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É raro encontrarmos substâncias puras na natureza. Comumente, encontramos substâncias impuras, que são misturas de uma substância principal e outras que constituem a sua impureza. Aos processos de separação de misturas, damos o nome de análise imediata. SEPARAÇÃO DAS MISTURAS HETEROGÊNEAS CUJAS FASES SÃO TODAS SÓLIDAS Catação Separa uma mistura entre dois sólidos que possuem grãos diferentes em relação ao tamanho, à cor ou ao formato. Os fragmentos de um dos sólidos são “catados” com a mão ou com uma pinça. Exemplos: Arroz e feijão; cristais de isômeros dextrogiros e levogiros. Ventilação A fase menos densa é separada por uma corrente de ar. Exemplo: Separação dos grãos de arroz da casca nas máquinas de beneficiamento. Levigação A fase mais leve é separada e arrastada por uma corrente de água. Exemplo: Separação de areia do ouro: a areia é arrastada pela corrente de água. Flutuação Utiliza-se um líquido, normalmente a água, como elemento de separação de dois sólidos em que um deles possui densidade menor que a desse líquido. Isso faz com que o sólido menos denso fique sobrenadando. Vale lembrar que esses sólidos não podem ser solúveis nesse líquido. Esse método também é denominado sedimentação fracionada. Exemplos: Separação da serragem da areia e do alpiste da areia pela água. Água Serragem + areia Serragem Areia Água Separação de sólidos por flutuação. Dissolução fracionada ou extração por solvente Introduz-se a mistura em um líquido que dissolva somente um dos componentes: o componente insolúvel é separado da solução por filtração. Por evaporação ou por destilação da solução, separa-se o componente dissolvido do respectivo líquido. Exemplo: Separação de sal e areia pela água. Areia Sal + areia Sal + areia Água Solução de água + sal Areia Solução de água e sal Destilação Água destilada Filtração Sal Separação de sólidos por dissolução fracionada. MÓDULO 13 FRENTE A 3Bernoulli Sistema de Ensino QUÍMICA Análise Imediata Fusão fracionada Separa ligas metálicas, como ouro e prata de uma aliança, e quaisquer misturas entre sólidos. Levando a mistura a alto aquecimento, o componente que possuir o menor ponto de fusão “derreterá” primeiro. Exemplo: Separação de areia + enxofre. Entornando o béquer Areia (sólida) Areia (sólida) Enxofre Aquecimento Enxofre + areia Enxofre líquido (fundido) Separação de sólidos por fusão fracionada. Cristalização fracionada ou evaporação Método natural utilizado para a separação de uma mistura homogênea ou heterogênea de um sólido e um líquido ou entre dois sólidos, neste caso, com a adição de um solvente apropriado. Espontaneamente, com o passar do tempo, o líquido (ou solvente) evapora, restando o sólido. Na separação de dois sólidos, os componentes se cristalizam separadamente, à medida que vão sendo atingidos seus limites de solubilidade (coeficientes de solubilidade). Exemplo: Obtenção de sais a partir da água do mar. Peneiração ou tamisação É o método utilizado para separar misturas de sólidos em que o tamanho dos grãos é diferente. Exemplo: Separação de areia fina das pedras. Separação magnética Ocorre quando um dos componentes da mistura possui propriedade magnética, podendo ser atraído por um ímã. Exemplo: Separação da mistura limalha de ferro + pó de enxofre. Ímã Ímã Limalha de ferro + pó de enxofre Pó de enxofre Limalha de ferro Separação magnética. Sublimação Processo usado quando um dos sólidos sofre sublimação. Por aquecimento da mistura, o componente que sublima se separa, no estado de vapor e, em seguida, se cristaliza. Exemplo: Purificação do iodo e da naftalina. SEPARAÇÃO DAS FASES DE OUTRAS MISTURAS HETEROGÊNEAS Filtração Processo de separação da mistura de um sólido e um líquido em que o sólido ficará retido no papel de filtro. A filtração também pode ocorrer em uma mistura sólido-gás e, neste caso, a separação é feita sempre por sucção do gás. Exemplos: Filtração da mistura água e areia e do ar no aspirador de pó. Filtração comum ou por gravidade É um processo lento e recomendado quando o sólido possui grãos de tamanho médio e grande. A filtração da mistura sólido-líquido é feita comumente em laboratório por meio de papel de filtro adaptado em funil. Exemplo: Filtração da mistura água e pó de café no coador. (2)(1) (5)(4) (3) 5 mm Filtração comum com papel de filtro. Filtração a vácuo Processo rápido realizado quando os grãos do sólido são muito pequenos. É obtido por sucção. Na filtração a vácuo de uma mistura sólido-líquido, usa-se um funil de Büchner – funil de porcelana que tem fundo chato, perfurado, sobre o qual se coloca o papel de filtro. A sucção do ar é comumente feita com trompa de água. A filtração a vácuo é também chamada filtração com sucção ou, ainda, filtração a pressão reduzida. Frente A Módulo 13 4 Coleção 6V Exemplo: Filtração a vácuo na purificação de uma amostra de ácido benzoico por recristalização. Funil de Büchner Trompa- -d’água Água ÁguaKitassatoFunil de Büchner Filtração a vácuo. Decantação Baseia-se no repouso de uma mistura heterogênea em que a substância menos densa se localiza sobre a substância mais densa. Agitando-se uma mistura de água e enxofre em pó, por exemplo, obtemos, inicialmente, uma suspensão de enxofre em água. Deixando-se essa mistura em repouso, depois de algum tempo, há uma sedimentação do enxofre sólido, separando-se, assim, da água. Repouso Água Enxofre Suspensão de enxofre em água Sedimentação ou decantação Decantação de uma mistura sólido + líquido. Exemplo: Em uma mistura de água e areia, após o repouso, a água ficará na superfície, enquanto a areia irá se depositar no fundo do recipiente. Para isolarmos os dois componentes da mistura, devemos utilizar uma mangueira que, por sucção, retirará o líquido. Esse processo é denominado sifonação. Líquido A Líquido B Líquido A Sifonação Líquido + sólido Sifonação Sifonação. Quando a decantação for utilizada para separar dois líquidos que não se dissolvem (imiscíveis), devemos colocar a mistura em um aparelho especial cujo nome é funil de bromo ou funil de decantação. Consiste em um balão com uma torneira na sua parte inferior, que permite o escoamento do líquido que constitui a fase mais densa. Exemplo: Água e óleo. Óleo: menos denso Água: mais densa Torneira Decantação com funil de bromo. Em uma mistura sólido-gás, a decantação pode ser feita em câmara de poeira ou chicana, equipamento usado industrialmente. Gás Gás + sólido Sólido sedimentado Decantação de uma mistura sólido + gás. Floculação Método de separação de mistura que se baseia na adição de agente floculante, como A2(SO4)3 (sulfato de alumínio) em meio básico ou FeC3 (cloreto férrico). Esses agentes floculantes formam partículas em suspensão, que aglutinam as impurezas sólidas formando pequenos flóculos mais densos do que a fase líquida, os quais decantarão lentamente. Exemplos: Nas estações de tratamento de água e na limpeza de piscinas. Flotação A flotação é uma maneira de separar misturas cujas partículas, muito pequenas, se encontram dispersas no líquido. Nesse processo, introduz-se no sistema uma substância que irá adsorver essas partículas, formando um aglutinado (floculação). Depois, é injetado ar nessa mistura e, com isso, verifica-se que os aglutinados se aderem às bolhas, formando uma espuma, que, posteriormente, será removida, promovendo a separação. Exemplos: No tratamento de esgoto e na mineração, para separar os minérios de suas impurezas. Q U ÍM IC A 5Bernoulli Sistema de Ensino Análise Imediata Centrifugação A decantação, vista anteriormente, é um processo lento, pois depende da ação da gravidade sobre as partículas. Porém, se imprimirmos às partículas dispersas uma aceleração bem maior, a deposição do sólido será mais rápida. Esse tipo de deposição pode ser obtido por meio de um centrifugador. Sólido + líquido Sólido + líquidoido fórmico, of ic ia lmente conhecido como ácido metanoico, de fórmula CH2O2, é o responsável pela irritação causada na pele humana provocada pela picada das formigas. Qual das substâncias a seguir poderia ser aplicada na pele a fim de atenuar esse efeito irritante? A) Mg(OH)2 B) C2H5OH C) NH4Cl D) H3PO4 E) H2SO4 04. (Mackenzie-SP) Para desentupir um cano de cozinha e para combater a acidez estomacal, necessita-se, respectivamente, de uma base forte e solúvel e de uma base fraca e parcialmente solúvel. Consultando a tabela a seguir, conclui-se que as fórmulas dessas bases podem ser: Força e solubilidade de bases em água Bases dos metais alcalinos Fortes e solúveis Bases dos metais alcalino- -terrosos Fortes e parcialmente solúveis, exceto a de magnésio, que é fraca Demais bases Fracas e praticamente insolúveis A) Ba(OH)2 e Fe(OH)3. B) Al(OH)3 e NaOH. C) KOH e Ba(OH)2. D) Cu(OH)2 e Mg(OH)3. E) NaOH e Mg(OH)2. 