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QUÍMICA C4_QUIMICA_BDE_GABRIELA_2020 06/05/2020 08:22 Página I C4_QUIMICA_BDE_GABRIELA_2020 24/03/2020 15:37 Página II – 1 FÍ S IC A A Q U ÍM IC A B D E 1. Solubilidade de Sólidos em Líquidos A solubilidade de uma subs tância em um líquido é representada da seguinte maneira: S = / ( ) Exemplo solubilidade do KCl em H2O S = 34 g / 100 g de H2O a 20°C É a maior massa de uma subs tância que pode ser dis solvida numa certa mas sa de um líquido, a uma deter mi nada temperatura. massa da substância massa do líquido temperatura do líquido Compare os três exemplos seguintes: Observações • A solubilidade é também cha - mada de coefi cien te de solubili dade. • A solubilidade é determinada experimentalmente. • A solubilidade pode ser ex pres - sa em mas sa/mas sa (mais usual), massa/volume e mol/volume. KCl S = 34 g / 100 g de H2O a 20°C K2Cr2O7 S = 12,5 g / 100 mL de H2O a 20°C CaF2 S = 2,15 . 10 –4 mol / 1L de H2O a 20°C • Para a maioria das subs tâncias, a solubilidade varia com a tem pe - ratura. Exemplo solubilidade do KCl em H2O S = 34 g / 100 g de H2O a 20°C S = 37 g / 100 g de H2O a 30°C MÓDULO 15 Soluções – Solubilidade FRENTE 1Físico-Química C4_QUIMICA_BDE_GABRIELA_2020 24/03/2020 15:37 Página 1 2 – Q U ÍM IC A B D E 1. (PUC-RJ) – A tabela abaixo mostra a solubilidade de vários sais, a temperatura ambiente, em g/100mL. Se 25 mL de uma solução saturada de um desses sais foram com - pletamente evaporados, e o resíduo sólido pesou 13 g, o sal é: a) AgNO3 b) Al2(SO4)3 c) NaCl d) KNO3 e) KBr RESOLUÇÃO: Em 25 mL de solução saturada há 13 g de sal dissolvido. 25 mL ––––––––– 13 g 100 mL –––––––– x x = 52 g O KNO3 apresenta solubilidade de 52 g / 100 mL. Resposta: D 2. (SÃO LEOPOLDO MANDIC) – A tabela fornece dados sobre a solubilidade em água do dicromato de potássio em temperaturas diferentes. A 200 g de água a 40°C foram adicionados 63 g de dicromato de potás sio. A mistura foi, então, aquecida a 60°C e depois resfriada a 20°C. As mas - sas de corpo de fundo (sólido não dissolvido), na mistura a 40°C, 60°C e 20°C, foram, respectivamente, a) 0 g, 0 g e 5 g. b) 5 g, 0 g e 37 g. c) 34 g, 13 g e 50 g. d) 48 g, 38 g e 57 g. e) 52 g, 47 g e 60 g. RESOLUÇÃO: A tabela fornecida apresenta a solubilidade do dicromato em 100 g de água, portanto em 200 g de água, temos: 40°C 58 g 60°C 100 g 20°C 26 g A adição de 63 g formará uma massa de corpo de fundo, respec - tivamente, igual a 5 g (40°C), 0 g (60°C), 37 g (20°C). Resposta: B 3. (FUVEST-MODELO ENEM) – Tem-se 540g de uma solução aquosa de sacarose (C12H22O11), saturada, sem corpo de fundo, a 50°C. Qual a massa de cristais que se separam da solução, quando ela é resfriada até 30°C? Dados: coeficiente de solubilidade (CS) da sacarose em água: CS a 30°C = 220g/100g de água CS a 50°C = 260g/100g de água a) 20g b) 30g c) 40g d) 50g e) 60g RESOLUÇÃO: a 50°C → 360g de solução −−→ 260g de sacarose 540g de solução −−→ x x = 390g de sacarose ∴ 150g de H2O a 30°C → 220g de sacarose −−→ 100g de água y −−→ 150g de água y = 330g de sacarose ∴ precipitará: m = (390 – 330)g = 60g de açúcar Resposta: E Temperatura (°C) Solubilidade de K2Cr2O7 (g/100 g de H2O) 20 13,0 40 29,0 60 50,0 AgNO3 (nitrato de prata) 260 Al2(SO4)3 (sulfato de alumínio) 160 NaCl (cloreto de sódio) 36 KNO3 (nitrato de potássio) 52 KBr (brometo de potássio) 64 C4_QUIMICA_BDE_GABRIELA_2020 24/03/2020 15:37 Página 2 – 3 FÍ S IC A A Q U ÍM IC A B D E 1. Curva de Solubilidade É a curva obtida por meio do gráfico da solubilidade (em ordenada) em função da tempera tura (em abscissa). Curva ascendente. A solubilidade aumenta com a temperatura. Dissolução endotérmica (absor - ve calor). Curva descendente. A solubilidade diminui com a temperatura. Dissolução exotérmica (libera calor). Reta pouco inclinada. A temperatura pouco afeta a solubilidade. 2. Solubilidade dos Gases em Líquidos A solubilidade de gases em líquidos depende da temperatura e da pressão. Observe o gráfico. Variação da solubilidade molar (mol . L–1) do hélio, nitrogênio e oxigênio com a pressão parcial. Observe que a solubilidade de cada gás dobra quando a pressão parcial é dobrada. A solubilidade de um gás em um líquido diminui com o aumento da temperatura. Em temperatura constante, a solubili dade de um gás em um líquido é direta mente pro porcional à pressão do gás acima do líquido (Lei de Henry). MÓDULO 16 Curvas de Solubilidade e Solubilidade dos Gases em Líquidos C4_QUIMICA_BDE_GABRIELA_2020 24/03/2020 15:37 Página 3 4 – Q U ÍM IC A B D E 1. (PUC-MG) – O diagrama representa curvas de solubilidade de alguns sais em água. Com relação ao diagrama anterior, é correto afirmar: a) O NaCl é insolúvel em água. b) O KClO3 é mais solúvel do que o NaCl à temperatura ambiente. c) A substância mais solúvel em água, a temperatura de 10°C, é CaCl2. d) O KCl e o NaCl apresentam sempre a mesma solubilidade. e) A 25°C, a solubilidade do CaCl2 e a do NaNO2 são praticamente iguais. RESOLUÇÃO: A 25°C, o NaCl é mais solúvel que o KClO3. A 10°C, a substância mais solúvel é o NaNO2. A 25°C, o CaCl2 e o NaNO2 apresentam, praticamente, a mesma solubilidade. Resposta: E 2. (UFU-MG) – Baseando-se no gráfico a seguir, que rela ciona a solubilidade de K2Cr2O7 em função da temperatura, pode-se afirmar que, quando uma solução saturada que con tém K2Cr2O7 em 200g de água é resfriada de 60°C a 10°C, a massa do referido sal que precipita vale: a) 5g b) 38g c) 76g d) 92g e) 104g RESOLUÇÃO: A 60°C, temos 86g de K2Cr2O7 dissolvidos em 200g de H2O. A 10°C, estão dissolvidos 10g de K2Cr2O7 em 200g de H2O. Portanto, a massa que precipita vale 86g – 10g = 76g. Resposta: C 3. (MODELO ENEM) – O processo de dis solução do gás oxigênio (O2) do ar na água é fundamental para a existência de vida no planeta. A so - lubilidade de um gás em um lí quido é diretamente proporcional à pressão par cial do gás sobre o líquido e diminui à me dida que se eleva a temperatura. Ao se abrir uma garrafa de refrigerante, há es cape de gás (CO2) na forma de bolhas (efer vescência) devido a) ao aumento da pressão. b) à elevação da temperatura. c) à diminuição da temperatura. d) à diminuição da pressão. e) ao aumento da pressão e temperatura. RESOLUÇÃO: Ao se abrir a garrafa, diminui a pressão do CO2 com a conse quente diminuição da solubilidade. Nesse instante, pratica mente não houve variação de temperatura. O gás carbônico escapa ar ras tando líquido e produzindo a espuma. Resposta: D 20 40 60 80 100 20 40 60 100 80 CaCl2 NaNO2 KCl KC Ol 3 NaCl Solubilidade (g/100 ml) T (°C) C4_QUIMICA_BDE_GABRIELA_2020 24/03/2020 15:37 Página 4 – 5 FÍ S IC A A Q U ÍM IC A B D E 1. Solução Exemplos 2. Componentes de uma Solução A massa da solução é dada por: A densidade da solução (d) é calculada por meio da fórmula: Exemplo solução aquosa de HNO3 A solução aquosa de HNO3 tem uma massa de 1,41 g em 1 mL de volume. 