas partes são iguais, não é necessário repetir o nome. Em casos que seja necessário numerar, o carbono 1 é sempre o carbono do acilato. Exemplos: Partes Iguais: 3 Carbonos Menor Parte: 2 Carbonos Maior Parte: 3 Carbonos Menor Parte: 3 Carbonos Radical Metil (Carbono 2) Maior Parte: 4 Carbonos Radical Metil (Carbono 3) Anidrido Propanóico Anidrido Etanóico-Propanóico Anidrido 2-Metil-Propanóico-3-Metil- Butanóico Menor Parte: 3 Carbonos Ligação Dupla (Carbono 2) Maior Parte: 3 Carbonos Anidrido 2-Propenóico-Propanóico 13.14.2. Nomenclatura usual dos anidridos A nomenclatura usual dos Anidridos é feita a partir da nomenclatura usual dos Ácidos que os originaram. Assim, utilizando dois dos exemplos acima, temos: Partes Iguais: 3 Carbonos Menor Parte: 2 Carbonos Maior Parte: 3 Carbonos Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 195 Anidrido Propiônico Anidrido Acético-Propiônico 13.15. Haleto de Acila São compostos formados pelo grupo funcional R-CO-, onde R é um radical orgânico ou hidrogênio e X é um halogénio (Flúor, Cloro, Bromo ou Iodo). e é geralmente abreviada para -CO-. Possuem nomenclatura oficial e usual. Radical acila (apenas a parte destacada) 13.15.1. Nomenclatura oficial dos haletos de acila A nomenclatura destes compostos possui o sufixo de função -ILA. As regras são: Colocar o nome do halogénio seguido do sufixo -eto (fluoreto, cloreto, brometo ou iodeto) e a preposição de. Contar o número de carbonos da acila e colocar o nome do hidrocarboneto correspondente seguido do sufixo -ila. Se for necessário numerar, o carbono 1 é o carbono ligado ao oxigênio e ao halogénio. Veja alguns exemplos: Acila: 2 Carbonos Halogénio: Cloro Acila: 4 Carbonos Radical Metil (Carbonos 2 e 3) Halogénio: Bromo Acila: 1 Carbono Radical Fenil Halogénio: Flúor Cloreto de Etanoila Brometo de 2,2,3-Trimetil-Butanoila Fluoreto de Fenil-Metanoila Acila: 3 Carbonos Ligação Tripla (Carbono 2) Halogénio: Iodo Iodeto de 2-Propinoila Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 196 13.15.2. Nomenclatura usual dos haletos de acila A nomenclatura usual dos haletos de acila é baseada na dos ácidos carboxílicos. Sendo assim, temos: Nome Oficial Nome Usual Fórmula Metanoila Formila Etanoila Acetila Propanoila Propionila Butanoila Butirila Pentanoila Valerila Fenil-Metanoila Benzila Então, por exemplo, temos: Acila: 2 Carbonos Halogénio: Cloro Acila: 1 Carbono Radical Fenil Halogénio: Flúor Cloreto de Acetila Fluoreto de Benzila 13.16. Aminas As aminas são compostos formados a partir da substituição dos hidrogênios da amônia (NH3) por radicais orgânicos. Possuem dois tipos de nomenclatura oficial, dependendo de seu tamanho. São classificadas pela quantidade de radicais ligados ao Nitrogênio. Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 197 13.16.1. Classificação das Aminas As aminas são classificadas de acordo com a quantidade de radicais orgânicos ligados ao nitrogênio. Uma amina primária possui apenas um radical orgânico ligado a ela, uma secundária possui dois radicais e uma terciária possui três. Exemplos: Amina Primária Amina Secundária Amina Terciária Note que nesta classificação os tipos e tamanhos de radicais não importam, nem se eles são iguais ou não. 13.16.2. Nomenclatura Oficial de Aminas Simples As regras de nomenclatura deste tipo de amina é relativamente simples: Contar quantos radicais estão presentes na amina. Colocar seus nomes, em ordem alfabética, seguido da palavra amina, que pode ou não ser separada por hífen. Se for necessário, colocar prefixos di ou tri para indicar radicais iguais. Veja alguns exemplos: Dois Radicais Metil Radicais Metil + Etil + Fenil Radical Propil Dimetil-Amina Metil-Etil-Fenilamina Propilamina 13.16.3. Nomenclatura de Aminas Complexas As regras de nomenclatura de aminas complexas são válidas apenas quando estas forem primárias. Veja quando uma amina é considerada complexa: É impossível, através de prefixos para radicais (tais como iso-, sec-, n-, etc) indicar a posição do radical amino (NH2). É impossível ou muito difícil, através de regras de nomenclatura de radicais, indicar o nome do radical ligado ao gruponamino. O radical ligado ao grupo amino é ramificado ou insaturado e não é possível ou é muito difícil dar seu nome pelas regras de nomenclatura comum. Caso isto ocorra, o grupo amino é considerado uma ramificação de um hidrocarboneto comum. Neste caso, o carbono 1 é aquele que estiver mais próximo do grupo amino. Veja alguns exemplos: Centro de Preparação aos Exames de Admissão ao Ensino Superior Justino M.J. Rodrigues ( Coordenador ) E-mail: rjustino20@yahoo.com.br, web: www.cpeaes.ac.mz Cell: +258 82-0432 760 Edição revista e actualisada por Hermínio F. Muiambo; hmuiambo@uem.mz 198 Dois Radicais Metil (Carbono 2)+ Ligação Dupla (Carbono 4)+ Amino (Carbono 3) + 6 Carbonos Radical Etil (Carbono 4) + Amino (Carbono 1) + Benzeno Amino (Carbono 2) + 5 Carbonos 3-Amino-2-Dimetil-4-Hexeno 1-Amino-4-Etil-Benzeno ou p-Etil-Aminobenzeno 2-Amino-Pentano 13.17. Amidas As amidas são caracterizadas pelo grupo funcional (R1CONR2R3), onde R1, R2 e R3 podem ser radicais orgânicos (iguais ou não) ou hidrogênio. Possuem nomenclatura oficial e usual. As amidas que possuem pelo menos um radical orgânico R2 ou R3 ligado directamente ao nitrogênio são chamadas de amidas substituídas e os radicais são chamados de radicais substituintes. Aquelas que possuem um radical são as monossubstituídas e as que possuem dois radicais são as dissubstituídas. As amidas que possuem mais de um radical R1-CO não são muito comuns. Grupo funcional das amidas 13.17.1. Nomenclatura oficial das amidas A nomenclatura oficial das amidas utiliza o sufixo amida para dar o nome dos compostos desta função. Veja as regras: Dar o nome do hidrocarboneto correspondente ao radical R1-CO ligado ao nitrogênio. Em caso de necessidade de enumeração para indicar ligação dupla e/ou insaturação, o carbono 1 é aquele que está ligado ao Nitrogênio. Em amidas substituídas, é necessário indicar quais são os radicais nomeando-os e colocando antes de cada um dos seus nomes o prefixo N-, para indicar que os radicais estão ligados ao Nitrogênio. Exemplos: 2 Carbonos 4 Carbonos + 2 Radicais Metil (Carbono 3) 2 Carbonos + Radical Etil (Nitrogênio) 1