05. (UEPG-PR) Com relação às bases relacionadas a seguir, assinale o que for correto. I. NaOH II. NH4OH III. Mg(OH)2 IV. Cu(OH)2 01. I é uma base de metal alcalino considerada forte. 02. III e IV são bases consideradas insolúveis em água. 04. I e II são denominadas de monobases. 08. A equação Mg(OH)2 → Mg2+ + 2OH– representa corretamente a dissociação da base III. Soma ( ) 06. (FASEH-MG) A fenolftaleína é um indicador usado para caracterizar materiais em termos de seu comportamento ácido, básico ou neutro. A fenolftaleína, em pH acima de 9, apresenta coloração vermelha, enquanto, em pH abaixo desse valor, é incolor. Considerando essas informações, é correto afirmar A) que a adição de fenolftaleína a uma solução concentrada de ácido clorídrico, HCl, deixa o meio incolor. B) que a adição de fenolftaleína a uma solução contendo uma gota de hidróxido de sódio 0,01 mol/L em 1 000 litros de água torna o meio rosa. C) que, para caracterizar materiais ácidos, básicos e neutros, devemos usar a fenolftaleína. D) que uma solução incolor na presença de fenolftaleína é considerada ácida e apresentará pH menor que 7. Frente A Módulo 15 26 Coleção 6V 07. (Mackenzie-SP) O suco gástrico necessário à digestão contém ácido clorídrico que, em excesso, pode provocar “dor de estômago”. Neutraliza-se esse ácido, sem risco, ingerindo-se A) solução aquosa de base forte (NaOH). B) solução aquosa de cloreto de sódio. C) suspensão de base fraca (Al(OH)3). D) somente água. E) solução concentrada de ácido sulfúrico. 08. (Fatec-SP) Leia atentamente a seguinte notícia publicada em jornal. Alunos tomam soda cáustica durante aula e passam mal Dezesseis alunos de uma escola particular de Sorocaba, interior de São Paulo, foram internados após tomarem soda cáustica durante uma aula de química. Os alunos participavam de um exercício chamado “teste do sabor”: já haviam provado limão, vinagre e leite de magnésia e insistiram em provar a soda cáustica, produto utilizado na limpeza doméstica. Em pouco tempo, os alunos já começaram a sentir os primeiros sintomas: ardência na língua e no estômago, e foram encaminhados ao Hospital Modelo da cidade. DIÁRIO DO GRANDE ABC ONLINE, 19 set. 2005 (Adaptação). Sobre essa notícia, foram feitas as seguintes afirmações: I. Os produtos ingeridos pelos alunos (limão, vinagre, leite de magnésia e soda cáustica) são todos ácidos e, por isso, corrosivos. II. Tanto o leite de magnésia como a soda cáustica são compostos alcalinos. III. A soda cáustica (NaOH) é uma base forte; o leite de magnésia (suspensão de Mg(OH)2) é uma base fraca. Isso ajuda a entender por que o leite de magnésia pode ser ingerido, mas a soda cáustica não. Dessas afirmações, A) apenas I é correta. B) apenas II é correta. C) apenas III é correta. D) II e III são corretas. E) I e III são corretas. EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. (Unisa-SP) O papel de tornassol, vermelho e umedecido, torna-se azul quando em contato com vapores de A) iodo. B) tetróxido de dinitrogênio. C) cloreto de hidrogênio. D) cloro. E) amônia. 02. (FUVEST-SP) A respiração de um astronauta numa nave espacial causa o aumento da concentração de dióxido de carbono na cabine. O dióxido de carbono é continuamente eliminado através da reação química com reagente apropriado. Qual dos reagentes a seguir é o mais indicado para retirar o dióxido de carbono da atmosfera da cabine? A) Ácido sulfúrico concentrado B) Hidróxido de lítio C) Ácido acético concentrado D) Água destilada E) Fenol 03. (FEI-SP) O leite de magnésia é o resultado da mistura de sulfato de magnésio com hidróxido de sódio e água destilada, aquecida ao fogo e submetida a várias lavagens. É usado como antiácido e laxante. No combate à acidez estomacal, o leite de magnésia reage produzindo A) MgSO4. B) Na2SO4. C) NaCl. D) Mg(OH)2. E) MgCl2. 04. (Mackenzie-SP) Na reação entre os gases N2 e H2, obtém-se unicamente gás amônia. A solução aquosa de amônia recebe o nome de amoníaco (hidróxido de amônio), que é o componente ativo de produtos de limpeza usados para remoção de gorduras. A partir dessas informações, considere as afirmações a seguir: I. O hidróxido de amônio tem fórmula NH3. II. Na formação do gás amônia, a reação ocorrida é de síntese. III. O amoníaco tem fórmula NH4OH. IV. A amônia tem fórmula NH4OH. V. O cheiro irritante e forte que se sente quando se usa amoníaco é proveniente do gás nitrogênio. Estão corretas somente A) I e IV. B) II e V. C) II e III. D) I e II. E) III e V. Q U ÍM IC A 27Bernoulli Sistema de Ensino Bases de Arrhenius 05. (ACAFE-SC) Com relação à química do cotidiano, é correto afirmar, exceto A) A cal viva utilizada na construção civil, após a reação com água, produz hidróxido de cálcio (cal apagada). B) O ácido muriático (ácido clorídrico de alta pureza) é utilizado na limpeza de pisos, paredes e superfícies metálicas antes do processo de soldagem. C) O ácido acético (ácido etanoico) está presente no vinagre. D) O hidróxido de alumínio pode ser usado na indústria farmacêutica como antiácido estomacal. 06. (CMMG) Considere o esquema que mostra as reações entre iguais volumes, na mesma temperatura, de soluções aquosas de iguais concentrações, em mol/L, e as respectivas soluções produzidas. + + Reação I Reação II KOH Solução ACH3COOH NaOH Solução BHC Em relação às reações que ocorrem, assinale a alternativa incorreta. A) As reações ocorrem produzindo água. B) As reações que ocorrem são rápidas. C) As reações que ocorrem são de neutralização. D) As reações ocorrem produzindo o mesmo efeito térmico. 07. (UFMG) Na embalagem de um produto usado para desentupir pias e ralos, à base de soda cáustica (hidróxido de sódio – NaOH), são encontradas, entre outras, as instruções: “CUIDADO: Em caso de contato, lavar imediatamente os olhos ou a pele com água em abundância durante quinze minutos. Se ingerido, não provocar vômito. Dar grande quantidade de água e também vinagre diluído em um copo de água. A seguir, dar uma colher de óleo comestível.” “Não reaproveitar a embalagem vazia. Lavar a colher utilizada como medida com bastante água corrente antes de reutilizá-la. Não adicionar água à embalagem com o produto.” O quadro a seguir relaciona algumas dessas instruções com as justificativas para o uso desses procedimentos com base nas propriedades da soda cáustica e das outras espécies envolvidas. Assinale a alternativa que contém uma justificativa incorreta para a instrução relacionada. Instrução Justificativa A) Dar vinagre diluído em um copo de água. O vinagre diluído neutraliza a soda cáustica através de reação ácido-base. B) Lavar a colher utilizada como medida com bastante água corrente antes de reutilizá-la. A utilização de grande quantidade de água se deve ao fato de a soda cáustica ser insolúvel na água. C) Não adicionar água à embalagem com o produto. A adiçãode água à embalagem com produto provoca forte aquecimento. D) Não reaproveitar a embalagem vazia. A embalagem pode estar contaminada com resíduos de soda cáustica. 08. (PUC Minas) O “nudibrânquio” é um tipo de molusco marinho capaz de liberar ácido sulfúrico para se defender de predadores. Das substâncias relacionadas a seguir, assinale a que não é capaz de neutralizar completamente esse ácido. A) Soda caústica B) Cal virgem C) Bicarbonato de sódio D) Vinagre Frente A Módulo 15 28 Coleção 6V 09. (UFRJ) O vinhoto é um resíduo aquoso subproduto do processo de produção de álcool a partir do l icor de fermentação da cana-de-açúcar. Rico em potássio e fósforo, mas pobre em nitrogênio, o vinhoto vem sendo utilizado como fertilizante em plantações de cana-de-açúcar. Para tornar o vinhoto um fertilizante melhor, propõe-se diminuir a sua acidez e acrescentar nitrogênio. A) Das seguintes substâncias (NaOH, NH4OH, NH4NO3 e NaCl), escolha aquela a ser adicionada à solução de vinhoto para torná-la um melhor fertilizante. Justifique sua escolha. B) Sabendo-se que o vinhoto é ácido, explique por que a solubilidade da amônia em vinhoto é maior do que em água pura. 10. (UFSCar-SP) O reboco das paredes de casas pode ser feito com a aplicação de uma pasta feita de argamassa com água. A argamassa é uma mistura de areia com cal extinta, Ca(OH)2. Nas paredes, a pasta vai endurecendo devido à evaporação da água e subsequente reação do hidróxido de cálcio com o gás carbônico do ar. O reboco seco é constituído de uma mistura rígida de areia e A) Ca3(PO4)2. B) CaSiO3. C) CaSO4. D) Ca(HCO3)2. E) CaCO3. 