3. Como Preparar Solu ções Aquosas Vamos utilizar os seguintes ma te - riais para preparar uma solução aquo - sa: – 4,0 g de NaOH (s), soluto, com massa molar = 40 g/mol – 1 balão volumétrico de 1,0 L – água (solvente) Inicialmente, deve mos co locar os 4,0 g de NaOH no balão volu mé trico e adi cionar uma pequena quan tidade de água que permita a sua disso lu ção. A se guir, adicio namos mais água até o volume atin gir a ca pacidade do balão, ou seja, 1,0 L. A solução obtida é colocada em um determinado recipiente e depois colocamos um rótulo com os se - guintes dizeres: rótulo aq = aquosa Podemos exprimir a quantidade do soluto em mol, então teríamos: rótulo 40 g –––– 1 mol 4 g –––– x ∴ x = 0,1mol Podemos exprimir a quantidade do soluto em porcentagem em massa, então teríamos: rótulo Considerando a massa da solu ção igual a 1000 g. 1000 g –––––– 4 g 100% –––––– x x = 0,4% 4. Concentração da Solução Essas relações numéricas são genericamente denominadas con - centraçãoda solução e podem ser expressas de diferentes maneiras (g/L, mol/L, % em massa). É qualquer mistura homogênea. N (g) + O (g)2 2 Soluto é a substância que está sendo dissolvida. Solvente é a substância que efetua a dis solução. NaC (soluto)l H O (solvente)2 solução aquosa de NaCl msolução = msoluto + msolvente msolução d = ––––––––––– Vsolução d = 1,41 g/mL NaOH (aq) 4,0 g/L NaOH (aq) 0,1 mol/L NaOH (aq) 0,4% em massa quantidade de soluto ––––––––––––– = concentração quantidade da solução MÓDULO 17 Concentração: %, g/L e mol/L C4_QUIMICA_BDE_GABRIELA_2020 24/03/2020 15:37 Página 5 6 – Q U ÍM IC A B D E Os principais tipos de con centração são: Concentração Fórmula Indica Unidade gramas por litro g/L msoluto C = –––––––––– Vsolução massa do soluto, em gramas, dissolvida em 1 L de solução g/L mols por litro mol/L nsoluto M = ––––––––– Vsolução quantidade do soluto, em mols, dissolvida em 1 L de solução mol/L Título (τ) e porcentagem em massa de soluto (p) msoluto τ = ––––––––––msolução p = τ . 100 massa do soluto, em gramas, dissolvida em 100 g de solução adimensional Partes por milhão (ppm) msoluto (mg)ppm = –––––––––––– msolução (kg) massa do soluto, em gramas, dissolvida em 106 g de solução adimensional Para uma mesma solução, a concentração é cons - tante, não depende da quantidade retirada. Por exem plo: concentração permanece 4 g/L concentração permanece 4 g/L Observações • 1,0 L = 1000 mL = 1000 cm3 msoluto• nsoluto = –––––––––Msoluto • A concentração em mol/L pode ser representada por colchetes: [NaCl] = concentração em mol/L de NaCl • Solução aquosa diluída 1ppm = 1 mg/L 5. Relação entre C e τ msolutoC = ––––––––– → msoluto = C VsoluçãoVsolução msolutoτ = ––––––––– → msoluto = τ . msoluçãomsolução C = g/L d = g/L C = g/L d = g/mL 6. Relação entre C e M msolutoC = ––––––––– → msoluto = C VsoluçãoVsolução msoluto M = ––––––––––––– msoluto = M . Msoluto . Vsolução Msoluto Vsolução � NaOH (aq) 4 g/L ret ira -se 0,5 L retira-se 0,25 L C = τ . d C = 1000 τ . d C = M . Msoluto CVsolução = M . Msoluto . Vsolução CVsolução = τ msolução msolução C = τ . ––––––––– Vsolução � C4_QUIMICA_BDE_GABRIELA_2020 24/03/2020 15:37 Página 6 – 7 FÍ S IC A A Q U ÍM IC A B D E 1. (UNAERP-SP) – Em que quantidade de água devem ser dissolvidos 100g de glicose para se obter uma solução a 20% em massa? a) 20g b) 40g c) 100g d) 200g e) 400g RESOLUÇÃO: 100g de solução ––––––––––– 20g de glicose x ––––––––––– 100g de glicose x = 500g de solução 500g de solução � 100g de glicose400g de água Resposta: E 2. (PUCCAMP-SP) – A concentração de uma solu ção de hi dró xido de sódio que contém 4g da base em 2 li tros de solução é: a) 0,2g/L b) 2g/L c) 10g/L d) 20g/L e) 200g/L RESOLUÇÃO: C = = = 2g/L Resposta: B msoluto ––––––– V solução 4g ––– 2L C4_QUIMICA_BDE_GABRIELA_2020 24/03/2020 15:37 Página 7 3. Ao se colocar um pouco de açúcar na água e mexer até a obtenção de uma só fase, prepara-se uma solução. O mesmo acontece ao se adicionar um pouquinho de sal à água e misturar bem. Uma substância capaz de dissolver o soluto é denominada solvente; por exemplo, a água é um solvente para o açúcar, para o sal e para várias outras substâncias. A figura a seguir ilustra essa citação. (Disponível em: <www.sobiologia. com.br.>. Acesso em: 27 abr. 2010.) Suponha que uma pessoa, para adoçar seu cafezinho, tenha utilizado 3,42 g de sacarose (massa molar igual a 342 g/mol) para uma xícara de 50 mL do líquido. Qual é a concentração final, em mol/L, de sacarose nesse cafezinho? a) 0,02 b) 0,2 c) 2 d) 200 e) 2000 RESOLUÇÃO: Cálculo da quantidade de matéria de sacarose: 342 g –––––– 1 mol 3,42 g –––––– x x = 0,01 mol Cálculo da concentração em mol/L: 50 mL ––––––– 0,01 mol 1000 mL ––––––– y y = 0,2 mol/L Outra resolução: M = ∴ M = 0,2 mol/L Resposta: B 4. (UNIFESP-MODELO ENEM) – A contaminação de águas e solos por metais pesados tem recebido grande atenção dos ambientalistas, devido à toxicidade desses metais ao meio aquático, às plan tas, aos animais e à vida humana. Dentre os metais pe sa dos, há o chumbo, que é um elemento relativa mente abun dante na crosta terrestre, tendo uma concentração ao redor de 20 ppm (partes por milhão). Uma amostra de 100 g da cros ta terrestre contém um valor médio, em mg de chumbo, igual a: a) 20 b) 10 c) 5 d) 2 e) 1 RESOLUÇÃO: Cálculo da massa de chumbo em mg em 100g da cros ta terrestre: crosta chumbo 20ppm ⎯⎯→ 106g ⎯⎯⎯→ 20g 100g ––––––– x x = 2 . 10–3g ∴ 2mg Resposta: D 3,42 g –––––––––––––––––––––– 342 g/mol . 50 . 10–3 L 8 – Q U ÍM IC A B D E C4_QUIMICA_BDE_GABRIELA_2020 24/03/2020 15:37 Página 8 – 9 FÍ S IC A A Q U ÍM IC A B D E 1. Diluição das Soluções Solução inicial Solução final → Solução mais concentrada Solução mais diluída equações da diluição Diluir uma solução significa adicionar solvente a essa solução. Massa do soluto = m1 Quantidade de matéria do so lu to = n1 Volume da solução = V1 Massa do soluto = m2 = m1 Quantidade de matéria do solu to = n2= n1 Volume da solução = V2 V2 = V1 + Vsolvente m1 n1 C1 = –––– M1 = –––– V1 V1 inicial m1 = C1V1 n1 = M1V1 m1 n1 C2 = –––– M2 = –––– V2 V2 final m1 = C2V2 n1 = M2V2 C1V1 = C2V2 M1V1 = M2V2 Observação A operação in versa de diluir chama-se con centrar a solução. Concentrar con - siste num aque ci mento cui da doso da solução, de modo a evaporar apenas o sol vente. Nesse caso, continuam valendo as fórmulas apresentadas. 