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iQuimica.com.br A QUÍMICA DIRETO ATÉ VOCÊ. Importante! A polaridade das substâncias ajuda a prever a sua solubilidade. Solvente polar H2O o�tende a dissolver substâncias polares. Solvente apolar CC"4 o�tende a dissolver substâncias apolares. Em geral: “Semelhante tende a se dissolverem semelhante”. Questão 1 (UFRJ) Um professor decidiu decorar seu laboratório comum “relógio de Química” no qual, no lugar das horas, estivessem alguns elementos, dispostos de acordo com seus respectivos números atômicos, como mostra a fi gura a seguir. Mg Na Ne F O N C B Be Li He H INDIQUE a fórmula mínima e o tipo de ligação do composto eletricamente neutro que é formado quando o relógio do professor marca: A) nove horas: B) Sete horas e cinco minutos: Questão 2 (UNESP) Linus Pauling, falecido em 1994, recebeu o Prêmio Nobel de Química em 1954, por seu trabalho sobre a natureza das ligações químicas. Através dos valores das eletronegatividades dos elementos químicos, calculados por Pauling, é possível prever se uma ligação terá caráter covalente ou iônico. Com base nos conceitos de eletronegatividade e de ligação química, pede-se: A) IDENTIFICAR dois grupos de elementos da Tabela Periódica que apresentam, respectivamente, as maiores e as menores eletronegatividades. Maior: Menor: Questão 1 Questão 2 88 iQuimica.com.br A QUÍMICA DIRETO ATÉ VOCÊ. B) Que tipo de ligação apresentará uma substância binária, formada por um elemento de cada um dos dois grupos identifi cados? Questão 3 (UNICAMP) Observe as seguintes fórmulas eletrônicas C H H H H NH H H O H H F H Consulte a Classifi cação Periódica dos Elementos e ESCREVA as fórmulas eletrônicas das moléculas formadas pelos seguintes elementos: A) Fósforo e hidrogênio B) Enxofre e hidrogênio C) Flúor e carbono Questão 4 (PUC) Analise as propriedades físicas na tabela abaixo: Condução de corrente elétrica Amostra T.F. (ºC) T.E. (ºC) A 25º A 100º A 801 1413 Isolante Condutor B 45 182 Isolante - C 1535 2 761 Condutor Condutor Questão 3 Questão 4 89 iQuimica.com.br A QUÍMICA DIRETO ATÉ VOCÊ. Segundo a tabela, as substâncias A, B e C podem apresentar estados físicos diferentes devido ao tipo de ligação. Conclui-se e ntão que o composto iônico, o molecular e o metálico são, respectivamente: A) A, B, C B) B, C, A C) C, A, B D) C, B, A E) A, C, B Questão 5 (UFMG) A fi gura que melhor representa a evaporação do metanol – CH3OH – é: A) OH CH3 CH 3 CH 3OHCH3OH CH3OH OH B) CH3 CH3 CH 3OHCH3OH CH3OH O O H H C) CH3 –CH3 – OH– OH– CH 3OH CH3 OH CH3OH CH3OH D) CH 3O H CH3OH CH3OH CH 3 OH CH3OH CH3OH E) CH 3OH CH 3 OH CH 3 OH CH3OH O O H H H C C H H H H Questão 5 90 iQuimica.com.br A QUÍMICA DIRETO ATÉ VOCÊ. Questão 6 (UFPE) Considerando os seguintes haletos de hidrogênio HF, HC" e HBr, pode-se afi rmar que: A) a molécula mais polar é HF B) a molécula mais polar é HCl C) todos os três são compostos iônicos D) somente HF é iônico, pois o fl úor é muito eletronegativo E) somente HBr é covalente, pois o bromo é um átomo muito grande para formar ligações iônicas. Questão 7 (UFLA-MG) O alumínio e o cobre são largamente empregados na produção de fi os e cabos elétricos. A condutividade elétrica é uma propriedade comum dos metais. Este fenômeno deve-se: A) à presença de impurezas de ametais que fazem a transferência de elétrons. B) ao fato de os elétrons nos metais estarem fracamente atraídos pelo núcleo. C) à alta afi nidade eletrônica desses elementos. D) à alta energia de ionização dos metais. E) ao tamanho reduzido dos núcleos dos metais. Questão 8 (UERJ) Um laboratório recebe três amostras para análise. A tabela a seguir descreve alguns de suas principais características. Amostra Aspecto do material Condutividade elétrica à temperatura ambiente T.F. (ºC) T.E. (ºC) I Sólido Alta - - II Pó Branco Muito baixa 194 - III Pó Branco Muito baixa 714 1 412 Três elementos químicos fazem parte da constituição das amostras; no entanto, cada uma composta por apenas dois deles. Os átomos desses três elementos, no estado fundamental, possuem 2, 3 e 7 elétrons de valência situados na terceira camada eletrônica. EXPLIQUE a alta condutividade elétrica da amostra I, a partir de sua composição química, e INDIQUE as fórmulas das substâncias presentes nas amostras II e III. Questão 6 Questão 7 Questão 8 91 iQuimica.com.br A QUÍMICA DIRETO ATÉ VOCÊ. Questão 9 (UNESP) Considere os seguintes compostos, todos contendo cloro: BaC"2; CH3C"; CC"4 e NaC" Sabendo que o sódio pertence ao grupo 1, o bário ao grupo 2, o carbono ao grupo 14, o cloro ao grupo 17 da Tabela Periódica e que o hidrogênio tem número atômico igual a 1: A) TRANSCREVA a fórmula química dos compostos iônicos e IDENTIFIQUE-os, fornecendo seus nomes B) APRESENTE a fórmula estrutural para os compostos moleculares e IDENTIFIQUE a molécula que apresenta o momento dipolar resultante diferente de zero. Questão 10 Considerando os seguintes elementos: hidrogênio (Z=1), sódio (Z=11), carbono (z=6) e enxofre (z=16), é CORRETO afi rmar que: A) a ligação formada entre átomos de carbono e enxofre é iônica B) a ligação formada entre hidrogênio e sódio é covalente. C) o composto formado por hidrogênio e enxofre tem fórmula S2H. D) o composto formado por sódio e enxofre é sólido em condição ambiente. E) o composto CH4, formado entre carbono e hidrogênio, é polar. Questão 11 (UFU-MG) A molécula apolar que possui ligações polares é A) CH3C" B) CHC"3 C) C"2 D) CC"4 Questão 12 A fosfatidilserina é um fosfolipídio aniônico cuja interação com cálcio livre regula processos de transdução celular e vem sendo estudada no desenvolvimento de biossensores nanométricos. A fi gura representa a estrutura da fosfatidilserina: H3C O O O H NH3 + H O O – CH3 O O Questão 9 Questão 10 Questão 11 Questão 12 92 iQuimica.com.br A QUÍMICA DIRETO ATÉ VOCÊ. Com base nas informações do texto, a natureza da interação da fosfatidilserina com o cálcio livre é do tipo: Dado: número atômico do elemento cálcio: 20 A) iônica somente com o grupo aniônico fosfato, já que o cálcio livre é um cátion monovolante. B) iônica com o cátion amônio, porque o cálcio livre é representado como um ânion monovalente. C) iônica com os grupos aniônicos fosfato e carboxila, porque o cálcio em sua forma livre é um cátion divalente. D) covalente com qualquer dos grupos não carregados da fosfatidilserina, uma vez que estes podem doar elétrons ao cálcio livre para formar a ligação. E) covalente com qualquer grupo catiônico da fosfatidilserina, visto que o cálcio na sua forma livre poderá compartilhar seus elétrons com tais grupos. Questão 13 (PUC/2009) Analise as propriedades físicas na tabela a seguir. Considerando-se os modelos de ligação A , B e C podem ser classifi cados, respectivamente, como compostos: Condução de corrente elétrica Amostra T.F. (°C) T.E. (°C) 25° 1 000° A 805 1 413 Isolante Condutor B 45 180 Isolante - C 1 540 2800 Condutor Condutor A) iônico, metálico e molecular. B) metálico, molecular e iônico. C) molecular, metálico e iônico. D) iônico, molecular e metálico. Questão 14 (UFMG) Algumas propriedades físicas são características do conjunto das moléculas de uma substância, enquanto outras são atributos intrínsecos a moléculas individuais. Assim sendo, é CORRETO afi rmar que uma propriedade intrínseca de uma molécula de água é a: A) densidade. B) polaridade. C) pressão de vapor. D) temperatura de ebulição. Questão 13 Questão 14 93 iQuimica.com.br A QUÍMICA DIRETO ATÉ VOCÊ. Questão 15 (PUC) Para o estudo das relações entre o tipo de ligação química e as propriedades físicas das substâncias X e Y, sólidas à temperatura ambiente, foram realizados experimentos que permitiram concluir que: • A substância X conduz corrente elétrica no estado líquido, mas não no estado sólido. • A substância Y nãoconduz corrente elétrica em nenhum estado. Considerando-se essas informações, é CORRETO afi rmar que: A) a substância X é molecular e a substância Y é iônica. B) a substância X é iônica e a substância Y é metálica. C) a substância X é iônica e a substância Y é molecular. D) as substâncias X e Y são moleculares. Questão 16 Relacione a fórmula, forma geométrica e polaridade a seguir, assinalando a opção CORRETA: Fórmula Forma Geométrica Polaridade A) CO2 Linear Polar B) CC"4 Tetraédrica Polar C) NH3 Piramidal Apolar D) BeH2 Linear Apolar Questão 17 Questão 18 (PUC) Sejam dadas as seguintes moléculas: H2O, BeH2, BC"3 e CC"4. As confi gurações espaciais dessas moléculas são, respectivamente: A) angular, linear, trigonal, tetraédrica B) angular, trigonal, linear, tetraédrica C) angular, linear, piramidal, tetraédrica D) trigonal, linear, angular, tetraédrica Questão 19 (ENEM) Quando defi nem moléculas, os livros geralmente apresentam conceitos como: “a menor parte da substância capaz de guardar suas propriedades”. A partir de defi nições desse tipo, a ideia transmitida ao estudante é a de que o constituinte isolado (moléculas) contém os atributos do todo. É como dizer que uma molécula de água possui densidade, pressão de vapor, tensão superfi cial, ponto de fusão, ponto de ebulição, etc. Tais propriedades pertencem ao conjunto, isto é, manifestam-se nas relações que as moléculas mantêm entre si. (Adaptado de OLIVEIRA, R. J. O Mito da Substância. Química Nova na Escola, no 1, 1995.) Questão 15 Questão 16 Questão 17 Questão 19 94 iQuimica.com.br A QUÍMICA DIRETO ATÉ VOCÊ. O texto evidencia a chamada visão substancialista que ainda se encontra presente no ensino da Química. A seguir estão relacionadas algumas afi rmativas pertinentes ao assunto. I. O ouro é dourado, pois seus átomos são dourados. II. Uma