11. (FUVEST-SP) “Sangue de diabo” é um líquido vermelho que logo se descora ao ser aspergido sobre roupa branca. Para preparar sangue de diabo, adiciona-se fenolftaleína a uma solução de gás NH3 em água. A) Por que o “sangue de diabo” é vermelho? B) Explique por que a cor desaparece. 12. (FUVEST-SP) Verifica-se alteração na cor do chá-mate ao se adicionar gotas de limão. A) Como se explica? B) Como retornar à cor original? Conselho: Não beba o chá ao fim da experiência! SEÇÃO ENEM 01. (Enem–2016) Nos anos 1990, verificou-se que o Rio Potomac, situado no estado norte-americano de Maryland, tinha, em parte de seu curso, águas extremamente ácidas por receber um efluente de uma mina de carvão desativada, o qual continha ácido sulfúrico (H2SO4). Essa água, embora límpida, era desprovida de vida. Alguns quilômetros adiante, instalou-se uma fábrica de papel e celulose que emprega hidróxido de sódio (NaOH) e carbonato de sódio (Na2CO3) em seus processos. Em pouco tempo, observou-se que, a partir do ponto em que a fábrica lança seus rejeitos no rio, a vida aquática voltou a florescer. HARRIS, D. C. Análise química quantitativa. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 2012 (Adaptação). A explicação para o retorno da vida aquática nesse rio é a A) diluição das águas do rio pelo novo efluente lançado nele. B) precipitação do íon sulfato na presença do efluente da nova fábrica. C) biodegradação do ácido sulfúrico em contato com o novo efluente descartado. D) diminuição da acidez das águas do rio pelo efluente da fábrica de papel e celulose. E) volatilização do ácido sulfúrico após contato com o novo efluente introduzido no rio. 02. (Enem) Os tubos de PVC, material organoclorado sintético, são normalmente utilizados como encanamento na construção civil. Ao fim da sua vida útil, uma das formas de descarte desses tubos pode ser a incineração. Nesse processo, libera-se HCl(g), cloreto de hidrogênio, entre outras substâncias. Assim, é necessário um tratamento para evitar o problema da emissão desse poluente. Entre as alternativas possíveis para o tratamento, é apropriado canalizar e borbulhar os gases provenientes da incineração em A) água dura. B) água de cal. C) água salobra. D) água destilada. E) água desmineralizada. Q U ÍM IC A 29Bernoulli Sistema de Ensino Bases de Arrhenius GABARITO Aprendizagem Acertei ______ Errei ______ • • 01. D • • 02. D • • 03. A • • 04. E • • 05. Soma = 15 • • 06. A • • 07. C • • 08. D Propostos Acertei ______ Errei ______ • • 01. E • • 02. B • • 03. E • • 04. C • • 05. B • • 06. D • • 07. B • • 08. D 09. • • A) O NH4OH, pois, das substâncias relacionadas, que contêm nitrogênio apenas ela é básica e pode diminuir a acidez. • • B) Ao solubilizar-se em água, a amônia reage com esta, formando o cátion amônio e o ânion hidroxila em um equilíbrio ácido-base. Com o aumento da concentração de H+, a hidroxila é protonada, favorecendo o consumo de mais amônia quando comparado com a água pura. • • 10. E 11. • • A) Porque a fenolftaleína é um indicador ácido-base que, em meio básico, adquire coloração avermelhada. • • B) A volatilização da amônia faz com que o meio deixe de ser básico, passando a neutro, o que descora a fenolftaleína. 12. • • A) O chá-mate contém substâncias que se comportam como indicadores ácido-base. • • B) Adicionando-se uma substância alcalina. Seção Enem Acertei ______ Errei ______ • • 01. D • • 02. B • • 03. E • • 04. D Meu aproveitamento Total dos meus acertos: __________ de __________ . ______ %______ % Instrução: Leia o texto a seguir para responder às questões 03 e 04. O suco extraído do repolho-roxo pode ser utilizado como indicador do caráter ácido (pH entre 0 e 7) ou básico (pH entre 7 e 14) de diferentes soluções. Misturando-se um pouco de suco de repolho com a solução, a mistura passa a apresentar diferentes cores, segundo sua natureza ácida ou básica, de acordo com a escala a seguir: Cor: pH: Vermelho Rosa Roxo Azul Verde Amarelo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Algumas soluções foram testadas com esse indicador, produzindo os seguintes resultados: Material Cor I. Amoníaco Verde II. Leite de magnésia Azul III. Vinagre Vermelho IV. Leite de vaca Rosa 03. (Enem) De acordo com esses resultados, as soluções I, II, III e IV têm, respectivamente, caráter A) ácido / básico / básico / ácido. B) ácido / básico / ácido / básico. C) básico / ácido / básico / ácido. D) ácido / ácido / básico / básico. E) básico / básico / ácido / ácido. 04. (Enem) Utilizando-se o indicador citado em sucos de abacaxi e de limão, pode-se esperar como resultado as cores A) rosa ou amarelo. B) vermelho ou roxo. C) verde ou vermelho. D) rosa ou vermelho. E) roxo ou azul. Frente A Módulo 15 30 Coleção 6V Sais são compostos iônicos obtidos pela reação de um ácido com uma base (reação de neutralização ou salificação). Exemplo: KOH(aq) + HBr(aq) → KBr(aq) + H2O(l) Base + Ácido → Sal + Água CLASSIFICAÇÃO DOS SAIS De acordo com o tipo de reação de neutralização, podemos classificar os sais em sais normais ou neutros, sais ácidos ou hidrogenossais e sais básicos ou hidroxissais. Sais normais ou neutros São sais obtidos por reações em que a quantidade de H+ do ácido neutralizado é igual à quantidade de OH– da base. Não há resíduo de ácido ou base no composto formado. NaOH + HCl → NaCl + H2O 1OH– + 1H+ → sal neutro + água 2Al(OH)3 + 3H2CO3 → Al2(CO3)3 + 6H2O 6OH– + 6H+ → sal neutro + água Exemplos: Na3PO4, Ca(NO3)2, Ca3(PO4)2 e CaCl2 OBSERVAÇÃO Quando ácidos e bases reagentes são fortes, a equação fundamental da neutralização baseia-se em H+ (aq) + OH– (aq) → H2O(l) Formulação dos sais neutros Os sais neutros são formados por cátions e ânions, sendo o cátion proveniente de uma base e o ânion de um ácido. Na formulação de um sal neutro, temos: By Ax x+ y– Quando as cargas x e y são diferentes, basta fazermos a sua inversão para obter a fórmula do sal. Exemplos: Ba C BaC2 1 2 A 3+ NO3 1– A(NO3)3 1 3 1–2+ Caso as cargas sejam iguais, elas simplesmente se anulam. Exemplos: Ca2+ + SO4 2– → CaSO4 Al 3+ + PO4 3– → AlPO4 Entretanto, existem sais normais que,ao se cristalizarem, retêm em seus retículos cristalinos moléculas de água, denominadas água de hidratação ou água de cristalização. Um exemplo desse tipo de fenômeno é o CuSO4.5H2O, denominado sulfato de cobre pentaidratado, sendo um sal hidratado ou hidrato. Alguns desses sais chegam a absorver a umidade do meio em que estão envolvidos; são os sais higroscópicos. Exemplo: CaCl2(s) Ar úmido� ����� CaCl2.H2O(s) Nomenclatura dos sais neutros A nomenclatura de cada um dos sais neutros deriva do ácido que lhe deu origem, alterando-se apenas o sufixo: Nome do ácido ⇔⇔ Nome do sal ídrico ⇔ eto oso ⇔ ito ico ⇔ ato Caso o elemento forme somente um sal, escreve-se o nome do ânion derivado do ácido, alterando-se o sufixo, seguindo-se da preposição “de” mais o nome do cátion. MÓDULO 16 FRENTE A 31Bernoulli Sistema de Ensino QUÍMICA Sais Exemplos: NaCl ⇒ cloreto de sódio (HCl ⇒ ácido clorídrico) CaSO4 ⇒ sulfato de cálcio (H2SO4 ⇒ ácido sulfúrico) KNO2 ⇒ nitrito de potássio (HNO2 ⇒ ácido nitroso) Caso o elemento forme mais de um sal, temos: maior NOx ⇒ sufixo -ico menor NOx ⇒ sufixo -oso ou o NOx em algarismo romano após o nome do cátion. Exemplos: FeCl2 ⇒ Fe2+ ⇒ cloreto de ferro (II) ou cloreto ferroso. FeCl3 ⇒ Fe3+ ⇒ cloreto de ferro (III) ou cloreto férrico. Para sais hidratados, basta colocarmos os prefixos mono-, di-, tri- e seus derivados antes da palavra hidratado. Exemplos: CaCl2.2H2O ⇒ cloreto de cálcio diidratado. CaCl2.4H2O ⇒ cloreto de cálcio tetraidratado. Sais ácidos ou hidrogenossais Sais