2. Mistura de Soluções de Solutos Iguais Ao diluir uma solução, veri fica - mos que: • A quantidade de soluto (m, n) permanece cons tan te. • O volume da solução au men - ta (V2 > V1). • A concentração (C, M) di - minui. Nesse tipo de mistura, as quantidades de soluto (m, n) somam-se. equa ções da mistura de so luções de solutos iguais Observação: Não sendo dado o volume final da mistura, deveremos considerá-lo como a soma dos volumes iniciais. Nem sempre os volumes são aditivos; por exemplo, na mistura água + álcool, ocorre contração de volume. MfVf = M1V1 + M2V2 CfVf = C1V1 + C2V2 1.a solução m1 n1 V1 m1 C1 = ––– V1 n1 M1 = ––– V1 2.a solução m2 n2 V2 m2 C2 = –––V2 n2 M2 = ––– V2 solução final mf = m1 + m2 nf = n1 + n2 Vf = V1 + V2 MÓDULO 18 Diluição e Mistura de Soluções C4_QUIMICA_BDE_GABRIELA_2020 24/03/2020 15:37 Página 9 10 – Q U ÍM IC A B D E 1. (UDESC) – Assinale a alternativa que corresponde ao volume de solu - ção aquosa de sulfato de sódio, a 0,35 mol/L, que deve ser diluída por adi - ção de água, para se obter um volume de 650 mL de solução a 0,21 mol/L. a) 500 mL b) 136 mL c) 227 mL d) 600 mL e) 390 mL RESOLUÇÃO: Teremos: nsoluto antes = nsoluto depois [Na2SO4]antes x V = [Na2SO4]depois x Vdepois 0,35 mol/L x Vantes = 0,21 mol/L x 650 mL V = 390 mL Resposta: E 2. (UFRGS-MODELO ENEM) – Um estudante realizou uma diluição, conforme mostrado na figura a seguir. Supondo-se que a densidade da água, bem como da solução inicial, sejam de 1,0 g . mL–1, qual será o volume de água a ser adicionado para que a solução passe a ter concentração de 0,2 mol/L? a) 25 mL. b) 50 mL. c) 100 mL. d) 200 mL. e) 250 mL. Dado: massa molar do Na2SO4 = 142 g/mol. RESOLUÇÃO: M = ∴ M = ∴ M = 0,25 mol/L M1V1 = M2V2 ∴ 0,25 mol/L . 200 mL = 0,2 mol/L . V2 V2 = 250 mL VH 2 O = 250 mL – 200 mL ∴ VH 2 O = 50 mL Resposta: B 3. 100mL de uma solução 0,5 mol/L de NaOH foram adicio nados a 150mL de uma solução 0,8 mol/L da mesma base. Que concentração em mol/L apresenta a solução resultante da mistura? RESOLUÇÃO: M1V1 + M2V2 = M3V3 0,5 . 100 + 0,8 . 150 = M3 . 250 ∴ M3 = 0,68 mol/L 7,1 g de Na2 4SO + 200 mL H O2 H O2 V = ? m –––– MV 7,1 g ––––––––––––––––– 142 g/mol . 0,2 L C4_QUIMICA_BDE_GABRIELA_2020 24/03/2020 15:37 Página 10 – 11 FÍ S IC A A Q U ÍM IC A B D E 1. Ácido Carboxílico, Éster e Éter 2. Exemplos de Ácidos Carboxílicos Observações• O suor humano contém ácidos carboxílicos. • Os principais grupos derivados dos ácidos car bo - xílicos são: 3. Características dos Ésteres e Éteres • Os ésteres são substâncias muito abundantes na natureza e podem ser encontrados em frutas; em óleos e gorduras de origem vegetal e animal; e em ceras de origem ve getal e animal. • Os principais flavorizantes (aromatizantes) artifi ciais são ésteres. Exemplos etanoato de etila (IUPAC) flavorizante de maçã acetato de etila butanoato de butila flavorizante de abacaxi etanoato de octila (IUPAC) flavorizante de laranja acetato de octila O CH C3 O CH2 CH3 O (CH )2 2H C3 O (CH )2 3 CH3 C O H C3 O (CH )2 7 CH3 C OH O CH OH O CH C3 C OH O OH O CC O HO ácido etanodioico (IUPAC) ácido oxálico � tomate; espinafre;fixador de tintas ácido benzoico �conservante dealimentos �vinagre e produçãode polímeros ácido etanoico (IUPAC) ácido acético ácido metanoico (IUPAC) ácido fórmico �desinfetante; fixadorde pigmentos ecorantes em tecidos FRENTE 2Química Orgânica MÓDULO 15 Estrutura e Nomes dos Compostos Orgânicos III: Ácido Carboxílico, Éster e Éter C4_QUIMICA_BDE_GABRIELA_2020 24/03/2020 15:37 Página 11 12 – Q U ÍM IC A B D E 1. Uma forma de organização de um sistema biológico é a presença de sinais diversos utilizados pelos indivíduos para se comunicarem. No caso das abelhas da espécie Apis mellifera, os sinais utilizados podem ser feromônios. Para saírem e voltarem de suas colmeias, usam um feromônio que indica a trilha percorrida por elas (Composto A). Quando pressentem o perigo, expelem um feromônio de alarme (Composto B), que serve de sinal para um combate coletivo. O que diferencia cada um desses sinais utilizados pelas abelhas são as estruturas e funções orgânicas dos feromônios. (A. L. Quadros. “Os feromônios e o ensino de química”. Química Nova na Escola, n. 7, Adaptado. ) As funções orgânicas que caracterizam os feromônios de trilha e de alarme são, respectivamente, a) álcool e éster. b) aldeído e cetona. c) éter e hidrocarboneto. d) enol e ácido carboxílico. e) ácido carboxílico e amida. RESOLUÇÃO: A função orgânica que caracteriza o feromônio que indica a trilha percorrida pelas abelhas (composto A) é: A função orgânica que caracteriza o feromônio de alarme, usado pelas abelhas quando pressentem o perigo (composto B), é: Resposta: A CH OH2 Composto A CH COO(CH )CH3 2 CH3 CH3 Composto B CH OH2 Função álcool H C C3 O O CH CH2 CH3 CH3 Função éster C4_QUIMICA_BDE_GABRIELA_2020 24/03/2020 15:37 Página 12 2. (SANTA CASA-MODELO ENEM) – A Agência Nacional de Vigilância Sanitária (Anvisa) divulgou em 16.05.17 a inclusão da Cannabis sativa L., nome científico da maconha, em sua relação de plantas medicinais. O tetraidrocanabinol (THC), um dos principais com ponentes da Cannabis, é o responsável pelas propriedades medicinais. (http://agenciabrasil.ebc.com.br. Adaptado.) As funções orgânicas presentes na estrutura do THC são a) éster e fenol. b) éter e fenol. c) éster e álcool. d) fenol e álcool. e) éter e álcool. RESOLUÇÃO: A funções orgânicas presentes na estrutura do THC, de fórmula: são éter e fenol. Resposta: B 3. (MACKENZIE-MODELO ENEM) – Observe as representações a seguir: As estruturas A, B, C, D e E, representadas anteriormente, correspondem a cinco compostos orgânicos oxigenados que pertencem, respectivamente, às funções orgânicas: a) álcool, éter, éster, cetona e aldeído. b) aldeído, cetona, ácido carboxílico, álcool e éster. c) álcool, cetona, éster, éter e ácido carboxílico. d) aldeído, éter, éster, cetona e ácido carboxílico. e) álcool, éster, éter, cetona e aldeído. RESOLUÇÃO: O A) CH3 CH2 CH2 CH2 C (aldeído) H B) CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 O CH3 (éter) O || C) CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 — O — C – CH3 (éster) O || D) CH3 CH2 CH2 C CH2 CH2 CH3 (cetona) O E) CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 C OH (ácido carboxílico) Resposta: D OH O H H THC A B C D E carbono oxigênio hidrogênio – 13 FÍ S IC A A Q U ÍM IC A B D E C4_QUIMICA_BDE_GABRIELA_2020 24/03/2020 15:37 Página 13 14 – Q U ÍM IC A B D E 1. Principais Grupos Orgânicos etil H C3 H2 C butil H C3 CH2 