substância “macia” não pode ser feita de moléculas “rígidas”. III. Uma substância pura possui pontos de ebulição e fusão constantes, em virtude das interações entre suas moléculas. IV. A expansão dos objetos com a temperatura ocorre porque os átomos se expandem. Dessas afi rmativas, estão apoiadas na visão substancialista criticada pelo autor apenas: A) I e II. B) III e IV. C) I, II e III. D) I, II e IV. E) II, III e IV. Questão 20 A curva abaixo mostra a variação da energia potencial Ep em função da distância entre os átomos, durante a formação da molécula H2 a partir de dois átomos de hidrogênio, inicialmente a uma distância infi nita um do outro. Ep (kJ/mol) H-H 0 0 -458 0,074 distância interatômica (nm) Em relação às informações obtidas da análise do gráfi co, assinale a afi rmativa FALSA. A) A energia potencial diminui na formação da ligação química. B) A quebra da ligação H-H consome 458 kJ/mol. C) O comprimento de ligação da molécula H2 é de 0,074nm. D) Os átomos separados por uma distância infi nita se atraem mutuamente. Questão 21 (UFMG) Considere as variações de entalpia de alguns processos químicos: I. H2O (") o H2O (g) 'H = 44kJ/mol II. H2O (g) o 2H(g) + O (g) 'H = 934 kJ/mol III. NaF (s) o Na+ (g) + F– (g) 'H = 912 kJ/mol IV. N2 (g)�o 2N (g) 'H = 945 kJ/mol Questão 20 Questão 21 95 iQuimica.com.br A QUÍMICA DIRETO ATÉ VOCÊ. A) Explique, em termos moleculares, qual é a diferença entre os processos I e II que justifi ca a grande diferença de energia entre eles. B) Considerando-se os dados fornecidos para os processos III e IV, analise a afi rmativa: “Ligações covalentes são muito mais fracas do que ligações iônicas.” Decida se essa afi rmativa é verdadeira ou falsa e justifi que sua resposta. Questão 22 (UFMG) Nas fi guras I e II, estão representados dois sólidos cristalinos, sem defeitos, que exibem dois tipos diferentes de ligação química. Considerando-se essas informações, é correto afi rmar que A) A fi gura II corresponde a um sólido condutor de eletricidade B) A fi gura I corresponde a um sólido condutor de eletricidade C) A fi gura I corresponde a um material que, no estado líquido, é um isolante elétrico D) A fi gura II corresponde a um material que, no estado líquido, é um isolante elétrico. Questão 23 (PUC Minas) Considere os compostos CH4 H2S H2O H2Te H2Se I II III IV V Questão 22 Questão 23 Nuvem de elétrons Figura I Figura II + + + + + + + + + + + + +– +– +– +– – +– +– +– +– – + –+– +– +– +– 96 iQuimica.com.br A QUÍMICA DIRETO ATÉ VOCÊ. A ordem decrescente dos ângulos entre os átomos de hidrogênio nos compostos é A) I > II > III > IV > V B) I > III > II > V > IV C) IV > V > III > II > I D) IV > V > II > III > I E) III > II > IV > V > I Questão 24 (CMMG) Utilizando o modelo de repulsão de pares de elétrons, um estudante preparou a tabela a seguir, que relaciona algumas espécies químicas e suas respectivas geometrias. Espécie química Geometria H3O + Piramidal trigonal CO2 Linear SO4 2– Tetraédrica O número de erros cometidos pelo estudante é A) 0 B) 1 C) 2 D) 3 Questão 25 O fosgênio (COC"2) é um gás incolor, tóxico, asfi xiante e de cheiro penetrante. Esse gás, utilizado como arma na Primeira Guerra Mundial, era produzido a partir da reação do monóxido de carbono (CO) e do gás cloro (C"2). Qual é a geometria de cada uma dessas moléculas, respectivamente? A) Linear, trigonal plana e tetraédrica. B) Angular, linear e linear. C) Trigonal plana, angular e linear D) Tetraédrica, linear, angular. E) Trigonal plana, linear e linear. Questão 26 O hexafl uoreto de enxofre (SF6) é um gás incolor, inodoro, não infl amável e inerte utilizado como isolante em transformadores de alta tensão elétrica e em equipamentos de distribuição de eletricidade. A respeito do SF6, é correto afi rmar que: A) apresenta geometria molecular octaédrica. B) apresenta geometria molecular bipirâmide trigonal. C) apresenta átomos de fl úor e de enxofre unidos entre si por meio de ligações iônicas. D) tem geometria molecular idêntica à da amônia (NH3). E) é uma substância simples Questão 24 Questão 25 Questão 26 97 iQuimica.com.br A QUÍMICA DIRETO ATÉ VOCÊ. Questão 27 Sabe-se que a atmosfera do nosso planeta é composta por uma mistura gasosa que apresenta, por exemplo, os gases CH4, O3, N2 e SO3. As moléculas desses gases, respectivamente, apresentam quais geometrias moleculares? A) Tetraédrica, Trigonal, Linear e Trigonal. B) Trigonal, Angular, Angular e Tetraédrica. C) Trigonal, Linear, Tetraédrica e Angular. D) Tetraédrica, Angular, Linear e Trigonal. Questão 28 Questão 29 (ENEM–2015) Pesticidas são substâncias utilizadas para promover o controle de pragas. No entanto, após sua aplicação em ambientes abertos, alguns pesticidas organoclorados são arrastados pela água até lagos e rios e, ao passar pelas guelras dos peixes, podem difundir-se para seus tecidos lipídicos e lá se acumularem. A característica desses compostos, responsável pelo processo descrito no texto, é o(a) A) baixa polaridade. B) baixa massa molecular. C) ocorrência de halogênios. D) tamanho pequeno das moléculas. E) presença de hidroxilas nas cadeias. Questão 30 (CFTMG) A relação entre a molécula, sua geometria e sua polaridade está representada corretamente em A) CC"4, tetraédrica e polar. B) PBr3, piramidal e apolar. C) BeF2, angular e polar. D) CO2, linear e apolar. E) NH3, angular e apolar. Questão 27 Questão 28 Questão 30 98 iQuimica.com.br A QUÍMICA DIRETO ATÉ VOCÊ. Questão 31 (Unifesp 2009) Na fi gura, são apresentados os desenhos de algumas geometrias moleculares I: Linear III: Piramidal IV: Trigonal II: Angular SO3, H2S e BeC"2 apresentam, respectivamente, as geometrias moleculares: A) III, I e II. B) III, I e IV. C) III, II e I. D) IV, I e II. E) IV, II e I. Questão 32 (UFRS) As substâncias SO2 e CO2 apresentam moléculas que possuem ligações polarizadas. Sobre as moléculas destas substâncias é correto afi rmar-seque A) ambas são polares, pois apresentam ligações polarizadas. B) ambas são apolares, pois apresentam geometria linear. C) apenas o CO2 é apolar, pois apresenta geometria linear. D) ambas são polares, pois apresentam geometria angular. E) apenas o SO2 é apolar, pois apresenta geometria linear. Questão 31 Questão 32 GABARITOGABARITO 1) A) MgF2: ligação iônica B) NH3: ligação covalente 2) A) maior eletronegatividade: VIIA menor eletronegatividade: IA B) Ligação iônica, pois elementos com alta eletronegatividade tendem a formar íons e os baixa eletronegatividade tendem a formar cátions, ocorrendo a atração eletrostática. 3) A) PH H (PH3) H B) S H (H2S) H C) CF F (CF4) F F 4) A 5) D 99 iQuimica.com.br A QUÍMICA DIRETO ATÉ VOCÊ. 6) A 7) B 8) A amostra I é constituída por material sólido com alta condutividade elétrica; portanto apresenta elétrons livres para movimentar-se. Conclui-se que é formada por elementos cujos átomos apresentam pequenos números de elétrons na última camada, ou seja, metais: Mg e A". No 3º período o elemento com 7 elétrons na camada de valência é o cloro, com 3 é o Alumínio e com 2 é o magnésio. Portanto: Amostra II: A"Cl3 Amostra III: MgC"2 9) A) BaCl2: cloreto de bário NaCl: cloreto de sódio B) O tetraclorometano é polar; não há pares de elétrons não ligantes e tem todos os ligantes iguais; portanto é uma molécula apolar. O clorometano tem um ligante diferente; portanto é uma molécula polar. 10) D 11) D 12) C 13) D 14) B 15) C 16) D 17) A 18) D 19) D 20) A) O processo I representa uma mudança de estado, em que são rompidas interações intermoleculares, no caso, ligações de hidrogênio, que são muito mais fracas que as ligações covalentes rompidas no processo II. Assim, a energia gasta no processo I é menor que a energia gasta no processoII. B) Falsa. Ambas ligações são muito fortes. Isso pode ser verifi cado na baixa diferença de energia envolvida nos dois processos. 21) A 22) B 23) A 24) E 25) A 26) D 27) A 28) D 29) E 30) C 100 101 iQuimica.com.br A QUÍMICA DIRETO ATÉ VOCÊ. Interações Intermoleculares As propriedades físicas de líquidos e sólidos moleculares são relativas, em grande parte, às forças ou interações intermoleculares, as forças que existem entre as moléculas. A intensidade das forças intermoleculares em diferentes substâncias varia em uma grande faixa, mas elas são muito mais fracas que as ligações iônicas e covalentes. Dessa forma, é necessário menos energia para vaporizar um líquido ou fundir um sólido do que para quebrar ligações covalentes em moléculas. Quanto mais forte as forças de atração, maior é a temperatura na qual o líquido entra em ebulição. De forma similar, o ponto de fusão de um sólido aumenta à medida que as forças intermoleculares fi cam mais fortes. Sabe-se que existem três tipos de forças atrativas entre moléculas neutras: forças dipolo-dipolo, de dispersão de London e de ligação de hidrogênio. Essas forças são também chamadas forças de Van de Waals em homenagem a Johannes Van der Waals. Todas essas forças são eletrostáticas por natureza, envolvendo atrações entre espécies positivas e negativas. Todas tendem a ser até 15% menos fortes que as ligações covalente e iônica. 