ácidos ou hidrogenossais são aqueles obtidos por neutralização parcial em que o número de hidroxilas (OH–) é menor que o número de íons H+. Tais sais possuem um resíduo do ácido após a neutralização, pois nem todos os hidrogênios ionizáveis foram neutralizados. Exemplos: NaOH + H2SO4 → NaHSO4 + H2O 1OH– + 2H+ → Hidrogenossal + Água Ca(OH)2 + H3PO4 → CaHPO4 + 2H2O 2OH– + 3H+ → Hidrogenossal + Água Nomenclatura de sais ácidos A nomenclatura desse tipo de sal pode ser dada de várias formas. Veja os exemplos de NaH2PO4 e Na2HPO4. NaH PO ortofosfato monosódico ortofosfato diácido de sódio di hi 2 4 � ddrogeno ortofosfato de sódio Na HPO ortofosfato disódico � � � � � � 2 4 oortofosfato monoácido de sódio mono hidrogeno ortofosfato de só� � ddio � � � � � Usualmente, os sais ácidos derivados de biácidos recebem o prefixo bi-. Exemplos: NaHCO3 ⇒ bicarbonato de sódio. KHSO4 ⇒ bissulfato de potássio. Ca(HSO3)2 ⇒ bissulfito de cálcio. Sais básicos ou hidroxissais Sais básicos ou hidroxissais são aqueles obtidos por neutralização parcial em que o número de hidroxilas (OH–) é maior que o número de íons H+. Tais sais possuem um resíduo de base após a neutralização, pois nem todas as hidroxilas são neutralizadas. Exemplos: Ba(OH)2 + HCl → Ba(OH)Cl + H2O 2OH– + 1H+ → hidroxissal + água Ca(OH)2 + HNO3 → Ca(OH)NO3 + H2O 2OH– + 1H+ → hidroxissal + água Nomenclatura de sais básicos A nomenclatura desse tipo de sal é semelhante à dos sais ácidos. Tomemos como exemplo o Al(OH)2Cl: A OH C cloreto dibásico de alumínio di hidroxicloreto de alumí l l( )2 � nnio � � � Sais duplos ou mistos Sais duplos ou mistos são aqueles formados por dois cátions ou por dois ânions diferentes. Quando um di, tri ou tetrácido reage com bases diferentes, temos sais duplos em relação ao cátion. Exemplos: LiOH + NaOH + H2SO4 → LiNaSO4 + 2H2O Base 1 + Base 2 + Ácido → Sal duplo + Água 2KOH + NaOH + H3PO4 → K2NaPO4 + 3H2O Base 1 + Base 2 + Ácido → Sal duplo + Água Quando uma di, tri, ou tetrabase reage com ácidos diferentes, temos sais duplos em relação ao ânion. Exemplos: Ba(OH)2 + HCl + HCN → BaClCN + 2H2O Base + Ácido 1 + Ácido 2 → Sal duplo + Água Sn(OH)4 + H2SO4 + 2HNO3 → SnSO4(NO3)2 + 4H2O Base + Ácido 1 + Ácido 2 → Sal duplo + Água Frente A Módulo 16 32 Coleção 6V Nomenclatura de sais duplos A nomenclatura desses sais é simples: LiNaSO4 → sulfato de lítio e sódio. K2NaPO4 → ortofosfato de dipotássio e sódio. BaClCN → cloreto-cianeto de bário. SnSO4(NO3)2 → nitrato-sulfato de estanho (IV) ou nitrato-sulfato estânico. A cristalização de 2 sais na mesma solução, formando o sal duplo, também é possível. Exemplo: K2SO4.Al2(SO4)3.24H2O Caráter ácido de um sal Alguns sais, ao serem dissolvidos em água, reagem com ela originando em solução íons H+ (H3O+). Esses sais são denominados sais de caráter ou de comportamento ácido. Exemplo: CuSO4(s) + H2O(l) → Cu(OH)2(s) + 2H+ (aq) + SO4 2− (aq) Os sais de caráter ácido apresentam • um cátion que origina uma base fraca (Cu2+); • um ânion que origina um ácido forte (SO4 2−). A reação entre o sal e a água é denominada hidrólise salina. Os sais de comportamento ácido reagem com bases formando sais e uma base mais fraca do que a base reagente: CuSO4(s) + 2NaOH(aq) → 2Na+ (aq) + SO4 − (aq) + Cu(OH)2(s) FeCl2(s) + 2Ca(OH)2(aq) → Ca2+ (aq) + 2Cl − (aq) + Fe(OH)2(s) Caráter básico de um sal Alguns sais, ao serem dissolvidos em água, reagem com ela originando em solução íons OH−. Esses sais são denominados sais de caráter ou de comportamento básico. Exemplo: NaCN(s) + H2O(l) → Na+ (aq) + OH− (aq) + HCN(aq) Os sais de caráter básico apresentam • um cátion que origina uma base forte (Na+); • um ânion que origina um ácido fraco (CN−). Os sais de comportamento básico reagem com ácidos formando sais e um ácido mais fraco do que o ácido reagente: NaHCO3(s) + HCl(aq) → Na+ (aq) + Cl − (aq) + H2CO3(aq) Ca(CN)2(s) + H2SO4(aq) → Ca2+ (aq) + SO4 2– (aq) + 2HCN(aq) Caráter neutro de um sal Alguns sais, ao serem dissolvidos em água, não aumentam a concentração de íons H3O+ nem de íons OH− e, portanto, são denominados sais de caráter ou de comportamento neutro. Exemplo: NaCl(s) + H2O(l) → Na+ (aq) + Cl − (aq) Os sais de caráter neutro apresentam • um cátion que origina uma base forte (Na+); • um ânion que origina um ácido forte (Cl −). Os sais de comportamento neutro não reagem com ácidos ou bases: NaCl(s) + HCl(aq) → não há reação CaSO4(s) + 2Ca(OH)2(aq) → não há reação PROPRIEDADES DOS SAIS • Não contêm um radical funcional, pois seus cátions e ânions não são fixos. • São compostos iônicos cristalinos, geralmente sólidos, com altas temperaturas de fusão e de ebulição. • Sofrem dissociação quando interagem com um solvente polar. • Possuem, normalmente, sabor salgado. • A maioria dos sais é solúvel em água. Q U ÍM IC A 33Bernoulli Sistema de Ensino Sais APLICAÇÕES DOS PRINCIPAIS SAIS Cloreto de sódio (NaCl) • Alimentação (sal de cozinha). Por lei, é obrigatória a adição de certa quantidade de iodeto (NaI, KI) ao NaCl destinado à alimentação, uma vez que a falta de iodo no organismo pode acarretar a doença chamada bócio (“papo”). • Na conservação de carnes, de pescados e de peles. • Na obtenção de misturas refrigerantes: a mistura gelo + NaCl(s) pode atingir –22 °C. • Na obtenção de Na, Cl2, H2 e compostos tanto de sódio como de cloro, tais como NaOH, Na2CO3, NaHCO3, HCl, etc. • Na Medicina, é utilizado sob a forma de soro fisiológico (solução aquosa contendo 0,92% de NaCl), no combate à desidratação das pessoas. Nitrato de sódio (NaNO3) • É o salitre do Chile. • Utilizado como fertilizante na agricultura. • Utilizado na fabricação da pólvora (carvão, enxofre, salitre). Carbonato de sódio (Na2CO3) • O produto comercial (impuro) é vendido no comércio com o nome de barrilha ou soda. • Sua maior aplicação é na fabricação do vidro comum. Barrilha + calcário + areia fusão� ���� vidro comum • Fabricação de sabões. Bicarbonato de sódio (NaHCO3) • Antiácido estomacal. Neutraliza o excesso do HCl no suco gástrico. NaHCO3(aq) + HCl(aq) → NaCl(aq) + H2O(aq) + CO2(g) O CO2 liberado é o responsável pelo “arroto”. • Fabricação de “digestivos”, tais como Alka-Seltzer®, Sonrisal®, Sal de Frutas®, etc. Estes contêm NaHCO3(s) e ácidos orgânicos sólidos (ácido tartárico, ácido cítrico e outros). Na presença de água, o NaHCO3reage com os ácidos, liberando CO2(g), que é o responsável pela efervescência. NaHCO3(aq) + H+ (aq) → Na+ (aq) + H2O(l) + CO2(aq) • Fabricação de fermento. O crescimento da massa (pão, bolos, bolachas, etc.) é devido à liberação do CO2 no aquecimento do NaHCO3. 2NaHCO3(s) �� ��� Na2CO3(s) + H2O(l) + CO2(g) O NH4HCO3 é um fermento mais eficiente que o NaHCO3 porque, no aquecimento, libera mais gases (CO2, NH3). NH4HCO3(s) �� ��� NH3(g) + H2O(l) + CO2(g) • Fabricação de extintores de incêndio (extintores de espuma). No extintor, há NaHCO3(s) e H2SO4(aq) em compartimentos separados. Quando o extintor é acionado, o NaHCO3 mistura-se com o H2SO4, com o qual reage, produzindo uma espuma, com liberação de CO2(g). Esses extintores não podem ser usados para apagar o fogo em instalações elétricas porque a espuma é eletrolítica (conduz a corrente elétrica). Fluoreto de sódio (NaF) • Usado na prevenção de cáries dentárias (anticárie). Carbonato de cálcio (CaCO3) • É encontrado na natureza constituindo o calcário e o mármore. • Fabricação de CO2 e da cal viva (CaO), a partir da qual se obtém a cal hidratada. CaCO3(s) �� ��� CaO(s) + CO2(g) Calcário Cal viva CaO(s) + H2O(l) → Ca(OH)2(aq) Cal hidratada • Fabricação do vidro comum (já mencionado). • Fabricação do cimento Portland. Calcário + argila + areia �� ��� cimento Portland • Sob a forma de mármore, é usado em pias, pisos, escadarias, etc. Sulfato de cálcio (CaSO4) • Fabricação do giz usado nas escolas. • O gesso é uma variedade de CaSO4 hidratado, muito usado em ortopedia e construção civil. Sulfato de magnésio (MgSO4) • Emprego medicinal como purgativo (efeito laxativo). Sulfato de bário (BaSO4) • Emprego medicinal como “meio opaco” para realização de radiografia gastrointestinal. Frente A Módulo 16 34 Coleção 6V SOLUBILIDADE DOS SAIS EM ÁGUA Substância Regra geral Exceção Nitratos ⇒ NO3 – Solúveis –– Acetatos ⇒ CH3COO– Solúveis Ag+(*) Cloretos ⇒ Cl – Brometos ⇒ Br– Iodetos ⇒ I– Solúveis