CH2 H2 C t-butil (tercbutil) H C3 C CH3 CH3 fenil H C3 metil H C3 isopropil CH CH3 s-butil (secbutil) H C3 CH2 C H CH3 H C2 H C vinil isobutil H C3 CH H2 C CH3 benzil H2 C propil H C3 CH2 H2 C 2. Aminas fenilamina (IUPAC) { fabricação anilina de corantes metilamina trimetilamina t-butilamina 3. Amidas etanamida (IUPAC) acetamida (usual) ureia São obtidas a partir da substituição de um ou mais hidrogênios da amônia (NH3) por grupos. Nomenclatura IUPAC: nome do grupo + amina NH2 H N H R N H -1H -3H -2H R H R N R = amina terciária R R = amina secundária R NH = amina primária2 H C3 NH2 H C3 N CH3 CH3 H C3 C NH2 CH3 CH3 N O CPresença do grupo NH2 O CRFórmula geral: CONH2Rou Nomenclatura IUPAC: sufixo amida NH2 O CH C3 presente na urina; pri meiro com posto or gâ nico obtido em labora tório; usada co mo adu bo, na ali men tação de ga dos e pro du ção de medi camentos �NH2 NH2 CO MÓDULO 16 Aminas e Amidas C4_QUIMICA_BDE_GABRIELA_2020 24/03/2020 15:37 Página 14 – 15 FÍ S IC A A Q U ÍM IC A B D E 4. Composto de Função Mista Exemplos 5. Ionização dos Compostos Orgânicos • ácidos carboxílicos • fenóis: caráter ácido • aminas: caráter básico Exemplos Composto que apresenta grupos funcionais diferentes. O CHH C3 OH C NH2 amina ácido carboxílico alanina (usada pelos organismos vivos na síntese de proteínas) O CHCH2 CH2 CH3 OH éter fenol eugenol (anestésico local) C O CH2 CH3 O H N2 amina éster benzocaína (anestésico local) OH água O-H + + OH O-H + + H C3 COOH ácido acético H + H C + 3 COO - acetato H C3 NH + HOH2 metilamina H C3 NH + 3 + OH - metilamônio fenóxido R COOH H + R + COO- água R NH + HOH2 R NH + 3 + OH - 1. (UNESP-MODELO ENEM) – Em todos os jogos olímpicos, há sempre uma grande preocupação do Comitê Olímpico Internacional em relação ao doping. Entre as classes de substâncias dopantes, os betabloquea dores atuam no organismo como diminuidores dos batimentos cardíacos e como antiansiolíticos. O propranolol foi um dos primeiros betabloqueadores de sucesso desenvolvidos e é uma substância proibida em jogos olímpicos. A partir da análise da fórmula estrutural do propranolol, assinale a alternativa que apresenta corretamente sua fórmula molecular e as funções orgânicas presentes. a) C16H21NO2, amina, álcool e éter. b) C16H8NO2, amida, fenol e éter. c) C16H21NO2, amida, álcool e éter. d) C16H8NO2, amina, álcool e éster. e) C16H8NO2, amina, álcool e éter. H C3 NH CH3 OH O propranolol C4_QUIMICA_BDE_GABRIELA_2020 24/03/2020 15:37 Página 15 RESOLUÇÃO: Fórmula molecular: C16H21NO2 Resposta: A 2. (FUVEST-MODELO ENEM) – Em 2009, o mundo enfrentou uma epidemia, causada pelo vírus A (H1N1), que ficou conhecida como gripe suína. A descoberta do mecanismo de ação desse vírus permitiu o desenvolvimento de dois medicamentos para combater a infecção, por ele causada, e que continuam necessários, apesar de já existir e estar sendo aplicada a vacina contra esse vírus. As fórmulas estruturais dos príncipios ativos desses medicamentos são: Examinando-se as fórmulas desses compostos, verifica-se que dois dos grupos funcionais que estão presentes no oseltamivir estão pre sentes também no zanamivir. Esses grupos são característicos de a) amidas e éteres. b) ésteres e álcoois. c) ácidos carboxílicos e éteres. d) ésteres e ácidos carboxílicos. e) amidas e álcoois. RESOLUÇÃO: Os dois grupos funcionais presentes no oseltamivir e no zanamivir são característicos de amidas e éteres. Resposta: A 3. Complete as equações químicas a seguir. RESOLUÇÃO: H C3 NH CH3 OH O H C CH2 álcool C CH2 éter amina H C CC C CC C C C C H H H H HH H OH O CH C3a) H O2 OHb) H O2 NH + HOH2H C3c) NH + OH + 3 - H C3 O - O CH + H C+ 3 H ++ O - 16 – Q U ÍM IC A B D E C4_QUIMICA_BDE_GABRIELA_2020 24/03/2020 15:37 Página 16 – 17 FÍ S IC A A Q U ÍM IC A B D E 1. Isômeros Exemplo Fórmula molecular: C3H6 Esse fenômeno é chamado de isomeria. O estudo da isomeria será dividido em duas partes: • isomeria plana; • isomeria espacial (estereoisomeria). 2. Classificação da Isomeria Plana A isomeria plana (diferença visí vel entre os isômeros na fórmula estrutural plana) é subdividida em a) isomeria de função; b) isomeria de cadeia; c) isomeria de posição; d) isomeria de compensação (metameria); e) isomeria dinâmica (tautomeria). a) Exemplo b) Exemplo c) Exemplo d) Exemplo e) ciclopropano CH2 H C2CHH C2 CH2CH3 propeno isômeros Isômeros de função: funções diferentes Isômeros de cadeia mesma função;� cadeia diferente. mesma função; mesma cadeia; Isômeros de posição diferente: grupo posição �funcional, insaturação ou ramificação. Isômeros de mesma função; compensação �mesma cadeia heterogênea;ou metâmeros posição diferente do heteroátomo. funções diferentes; Tautômeros � estão em equilíbrio; migração do H e da dupla. igual fórmula molecular dois ou mais compostos apresentam diferentes diferentes fórmulas estruturais propanal (aldeído) C H O3 6 O CH C3 H CH2 CH C3 CH3 propanona (cetona) C H O3 6 O but-1-eno (aberta) C H4 8 CHH C3 CH2 CH2 ciclobutano (fechada) C H4 8 H C2 CH2 H C2 CH2 propan-2-ol (OH está no C2) C H O3 8 CHH C3 CH3 OH propan-1-ol (OH está no C1) C H O3 8 CH2H C3 CH2 OH metoxipropano (O está entre os C 1 e 2) C H O4 10 OH C3 CH2 CH2 CH3 CH2H C3 O CH2 CH3 etoxietano (O está entre os C 2 e 3) C H O4 10 etanal (aldeído) C H O2 4 CH H H C O H etenol (enol) C H O2 4 CH OH H C H propanona (cetona) C H O3 6 CH O H C CH3 H prop-1-en-2-ol (enol) C H O3 6 CH OH H C CH3 MÓDULO 17 Isomeria Plana C4_QUIMICA_BDE_GABRIELA_2020 24/03/2020 15:37 Página 17 18 – Q U ÍM IC A B D E 1. (FUVEST-SP-MODELO ENEM) – As fórmulas estruturais de alguns componentes de óleos essenciais, responsáveis pelo aroma de certas ervas e flores, são: Entre esses compostos, são isômeros: a) anetol e linalol. b) eugenol e linalol. c) citronelal e eugenol. d) linalol e citronelal. e) eugenol e anetol. RESOLUÇÃO: Transformemos as fórmulas em bastão (linhas de ligação) em fórmulas estruturais: Como apresentam a mesma fórmula molecular, linalol e citronelal são isômeros. Resposta: D CH3 linalol eugenol citronelal anetol CH3 CH3 CH3 CH3 CH3H C3 H C3 H C3 OH OH O O OH Eugenol Fórmula Molecular C H O� 10 12 2 HO C C C C C C CH2 CH CH2 H H O CH3 H Anetol Fórmula Molecular C H O� 10 12 CH C C C C C C O CH3 H H CHCH3 H H C4_QUIMICA_BDE_GABRIELA_2020 24/03/2020 15:37 Página 18 2. As abelhas utilizam a sinalização química para distinguir a abelha-rainha de uma operária, sendo capazes de reconhecer diferenças entre moléculas. A rainha pro duz o sinalizador químico conhecido como ácido 9-hi droxidec-2-enoico, enquanto as abelhas-ope rárias produzem ácido 10-hidroxidec-2-enoico. Nós