1.1 Dipolos Instantâneos Dipolos Induzidos ou Forças de Dispersão de London As interações dipolos instantâneos dipolos induzidos são as atrações existentes entre átomos e moléculas apolares. A origem de suas atrações foi inicialmente proposta em 1930 por Fritz London. London identifi cou que o movimento de elétrons em um átomo ou molécula pode criar um momento de dipolo instantâneo. Em uma coleção de moléculas de H2, por exemplo, a distribuição média de elétrons em cada molécula é simétrica. As moléculas são apolares e não possuem dipolo permanente. Entretanto, a distribuição instantânea dos elétrons pode ser diferente da distribuição média. Se pudéssemos congelar o movimento de elétrons de uma molécula em determinado instante, a nuvem eletrônica poderia estar deslocada para um lado da molécula. Apenas nesse momento, então, a molécula teria um momento de dipolo instantâneo. Como os elétrons se repelem, os movimentos em uma molécula infl uenciam os movimentos dos elétrons em seus vizinhos. Assim, o dipolo temporário em uma molécula pode induzir um dipolo similar em uma molécula adjacente, fazendo com que as moléculas sejam atraídas entre si, como mostrado na fi gura acima. G– G–G+ G+ G– G+ Uma distorção momentânea da nuvem eletrênica produz um dipolo instantâneo... Molécula Molécula ... que induz o aparencimento de um dipolo na molécula vizinha. Molécula 102 iQuimica.com.br A QUÍMICA DIRETO ATÉ VOCÊ. Essa interação atrativa é chamada força de dispersão de London. Tal força é signifi cativa tão somente quando as moléculas estão próximas. A facilidade com que a distribuição de cargas em uma molécula pode ser distorcida por um campo elétrico externo é chamada polarizabilidade. Podemos pensar na polarizabilidade de uma molécula como uma medida da ‘maciez’ de sua nuvem eletrônica; quanto maior a polarizabilidade de uma molécula, mais facilmente sua nuvem eletrônica será distorcida para dar um dipolo momentâneo. Dessa forma, moléculas mais polarizáveis têm forças de dispersão de London mais fortes. Em geral, moléculas maiores tendem a ter maiores polarizabilidades porque elas têm maior número de elétrons, que estão mais afastados do núcleo. A intensidade das forças de dispersão de London, portanto, tendem a aumentar com o aumento do tamanho molecular. Uma vez que o tamanho molecular e a massa geralmente assemelham-se, as forças de dispersão tendem a aumentar em intensidade com o aumento da massa molecular. Quando duas moléculas apolares se aproximam, tornam- se momentaneamente polarizadas e se atraem. Essa polarização se dá porque, em uma das moléculas, os elétrons podem estar momentaneamente localizados em um lado da molécula, criando um dipolo instantâneo e, na outra molécula, cria-se um dipolo induzido. As substâncias que fazem esse tipo de interação possuem baixos pontos de fusão e ebulição e tendem a ser pouco solúveis em água. Exemplos de substâncias que podem fazer interações dipolos induzidos. H2, O2, N2, hidrocarbonetos 1. Dipolos Permanentes ou Dipolo-Dipolo Essas interações ocorrem entre moléculas polares, nas quais o pólo positivo de uma molécula atrai o negativo de outra. As forças dipolo-dipolo são efetivas tão somente quando moléculas polares estão mais próximas. Representação: + – –+ Molécula polar x molécula polar (dipolo x dipolo) Quanto maiores forem os momentos dipolares (criados pela diferença de eletronegatividade entre os átomos), maior é a força de atração intermolecular. As substâncias que fazem esse tipo de interação tendem a possuir pontos de fusão e pontos de ebulição mais altos que aquelas que fazem interações dipolos instantâneos (comprando-se substâncias com massas molares semelhantes) e tendem a se dissolver em água, pois interagem com a mesma. 103 iQuimica.com.br A QUÍMICA DIRETO ATÉ VOCÊ. 2. Ligações de Hidrogênio Essas interações ocorrem entre moléculas que possuem o hidrogênio diretamente ligado a átomos muito eletronegativos, como fl úor, oxigênio e nitrogênio e ela ocorre devido à atração do próton exposto H+ por um de alta eletronegatividade da molécula vizinha. O diagrama a seguir representa as temperaturas de ebulição de compostos moleculares binários nos quais um dos elementos é o hidrogênio. H20 HF NH3 CH4 SiH4 PH3 HCA3 H3S HBr H2Se H2Te HI SbH3 SnH3 AsH3GeH3 100 –100 –200 Período 2 3 4 5 Po nt o de e bu liç ão / °C Ao analisarmos as temperaturas de ebulição para a maioria desses compostos, verifi camos que moléculas maiores e polares apresentam interações mais intensas. Entretanto, três compostos parecem destoar da análise geral – NH3, HF e H2O. Poderíamos, a princípio, esperar que suas interações intermoleculares fossem mais fracasdevido às suas menores nuvens eletrônicas. Todavia, suas temperaturas de ebulição são consideravelmente mais elevadas que o previsto, sugerindo que tais moléculas realizam entre si ligações de hidrogênio. Abaixo, estão representadas as possibilidades de ligação de hidrogênio envolvendo os três elementos mais eletronegativos (fl úor, oxigênio e nitrogênio). Uma Molécula Outra Molécula (Polar) Ligação de hidrogênio N – H N N – H O N – H F As ligações de hidrogênio podem ser consideradas atrações dipolo-dipolo especiais. Como F, N e O são muito eletronegativos, uma ligação entre o hidrogênio e qualquer um desses três elementos é bastante polar, com o hidrogênio no lado positivo. 104 iQuimica.com.br A QUÍMICA DIRETO ATÉ VOCÊ. Observe os exemplos da água e da amônia: + + + + + + I – – H H H N N H H H H L.H. H H O átomo de hidrogênio possui apenas um elétron. Assim, o lado positivo do dipolo da ligação tem a carga concentrada parcialmente exposta, quase exibindo o próton do núcleo do hidrogênio. Essa carga positiva é atraída pela carga negativa de um átomo eletronegativo em uma molécula próxima. Como o hidrogênio pobre em elétrons é muito pequeno, ele pode aproximar-se muito de um átomo eletronegativo para, em seguida, interagir fortemente com ele. Em virtude de as ligações de hidrogênio serem geralmente mais fortes que as forças dipolo-dipolo e de dispersão (dipolo instantâneo-dipolo induzido), elas têm papel importante em muitos sistemas químicos, incluindo os de signifi cância biológica. Por exemplo, as ligações de hidrogênio ajudam a estabilizar as estruturas das proteínas, que são partes principais da pele, músculos e outros componentes estruturais dos tecidos animais. Elas são também responsáveis pela maneira como o DNA é capaz de transportar a informação genética. 3. Ligações de Hidrogênio Intramoleculares Em muitas moléculas orgânicas ocorre a formação da ligação de hidrogênio intramolecular que acontece entre grupos próximos da mesma molécula. Substâncias que fazem ligações de hidrogênio intramoleculares possuem temperatura de fusão e de ebulição menores se comparadas a estruturas similares que não fazem ligações de hidrogênio intramoleculares. Isso ocorre porque substâncias que fazem ligações de hidrogênio intramoleculares fazem interações intermoleculares menos intensas. Observe: Orto-aminofenol: OH OH NH2 NH2 Para-aminofenol: Orto-aminofenol: Os grupos hidroxila e amino fazem ligações de hidrogênio intramoleculares devido a proximidade dos mesmos. A temperatura de ebulição é menor que a do para-aminofenol. 105 iQuimica.com.br A QUÍMICA DIRETO ATÉ VOCÊ. Para-aminofenol: OH OH NH2 NH2 Para-aminofenol: Orto-aminofenol: Os grupos hidroxila e amino não fazem ligações de hidrogênio entre si. Esses grupos fazem interações com outras moléculas. Assim, a temperatura de ebulição é maior que a do orto-aminofenol. 4. Força Dipolo Permanente – Dipolo Induzido Existe ainda um tipo de interação que pode ocorrer entre uma molécula polar e uma apolar. Uma molécula com um dipolo permanente pode induzir um dipolo em uma segunda molécula que esteja localizada próxima no espaço. A força desta interação irá depender do momento de dipolo da primeira molécula e da polarizabilidade da segunda molécula. A polarizabilidade de uma molécula é uma grandeza física que indica com que facilidade a densidade eletrônica da molécula pode ser polarizada, isto é, formando uma distribuição assimétrica de densidade eletrônica (cargas) e, por conseguinte, ocorrendo a formação de dipolos instantâneos na molécula. Estes dipolos instantâneos podem então se alinhar de várias maneiras com o dipolo permanente da primeira molécula, originando a interação dipolo permanente-dipolo induzido. Exemplo: interação entre as moléculas de água (polar) e oxigênio (apolar). O H H G– G+ O O G– G+ O O Dipolo induzido–dipolo induzido Dipolo induzido na molécula de oxigênio, pela aproximação da molécula de água Dipolo permanente da molécula de água (polar) Molécula de Oxigênio (apolar) 106 iQuimica.com.br A QUÍMICA DIRETO ATÉ VOCÊ. 5. Força Íon-dipolo Uma força íon-dipolo existe entre íon e carga parcial oposta em certo lado de uma molécula polar. As moléculas polares são dipolo; elas têm um lado positivo e outro negativo. Os íons positivos são atraídos pelo pólo negativo de um dipolo, enquanto os negativos são atraídos pelo pólo positivo. A magnitude da atração aumenta conforme a carga do íon ou magnitude do dipolo aumenta. As forças íon-dipolo são especialmente importantes em soluções. Exemplo: a água (molécula polar) solvatando os íons do cloreto de sódio (NaC"). 