Ag+, Hg2 2+ e Pb2+ Fluoretos ⇒ F– Insolúveis Ag+, NH4 + e alcalinos Hidróxido ⇒ OH– Insolúveis Alcalinos, NH4 +, Ca2+(*), Sr2+(*) e Ba2+(*) Sulfetos ⇒ S2– Insolúveis NH4 +, alcalinos e alcalinoterrosos(*) Sulfatos ⇒ SO4 2– Solúveis Ca2+(*), Sr2+(*), Ba2+(*), Pb2+, Ag+(*) e Hg2 2+ Fosfatos ⇒ PO4 3– Carbonatos ⇒ CO3 2– Sulfitos ⇒ SO3 2– Oxalatos ⇒ C2O4 2– Insolúveis NH4 + e alcalinos Compostos de metais alcalinos Compostos de amônio (NH4 +) Solúveis KClO4 (*) = Parcialmente solúvel. NOMENCLATURA DOS ÂNIONS Halogênios Nitrogênio Enxofre Outros F– Fluoreto NO2 – Nitrito S2– Sulfeto H– Hidreto SiO3 2– Metassilicato Cl – Cloreto NO3 – Nitrato SO3 2– Sulfito O2– Óxido SiO4 2– (Orto)silicato Br– Brometo Carbono SO4 2– Sulfato O2 2– Peróxido SnO2 2– Estanito I– Iodeto CN– Cianeto S2O3 2– Tiossulfato OH– Hidróxido SnO3 2– Estanato ClO– Hipoclorito CNO– Cianato S2O8 2– Persulfato CrO4 2– Cromato PbO2 2– Plumbito ClO2 – Clorito CNS– Tiocianato Fósforo Cr2O7 2– Dicromato PbO3 2– Plumbato ClO3 – Clorato H3CCOO– Acetato H2PO2 – Hipofosfito MnO4 – Permanganato AsO3 3– Arsenito ClO4 – Perclorato CO3 2– Carbonato HPO3 2– Fosfito MnO4 2– Manganato AsO4 3– Arseniato BrO– Hipobromito C2O4 2– Oxalato PO4 3– (Orto)fosfato MnO3 2– Manganito SbO3 3– Antimonito BrO3 – Bromato Fe(CN)6 3– Ferricianeto PO3 – Metafosfato AlO2 – Aluminato BO3 3– Borato IO– Hipoiodito Fe(CN)6 4– Ferrocianeto P2O7 4– Pirofosfato ZnO2 2– Zincato SiF6 2– Fluorsilicato IO3 – Iodato IO4 – Periodato Q U ÍM IC A 35Bernoulli Sistema de Ensino Sais EXERCÍCIOS DE APRENDIZAGEM 01. (PUC Minas–2019) As substâncias podem ser classificadas como sais, ácidos, bases e óxidos. Dentre as substâncias seguintes, assinale a que pode ser classificada como sal. A) CO2 B) NaI C) H2SO4 D) MgO 02. (IFSC) A azia é uma sensação de “queimação” no estômago, relacionada à acidez do suco gástrico, e pode ser provocada por alimentação em excesso, alimentação deficiente, estresse, entre outros motivos. Alguns medicamentos indicados para o alívio dos sintomas contêm, normalmente, substâncias como Al (OH)3 e Mg(OH)2. Nesse contexto e com relação a ácidos, bases e reações de neutralização, é correto afirmar que A) as substâncias H2SO4, NaHSO4, H2CO3 e NaHCO3 podem ser classificadas como ácidos conforme a definição de Arrhenius. B) Al(OH)3 e Mg(OH)2 podem ser classificados como sais básicos. C) como produto da neutralização do ácido clorídrico, presente no suco gástrico, por hidróxido de alumínio, ter-se-á uma solução aquosa de AlCl3. D) as bases como o hidróxido de alumínio e o hidróxido de magnésio são substâncias moleculares e, portanto, não se dissolvem bem na água. E) os ácidos formam soluções aquosas não condutoras de eletricidade. 03. (UEPA) A equação química que apresenta um hidroxissal como produto se encontra na alternativa: A) HCl + Ca(OH)2 → Ca(OH)Cl + H2O B) 2HCl + Ca(OH)2 → CaCl2 + 2H2O C) HCl + HBr + Ca(OH)2 → CaClBr + 2H2O D) H3PO4 + Ca(OH)2 → CaHPO4 + 2H2O E) 2H3PO4 + 3Ca(OH)2 → Ca3(PO4)2 + 6H2O 04. (Unesp) Em um estudo sobre extração de enzimas vegetais para uma indústria de alimentos, o professor solicitou que um estudante escolhesse, entre cinco soluções salinas disponíveis no laboratório, aquela que apresentasse o mais baixo valor de pH. Sabendo que todas as soluções disponíveis no laboratório são aquosas e equimolares, o estudante deve escolher a solução A) (NH4)2C2O4. B) K3PO4. C) Na2CO3. D) KNO3. E) (NH4)2SO4. 05. (UFES) A água mineral pode apresentar em sua composição química íons como sódio, magnésio, cálcio, cloreto, sulfato e carbonato. Esses íons podem formar entre si diversos compostos. A única alternativa que apresenta corretamente a fórmula química e o nome de um dos possíveis compostos formados entre os íons citados é: A) NaSO4, sulfato de sódio. B) NaCl2, cloreto de sódio. C) Na2CO3, bicarbonato de sódio. D) MnSO4, sulfato de magnésio. E) CaCl2, cloreto de cálcio. 06. (UFPel-RS) A composição química e as características físico-químicas constantes na tabela a seguir foram retiradas dos rótulos de três marcas comerciais de água mineral gaseificada (com CO2). Composição química (mg.L–1) Amostra 1 Amostra 2 Amostra 3 Cálcio 16,42 9,63 26,4 Sódio 24,00 20,90 34,48 Potássio 1,30 3,27 2,08 Fluoreto 0,06 0,39 0,14 Bicarbonato 114,80 37,73 151,89 Silício 24,09 16,14 – Magnésio 3,66 4,66 10,30 Cloretos 3,35 21,86 28,19 Sulfatos 3,68 2,30 13,85 Nitratos 8,90 34,10 9,65 pH a 25 °C 7,70 5,83 7,25 Resíduo de evaporação a 180 °C 169,09 152,83 239,38 Considerando os íons cloreto, sulfato e nitrato componentes da água mineral, assinale a alternativa que representa corretamente as respectivas fórmulas. A) Cl +, SO3 2– e NO2 – D) Cl –, SO4 2– e NO3 – B) Cl + , S2+ e NO2 + E) Cl –, SO3 2– e NO2 – C) Cl – , S2– e NO3 – Frente A Módulo 16 36 Coleção 6V 08. (PUC RS) Substância Aplicação I KMnO4 Agente bacteriana II NaNO3 Aditivo alimentar III H3BO3 Água boricada IV MgSO4 Ação laxativa V KI Preventivo para evitar bócio VI NaClO Água sanitária VII NH4OH Produtos de limpeza Pela análise da tabela, é incorreto afirmar que a substância A) I é bactericida devido à sua ação oxidante. B) II é um sal proveniente da reação entre uma base fraca e um ácido fraco. C) III é classificada como um ácido fraco. D) V é um sal solúvel em água. E) VII torna rosa a fenolftaleína. EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. (FUVEST-SP) Um elemento metálico M forma um cloreto de fórmula MCl3. A fórmula do seu sulfato é A) M2SO4. C) M2(SO4)3. E) M(SO4)3. B) MSO4. D) M(SO4)2. 02. (Unesp) Quando se reagem 1 mol de hidróxido de potássio com 1 mol de ácido fosfórico e 1 mol da mesma base com 1 mol de ácido sulfúrico, obtêm-se, respectivamente, A) KH2PO4 e KHSO4. B) K2HPO4 e KHSO3. C) K3HPO4 e K2SO3. D) KH2PO3 e K2SO4. E) K2HPO3 e K2SO4. 03. (Unesp) A amônia (NH3)pode ser biologicamente produzida, sendo encontrada em excrementos de seres humanos e de outros animais. Essa substância apresenta caráter alcalino, podendo reagir com outros gases presentes na atmosfera, responsáveis pela chuva ácida. As reações de neutralização dessa base com os ácidos sulfúrico (H2SO4) e nítrico (HNO3) produzem, respectivamente, os sais A) NH3HSO4 e NH3NO3. B) NH3HSO3 e (NH3)2NO2. C) (NH4)2SO3 e NH4NO3. D) (NH4)2SO4 e NH4(NO2)2. E) (NH4)2SO4 e NH4NO3. 04. (UFRGS-RS–2019) Na primeira coluna a seguir, estão relacionadas algumas substâncias químicas; na segunda, características dessas substâncias. Associe adequadamente a primeira coluna à segunda. 1. Cloreto de sódio 2. Ouro 3. Cloro 4. Bromo 5. Hidrogênio ( ) Sólido com alta maleabilidade e brilho metálico ( ) Gás com coloração esverdeada ( ) Gás pouco denso e altamente inflamável ( ) Substância condutora de eletricidade quando fundida A sequência correta de preenchimento dos parênteses, de cima para baixo, é A) 1 – 2 – 3 – 4. B) 1 – 3 – 5 – 2. C) 2 – 3 – 4 – 5. D) 3 – 2 – 4 – 1. E) 2 – 3 – 5 – 1. 05. (PUC-Campinas-SP) Determinados tipos de fermentos químicos, quando umedecidos, liberam gás carbônico pela reação 2NaHCO3 + Ca(H2PO4)2 → Na2HPO4 + CaHPO4 + 2CO2 + 2H2O Os componentes desses fermentos são classificados como A) sais ácidos. B) sais básicos. C) oxiácidos. D) hidrácidos. E) bases inorgânicas. 06. Fertilizantes devem fornecer os elementos necessários aos vegetais sob a forma de compostos solúveis para facilitar a absorção. Assim, para fornecer o elemento fósforo, é mais conveniente utilizar Na3PO4 ou AlPO4? Por quê? 07. (UECE) Associe corretamente a coluna da esquerda com a da direita. I. NaClO II. Na2SO3 III. NaClO2 IV. Na2S2O3 ( ) Tiossulfato de sódio, usado como fixador na revelação de filmes fotográficos. ( ) Hipoclorito de sódio, usado no tratamento da água. ( ) Sul f i to de sódio, usado na conservação de alimentos. ( ) Clorito de sódio, usado como agente oxidante no tratamento de água potável para retirada de gosto e odores. A ordem correta é A) IV, I, II e III. B) II, I, IV e III. C) IV, III, II e I. D) II, III, IV e I. Q U ÍM IC A 37Bernoulli Sistema de Ensino Sais 07. (Unicamp-SP) A irrigação artificial do solo pode ser feita de várias maneiras. A água utilizada para a irrigação é proveniente de lagos ou rios e contém pequenas quantidades de sais dissolvidos. Sabe-se, desde a mais remota antiguidade, que a irrigação artificial intensa pode levar à salinização do solo, tornando-o infértil, principalmente em locais onde há poucas chuvas. Em regiões onde chove regularmente, de modo a não ser necessária a irrigação, a salinização não ocorre. A) Como se pode explicar a salinização do solo? B) Por que a água da chuva não provoca salinização? 