podemos distinguir as abelhas-operárias e rainhas por sua aparência, mas, entre si, elas usam essa sinalização química para perceber a diferença. Pode-se dizer que veem por meio da química. LE COUTEUR, P.; BURRESON, J. Os botões de Napoleão: as 17 moléculas que mudaram a história. Rio de Janeiro: Jorge Zahar, 2006 (adaptado). As moléculas dos sinalizadores químicos produzidas pelas abelhas rainha e operária possuem diferença na a) fórmula estrutural. b) fórmula molecular. c) identificação dos tipos de ligação. d) contagem do número de carbonos. e) identificação dos grupos funcionais. RESOLUÇÃO: ácido 9-hidroxidec-2-enoico ácido 10-hidroxidec-2-enoico As duas substâncias são isômeros de posição, portanto, possuem diferentes fórmulas estruturais. Resposta: A 3. (UE. GOIÁS-MODELO ENEM) – Os compostos aro máticos geralmente apresentam baixa polaridade, tendo, desse modo, baixa solubilidade em água. Alguns exalam cheiro agradável. Aliás, o termo aromático deve-se à presença do anel benzênico nos compostos extraídos do benjoim e da baunilha, por exemplo, que têm aroma agradável. Considerando-se a fórmula molecular C7H8O, assinale o nú mero de funções químicas diferentes a que pertencem os isômeros aromáticos: a) 2 b) 3 c) 4 d) 5 e) 6 RESOLUÇÃO: Os 3 compostos abaixo, de fórmula C7H8O, são isômeros de função: Resposta: B CH 3 OH fenol CH 2 OH álcool CH 3 O éter – 19 FÍ S IC A A Q U ÍM IC A B D E C4_QUIMICA_BDE_GABRIELA_2020 24/03/2020 15:37 Página 19 20 – Q U ÍM IC A B D E 1. Isomeria Geométrica ou Cis-Trans 2. Compostos de Cadeia Aberta com Dupla-Ligação Condição Exemplos apresenta isomeria geométrica, portanto existem dois com postos diferentes: cis-1,2-dicloroeteno e trans-1,2-di - cloroeteno. 3. Compostos de Cadeia Fechada Saturada Condição apresenta isomeria geométrica, por tanto exis tem dois compostos diferentes. cis-1,2-dibromociclopropano trans-1,2-dibromociclopropano Deve haver ligantes diferentes nos átomos de carbono da dupla-li gação. a C b C b a a � b c a C C d c C C b b a a a � b c � de a � b a � ce but-1-eno ( apresentanão isomeria geométrica) CH C CH2 CH3 H H C C CH3 H H H C3 but-2-eno (apresenta isomeria geométrica) A dupla-ligação impede a rotação entre os átomos de carbono da dupla. Os ligantes diferentes irão originar dois compostos dife ren tes: isômero cis e isômero trans. Isômero cis: apresenta ligantes iguais ou de maior massa molar no mesmo lado com relação à du- pla-ligação. Os isômeros cis e trans têm fórmulas espa ciais dife rentes, portanto são isômeros es paciais ou estereo isômeros. Haver pelo menos dois átomos de carbono do ciclo com ligantes diferentes. H Br Br H H Br Br H cis-1,2-dicloroeteno PF = -80,5°C PE = 60,3°C trans-1,2-dicloroeteno PF = -50°C PE = 47,5°C É um tipo de isomeria espacial presente em com - postos de cadeia aberta com dupla-ligação (mais importante) e em compostos de cadeia fecha da saturada. O composto 1,2-dicloroeteno CC Cl HH Cl( ( O composto 1,2-dibromociclopropano ( ( Br Br MÓDULO 18 Isomeria Geométrica C4_QUIMICA_BDE_GABRIELA_2020 24/03/2020 15:37 Página 20 – 21 FÍ S IC A A Q U ÍM IC A B D E 1. (UNISINOS-RS) – As fórmulas de quatro com pos tos orgânicos são: I) H2C CHCH3 II) ClHC CHCl III) (H3C)2HC — CH3 IV) O(s) que apresenta(m) isomeria geométrica é(são) a) todos. b) apenas III. c) apenas I e II. d) apenas II e III. e) apenas II e IV. RESOLUÇÃO: Cada carbono da dupla com ligantes diferentes entre si. Dois carbonos do ciclo com ligantes diferentes entre si. Resposta: E 2. Os feromônios são substâncias utilizadas na comuni - cação entre indivíduos de uma espécie. O primeiro fero mônio isolado de um inseto foi o bombicol, substância produzida pela mariposa do bicho-da-seda. O uso de feromônios em ações de controle de insetos-pra ga está de acordo com o modelo preconizado para a agricultura do futuro. São agentes altamente específicos e seus compostos químicos podem ser empregados em determinados cultivos, conforme ilustrado no quadro. (FERREIRA, J. T. B.; ZARBIN, P. H. G. “Amor ao primeiro odor: a comunicação química entre os insetos.” Química Nova na Escola. n. 7. Adaptado.) Considerando essas estruturas químicas, o tipo de este reoiso meria apresentada pelo bombicol é também apre sentada pelo feromônio utilizado no controle do inseto a) Sitophilus spp. b) Migdolus fryanus. c) Anthonomus rubi. d) Grapholita molesta. e) Scrobipalpuloides absoluta. RESOLUÇÃO: O bombicol apresenta isomeria espacial (estereoiso meria) geomé - trica ou cis-trans. O único feromônio que apresenta isomeria cis-trans é utilizado no controle do inseto Scrobipalpuloides abso luta. Resposta: E Cl H C H2C C Cl H H CC H ClCl II) CH C2 IV) C HCl H ClBombicol OH OH H H H H HH HH H H OCOCH3 C4_QUIMICA_BDE_GABRIELA_2020 24/03/2020 15:37 Página 21 3. (FGV-SP-MODELO ENEM) – A indústria de alimentos utiliza vários tipos de agentes flavorizantes para dar sabor e aroma a balas e gomas de mascar. Entre os mais empregados, estão os sabores de canela e de anis. Os grupos funcionais das moléculas representadas em I e II e o tipo de isomeria que a estrutura da molécula II apresenta são, respectivamente: a) cetona, éster e cis-trans. b) cetona, éter e cis-trans. c cetona, éster e óptica. d) aldeído, éter e cis-trans. e) aldeído, éter e óptica. RESOLUÇÃO: Cada átomo de carbono da dupla-ligação com ligantes diferentes entre si determina a existência de isomeria cis-trans. Resposta: D O H I – flavorizante de canela II – flavorizante de anis O O O H aldeído éter O H C H C C C C H C H C H C H H C3 CH3 22 – Q U ÍM IC A B D E C4_QUIMICA_BDE_GABRIELA_2020 24/03/2020 15:37 Página 22 – 23 FÍ S IC A A Q U ÍM IC A B D E 1. Introdução Há reações químicas mais len tas e outras mais rápi das. Assim, por exemplo: A queima de uma vela demora algumas horas. A reação entre o metal potássio e a água ocorre numa fração de segundo. 2. Variação das Con cen trações de Reagentes e Produtos no Decor rer da Reação Consideremos a reação de de - composição da água oxigenada se - gundo a equação a seguir. Os dados apresentados foram determinados ex - pe ri mentalmente a partir de 0,8 mol/L de água oxigenada. 