6. Cristais Covalentes Alguns compostos formados por não metais apresentam uma rede indefi nida de átomos, unidos por ligações covalentes. Esses são chamados de sólidos ou cristais covalentes. Nessas substâncias, o compartilhamento de elétrons ocorre interligando todos os átomos, formando um retículo cristalino e não sendo possível identifi car moléculas independentes. São substâncias covalentes, o diamante (C), grafi ta (C), sílica (SiO2) e carbeto de silício (SiC). O diamante – usado industrialmente como abrasivo e em ferramentas de corte por causa de sua dureza – possui uma estrutura em que cada átomo, considerado no centro de um tetraedro, liga-se covalentemente a quatro outros, situados nos vértices. O carboneto do silício, um abrasivo industrial comum, possui a estrutura do diamante, em que cada átomo de silício liga-se tetraedricamente a quatro átomos de carbono e vice-versa. B ra si l E sc o la O dióxido de silício ou sílica, SiO2, existe em várias formas cristalinas. Todas apresentam uma rede tridimensional de ligações Si-O. A forma mais comum é a do quartzo, cuja estrutura pode ser considerada semelhante ao do diamante. A grafi ta é também um cristal covalente. Entretanto, contrastando com as substâncias que acabamos de discutir, sua estrutura apresenta átomos de carbono dispostos em camadas planas paralelas. Cada átomo de carbono liga-se covalentemente a três outros, de sua própria camada, formando uma rede infi nita de anéis de seis membros. Entre as camadas, existem forças menos intensas denominadas dipolo instantâneo – dipolo induzido. Na+ H2ONa CA– CA 107 iQuimica.com.br A QUÍMICA DIRETO ATÉ VOCÊ. Estrutura da grafi ta: 7. Propriedades dos Compostos Covalentes • São sólidos a temperatura ambiente. • São insolúveis em todo tipo de solvente. • Apresentam elevadas temperaturas de fusão e ebulição. • São quebradiços. • Não são condutores de eletricidade, exceto o grafi te. EXERCÍCIOSEXERCÍCIOS Questão 1 (UFC-CE) As forças intermoleculares são responsáveis por várias propriedades físicas e químicas das moléculas, como, por exemplo, a temperatura de ebulição. Considere as moléculas de F2, Cl2 e Br2 A) Quais as principais forças intermoleculares presentes nessas espécies? B) ORDENE essas espécies em ordem crescente de temperatura de ebulição e JUSTIFIQUE sua resposta. Ordem: Justifi cativa: Questão 1 108 iQuimica.com.br A QUÍMICA DIRETO ATÉ VOCÊ. Questão 2 (UNICAMP) Considere três substâncias: CH4, NH3 e H2O e três temperaturas de ebulição: 373K, 112K e 240K. Levando-se em conta a estrutura e a polaridade das moléculas dessas substâncias, pede- se: A) CORRELACIONE as temperaturas de ebulição às substâncias CH4: NH3: H2O: B) JUSTIFIQUE a correlação que você estabeleceu Questão 3 (UFBA) FORNEÇA a ordem crescente de temperaturas de ebulição das substâncias com as fórmulas moleculares abaixo, JUSTIFICANDO sua escolha. CH3–CH2–OH CH4 CH3–CH3 I II III Ordem: Justifi cativa: Questão 4 (FGV-SP) O conhecimento dasestruturas das moléculas é um assunto bastante relevante, já que as formas das moléculas determinam propriedades das substâncias, como odor, sabor, coloração e solubilidade. As fi guras apresentam as estruturas das moléculas CO2, H2O, NH3, CH4, H2S e PH3. Questão 2 Questão 3 Questão 4 109 iQuimica.com.br A QUÍMICA DIRETO ATÉ VOCÊ. Quanto às forças intermoleculares, a molécula que melhor interage com a água através de ligações de hidrogênio é: A) H2S B) CH4 C) NH3 D) PH3 E) CO2 Questão 5 (PUC-MG) Analise o gráfi co, que apresenta as temperaturas de ebulição de compostos binários do hidrogênio com elementos do grupo 16 (coluna VIA), à pressão de 1 atm. H2O Massa Molar Temperatura (°C) H2S H2Se H2Te 0 0 50 80604020 –50 –100 100 150 100 120 140 A partir das informações apresentadas, é INCORRETO afi rmar que: A) a substância mais volátil é o H2S, pois apresenta menor temperatura de ebulição B) a água apresenta maior temperatura de ebulição, pois realiza ligações de hidrogênio. C) todos os hidretos são gases à temperatura ambiente, exceto a água, que é líquida. D) a 100º, a água ferve, rompendo as ligações covalentes antes das intermoleculares. Questão 6 (UFScar) A tabela apresenta valores de temperatura de ebulição de alguns compostos com hidrogênio com elementos dos grupos 14, 15 e 16 da Tabela Periódica. Grupo 14 Grupo 15 Grupo 16 Composto T.E. (º) Composto T.E. (ºC) Composto T.E.(º) 2ºP CH4 X NH3 Y H2O 100 3ºP SiH4 –111 PH3 –88 H2S –60 4ºP GeH4 –88 AsH3 –62 H2Se Z Os compostos do grupo 14 são formados por moléculas apolares, enquanto os compostos dos grupos 15 e 16 são formados por moléculas polares. Considerando as forças intermoleculares existentes nestes compostos, as faixas estimadas para os valores de X, Y e Z são, respectivamente: A) > –111, > –88 e > –60 B) > –111, > –88 e < –60 C) < –111, < –88 e > –60 D) < –111, < –88 e < –60 E) < –111, > –88 e > –60 Questão 5 Questão 6 110 iQuimica.com.br A QUÍMICA DIRETO ATÉ VOCÊ. Questão 7 A pele humana, quando está bem hidratada, adquire boa elasticidade e aspecto macio e suave. Em contrapartida, quando está ressecada, perde sua elasticidade e se apresenta opaca e áspera. Para evitar o ressecamento da pele é necessário, sempre que possível, utilizar hidratantes umectantes, feitos geralmente à base de glicerina e polietilenoglicol: HO – CH2 – CH2 [ O – CH2 – CH2]n – O – CH2 – CH2 – OH HO OH OH H2C CH CH2 Glicerina Polietilenoglicol HO – CH2 – CH2 [ O – CH2 – CH2]n – O – CH2 – CH2 – OH HO OH OH H2C CH CH2 Glicerina Polietilenoglicol A retenção de água na superfície da pele promovida pelos hidratantes é consequência da interação dos grupos hidroxila dos agentes umectantes com a umidade contida no ambiente por meio de A) ligações iônicas. B) forças de London. C) ligações covalentes. D) forças dipolo-dipolo. E) ligações de hidrogênio. Questão 8 (ENEM) As fraldas descartáveis que contêm o polímero polia-crilato de sódio (1) são mais efi cientes na retenção de água que as fraldas de pano convencionais, constituídas de fi bras de celulose (2). A maior efi ciência dessas fraldas descartáveis, em relação às de pano, deve-se às A) Interações dipolo-dipolo mais fortes entre o poliacrilato e a água, em relação às ligações de hidrogênio entre a celulose e as moléculas de água. B) Interações íon-íon mais fortes entre o poliacrilato e as moléculas de água, em relação às ligações de hidrogênio entre a celulose e as moléculas de água. C) Ligações de hidrogênio mais fortes entre o poliacrilato e a água, em relação às interações íon- dipolo entre a celulose e as moléculas de água. D) Ligações de hidrogênio mais fortes entre o poliacrilato e as moléculas de água, em relação as interações dipolo induzido-dipolo induzido entre a celulose e as moléculas de água. E) Interações íon-dipolo mais fortes entre o poliacrilato e as moléculas de água, em relação às ligações de hidrogênio entre a celulose e as moléculas de água. Questão 9 A fosfatidilserina é um fosfolipídio aniônico cuja interação com cálcio livre regula processos de transdução celular e vem sendo estudada no desenvolvimento de biossensores nanométricos. A fi gura representa a estrutura da fosfatidilserina: Questão 7 Questão 8 Questão 9 111 iQuimica.com.br A QUÍMICA DIRETO ATÉ VOCÊ. Com base nas informações do texto, a natureza da interação da fosfatidilserina com o cálcio livre é do tipo: Dado: número atômico do elemento cálcio: 20 A) iônica somente com o grupo aniônico fosfato, já que o cálcio livre é um cátion monovolante. B) iônica com o cátion amônio, porque o cálcio livre é representado como um ânion monovalente. C) iônica com os grupos aniônicos fosfato e carboxila, porque o cálcio em sua forma livre é um cátion divalente. D) covalente com qualquer dos grupos não carregados da fosfatidilserina, uma vez que estes podem doar elétrons ao cálcio livre para formar a ligação. E) covalente com qualquer grupo catiônico da fosfatidilserina, visto que o cálcio na sua forma livre poderá compartilhar seus elétrons com tais grupos. Questão 10 (UFMG) Algumas propriedades físicas são características do conjunto das moléculas de uma!substância, enquanto outras são atributos intrínsecos a moléculas individuais. Assim sendo, é CORRETO afi rmar que uma propriedade intrínseca de uma molécula de água é a: A) densidade. B) polaridade. C) pressão de vapor. D) temperatura de ebulição. Questão 11 (CMMG) Em relação às propriedades de substâncias, assinale a alternativa INCORRETA. A) Quando átomos se ligam através de ligações covalentes, as substâncias resultantes podem existir, na temperatura ambiente, em qualquer um dos estados físicos. B) Grafi ta e diamante apresentam diferente condutividade elétrica, devido à existência de diferentes ligações entre os átomos que as constituem. C) A temperatura de fusão pode ser usada para distinguir uma substância covalente de uma molecular. D) O arranjo das moléculas no gelo é o responsável por sua menor densidade em relação à água líquida. Questão 12 (FCMMG) No início do século XX surgiram os primeiros modelos consistentes de ligações químicas, quando o químico norte-americano Lewis e o químico alemão Kossel propuseram, respectivamente, as teorias da ligação covalente e da ligação iônica. Com relação às ligações químicas, assinale a alternativa INCORRETA. A) Os cristais iônicos são, em geral, bons condutores de eletricidade. B) A ligação iônica não é a transferência de elétrons de um átomo para o outro. C) No processo de ebulição do hidrogênio (H2) são rompidas forças dipolo induzido. D) Todas as moléculas diatômicas de átomos de igual eletronegatividade são moléculas apolares. Questão 10 Questão 11 Questão 11 Questão 11 Questão 12 112 iQuimica.com.br A QUÍMICA DIRETO ATÉ VOCÊ. Questão 13 O gráfi co a seguir mostra a variação dos pontos de ebulição (T.E.) dos hidretos dos elementos do grupo do carbono e do nitrogênio. 