08. (UFTM-MG) Entre os elementos essenciais para o organismo humano, dois metais são fundamentais para o transporte de oxigênio: o ferro, que participa diretamente ligado à hemoglobina, e o cobre, que é coadjuvante, atuando na absorção de ferro pelo organismo e na formação de hemoglobina. Os cátions mais estáveis desses metais são Cu2+ e Fe2+. As somas dos coeficientes estequiométricos das reações de neutralização do hidróxido de cobre (II) com ácido ortofosfórico, H3PO4, e do hidróxido de ferro (III) com ácido nítrico, HNO3, são, respectivamente, A) 12 e 8. B) 11 e 6. C) 8 e 12. D) 6 e 11. E) 5 e 7. 09. (CMMG) As fórmulas correspondentes às substâncias ácido fluorídrico, ácido bórico, hidróxido de magnésio, iodeto de cálcio e sulfato ferroso são, nesta ordem, A) HF, HBO3, Mg(OH)2, CaI e FeSO4. B) HF, H3BO3, Mg(OH)2, CaI2 e FeSO4. C) HF2, HBO3, MgOH, Ca2I e Fe2SO4. D) H2F, H3BO3, Mg2(OH), CaIO e Fe2SO4. E) HF, H4B2O5, MgOH, Ca2I e Fe2(SO4)3. 10. (Mackenzie-SP) Utilizada como coagulante do sangue em pequenos cortes (barba ou manicure, por exemplo), a pedra-ume é formada por sulfatos duplos de potássio e alumínio cristalizados com vinte e quatro moléculas de água. A fórmula da pedra-ume é Dados: Números atômicos: K = 19; Al = 13; S = 16; O = 8. A) K2SO4.AlSO4.24H2O. B) KSO4.AlSO4.24H2O. C) K2SO4.Al(SO4)3.24H2O. D) KSO4.Al(SO4)3.24H2O. E) K2SO4.Al2(SO4)3.24H2O. 11. (FUVEST-SP) Auxiliar de enfermagem erra; em vez de aplicar glicose, usou cloreto de potássio. O ESTADO DE S.PAULO, 6 fev. 1993. Explique como diferenciar as duas soluções citadas na notícia anterior, usando apenas os seguintes materiais: pilhas elétricas, lâmpada de lanterna, pedaços de fios metálicos, frascos contendo as soluções. 12 . (UnB-DF) O ôn ibus parou, e os estudantes que participavam de uma excursão de ciências desembarcaram e montaram as barracas em torno de uma casa que seria utilizada como apoio para o grupo. Após o café da manhã, o grupo saiu para explorar a orla marítima e, na praia, observou jangadeiros que traziam uma grande quantidade de peixes, camarões e até algumas conchas. Os estudantes aproveitaram a ocasião para investigar as características dos seres e objetos pescados pelos jangadeiros. Julgue se o item seguinte apresenta conclusão correta a que os estudantes poderiam chegar após a citada investigação. Justifique sua resposta. ( ) Ao adicionar ácido clorídrico a uma concha e constatar a produção de efervescência, um estudante concluiu que a concha era formada de carbonatos. SEÇÃO ENEM 01. (Enem) Os calcários são materiais compostos por carbonato de cálcio, que podem atuar como sorventes do dióxido de enxofre (SO2), um importante poluente atmosférico. As reações envolvidas no processo são a ativação do calcário, por meio da calcinação, e a fixação de SO2 com a formação de um sal de cálcio, como ilustrado pelas equações químicas simplificadas. CaCO CaO CO CaO SO O Sal de cálcio calor 3 2 2 2 1 2 � ���� � � � � ��� Considerando-se as reações envolvidas nesse processo de dessulfurização, a fórmula química do sal de cálcio corresponde a: A) CaSO3 B) CaSO4 C) CaS2O8 D) CaSO2 E) CaS2O7 Frente A Módulo 16 38 Coleção 6V 02. (Enem) A água do mar pode ser fonte de materiais utilizados pelo ser humano, como os exemplificados no esquema a seguir: Água do mar Cloro Carbonato de sódio Hipoclorito de sódio III Bicarbonato de sódio IV Soda cáustica II Cloreto de sódio I Os materiais I, II, III e IV existem como principal constituinte ativo de produtos de uso rotineiro. A alternativa que associa corretamente água sanitária, fermento em pó e solução fisiológica com os materiais obtidos da água do mar é: Água sanitária Fermento em pó Solução fisiológica A) II III IV B) III I IV C) III IV I D) II III I E) I IV III 03. As estalactites e as estalagmites são formações constituídas de CaCO3(s) que levam milhares de anos para serem formadas no interior das cavernas. Podemos produzir estruturas semelhantes usando o NaHCO3 (bicarbonato de sódio) e o MgSO4 (sulfato de magnésio), como na montagem a seguir: NaHCO3(aq) MgSO4(aq) As soluções aquosas dos dois sais são absorvidas por um cordão de algodão preso a pesos que se encontram no fundo dos recipientes. Essas soluções se difundem pelo cordão e se acumulam na parte mais baixa, formando uma gota que cai no prato. Após dias do início do gotejamento, observam-se a formação e o crescimento de uma protuberância sólida esbranquiçada, semelhante a uma estalagmite. No processo descrito, A) o sólido esbranquiçado corresponde ao sal carbonato de sódio, principal constituinte das estalagmites. B) ocorre apenas um processo físico de precipitação dos dois sais por evaporação do solvente, a água. C) ocorreria a formação de CaCO3(s) caso o MgSO4(aq) fosse substituído por uma solução de cloreto de cálcio. D) o bicarbonato de sódio sofre decomposição, formando gás carbônico, que originará o CaCO3(s). E) há a formação da protuberância esbranquiçada, pois os dois sais formados são insolúveis em água.04. A água de mananciais existentes em certas regiões do país pode apresentar uma característica peculiar: a dureza. Como assim? A dureza da água é propriedade decorrente da presença de metais alcalinos terrosos e resulta da dissolução de minerais do solo e das rochas ou do aporte de resíduos industriais. É definida como uma característica da água, a qual representa a concentração total de sais de cálcio e de magnésio expressa como carbonato de cálcio (mg.L–1). Quando a concentração desses sais é alta, diz-se que a água é dura; quando baixa, que é mole. Quando se retira, de mananciais de água dura, água que se destina ao abastecimento de água potável, um rigoroso tratamento deve ser feito para diminuir a concentração de íons cálcio e magnésio, pois esses íons podem provocar a formação de cristais de oxalato de cálcio (CaC2O4) pouco solúveis em água, responsáveis por graves problemas renais. Geralmente, classifica-se uma água de acordo com sua concentração total de sais, como descrito no quadro a seguir proposto por Langelier (1946): Q U ÍM IC A 39Bernoulli Sistema de Ensino Sais • • A) Quando a água usada na irrigação artificial evapora, os sais nela dissolvidos permanecem no solo, causando o fenômeno da salinização. • • B) A água da chuva não contém sais dissolvidos, portanto, quando evapora, não deixa resíduo salino, não contribuindo para a salinização do solo. • • 08. A • • 09. B • • 10. E • • 11. Medir a condutividade elétrica das soluções de glicose (C6H12O6) e de cloreto de potássio (KCl). A que conduzir corrente elétrica corresponde à solução de KCl, pois o sal se dissocia em água, liberando íons, fato que não ocorre com a glicose. • • 12. Correto. Os carbonatos reagem com ácido liberando CO2(g), daí o efeito de efervescência. Seção Enem Acertei ______ Errei ______ • • 01. B • • 02. C • • 03. C • • 04. A Total dos meus acertos: __________ de __________ . ______ %______ % GABARITO Aprendizagem Acertei ______ Errei ______ • • 01. B • • 02. C • • 03. A • • 04. E • • 05. E • • 06. D • • 07. A • • 08. B Propostos Acertei ______ Errei ______ • • 01. C • • 02. A • • 03. E • • 04. E • • 05. A • • 06. Na3PO4, por ser o único solúvel. 