2 H2O2 → 2 H2O + O2 Para qualquer reação química, sempre temos: 3. Velocidade Média de uma Reação (vm) A velocidade ou rapidez com que uma reação química se pro ces sa não é necessariamente a mesma ao longo de toda a sua duração. Por isso, costuma-se trabalhar com a velocidade média. ou Δ[ ] = variação da concentração em mol/L =[ ]f – [ ]i Δt = variação de tempo = tf – ti Assim, a velocidade média pode ser expressa por: velocidade média de consumo ou velocidade média de formação Observações • vm é uma quantidade sempre positiva. • Para calcular vm, podemos usar outras gran de zas, tais como: quantidade do reagente diminui com o tempo quantidade do produto aumenta com o tempo É a relação entre a variação da con cen tração de um dos rea - gentes ou de um dos produtos e o intervalo de tem po no qual ocor reu essa variação. variação da concentração vm = –––––––––––––––––––––––– variação de tempo Δ [ ] vm = ––––––Δt t = 0 min 0,8 mol/L 0 0 t = 10 min 0,5 mol/L 0,3 mol/L 0,15 mol/L t = 20 min 0,3 mol/L 0,5 mol/L 0,25 mol/L t = 30 min 0,2 mol/L 0,6 mol/L 0,30 mol/L diminui aumenta aumenta Δ [reagente] vm = –––––––––––––Δt Δ [produto] vm = ––––––––––––Δt FRENTE 3Físico-Química MÓDULO 15 Cinética Química I: Velocidade (Rapidez) de uma Reação Química C4_QUIMICA_BDE_GABRIELA_2020 24/03/2020 15:37 Página 23 24 – Q U ÍM IC A B D E Δn = variação da quantidade em mols Δm = variação da massa ΔV = variação do volume 4. Exemplo Calcular as velocidades médias com relação a H2O2, H2O e O2 no intervalo de 0 a 10 min (usar os dados do item 2). vm H2O2 = vm H2O2 = Nesse intervalo de 0 a 10 min, temos o consumo de 0,03 mol de H2O2 por min. vm H2O = vm H2O = Nesse intervalo de 0 a 10 min, temos a formação de 0,03 mol de H2O por min. vm O2 = vm O2 = Nesse intervalo de 0 a 10 min, te - mos a formação de 0,015 mol de O2 por min. Δ[H2O2]–––––––– Δt |0,5 mol/L – 0,8 mol/L| –––––––––––––––––––– 10 min – 0 min vm H2O2 = 0,03 mol/L. min Δ[H2O]–––––––– Δt 0,3 mol/L – 0 mol/L –––––––––––––––––––– 10 min – 0 min vm H2O = 0,03 mol/L. min Δ[O2]––––––– Δt 0,15 mol/L – 0 mol/L –––––––––––––––––– 10 min – 0 min vm O2 = 0,015 mol/L. min ΔV vm = ––––Δt Δm vm = ––––Δt Δn vm = ––––Δt 1. (UFV-MG) – Assinale o fenômeno que apresenta velocidade média maior. a) A combustão de um palito de fósforo. b) A transformação de rochas em solos. c) A corrosão de um automóvel. d) O crescimento de um ser humano. e) A formação de petróleo a partir de seres vivos. RESOLUÇÃO: As transformações químicas das alternativas b, c, d, e e ocorrem em um tempo muito maior. Resposta: A 2. (UNIRIO) – O butanoato de etila, utilizado para conferir o aroma artificial de abacaxi, reage da seguinte forma em solução ácida: Durante uma experiência, a concentração de butanoato de etila varia com o tempo, de acordo com os dados da tabela abaixo: Determine a velocidade média da hidrólise do éster após 2 minutos de reação. RESOLUÇÃO: v = � �= � �= 0,04 mol/L . min 3. (MACKENZIE-SP) – A combustão da gasolina pode ser equa cionada por C8H18 + O2 → CO2 + H2O (equação não balan ceada). Considere que após uma hora e meia de reação foram produzidos 36 mols de CO2. Dessa forma, a velocidade de reação, expressa em quantidade em mol de C8H18 consumida por minuto, é de a) 3,0 b) 4,5 c) 0,1 d) 0,4 e) 0,05 RESOLUÇÃO: C8H18 + O2 → 8 CO2 + 9 H2O 1 mol ––––––––––– 8 mol x ––––––––––– 36 mol x = 4,5 mol v = v = → v = 0,05 mol/min Resposta: E Tempo (min) [Éster] (mol/L) 0,0 0,20 1,0 0,15 2,0 0,12 3,0 0,10 Δ [ ] ––––– Δt 0,12 – 0,20 ––––––––––– 2 – 0 25 ––– 2 Δn –– –– Δt 4,5 mol ––––––– 90 min C4_QUIMICA_BDE_GABRIELA_2020 24/03/2020 15:37 Página 24 – 25 FÍ S IC A A Q U ÍM IC A B D E 1. Teoria do Complexo Ativado Explica o caminho da reação, isto é, como os rea - gentes originam os produtos. Considere a reação genérica: AB + C → A + BC colisão origina complexo origina A + BC entre −−−−→ ativado −−−−→ AB e C [ABC] AB + C → [ABC] → A + BC reagentes complexo produtos ativado Exemplo H2 + I2 → [H2I2] → 2 HI reagentes complexo produto ativado Observações • Nem toda colisão entre as partículas dos reagen tes resulta em reação. • A colisão que resulta em reação é chamada de colisão efetiva. • O número de colisões efetivas é mínimo em re - lação ao número de colisões não efetivas. • AB + C → [ABC] → A + BC reagentes complexo ativado produtos R CA P Energia ER ECA EP Sempre temos: ECA > ER e ECA > EP 2. Energia de Ativação de uma Reação (Ea) Cálculo de Ea: Sabemos que a energia de ativação para uma rea ção • depende da natureza da reação. reação rápida: baixa Ea reação lenta: alta Ea • é independente da temperatura e da concen tração. 3. Condições necessárias para haver a Formação do Complexo Ativado Considere a reação genérica: Para haver a formação do complexo ativado, duas condições são necessárias: 1.a) A colisão deve ocorrer numa posição geométrica favorável à formação do complexo ativado. 2.a) A colisão deve ocorrer com energia igual ou su pe - rior à energia do complexo ativado da reação. 4. Diagramas de Energia de Ativação (Ea) A sequência é chamada caminho da reação. Complexo ativado de uma reação é uma es trutura instável e intermediária entre os rea gen tes e os produtos. É a energia fornecida aos reagentes para formar o complexo ativado dessa reação. AB + C [ABC] A + BC reagentes energia fornecida complexo ativado produtos R E R E a CA E P E P liberada energia CA Ea = ECA – ER colisão com geometria favorável à formação do complexo ativado colisão com geometria desfavorável à formação do complexo ativado reagentes complexo produtos ativadoenergia energia fornecida Ea liberada energia liberada > Ea: reação exotérmica (ΔH < 0) energia liberada < Ea: reação endotérmica (ΔH > 0) Considerando a reação: A2 + B2 → 2AB MÓDULO 16 Complexo Ativado – Energia de Ativação C4_QUIMICA_BDE_GABRIELA_2020 24/03/2020 15:37 Página 25 26 – Q U ÍM IC A B D E Reação endotérmica (ΔH > 0) Reação exotérmica (ΔH < 0) Observação Quanto maior a energia de ativação, menor a velocidade da reação. A seguir, a reação da direita é mais rápida que a reação da esquerda. A reação I (Ea = 20 kcal) é mais lenta que a reação II (Ea = 10 kcal). 