0 2 3 4 5 –50 –100 –200 –250 –150 NH3 AsH3 PH3 CH4 SbH3 SnH4 GeH4 SiH4 Período Po nt os d e eb ul iç ão (° C) Pede-se EXPLIQUE a variação das T.E. dos hidretos dos elementos do grupo do carbono. EXPLIQUE por que a T.E. dos hidretos dos elementos do grupo do carbono são menores que as T.E. dos hidretos dos elementos do mesmo período do grupo do nitrogênio. EXPLIQUE por que NH3 apresenta T.E. superior aos dos demais hidretos do grupo e por que essa discrepância não é observada para o CH4 em relação aos demais hidretos do seu grupo. Questão 14 (UFMG) Observe as formas de uma gota de água e de uma gota de dodecano, CH3(CH2)10CH3, colocada sobre uma superfície de polietileno, um polímero de fórmula –(CH2CH2)–, mostradas nesta fi gura: Água Dodecano Polietileno Questão 13 Questão 14 113 iQuimica.com.br A QUÍMICA DIRETO ATÉ VOCÊ. A) Considerando as interações intermoleculares entre a água e a superfície do polietileno e as interações das moléculas de água entresi, JUSTIFIQUE o fato de a gota de água apresentar uma pequena área de contato com o polietileno. B) Considerando as interações intermoleculares entre o dodecano e a superfície do polietileno e as interações das moléculas de dodecano entre si, JUSTIFIQUE o fato de a gota de dodecano apresentar uma grande área de contato com o polietileno. C) Nesta fi gura, está representada uma gota de água depositada sobre uma superfície de vidro limpo: Água Vidro INDIQUE se, nesse caso, a superfície do vidro apresenta características polares ou apolares Questão 15 (UFPE-2003) A compreensão das interações intermoleculares é importante para a racionalização das propriedades físico-químicas macroscópicas, bem como para o entendimento dos processos de reconhecimento molecular que ocorrem nos sistemas biológicos. A tabela abaixo apresenta as temperaturas de ebulição (TE), para três líquidos à pressão atmosférica. Líquido Fórmula Química TE(°C) Acetona (CH3)2CO 56 Água H2O 100 Etanol CH3CH2OH 78 Com relação aos dados apresentados na tabela acima, podemos afi rmar que: A) as interações intermoleculares presentes na acetona são mais fortes que aquelas presentes na água. B) as interações intermoleculares presentes no etanol são mais fracas que aquelas presentes na acetona. C) dos três líquidos, a acetona é o que apresenta ligações de hidrogênio mais fortes. D) a magnitude das interações intermoleculares é a mesma para os três líquidos. E) as interações intermoleculares presentes no etanol são mais fracas que aquelas presentes na água. Questão 15 114 iQuimica.com.br A QUÍMICA DIRETO ATÉ VOCÊ. Questão 16 (UFSCar-2002) A sacarose (açúcar comum), cuja estrutura é mostrada na fi gura, é um dissacarídeo constituído por uma unidade de glicose ligada à frutose. A solubilidade da sacarose em água deve-se A) ao rompimento da ligação entre as unidades de glicose e frutose. B) às ligações de hidrogênio resultantes da interação da água com a sacarose. C) às forças de van der Waals, resultantes da interação da água com a unidade de glicose desmembrada. D) às forças de dipolo-dipolo, resultantes da interação da água com a unidade de frutose desmembrada. E) às forças de natureza íon-dipolo, resultantes da interação do dipolo da água com a sacarose. Questão 17 (UFC-1999) A temperatura normal de ebulição do 1- propanol, CH3CH2CH2OH, é 97,2 °C, enquanto o composto metoxietano, CH3CH2OCH3, de mesma composição química, entra em ebulição normal em 7,4 °C. Assinale a alternativa que é compatível com esta observação experimental. A) O mais elevado ponto de ebulição do 1-propanol deve-se principalmente às ligações de hidrogênio. B) O 1-propanol e o metoxietano ocorrem no estado líquido, à temperatura ambiente. C) Geralmente, os álcoois são mais voláteis do que os éteres, por dissociarem mais facilmente o íon H+. D) Em valores de temperatura abaixo de 7,4 oC, a pressão de vapor do metoxietano é maior do que a pressão atmosférica. E) Em valores de temperatura entre 7,4 e 96 oC, a pressão de vapor do 1-propanol é sempre maior do que a de igual quantidade do metoxietano. Questão 18 (UERJ-1997) Água e etanol são dois líquidos miscíveis em quaisquer proporções devido a ligações intermoleculares, denominadas: A) iônicas. B) ligações de hidrogênio. C) covalentes coordenadas. D) dipolo induzido - dipolo induzido. E) dipolo permanente Questão 16 Questão 17 Questão 18 115 iQuimica.com.br A QUÍMICA DIRETO ATÉ VOCÊ. Questão 19 (Fuvest-2002) Alguns alimentos são enriquecidos pela adição de vitaminas, que podem ser solúveis em gordura ou em água. As vitaminas solúveis em gordura possuem uma estrutura molecular com poucos átomos de oxigênio, semelhante à de um hidrocarboneto de longa cadeia, predominando o caráter apolar. Já as vitaminas solúveis em água têm estrutura com alta proporção de átomos eletronegativos, como o oxigênio e o nitrogênio, que promovem forte interação com a água. Abaixo estão representadas quatro vitaminas: H3C CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 COOH CH3 CH3 CH3 CH3 CH2 CH3 (I) (II) (III) (IV) Dentre elas, é adequado adicionar, respectivamente, a sucos de frutas puros e a margarinas, as seguintes: A) I e IV B) II e III C) II e IV D) III e I E) IV e II Questão 20 As colas são produzidas de forma a ter afi nidade com os materiais que devem ser colados. Questão 19 Questão 20 116 iQuimica.com.br A QUÍMICA DIRETO ATÉ VOCÊ. Quando passamos cola em dois objetos a fi m de uni-los as moléculas da cola interagem fortemente, por meio de interações com as moléculas de ambos os objetos. A palavra correta da lacuna é: A) iônicas B) intermoleculares C) covalentes D) metálicas Questão 21 (UFMG-1997) Foram apresentadas a um estudante as fórmulas de quatro pares de substâncias. Foi pedido a ele que, considerando os modelos de ligações químicas e de interações intermoleculares apropriados a cada caso, indicasse, em cada par, a substância que tivesse a temperatura de fusão mais baixa. O estudante propôs o seguinte: Pares de substâncias Substâncias de temperatura de fusão mais baixa CH4,CH3OH CH4 NaC",HC" NaC" SiO2, H2O SiO2 I2, Fe I2 A alternativa que apresenta o número de previsões corretas feitas pelo estudante é A) 0 B) 1 C) 2 D) 3 Questão 21 GABARITOGABARITO 1) A) As interações intermoleculares são do tipo dipolo instantâneo-dipolo induzido. 2) B) F2 – Cl2 – Br2. As interações do tipo dipolo instantâneo-dipolo induzido depende da polarizabilidade. Quanto maior o número de elétrons, maior a polarizabilidade e mais intensas são as interações dipolo instantâneo-dipolo induzido. Assim, o Br2 apresenta maior número de elétrons que o Cl2, que apresenta maior número de elétrons que o F2. 3) A) CH4: 112k; NH3: 240K; H2): 273K B) CH4: interações mais fracas do tipo dipolo instantâneo--dipolo induzido. H2O e NH3: Ambas realizam Ligações de Hidrogênio entre suas moléculas, entretanto, as ligações de hidrogênio na água são mais fortes, uma vez que, que são feitas com o oxigênio, que é mais eletronegativo que o nitrogênio. 117 iQuimica.com.br A QUÍMICA DIRETO ATÉ VOCÊ. 4) II – III- I : A substância I apresenta maior temperatura de ebulição, já que entre as sua moléculas realizam-se interações do tipo ligações de hidrogênio que são mais fortes que as dipolo instantâneo-dipolo induzido realizadas pelas substâncias II e III. A substância III apresenta maior temperatura de ebulição que a II, pois, apresenta maior número de elétrons, o que acarreta maior polarizabilidade da sua nuvem eletrônica, intensifi cando suas interações intermoleculares. 5) C 6) D 7) E 8) E 9) E 10) C 11) b 12) b 13) a 14) A) Os hidretos do grupo do carbono possuem geometria tetraédrica e natureza elétrica apolar, estabelecendo entre si interações intermoleculares do tipo dipolo instantâneo-dipolo induzido. À medida que a nuvem eletrônica da molécula aumenta, aumenta a sua polarizabilidade, o que intensifi ca as sua interações. Logo, maiores serão as temperaturas de ebulição. B) Os hidretos dos elementos do grupo são apolares, estabelecendo entre si interações mais fracas que as estabelecidas pelos hidretos da família do nitrogênio, que são polares. C) As moléculas de NH3 estabelecem entre si ligações de hidrogênio, mais fortes que as dipolo permanente- dipolo permanente estabelecidas entre os demais hidretos da mesma família. 15) A) As Interações intermoleculares – Ligações de Hidrogênio- entre as moléculas de água são mais intensas que as interações intermoleculares entre as moléculas e a superfície de polietileno. Assim, as moléculas tendem a fi car mais próximas entre si, tendo uma pequena área com a superfície do polietileno. B) As interações intermoleculares entre as moléculas de dodecano são mais fracas que as interações entre o dodecano e o polietileno. Logo, a área de contato como polietileno se torna maior. C) Polares 16) E 17) B 18) A 19)B 20) E 21) B 22) C 118 119 Introdução à Química Orgânica 1 HISTÓRICO Em meados do século XVIII, Torbern Olof Bergman definia a Química Orgânica como a área de estudos das substâncias advindas de seres vivos, e a Inorgânica como a Química dos seres inanimados. Em 1807, Jöns Jacob Berzelius admitia que somente os organismos vivos eram capazes de produzir compostos orgânicos (Teoria da Força Vital ou Vitalismo). Entretanto, em 1828, Friedrich Wöhler, aluno de Berzelius, sintetizou a ureia, um composto orgânico, a partir de reagentes inorgânicos (cianato de amônio), refutando a teoria do Vitalismo. Em 1858, Friedrich August Kekulé formulou a Teoria Estrutural. De acordo com ela, a Química Orgânica seria a área de estudos dos compostos do carbono. Atenção: todos os compostos orgânicos são formados por átomos de carbono, mas nem todo composto com carbono é orgânico. Exemplos de compostos que são inorgânicos: CO2, HCN, CCl4, CaCO3, etc. 2 CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS COMPOSTOS ORGÂNICOS a) Estado físico: são encontrados, à temperatura ambiente, nos três estados físicos (sólido, líquido, gasoso). Ex: glicose (sólida), etanol (líquido) e metano (gás). b) Solubilidade: compostos orgânicos apolares são praticamente insolúveis em água, mas solúveis em solventes apolares (por exemplo, graxa – hidrocarbonetos de cadeia longa – pode ser removida com gasolina). Já os polares podem ser solúveis em água, tais como açúcar, etanol e ácido acético (contido