07. Meu aproveitamento Classificação Concentração como CaCO3 (mg.L–1) Águas moles 350 Considere os números atômicos dos elementos químicos: Mg = 12; Ca = 20. A dureza da água afeta a saúde das pessoas porque A) a ingestão de água dura provoca a formação de cristais de oxalato de cálcio, conhecidos como cálculos renais, que possuem energia de rede iônica relativamente alta e, por isso, não são solúveis em água. B) os íons cálcio e íons magnésio, presentes na água dura, possuem carga igual a 1+ e são facilmente absorvidos pelo intestino. C) os íons cálcio, se comparados aos íons magnésio, ambos presentes na água mole, são menores e facilmente excretados. D) a água dura interfere na absorção de nutrientes. E) a presença de íons cálcio e magnésio pode contribuir para formar sais solúveis em água. Frente A Módulo 16 40 Coleção 6V A concentração de uma solução é a medida proporcional à quantidade de soluto presente nela. Essa proporção de soluto pode ser determinada em relação à quantidade da solução. As principais formas de se exprimir as concentrações de uma solução são: • Concentração em gramas por litro (Cg.L–1); • Concentração em porcentagem em massa (Cm/m%); • Concentração em mol por litro (Cmol.L–1); • Concentração em partes por milhão (Cp.p.m.). OBSERVAÇÃO As unidades de concentração definidas em função do volume dependem da temperatura. DENSIDADE A densidade de uma solução é a relação entre a massa da solução (m) e o volume (V) ocupado por ela. A massa e o volume da solução são obtidos pela soma das massas e dos volumes, respectivamente, do soluto e do solvente. r = m V A massa da solução pode ser medida em gramas (g) ou quilogramas (kg), e o volume, em mililitros (mL), centímetros cúbicos (cm3), litros (L), entre outras unidades. Sendo assim, a unidade de medida da densidade de uma solução pode assumir qualquer unidade de medida de massa e de volume. As mais comuns são g.mL–1, g.cm–3, g.L–1 e kg.L–1. Exemplo: O rótulo do frasco de uma solução aquosa de ácido nítrico, a ser utilizada para a fabricação do explosivo nitroglicerina, que foi utilizado na implosão do edifício Palace II, na Barra da Tijuca, em março de 1998, apresenta r = 1,20 g.cm–3. Significado físico: A massa de 1,0 cm3 de solução corresponde a 1,20 grama. UNIDADES DE CONCENTRAÇÃO Concentração em massa/volume1 É a relação entre a massa de soluto (m1), em gramas, e o volume (V) da solução, em litros. Cg.L–1 = massa de soluto g volume de solução L ( ) ( ) C m VgL. � �1 1 Exemplo: O rótulo do frasco de Guaraná Antarctica diet apresenta a concentração, em gramas por litro, Cg.L–1 = 0,358 g.L–1 do edulcorante artificial sacarina sódica. Significado físico: Em cada 1,0 L do refrigerante, a massa de sacarina sódica dissolvida é de 0,358 g. Concentração em massa/massa2 É a relação entre a massa do soluto (m1) e a massa da solução (m), em gramas. C m mm m/ = 1 A massa da solução (m) é obtida pela soma da massa do soluto (m1) com a massa do solvente (m2). m = m1 + m2 Essa unidade de concentração é adimensional. Toda grandeza adimensional, em Química, expressa uma porcentagem; nesse caso, a porcentagem do soluto na massa da solução. Cm/m% = Cm/m . 100 Exemplo: A água do mar3 possui 3,5% de salinidade, ou seja, Cm/m = 0,035. Significado físico: Em uma amostra de 100 g da água do mar, 3,5 g são de sal (NaCl). 1 Antigamente, essa unidade de concentração era denominada concentração comum. 2 Antigamente, essa unidade de concentração era denominada concentração título em massa. 3 Deve-se supor, para essa análise, que toda a massa de sal encontrada no mar seja de NaCl e que a água do mar seja um sistema homogêneo. MÓDULO 13 FRENTE B 41Bernoulli Sistema de Ensino QUÍMICA Concentração das Soluções Concentração em partes por milhão (p.p.m.) Quando uma solução é muito diluída, é mais conveniente determinar a sua concentração em p.p.m. C massa do soluto mg massa da solução kgp p m. . . ( ) ( ) = A concentração em p.p.m. também pode ser calculada utilizando-se os dados relativos aos volumes do soluto e da solução. C volume do soluto cm volume da solução mp p m. . . ( ) ( ) = 3 3 Exemplo: A concentração de CO2 na atmosfera vem aumentando e, atualmente, atinge recordes de 335 p.p.m., ou seja, 0,0335% de todo o ar atmosférico. Significado físico: Em cada 1 m3 de ar atmosférico filtrado, 335 mL são de gás carbônico (CO2). Concentração em quantidade de matéria/volume É a relação entre a quantidade de matéria do soluto (n1), em mols, e o volume da solução (V), em litros: C n Vmol L. � �1 1 A quantidade de matéria do soluto pode ser calculada pela expressão: n massa do soluto g massa molar do soluto gmol m M1 1 1 1 � �� ( ) ( . ) Assim, C m M Vmol L. .� �1 1 1 Exemplo: Os agricultores utilizam hormônios vegetais sintéticos, especialmente auxinas, para conseguir vários resultados na produção de pepinos e tomates. Quando a concentração das auxinas é superior a 0,3 mol.L–1, o pepino e o tomate não desenvolvem sementes. Significado físico: Em cada 1 L de solução, estão dissolvidos 0,3 mol de auxinas. Concentração das soluções No objeto de aprendizagem ”Concentração das soluções”, você poderá observar a ação do gás hilariante no organismo. Observe as concentrações do gás desde a inalação até atingir a corrente sanguínea e seus efeitos sobre o paciente. Boa atividade! RELAÇÕES ENTRE AS UNIDADES DE CONCENTRAÇÃO Algebricamente, pode-se manipular as equações das unidades de concentração e obter relações diretas e simples entre elas.Relação entre densidade, Cg.L–1 e Cm/m Como Cm/m = m m 1 e � � m V isolando-se a massa do soluto e o volume da solução, tem-se: m1 = Cm/m . m e V = m r Substituindo-se esses valores na equação da concentração em g.L–1, tem-se: Cg.L–1 = m V 1 ⇒ Cg.L–1 = C m m m m/ . r Logo, Cg.L–1 = r . Cm/m OBSERVAÇÃO Essa equação só é válida para densidades expressas em g.L–1. Quando a densidade é expressa em g.mL–1 ou g.cm–3, a equação anterior é multiplicada pelo fator 1 000 para se obter a concentração em g.L–1. Assim, Cg.L–1 = 1 000 . r . Cm/m Relação entre Cmol.L–1 e Cg.L–1 Como Cmol.L–1 = m M V 1 1 . isolando-se a massa do soluto, tem-se: m1 = Cmol.L–1 . M1 . V Substituindo-se esse valor na equação da concentração em g.L–1, tem-se: Cg.L–1 = m V 1 ⇒ Cg.L–1 = C M V V mol L. . .−1 1 Logo, Cg.L–1 = Cmol.L–1 . M1 Essa equação pode ser associada com a relação entre Cg.L–1, densidade e Cm/m. Assim, Cg.L–1 = 1 000 . r . Cm/m = Cmol.L–1 . M1 Frente B Módulo 13 42 Coleção 6V EXERCÍCIOS DE APRENDIZAGEM 01. (UECE–2019) Um estudante dissolveu 162 g de glicose (C6H12O6) em água suficiente para produzir uma solução de concentração em quantidade de matéria 1,8 mol/L. O volume final dessa solução é A) 0,5 L. B) 1,0 L. C) 2,0 L. D) 1,5 L. 02. (Unicamp-SP) Como um químico descreve a cerveja? “Um líquido amarelo, homogêneo enquanto a garrafa está fechada, e uma mistura heterogênea quando a garrafa é aberta. Constitui-se de mais de 8 000 substâncias, entre elas o dióxido de carbono, o etanol e a água. Apresenta um pH entre 4,0 e 4,5 e possui um teor de etanol em torno de 4,5% (V/V)”. Sob a perspectiva do químico, a cerveja A) apresenta uma única fase enquanto a garrafa está fechada, tem um caráter ligeiramente básico e contém cerca de 45 gramas de álcool etílico por litro do produto. B) apresenta duas fases logo após a garrafa ser aberta, tem um caráter ácido e contém cerca de 45 mL de álcool etílico por litro de produto. C) apresenta uma única fase logo após a garrafa ser aberta, tem um caráter ligeiramente ácido e contém cerca de 45 gramas de álcool etílico por litro de produto. D) apresenta duas fases quando a garrafa está fechada, tem um caráter ligeiramente básico e contém 45 mL de álcool etílico por 100 mL de produto. 03. (UFRGS-RS) O soro fisiológico é uma solução aquosa que contém 0,9% em massa de NaCl. Para preparar 200 mL dessa solução, a quantidade necessária de NaCl é de, aproximadamente, A) 0,45 g. B) 1,8 g. C) 0,09 mol. D) 0,18 mol. E) 10,6 g. 04. (UERJ) Certos medicamentos são preparados por meio de uma série de diluições. Assim, utilizando-se uma quantidade de água muito grande, os medicamentos obtidos apresentam concentrações muito pequenas. A unidade mais adequada para medir tais concentrações é denominada ppm: 1 p.p.m. corresponde a 1 parte de soluto em 1 milhão de partes de solução. Considere um medicamento preparado com a mistura de 1 g de um extrato vegetal e 100 kg de água pura. A concentração aproximada desse extrato vegetal no medicamento, em ppm, está indicada na seguinte alternativa: A) 0,01 B) 0,10 C) 1,00 D) 10,00 05. (FMTM-MG) A ingestão de proteínas pode ser feita pelo consumo de alimentos como ovos, carnes e leite. Tais alimentos também contêm minerais importantes na manutenção do organismo, como o cálcio e o ferro. No rótulo de determinada caixa de ovos de galinha, consta que 50 g de ovos (sem a casca) contêm 25 mg de cálcio, entre outros constituintes. O nome da proteína e o teor em p.p.m. (1 p.p.m. = 1 parte por 1 milhão de partes) de íons cálcio presentes nesses ovos são, respectivamente, A) albumina; 200. B) albumina; 500. C) caseína; 250. D) caseína; 500. E) insulina; 200. 