1. (UNIP-MODELO ENEM) – As reações químicas convertem subs - tâncias com propriedadesde fini das em outros materiais com propriedades diferentes. É importante entender com que ra pidez (velocidade) as reações ocorrem. Consi dere a reação entre átomos de cloro (Cl) com moléculas de cloreto de nitrosila (NOCl) Cl(g) + NOCl(g) → NO(g) + Cl2(g) Para que a reação ocorra, as moléculas devem ser orientadas de certa maneira. Assinale a orientação que deve ocorrer para a colisão ser efetiva e formar os produtos. RESOLUÇÃO: A orientação correta, para ocorrer a reação, coloca os átomos de cloro juntos para formar Cl2. Resposta: Ca) b) Cl ClCl OO O O O OO ClCl Cl Cl Cl Cl Cl ClCl ClCl c) e) d) ClCl Cl O OO OO OO O Cl ClCl ClCl ClCl ClCl ClCl Cl Cl C4_QUIMICA_BDE_GABRIELA_2020 24/03/2020 15:37 Página 26 2. (FUVEST-SP) – Ao abastecer um automóvel com gasolina, é possível sentir o odor do combustível a certa distância da bomba. Isso significa que, no ar, existem moléculas dos componentes da gasolina, que são percebidas pelo olfato. Mesmo havendo, no ar, moléculas de combustível e de oxigênio, não há combustão nesse caso. Três explicações diferentes foram propostas para isso: I. As moléculas dos componentes da gasolina e as do oxigênio não têm afinidade química e, por isso, não reagem. II. À temperatura ambiente, as moléculas dos componentes da gasolina e as do oxigênio não têm energia suficiente para iniciar a combustão. III. As moléculas dos componentes da gasolina e as do oxigênio encon - tram-se tão separadas que não há colisão entre elas. Entre as explicações, está correto apenas o que se propõe em a) I. b) II. c) III. d) I e II. e) II e III. RESOLUÇÃO: A gasolina é um derivado volátil do petróleo, misturando-se homoge neamente com o ar. Por esse motivo, podemos, mesmo estando a uma certa distância desse combustível, sentir o seu odor. Sobre as afirmações do enunciado, observamos que: A afirmação I está errada, pois as moléculas de gasolina e as do oxigênio têm afinidade química. A afirmação II está correta, pois, para ocorrer reação, as moléculas devem ter energia suficiente para iniciar a combustão (energia de ati vação). A afirmação III está errada, pois, estando misturadas, pode ocorrer colisão entre as moléculas. Resposta: B 3. (MACKENZIE-SP) – Analisando-se o gráfico representativo do caminho da rea ção A + B → C, pode-se dizer que o valor da energia de ativação, em kcal/mol, e o tipo de reação são, respectivamente: a) 8 e exotérmica. b) 20 e endotérmica. c) 20 e exotérmica. d) 28 e endotérmica. e) 30 e endotérmica. RESOLUÇÃO: Ea = ECA – ER Ea = (30 – 10) kcal/mol = 20 kcal/mol Reação exotérmica, pois HP < HR. ΔH < 0 Resposta: C Energia em kcal mol/ 30 25 20 15 10 5 2 0 A + B C C çãoaminho da rea – 27 FÍ S IC A A Q U ÍM IC A B D E C4_QUIMICA_BDE_GABRIELA_2020 24/03/2020 15:37 Página 27 28 – Q U ÍM IC A B D E MÓDULO 17 Fatores que Alteram a Velocidade de uma Reação Química: Temperatura, Superfície de Contato e Catalisador Quanto mais fragmentado está o sólido, maior é a superfície exposta. O número de colisões aumenta, determinando também um aumento na velocidade da reação. 1. Influência da Temperatura na Velocidade de Reação Explicação: colisões mais energéticas → aumento do número de colisões efetivas Exemplos Reação do Sb com Br2 a 25 oC Reação do Sb com Br2 a 75 oC (reação mais lenta) (reação mais rápida) 2. Influência da Superfície do Reagen te Sólido na Velocidade de Reação Quando um reagente está no estado sólido, a rea ção ocorre apenas na sua superfície. Explicação maior superfície → maior número de colisões Exemplo Reação do CaCO3 com HCl em excesso. CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O v1 (25 oC) ↓ 10 g (pedaço) } v2 > v1CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O v2 (25oC)↓ 10 g (pó) CaCO3 em pedaço CaCO3 em pó (reação mais lenta) (reação mais rápida) maior superfície implica maior velocidade −−−−−−−→ do reagente sólido de reação implica aumento da −−−−−−−−−−→ aumento da temperatura velocidade de reação C4_QUIMICA_BDE_GABRIELA_2020 24/03/2020 15:37 Página 28 – 29 FÍ S IC A A Q U ÍM IC A B D E Observação 3. Influência do Catalisador na Velocidade de Reação Explicação: catalisador é uma substância que di minui a energia de ativação. Exemplo: decomposição da água oxigenada. 1) 2 H2O2 −−→ 2 H2O + O2 v1 (25°C) � v2 > v1 MnO2 2) 2 H2O2 −−−−−−→ 2 H2O+O2 v2 (25°C) MnO2: catalisador A decomposição da água oxigenada é mais rápida na presença de MnO2, pois este atua como catalisador. � sem catalisador (rea ção lenta) � com catalisador (reação rápida) Sólidos em pó reagem mais rapidamente. implica catalisador −−−−−−−→ maior velocidade de reação C4_QUIMICA_BDE_GABRIELA_2020 24/03/2020 15:37 Página 29 30 – Q U ÍM IC A B D E Observe os gráficos: Propriedades do catalisador • Não é consumido, portanto pode ser recuperado no final da reação. • Não altera o ΔH da reação. Ação do catalisador Exemplo SO2 + NO2 → SO3 + NONO2SO2 + O2 −−−−→ SO3� NO + 1–– 2 O2 → NO2 NO2 = catalisador O catalisador forma um composto inter me diário com um dos reagentes, possibi li tan do para a reação um novo caminho (me ca nis mo), no qual a energia de ativação é menor. 1–– 2 1. Alguns fatores podem alterar a rapidez das reações químicas. A seguir, destacam-se três exemplos no con - texto da preparação e da conservação de alimentos: 1. A maioria dos produtos alimentícios se conserva por muito mais tempo quando submetidos à refrigeração. Esse procedimento diminui a rapidez das reações que contribuem para a degradação de certos alimentos. 2. Um procedimento muito comum utilizado em práticas de culinária é o corte dos alimentos para acelerar o seu cozimento, caso não se tenha uma panela de pressão. 3. Na preparação de iogurtes, adicionam-se ao leite bactérias produtoras de enzimas que aceleram as reações envolvendo açúcares e proteínas lácteas. Com base no texto, quais são os fatores que influenciam a rapidez das transformações químicas relacionadas aos exemplos 1, 2 e 3, respectivamente? a) Temperatura, superfície de contato e concentração. b) Concentração, superfície de contato e catalisadores. c) Temperatura, superfície de contato e catalisadores. d) Superfície de contato, temperatura e concentração. e) Temperatura, concentração e catalisadores. RESOLUÇÃO: 1. Temperatura 2. Superfície de contato 3. Catalisador Resposta: C C4_QUIMICA_BDE_GABRIELA_2020 24/03/2020 15:37 Página 30 2. (FGV-SP-MODELO ENEM) – Os automóveis são os principais poluidores dos centros urbanos. Para diminuir a poluição, a legislação obriga o uso de catalisadores automotivos. Eles viabilizam reações que transformam os gases de escapamento dos motores, óxidos de nitrogênio e monóxido de carbono, em substâncias bem menos poluentes. Os catalisadores ___________ a energia de ativação da reação no sentido da formação dos produtos, ___________ a energia de ativação da reação no sentido dos reagentes e ___________ na variacão de entalpia (ΔH). No texto, as lacunas são preenchidas, correta e respectiva mente, por: a) diminuem … aumentam … interferem b) diminuem … diminuem … não interferem c) diminuem … aumentam … não interferem d) aumentam … diminuem … interferem e) aumentam … aumentam … interferem RESOLUÇÃO: Os catalisadores diminuem a energia de ativação da reação no sentido da formação dos produtos, dimi nuem a energia de ativação da reação no sentido dos reagentes e não interferem na variação de entalpia (ΔH). Resposta: B 3. (UERJ) – Observe no gráfico os valores de entalpia ao longo do caminho de uma reação de hidrogenação do pent-2-eno, em duas condições: presença e ausência de catalisador. Indique a curva que representa a reação química na presença de catalisador e calcule, em kJ/mol, sua energia de ativação. Determine, ainda, a variação de entalpia dessa reação, em kJ/mol. RESOLUÇÃO: Reação química na presença de catalisador: curva B Energia de ativação: Ea = (70 – 10) kJ/mol = 60 kJ/mol Variação de entalpia:ΔH = Hp – Hr = (30 – 10) kJ/mol = 20 kJ/mol curva A curva B 110 90 70 50 30 10 0 caminho da reação e n ta lp ia ( k J /m o l) – 31 FÍ S IC A A Q U ÍM IC A B D E C4_QUIMICA_BDE_GABRIELA_2020 24/03/2020 15:37 Página 31 32 – Q U ÍM IC A B D E 1. Influência da Concentração dos Reagentes na Velocidade de Reação Para a maioria das reações químicas, temos: Explicação aumento do número aumento do número de de moléculas dos −−→ colisões entre as molé- reagentes. culas dos reagentes. Exemplo Decomposição da água oxigenada. 