no vinagre). c) Combustibilidade: a grande maioria dos compostos que sofrem combustão (queima) são de origem orgânica. Exemplo: Combustão completa do etanol CH3CH2OH(l)+3O2(g)→2CO2(g)+ 3H2O(v) + energia d) Encadeamento: os átomos de carbono têm a propriedade de se unir, formando estruturas denominadas cadeia carbônicas. Essa propriedade é a principal responsável pela existência de milhões de compostos orgânicos. Exemplos: cadeia linear, cadeia ramificada, cadeia heterogênea (presença de oxigênio, chamado de heteroátomo) 3 ESTUDO DO CARBONO De acordo com a Teoria da Ligação de Valência, o carbono hibridizado apresenta quatro elétrons desemparelhados, sendo, portanto, tetravalente (realiza quatro ligações). Ele pode ser encontrado em três formas hibridizadas distintas, de acordo com os tipos de ligações químicas realizadas, conforme ilustrado na tabela baixo: [NH4]+ [OCN]- H2N C O NH2 Δ Cianato de amônio (sal inorgânico) Ureia (substância orgânica) 120 Introdução à Química Orgânica Atenção : l embre-se da o rdem do comprimento da ligação: C-C > C=C > C≡C. A ordem da energia de ligação é o inverso: C≡C > C=C > C-C. 4 REPRESENTAÇÃO a) Fórmula Molecular: mostra a quantidade de átomos de uma substância, porém não evidencia as ligações entre eles. Sua utilização em química orgânica é limitada pois muitos compostos orgânicos podem apresentar a mesma fórmula molecular (isômeros). Ex: C5H12 b) Fórmula Estrutural Plana, de Traço ou de Kekulé: mostra a conectividade entre todos os átomos de um composto orgânico, porém sem demonstrar a geometria adequada. c) Fórmula Estrutural Condensada: forma de representação de compostos orgânicos em que nem todas as ligações são explicitamente evidenciadas. Ex: CH3CH2CH2CH2CH3 ou CH3(CH2)3CH3 d) Fórmula Estrutural de Linhas ou de Bastão: mostra a conectividade entre todos os átomos, omitindo a escrita dos átomos de carbono e de hidrogênio a eles ligados. Atenção: Ao escrever a fórmula de linhas para um composto que possui carbono que faz uma ligação tripla, muitos alunos cometem erros. Veja um exemplo abaixo: A representação acima está errada, pois os carbonos da ligação tripla devem ter geometria linear. O correto seria: e) Fórmula Espacial: destaca a geometria das ligações em um composto orgânico. Tente relacionar a representação espacial acima com a seguinte figura: 5 CLASSIFICAÇÃO DO CARBONO a) Quanto ao número de átomos de carbono ligantes: C H CH3 F Cl Classificação do Carbono Definição Primário Ligado a nenhum ou a 1 outro átomo de carbono. Secundário Ligado a 2 outros átomos de carbono. Terciário Ligado a 3 outros átomos de carbono. Quaternário Ligado a 4 outros átomos de carbono. Tanto o hidrogênio quanto o grupo CH3 e s t ã o n o m e s m o plano. O flúor está para frente (cunha cheia) e o cloro para trás (linha tracejada). 121 Introdução à Química Orgânica Atenção: substâncias orgânicas que apresentam um carbono, como o metano CH4, é classificado como primário, porém também pode ser chamado de metílico. Veja, o exemplo abaixo: b) Carbono assimétrico ou quiral: é chamado de carbono assimétrico um átomo de carbono sp3 que faz ligações com quatro ligantes diferentes. Ligantes são considerados toda a parte da cadeia que se estende de uma ligação. Na figura abaixo, o carbono destacado é assimétrico, e circulados estão os seus quatro ligantes: Atenção: por convenção, o carbono assimétrico ou quiral pode ser destacado com um asterisco. 6 CLASSIFICAÇÕES DA CADEIA CARBÔNICA A cadeia carbônica é o conjunto de átomos de carbono e heteroátomos (átomos diferentes de carbono que se encontram entre carbonos) que constituem a molécula. Os principais heteroátomos são O, N, P e S. Atenção: não confunda cadeia carbônica com cadeia principal. a) Cadeia aberta (acíclica), fechada (cíclica) ou mista: as cadeias abertas são aquelas em que existem pelo menos dois carbonos primários, que constituem as extremidades da cadeia, não podendo haver nenhum encadeamento dos átomos, ou seja, não há a presença de nenhum fechamento. Exemplo: Já as cadeias fechadas ocorrem quando há um fechamento na cadeia, formando-se um ciclo, núcleo ou anel. Exemplo: As cadeias mistas são aquelas que apresentam partes abertas e partes fechadas ligadas entre si. Exemplo: b) Cadeia homogênea ou heterogênea: a cadeia é homogênea quando, na cadeia, só existem átomos de carbono. Exemplo: A cadeia é heterogênea quando ela possuir pelo menos um heteroátomo. Exemplo: C∗ CC H OHH H H O H O 122 Introdução à Química Orgânica Atenção: a cadeia carbônica da molécula abaixo é homogênea, pois o oxigênio não é um heteroátomo, já que não está entre átomos de carbono. Veja: c) Saturada ou Insaturada: cadeias saturadas são aquelas em que os átomos da cadeia estão ligados somente por ligações simples. Exemplo: ou Cadeias insaturadas são aquelas em que alguns dos átomos da cadeia estão ligados por uma ou mais ligações duplas ou triplas. Exemplo: ou Atenção: não confunda (in)saturação da cadeia carbônica com a da molécula. Perceba que a molécu la aba ixo é insaturada, entretanto a sua cadeia carbônica é saturada. Veja: d) Normal ou Ramificada: cadeia normal ( o u l i n e a r ) é a q u e l a e m q u e o encadeamento segue uma sequência única. Na realidade, não existem cadeias retas, pois os átomos de carbono irão se dispor na geometria correspondente à sua hibridização (tópico 1.3). Dessa forma, a l igação entre átomos da cadeia é representada em ziguezague Exemplo: Cadeia ramificada é aquela em que apresentam "ramos" ou "ramificações" de átomos de carbono ligados à cadeia. Exemplo: Atenção: Toda cadeia mista é ramificada. Exemplo: Cuidado: Quando somente átomos diferentes de carbono estão ramificados, a classificação da cadeia carbónica é normal ou linear. molécula abaixo possui cadeia carbônica normal. Veja: e) Aromática ou Al i fát ica: cadeias aromáticas apresentam ao menos um anel aromático. O anel aromático mais comum é o núcleo benzênico, que é um sistema hexagonal insaturado. Veja: O O OH C C C C C C 123 Introdução à Química Orgânica O benzeno, comercialmente denominado benzol, é uma substâncialíquida a temperatura ambiente, e sua estrutura apresenta um núcleo benzênico com todos átomos de carbono ligados somente a á to m o s d e h i d ro g ê n i o . P o d e s e r representado de duas formas: ou As cadeias aromáticas podem ainda ser classificadas como: • cadeias aromáticas mononucleares: apresentam apenas um anel aromático. ou • cadeias aromáticas polinucleares: apresentam dois ou mais anéis aromáticos. Conforme a disposição dos anéis, teremos núcleos isolados, em que os anéis são separados por alguma ligação química entre eles, ou núcleos condensados, em que dois ou mais átomos de carbono fazem parte de mais de um anel aromático. Exemplo cadeias aromáticas polinucleares isoladas: Exemplo cadeias aromáticas polinucleares condensadas: As cadeias alifáticas são quaisquer cadeias que não sejam aromáticas, ou seja, não possuem anel aromático. Exemplo: Atenção: cadeias al i fát icas cícl icas ( a l i c í c l i c a s ) p o d e m t a m b é m s e r classificadas como polinucleares isoladas ou condensadas. Exemplo cadeias alifáticas polinucleares isoladas: Exemplo cadeias alifáticas polinucleares condensadas: CH3 CH3 O O NH O O 124 Introdução à Química Orgânica Lembre-se: • Cadeia fechada = cadeia cíclica • Cadeia fechada e ramificada = cadeia mista • Cadeia fechada e homogênea = homocíclica • Cadeia fechada e heterogênea = heterocíclica • Os compostos alifáticos são aqueles que não são aromáticos. • Cadeia fechada e al i fát ica = alicíclico. • C a d e i a m o n o c í c l i c a o u mononucleada = cadeia fechada com apenas um ciclo. • Cadeia policíclica condensada ou polinucleada condensada = cadeia fechada com mais de um ciclo, em que há átomos de carbono em comum. • Cadeia policíclica não condensada (isolada) ou polinucleada não condensada (isolada) = cadeia fechada com mais de um ciclo, em que não há átomos de carbono em comum. EXERCÍCIOS Questão 01 - (UNIFOR CE/2020) O geraniol é um líquido amarelado que apresenta um agradável odor de rosas, sendo utilizado na fabricação de fragrâncias e perfumes, de fórmula estrutural: Em relação à cadeia carbônica, pode- se afirmar que é a) acíclica, ramificada, saturada, heterogênea. b) c í c l i c a , l i n e a r , s a t u r a d a , homogênea. c) acíclica, ramificada, insaturada, homogênea. d) cíclica, ramificada, insaturada, heterogênea. e) acíclica, ramificada, saturada, homogênea. Questão 02 - (FGV SP/2019) A mandioca contém linamarina em to d a s a s p a r te s d a p l a n t a . A decomposição da linamarina por enzimas produz o ácido cianídrico (HCN), que é um ácido fraco com constante de ionização (Ka) igual a 5 10–10 a 25 ºC. A fabricação de farinha da mandioca é feita com a prensagem da massa obtida por meio da ralação das raízes descascadas. A água resultante desse processo arrasta a linamarina e os seus produtos de decomposição, podendo causar contaminação do meio ambiente e intoxicação em animais e plantas. (OLIVEIRA, Suzy Sarzi. Metabolismo da linamarina em reator de digestão anaeróbia com separação de fases. 