2 H2O2 −−−−→ 2 H2O + O2 exp.: 1 0,10 mol/L v = 1,01 . 10–3 mol/L . min exp.: 2 0,20 mol/L v = 2,02 . 10–3 mol/L . min Observe que, ao dobrar a concentração da água oxigenada (reagente), a velocidade da reação dobrou. 2. Equação ou Lei da Velocidade de Reação Exemplos: 1) 2 H2O2 → 2 H2O + O2 Vimos que, ao dobrar a concentração de H2O2, a ve - lo cidade da reação dobra. Isso sugere que a ve locidade des sa reação é diretamente proporcional à concentração de H2O2, portanto a equação da velocidade dessa reação é v = k [H2O2] 1 reação de 1.a ordem v = velocidade da reação k = constante de velocidade (constante de propor - cionalidade) [H2O2] = concentração em mol/L de H2O2 expoente 1 é chamado de ordem Cálculo do k Usando os dados do experimento 1, temos: v = k [H2O2] ou k = k = k = 1,01 . 10–2/min 2) 2 H2(g) + 2 NO(g) → N2(g) + 2 H2O(g) Analisando e comparando os experimentos, temos: A equação da velocidade é: v = k [H2] [NO] 2 reação de 3.a ordem 3) NO2(g) + CO(g) → CO2(g) + NO(g) Analisando e comparando os experimentos, temos: A equação da velocidade é: v = k [CO]0 [NO2] 2 ou v = k [NO2] 2 reação de 2.a ordem Observações • A equação da velocidade não é obtida da equa ção química correspondente. • A ordem nem sempre é igual ao coeficiente estequiométrico. Exemplo 2 H2O2 → 2 H2O + O2 v = k [H2O2] 1 coeficiente da H2O2 é 2 ordem da reação com relação ao H2O2 é 1 aumento da implica aumento da concentração −−−−−−−−−−−−−→ velocidade dos reagentes de reação Equação que mostra a relação entre a velo ci dade de reação e a concentração do rea gen te. A equação da velocidade é determinada ex peri men - tal mente, isto é, comparando-se a va riação da con - cen tração do reagente com a variação da velocidade. v–––––– [H2O2] 1,01 . 10–3 mol/L . min –––––––––––––––––––– 0,10 mol/L I e II: [H2] 0,10 0,20 x2 v 0,10 0,20 x2 v é diretamente proporcional à [H2] 1.a ordem� II e III: [NO] 0,10 0,20 x2 v 0,20 0,80 x4 v é diretamente proporcional ao quadrado da [NO] 2.a ordem � I e II: [CO] 0,1 0,2 dobra v 5. 10–2 5. 10–2 v não depende da [CO], ordem zero� II e III: [NO2] 0,1 0,2 x2 v 5,0 . 10–2 20 . 10–2 x4 v é diretamente proporcional ao quadrado da [NO2], 2. a ordem � cons- tante Experimentos [H2] [NO] velocidade (mol/L . s) I 0,10 0,10 0,10 II 0,20 0,10 0,20 III 0,20 0,20 0,80 Experimentos [NO2] [CO] velocidade (mol/L . s) I 0,1 0,1 5,0 . 10–2 II 0,1 0,2 5,0 . 10–2 III 0,2 0,2 20 . 10–2 MÓDULO 18 Equação da Velocidade C4_QUIMICA_BDE_GABRIELA_2020 24/03/2020 15:37 Página 32 – 33 FÍ S IC A A Q U ÍM IC A B D E 1. (U.UBERABA-MG) – Para obter hidrogênio, estudantes reali zaram experiências reagindo magnésio metálico com ácido nas condições abaixo indicadas. O experimento em que a reação ocorreu com menor rapidez foi: a) I b) II c) III d) IV e) V RESOLUÇÃO: Quanto menor a superfície de contato entre os reagentes (em lâmina), quan to menor a concentração dos reagentes (0,5 mol/L), quanto menor a temperatura (25°C), menor será a rapidez da reação. Resposta: C 2. (UESPI) – Três experimentos foram realizados para estudar a cinética da reação: 2 ICl (g) + H2 (g) → I2 (g) + 2 HCl (g) De acordo com os dados obtidos experimentalmente, a lei de velocidade para esta reação é: a) v = k[H2] 2 b) v = k[ICl]2 c) v = k[ICl][H2] d) v = k[ICl] e) v = k[H2] RESOLUÇÃO: Experimentos 1 e 2: [H2] constante [ICl] dobra: v dobra Conclusão: 1.a ordem em relação a ICl Experimentos 2 e 3: [ICl] constante [H2] triplica: v triplica Conclusão: 1.a ordem em relação a H2 Lei de velocidade: v = k[ICl][H2] Resposta: C Expe- riências Magnésio Concentração da solução ácida Temperatura (°C) I em pó 0,5 mol/L de ácido acético 25 II em raspas 0,5 mol/L de ácido acético 25 III em lâmina 0,5 mol/L de ácido acético 25 IV em raspas 1,0 mol/L de ácido acético 50 V em pó 1,0 mol/L de ácido acético 50 Concentração inicial (mol/L) Velocidade inicial (mol L–1 s–1) Experimento ICl H2 1 1,5 1,5 3,7 x 10–7 2 3,0 1,5 7,4 x 10–7 3 3,0 4,5 22,2 x 10–7 C4_QUIMICA_BDE_GABRIELA_2020 24/03/2020 15:37 Página 33 3. (UNESP-SP) – O gás cloreto de carbonila, COCl2 (fosgênio), extrema mente tóxico, é usado na síntese de muitos compostos orgânicos. Conhecendo os seguintes dados coletados a uma dada temperatura: a expressão da lei de velocidade e o valor aproximado da constante k de velocidade para a reação que produz o cloreto de carbonila, CO (g) + Cl2 (g) → COCl2 (g), são, respectivamente: a) v = k [CO(g)]1 + [Cl2 (g)] 2, k = 0,56 L2.mol–2.s–1 b) v = k [CO(g)]2 [Cl2 (g)] 1, k = 31,3 L2.mol–2.s–1 c) v = k [Cl2(g)] 2 , k = 2,25 L2.mol–2.s–1 d) v = k [CO(g)]1 [Cl2 (g)] 2, k = 18,8 L2.mol–2.s–1 e) v = k [CO(g)]1 [Cl2 (g)] 1, k = 0,28 L2.mol–2.s–1 RESOLUÇÃO: Comparando-se os resultados das experiências 1 e 2, temos a concentração de Cl2 mantida constante e a concentração de CO duplicada, o que acarretou a du plicação da velocidade; logo, a velocidade é pro porcional à concentração de CO: ordem 1. Comparando-se os resultados das experiências 2 e 3, temos a concentração de CO mantida constante e a concentração de Cl2 duplicada, fazendo a velocida de quadruplicar; logo, a velocidade é propor cional ao quadrado da concentração de Cl2: ordem 2. Substituindo na expressão os dados da experiência 1, temos: 0,09 mol . L–1 . s–1 = k . 0,12 mol . L–1 . (0,20 mol . L–1)2 Resposta: D Concentração inicial (mol. L–1) Velocidade inicial (mol COCl2.L –1.s–1) Experimento CO (g) Cl2 (g) 1 0,12 0,20 0,09 2 0,24 0,20 0,18 3 0,24 0,40 0,72 v = k . [CO]1 . [Cl2] 2 k = 18,75 . L2 . mol–2 . s–1 34 – Q U ÍM IC A B D E C4_QUIMICA_BDE_GABRIELA_2020 24/03/2020 15:37 Página 34
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