2003. xiv, 88 f. Tese (doutorado) – Universidade Estadual Paulista, Faculdade de Ciências Agronômicas, 2003. Disponível em: <http://hdl.handle.net/ 11449/101739>. Adaptado) (https://openi.nlm.nih.gov/detailedresult.php? img=PMC3475106_1476-511X-11-74-1&req=4. Adaptado) Sobre o tipo de ligação dos átomos de carbono na molécula da linamarina, aquele identificado por I e o átomo de carbono identificado por II fazem, respectivamente 125 Introdução à Química Orgânica a) quatro ligações sigma – duas ligações sigma e duas ligações pi. b) quatro ligações sigma – três ligações sigma e uma ligação pi. c) quatro ligações sigma – uma ligação sigma e três ligações pi. d) quatro ligações pi – duas ligações sigma e duas ligações pi. e) quatro ligações pi – uma ligação sigma e três ligações pi. Questão 03 - (UECE/2019) O átomo de carbono tem quatro elétrons externos e pode formar q u a t r o l i g a ç õ e s c o v a l e n t e s , distribuídas em geometrias distintas, que resultam estruturas espaciais d i fe rentes . Cons iderando essa informação, analise os três itens a seguir: Está correto somente o que consta em a) I. b) I e III. c) II e III. d) II. Questão 04 - (PUC SP/2018) O Tamiflu ou fosfato de oseltamivir, utilizado para o tratamento da gripe, é produzido do composto ativo do anis- estrelado, também conhecido como ácido shikimico. Esse ácido é um potente ant iv i ra l . Sua fórmula estrutural está representada abaixo. Sobre esse composto, é CORRETO afirmar que a) é um composto aromático. b) p o s s u i a p e n a s c a r b o n o s secundários e terciários. c) p o s s u i c a d e i a c a r b ô n i c a homocíclica. d) p o s s u i c a d e i a c a r b ô n i c a ramificada. Questão 05 - (UFRGS RS/2018) Considere o composto representado abaixo. Os ângulos aproximados, em graus, das l igações ent re os á tomos representados pelas letras a, b e c, são, respectivamente, a) 109,5 – 120 – 120. b) 109,5 – 120 – 180. c) 120 – 120 – 180. d) 120 – 109,5 – 120. e) 120 – 109,5 – 180. Questão 06 - (ENEM/2018) O grafeno é uma forma alotrópica do carbono constituído por uma folha planar (arranjo bidimensional) de átomos de carbono compactados e com a espessura de apenas um átomo. 126 Introdução à Química Orgânica Sua estrutura é hexagonal, conforme a figura. Nesse arranjo, átomos de carbono possuem hidridação a) sp de geometria linear. b) sp2 de geometria trigonal planar. c) sp3 alternados com carbonos com hibridização sp de geometria linear. d) sp3d de geometria planar. e) sp3d2 com geometria hexagonal planar. Questão 07 - (ENEM/2018) A r a d i a ç ã o n a r e g i ã o d o i n f rave rme lho i n te rage com a oscilação do campo elétrico gerada pelo movimento vibracional de átomos de uma ligação química. Quanto mais fortes forem as ligações e mais leves os átomos envolvidos, maior será a energia e, portanto, maior a f r e q u ê n c i a d a r a d i a ç ã o n o infravermelho associada à vibração da ligação química. A estrutura química da molécula 2-amino-6-cianopiridina é mostrada. A ligação química dessa molécula, envolvendo átomos diferentes do hidrogênio, que absorve a radiação no infravermelho com maior frequência é: a) C – C b) C – N c) C = C d) C = N e) C N Questão 08 - (ENEM/2017) O hidrocarboneto representado pela estrutura química a seguir pode ser isolado a partir das folhas ou das flores de determinadas plantas. Além disso, sua função é relacionada, entre outros fatores, a seu perf i l de insaturações. Considerando esse perfil específico, quantas ligações pi a moléculas contém? a) 1 b) 2 c) 4 d) 6 e) 7 Questão 09 - (ENEM/2013) As moléculas de nanoputians lembram figuras humanas e foram criadas para estimular o interesse de jovens na compreensão da linguagem expressa em fórmulas estruturais, muito usadas em química orgânica. U m e x e m p l o é o N a n o K i d , representado na figura: 127 Introdução à Química Orgânica CHANTEAU, S. H. TOUR. J.M. The Journal of Organic Chemistry, v. 68, n. 23. 2003 (adaptado). Em que parte do corpo do NanoKid existe carbono quaternário? a) Mãos. b) Cabeça. c) Tórax. d) Abdômen. e) Pés. Questão 10 - (FCM MG/) A cafeína, um estimulante bastante comum no café, chá, guaraná etc., tem a seguinte fórmula estrutural: Podemos afirmar corretamente que a fórmula molecular da cafeína é: a) C5H9N4O2 b) C6H10N4O2 c) C6H9N4O2 d) C3H9N4O2 e) C8H10N4O2 Questão 11 - (UEA AM/2017) Em uma cadeia carbônica, um átomo de carbono é considerado quaternário quando está ligado diretamente a quatro a) funções orgânicasdiferentes. b) outros átomos de carbono. c) átomos de hidrogênio. d) pares de elétrons. e) íons positivos. Questão 12 - (FAMERP SP/2016) Considere a liotironina, um hormônio produzido pela glândula tireoide, também conhecido como T3. A molécula da liotironina apresenta 128 Introdução à Química Orgânica a) átomo de carbono assimétrico. b) cadeia carbônica homogênea. c) cadeia carbônica alifática. d) dois heterociclos. e) quatro átomos de hidrogênio. Questão 13 - (UERN/2014) “A morfina é uma substância narcótica e sintética (produzida em laboratório), derivada do ópio retirado do leite da papoula. Com uma grande utilidade na medicina, a morfina é usada como analgésico em casos extremos, como traumas, partos, dores pós-operativas, graves queimaduras etc.” (Disponível em: http://www.mundoeducacao.com/ drogas/morfina.htm.) Com relação à morfina, é correto afirmar que a) possui 4 carbonos secundários. b) não possui carbono quartenário. c) s u a f ó r m u l a m o l e c u l a r é C17H19NO3. d) possui 5 carbonos com hibridação sp2. Questão 14 - (FM Petrópolis RJ/2013) A anemia falciforme é uma doença provocada por uma mutação no cromossomo 11. Caracteriza-se pela substituição de um ácido glutâmico por uma valina em uma das cadeias q u e co m p õ e m a m o l é c u l a d e hemoglobina. Essa alteração provoca a mudança da forma das hemácias fazendo com que elas apresentem uma estrutura em forma de foice, o que gera graves dificuldades para a sua circulação pelos vasos sanguíneos. Abaixo, estão as estruturas químicas do ácido glutâmico e da valina. a) Quantos carbonos primários, secundários e terciários existem na estrutura do ácido glutâmico e da valina? b) Qual é a função da molécula de h e m o g l o b i n a p re s e n te n a s hemácias? 129 Introdução à Química Orgânica Questão 15 - (UFRN/2008) P ro d u t o s a g r í c o l a s s ã o m u i t o importantes em uma dieta alimentar. O tomate, por exemplo, é fonte de vitaminas e contém licopeno – de ação antioxidante –, cuja estrutura é: a) Apresente quatro classificações da cadeia carbônica do licopeno. b) Qual o tipo de hibridização dos carbonos (a e b) indicados na figura? Justifique sua resposta baseando-se no número e no tipo de l igações formadas nesses carbonos. GABARITO: 1) Gab: C 2) Gab: A 3) Gab: D 4) Gab: C 5) Gab: B 6) Gab: B 7) Gab: E 8) Gab: C 9) Gab: A 10) Gab: E 11) Gab: B 12) Gab: A 13) Gab: C 14) Gab: a) ácido glutâmico: 2 primários e 3 secundários; valina: 3 primários, 1 secundário e 1 terciários. b) interargir com moléculas dos gases oxigênio e gás carbônico, efetuando assim, o transporte de gases. 15) Gab: a) cadeia aberta, alifática ou acíclica; ramificada; insaturada e homogênea. b) Ca possui hibridização sp3 porque apresenta 4 ligações sigmas (ou 4 ligações simples). Cb possui hibridação sp2 porque apresenta 3 ligações sigmas (ou 3 ligações simples) e 1 ligação pi (ou 1 ligação dupla). 130 131 Hidrocarbonetos 1 FUNÇÕES ORGÂNICAS Diversas propriedades fisico-químicas de compostos orgânicos, como por exemplo solubi l idade, reat iv idade, ac idez e b a s i c i d a d e , e s t ã o m u i t a s v e z e s relacionadas a grupos substituintes existentes em suas estruturas químicas. Dessa forma, substâncias que apresentem grupos substituintes específicos, os chamados grupos funcionais, apresentarão características similares entre si. Função orgânica é definida, portanto, como um grupo de compostos orgânicos que apresentam similaridade fisico-química devido à presença de um grupo funcional em comum. Neste e nos próximos capítulos daremos ênfase ao estudo das diferentes funções orgânicas e suas principais características fisico-químicas. 2 HIDROCARBONETOS Apesar de alguns livros apresentarem os hidrocarbonetos como uma grande função orgânica, na verdade esta classe de compostos orgânicos abrange quatro funções orgânicas distintas. Devemos nos atentar, portanto, que os hidrocarbonetos NÃO correspondem a uma função orgânica, e sim a uma classe de compostos que abrange quatro funções orgânicas: os alcanos, os alcenos, os alcinos e os arenos. Por terem sido agrupados em uma única classe, os diferentes hidrocarbonetos apresentam algumas semelhanças fisico- químicas entre seus integrantes. Dentre as pr incipais caracter íst icas podemos destacar: a) Os hidrocarbonetos são formados exclusivamente por átomos de carbono (C) e de hidrogênio (H). b) C o m o a d i f e r e n ç a d e eletronegatividade entre átomos de carbono é zero, e entre átomos de carbono e hidrogênio é muito pequena, considera-se que todas as l i g a ç õ e s c o v a l e n t e s e m h idrocarbonetos apresentam caráter fortemente apolar. Dessa forma, os hidrocarbonetos são APOLARES. c) Como consequência da baixa polaridade de hidrocarbonetos, estes apresentam baix íss ima solubi l idade em água, sendo classificados como hidrofóbicos, lipofílicos, ou ainda lipossolúveis. 2.1 ALCANOS Os alcanos, conhecidos também como parafinas, são hidrocarbonetos alifáticos (ou seja, não aromáticos) que apresentam somente l igações simples em suas estruturas. Dessa forma, dentre as principais características, os alcanos se destacam por: a) Apresentarem somente átomos de carbono sp3. b) Serem pouco reativos: parafina = sem afinidade. c) S e r e m s a t u r a d o s , o u s e j a , apresentam o maior número possível de átomos de hidrogênio em relação ao de carbono. d) Apresentarem fórmula molecular CnH2n+2. Exemplo: Qual a fórmula molecular do 5- etil-4-isopropil-3metileptano? N ã o p re c i s a m o s co n t a r to d o s o s hidrogênios e correr risco de esquecer algum na contagem. Somente contamos o número de carbonos e aplicamos à fórmula CnH2n+2. O composto apresenta 13 C. Logo, C13H28 Atenção: os cicloalcanos, ou ciclanos – alcanos que apresentam cadeia alicíclica – vão ter fórmula molecular diferenciada de acordo com o número de ciclos. A fórmula 132 Hidrocarbonetos geral é CnH2n+2-2X em que X equivale ao número de ciclos. Portanto: 2.2 ALCENOS OU ALQUENOS Os alcenos também são hidrocarbonetos alifáticos, e se diferenciam dos alcanos pois apresentam ao menos uma dupla ligação C=C em sua estrutura. Podem ser c h a m a d o s d e o l e fi n a s . P o r t a n t o , caracterizam-se por: a) Apresentarem ao menos um par de carbonos com hibridização sp2. b) Serem mais reativos que alcanos, devido à presença da ligação Pi. c) Apresentarem fórmula molecular g e r a l C n H 2 n + 2 - 2 X e m q u e X corresponde ao número de duplas E ciclos. Exemplo: Quais as fórmulas moleculares dos alcenos abaixo? 2.3 ALCINOS OU ALQUINOS Os alcinos são hidrocarbonetos alifáticos que apresentam ao menos uma ligação tripla C≡C em sua estrutura. Podem ser chamados de acetilenos. Portanto, os alcinos caracterizam-se por: a) Apresentarem ao menos um par de carbonos com hibridização sp. b) Serem menos reativos que alcenos e mais reativos que alcanos. Ou seja, a escala de reatividade relativa é: alceno > alcino > alcano c) Apresentam fórmula molecular g e r a l C n H 2 n + 2 - 4 Y e m q u e Y corresponde ao número de triplas. E x e m p l o : Q u a i s a s f ó r m u l a s moleculares dos alcenos abaixo? Observação: devemos nos atentar ao comprimento relativo dos diferentes tipos de ligação entre átomos de carbono. 2.4 ARENOS Muitos não estão familiarizados com a função orgânica “Areno” por conhecerem o nome mais usual desta função, os aromáticos. O principal integrante desta função é o benzeno, porém existem diversos outros anéis aromáticos já conhecidos. Para que um composto seja Total de C: 6 No de ciclos: 1 Fórmula: C6H12 Total de C: 8 No de ciclos: 2 Fórmula: C8H14 Total de C: 11 No de ciclos: 2 Fórmula: C11H20Total de C: 8 No de ciclos e duplas: 2 Fórmula: C8H14 Total de C: 6 No de ciclos e duplas: 3 Fórmula: C6H8 Total de C: 6 No de triplas: 1 Fórmula: C6H10 Total de C: 6 No de triplas: 2 Fórmula: C6H6 mais longa mais curta C C C C C C> > σ σ π σ π π 133 Hidrocarbonetos classificado como aromático existem 4 regras a serem respeitadas: a) O composto deve ser cíclico, podendo apresentar cadeia cíclica ou mista. b) A parte cíclica do composto deve ser plana, ou seja, todos os átomos d o c i c l o d eve m a p re s e n t a r hibridização sp2 (geometria trigonal plana). c) Todos os elétrons Pi do ciclo devem estar conjugados, ou seja, em ressonância. d) O número de elétrons Pi deve seguir a regra de Hückel 4n+2=no e- π ꓯ n Є N (números naturais) Exemplos: Todas as estruturas abaixo apresentam anéis planos em que todos os elétrons Pi estão conjugados. Determine quem é aromático segundo a regra de Hückel. 2.4.1 NOMENCLATURA DE ARENOS A p r e n d e m o s a t é o m o m e n t o a nomenclatura de compostos orgânicos que apresentavam cadeia principal alifática. Veremos como dar nomes às substâncias orgânicas quando a cadeia principal for um anel aromático. a) NÃO SUBSTITUÍDOS b) MONOSSUBSTITUÍDOS Benzeno no e- π: 6 4n+2=6 n=1 é aromático Naftaleno no e- π: 10 4n+2=10 n=2 é aromático Piridina no e- π: 6 4n+2=6 n=1 é aromático Pirrol no e- π: 6 4n+2=6 n=1 é aromático N H N Furano no e- π: 6 4n+2=6 n=1 é aromático Imidazol no e- π: 6 4n+2=6 n=1 é aromático Ciclobutadieno no e- π: 4 4n+2=4 n=1/2 não é aromático O N N H benzeno naftaleno antraceno tolueno ou metilbenzeno vinilbenzeno ou estireno 134 Hidrocarbonetos c) DISSUBSTITUÍDOS A nomenclatura de derivados benzênicos dissubstituídos pode seguir a regra IUPAC para numeração dos grupos substituintes ou a numeração pode ser substituída por um prefixo de posição, como apresentado na tabela abaixo: Exemplos: d) TRISSUBSTITUÍDOS 3 ESTABILIDADE DO ANEL BENZÊNICO O composto mais simples dessa família é o benzeno de fórmula C6H6. No anel benzênico, as seis ligações carbono-carbono apresentam o mesmo comprimento (140pm). Essa distância é intermediária entre uma ligação simples C- C (~153 pm) e uma ligação dupla C=C (~134pm). Dessa forma, o anel benzênico representa um híbrido de ressonância, em q u e o s s e i s e l é t r o n s π e s t ã o deslocalizados, em contraste com a situação dos alquenos, nos quais os elétrons estão localizados em ligação dupla entre dois carbonos. anilina fenol OH NH2 Posição dos substituintes Prefixo 1,2 orto ou o 1,3 meta ou m 1,4 para ou p 1 2 3 4 1,2-dimetilbenzeno 2-metiltolueno o-dimetilbenzeno o-metiltolueno o-xileno 1,3-dimetilbenzeno 3-metiltolueno m-dimetilbenzeno m-metiltolueno m-xileno 1,4-dimetilbenzeno 4-metiltolueno p-dimetilbenzeno p-metiltolueno p-xileno 1-etil-2- isopropilbenzeno orto- etilisopropilbenzeno obs: em caso de empate na numeração, considera- se a ordem alfabética. 3-etil-1-isopropil-2- metilbenzeno obs: deve-se usar a m e n o r n u m e r a ç ã o possível (seção 1.3, capítulo 2) 135 Hidrocarbonetos Nenhuma das estruturas contribuintes de ressonância representa verdadeiramente a estrutura do benzeno. A estrutura verdadeira – híbrido de ressonância – é d a d a p o r u m a m é d i a d o s d o i s contribuintes de ressonância. A seguinte analogia i lustra a d i f e re n ç a e n t re co n t r i b u i n te s d e ressonância e híbrido de ressonância. O rinoceronte poderia ser resultado do cruzamento entre um unicórnio e um dragão. Entretanto, o unicórnio e o dragão não existem realmente, portanto, são contribuintes de ressonância. Como o rinoceronte é real, ele seria um híbrido de ressonância. As ligações do benzeno são representadas da seguinte forma: Ligações σ carbono- carbono e carbono - hidrogênio O orbital p em cada carbono do benzeno pode se sobrepor com dois orbitais p adjacentes. Nuvens de elétrons acima e abaixo do plano do anel de benzeno Essa última representação demonstra que os seis elétrons π estão deslocalizados – eles vagam livremente dentro das nuvens eletrônicas que existem acima e abaixo do anel de átomos de carbono. 4 PRINCIPAIS HIDROCARBONETOS a) Gás natural O Gás natural corresponde ao gás metano (CH4), que é incolor e inodoro que pode ser obtido a partir da extração de jazidas marítimas de petróleo, minas de carvão mineral ou da decomposição de matéria orgânica em aterros sanitários (denominado biogás). Também é um subproduto da digestão de herbívoros e pode ser lançado na atmosfera devido à atividade vulcânica. Pode ser utilizado como combustível de automóveis e até de termelétricas. b) GLP (gás liquefeito de petróleo) O GLP é formado principalmente pelos gases butano (C4H10) e propano (C3H8) e são utilizados como combustíveis em cozinhas domésticas e industriais. São incolores e inodoros, e, exatamente por esse motivo, são adicionadas mercaptanas voláteis – compostos orgânicos que apresentam grupo funcional (R-SH) – que, devido ao seu forte odor, ajudam a identificar algum vazamento. c) Gasolina A gasolina é um combustível líquido largamente ut i l izados em veículos automotores e é constituída basicamente por uma mistura de dois hidrocarbonetos principais: heptano (C7H16) e isoctano (2,2,3-trimetilpentano, C8H18). Quanto maior a porcentagem de isoctano, maior a octanagem e melhor a qualidade do combustível. d) Etileno O etileno ou eteno (C2H4) é um gás incolor e inodoro que já foi muito utilizado como gás anestésico. É produzido por 136 Hidrocarbonetos plantas, e é um hormônio vegetal que tem papel no amadurecimento de frutos. e) Acetileno O acetileno ou etino (C2H2) é um gás inco lo r e i nodoro u t i l i zado como combustível de maçaricos, pois suas chamas atingem temperaturas superiores a 3000 oC . O acet i l eno é u t i l i zado industrialmente como mimético hormonal do etileno, apresentando atividade similar ao hormônio vegetal no amadurecimento de frutos. f) Benzeno O benzeno (C6H6) é um líquido incolor e com odor bastante agradável (foi a primeira substância identificada do grupo dos aromáticos) e ainda é utilizado em alguns processos como solvente apolar. Devido sua alta toxicidade e elevado potencial carcinogênico, vem sendo substituído por outros solventes, como tolueno e éter de petróleo (mistura de alcanos de 5 e 6 carbonos). g) Tolueno O tolueno (metilbenzeno) é um líquido incolor com um odor característico. Ocorre na forma natural no petróleo e na árvore tolú. Também é produzido durante a manufatura da gasolina e de outros combustíveis a partir do petróleo cru e na manufatura do coque a partir do carvão. É u s a d o c o m o a n t i d e t o n a n t e d e combustíveis e solvente para tintas. Está presente em cola de sapateiro. h) Naftaleno ou naftalina É vendida com o nome de naftalina sendo um hidrocarboneto aromático formado por dois anéis benzênicos condensados de fórmula molecular C10H8. Trata-se de uma substância sólida cristalina a temperatura ambiente, de cor branca, odor muito forte, solúvel em água, infl amável e tóxica. Uma das principais formas de obtenção do naftaleno é a partir da destilação do alcatrão de hulha (um tipo de carvão mineral, também conhecido como carvão de pedra). A naftalina é caracterizada, principalmente, pela sua capacidade de sublimação, que é a passagem direta do estado sólido para o gasoso, sem passar pelo estado líquido. Sob a forma de gás, a substância produz um vapor tóxico, e, devido a essa propriedade, é há muito tempo utilizada como repelente de traças e baratas. No comércio, é encontrada sob a forma de bolinhas de naftalina, que são colocadas em armários e gavetas
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