06. (UFTM-MG) Uma amostra de água mineral da cidade de Araxá (MG) apresentou a concentração de íons Ca2+ igual a 16 mg.L–1. Considerando-se que o teor de cálcio na água é devido à presença do mineral bicarbonato de cálcio e que o total de íons bicarbonato nessa água decorre apenas deste composto, afirma-se que a quantidade em mol de HCO3 – em um litro desta água mineral é igual a A) 4,0 . 10–4. B) 8,0 . 10–4. C) 2,0 . 10–3. D) 4,0 . 10–3. E) 8,0 . 10–3. 07. (Unesp) Os frascos utilizados no acondicionamento de soluções de ácido clorídrico comercial, também conhecido como ácido muriático, apresentam as seguintes informações em seus rótulos: solução 20% m/m (massa percentual); densidade = 1,10 g/mL; massa molar = 36,50 g/mol. Com base nessas informações, a concentração da solução comercial desse ácido será A) 7 mol/L. B) 6 mol/L. C) 5 mol/L. D) 4 mol/L. E) 3 mol/L. Q U ÍM IC A 43Bernoulli Sistema de Ensino Concentração das Soluções 08. (PUC Minas) O ácido sulfúrico é um dos principais componentes da solução de bateria dos automóveis, formando uma solução de concentração igual a 19,6% p/V. A concentração, em mol.L–1, para essa solução é A) 0,1. B) 0,2. C) 1,0. D) 2,0. EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. (UFRGS-RS–2019) Um copo de 200 mL de leite semidesnatado possui a composição nutricional a seguir. Carboidratos 10 g Gorduras totais 2,0 g Proteínas 6,0 g Cálcio 240 mg Sódios 100 mg A concentração em g.L–1 de cátions de metal alcalino, contido em 1 L de leite, é A) 0,10. B) 0,24. C) 0,50. D) 1,20. E) 1,70. 02. (UNIFESP) A contaminação de águas e solos por metais pesados tem recebido grande atenção dos ambientalistas devido à toxicidade desses metais ao meio aquático, às plantas, aos animais e à vida humana. Entre os metais pesados, há o chumbo, que é um elemento relativamente abundante na crosta terrestre, tendo uma concentração ao redor de 20 p.p.m. (partes por milhão). Uma amostra de 100 g da crosta terrestre contém um valor médio, em mg de chumbo, igual a A) 20. B) 10. C) 5. D) 2. E) 1. 03. (PUC Minas) Uma solução aquosa de cloreto de cálcio, soluto totalmente dissociado, foi preparada pela dissolução de 33,3 g desse sal, em água suficiente para 500 mL de solução. A concentração de íons cloreto, em mol de Cl–/L de solução, é igual a A) 0,3. C) 0,9. B) 0,6. D) 1,2. 04. (FMTM-MG) Os açúcares mais complexos normalmente são convertidos em glicose (C6H12O6), uma das principais fontes de energia para o ser humano. A alimentação intravenosa hospitalar consiste, usualmente, em uma solução de glicose em água com adição de sais minerais. No preparo de um medicamento, foram utilizados 2,5 g de glicose dissolvidos em 90 mL de água. A concentração em quantidade de matéria desse medicamento é Dado: Massa molar da glicose = 180 g.mol–1. A) 9,6 . 10–5. B) 5,0 . 10–4. C) 2,5 . 10–3. D) 1,54 . 10–1. E) 3,6 . 10–1. 05. (Vunesp) Uma pastilha contendo 500 mg de ácido ascórbico (vitamina C) foi dissolvida em um copo contendo 200 mL de água. Dadas as massas molares C = 12 g.mol–1, H = 1 g.mol–1 e O = 16 g.mol–1 e a fórmula molecular da vitamina C, C6H8O6, a concentração da solução obtida é A) 0,0042 mol.L–1. B) 0,0142 mol.L–1. C) 2,5 mol.L–1. D) 0,5 g.L–1. E) 5,0 g.L–1. 06. (UFV-MG) A sacarina (estrutura a seguir) em soluções aquosas diluídas é cerca de 500 vezes mais doce que a sacarose (açúcar comum). A concentração mínima de sacarina em uma solução para que o sabor doce seja detectável é de, aproximadamente, 5,5 . 10–2 mol.L–1. Considerando-se essas informações, é correto afirmar que a quantidade mínima necessária de sacarina para preparar 100 mL de solução, que apresente sabor doce, é S N O O H O A) 0,001 g. B) 0,01 g. C) 0,1 g. D) 1 g. E) 10 g. Frente B Módulo 13 44 Coleção 6V 07. (UFJF-MG) Para combater a dengue, as secretarias de saúde recomendam que as pessoas reguem vasos de plantas com uma solução de água sanitária. Um litro de água sanitária contém 0,35 mol de hipoclorito de sódio (NaClO). A porcentagem em massa de hipoclorito de sódio na água sanitária, cuja densidade é 1,0 g/mL, é, aproximadamente,A) 35,0. B) 3,50. C) 26,1. D) 7,45. E) 2,61. 08. (UFV-MG) O soro caseiro é preparado pela solubilização de açúcar (C12H22O11) e sal de cozinha (NaCl), em água filtrada ou fervida. Um litro de soro caseiro foi preparado pela solubilização de 34 g de açúcar (uma colher de sopa) e 3,5 g de sal de cozinha (uma colher de chá). As concentrações de açúcar, em % m/V e em mol.L–1, são, respectivamente, A) 34,0% m/V; 0,1 mol.L–1. B) 3,4% m/V; 8,5 mol.L–1. C) 3,4% m/V; 0,1 mol.L–1. D) 34,0% m/V; 8,5 mol.L–1. 09. (UNIFESP) Em intervenções cirúrgicas, é comum aplicar uma tintura de iodo na região do corpo onde será feita a incisão. A utilização desse produto se deve à sua ação antisséptica e bactericida. Para 5 litros de etanol, densidade 0,8 g.mL–1, a massa de iodo sólido, em gramas, que deverá ser utilizada para obter uma solução que contém 0,50 mol de I2 para cada quilograma de álcool será de A) 635. B) 508. C) 381. D) 254. E) 127. 10. (FUVEST-SP) A seguir, é apresentada a concentração, em mg/kg, de alguns íons na água do mar. Íon Concentração (mg/kg) Mg2+ 1 350 SO4 2– 2 700 Na+ 10 500 Cl– 19 000 Entre esses íons, os que estão em menor e maior concentração molar são, respectivamente, Dados: Massas atômicas: O = 16 u; Na = 23 u; Mg = 24 u; S = 32 u; Cl = 35,5 u. A) Cl– e Mg2+. B) SO4 2– e Na+. C) Mg2+ e Na+. D) Mg2+ e Cl–. E) SO4 2– e Cl–. 11. (PUC RS) O Ministério da Saúde recomenda, para prevenir as cáries dentárias, 1,5 ppm (mg.L–1) como limite máximo de fluoreto em água potável. Em estações de tratamento de água de pequeno porte, o fluoreto é adicionado sob forma do sal flúor silicato de sódio (Na2SiF6; MM = 188 g.mol–1). Se um químico necessita fazer o tratamento de 10 000 L de água, a quantidade do sal, em gramas, que ele deverá adicionar para obter a concentração de fluoreto indicada pela legislação será, aproximadamente, de A) 15,0. B) 24,7. C) 90,0. D) 148,4. E) 1 500,0. 12. (PUC Minas) O rótulo de um produto usado como detergente apresenta, entre outras, a seguinte informação: “Cada 200 mL de detergente contém 10 mL de solução amoniacal (NH3(aq)) a 28% V/V.” A concentração de amônia (NH3) no detergente, em porcentagem, volume por volume, é de A) 1,4%. B) 2,8%. C) 4,6%. D) 10,0%. Q U ÍM IC A 45Bernoulli Sistema de Ensino Concentração das Soluções 13. (UFMG) Estas informações foram adaptadas do rótulo de um repositor hidroeletrolítico para praticantes de atividade física: Ingredientes: Água, cloreto de sódio, citrato de sódio e outros. Quantidade presente em uma porção de 200 mL Sódio 4 . 10–3 mol Cloreto 2 . 10–3 mol Considerando-se essas informações, é correto afirmar que, na porção indicada do repositor hidroeletrolítico, A) a massa de íons sódio é o dobro da massa de íons cloreto. B) a concentração de íons sódio é igual a 4 . 10–3 mol/L. C) a massa de íons cloreto é igual a 71 mg. D) a quantidade de cloreto de sódio é igual a 4 . 10–3 mol. 14. (UFMG) O Ministério da Saúde estabelece os valores máximos permitidos para as concentrações de diversos íons na água destinada ao consumo humano. Os valores para os íons Cu2+ (aq) e F– (aq) estão apresentados nesta tabela: Íon Cu2+ (aq) F– (aq) Concentração máxima permitida (mol/L) 3,0 . 10–5 8,0 . 10–5 Um volume de 1 000 L de água contém 3,5 . 10–2 mol de CuF2(aq). Considerando-se a concentração desse sistema, é correto afirmar que A) apenas a concentração de Cu2+ (aq) ultrapassa o valor máximo permitido. B) apenas a concentração de F– (aq) ultrapassa o valor máximo permitido. C) as concentrações de Cu2+ (aq) e F– (aq) estão abaixo dos valores máximos permitidos. D) as concentrações de Cu2+ (aq) e F– (aq) ultrapassam os valores máximos permitidos. 15. (PUC Minas) Uma so lução de h idróx ido de alumínio (MM = 78 g.mol–1), utilizada no combate à acidez estomacal, apresenta uma concentração igual a 3,90 g.L–1. A concentração, em mol.L–1, dos íons hidroxila (OH–), presentes nessa solução, é igual a A) 5,0 . 10–1. B) 1,5 . 10–1. C) 1,5 . 10–2. D) 5,0 . 10–2. 16. (UFJF-MG) A concentração em mol/L de uma solução de ácido sulfúrico de concentração 35% em massa e densidade 1,4 g/mL é, aproximadamente, igual a A) 2,5. B) 10,0. C) 5,0. D) 7,5. E) 20. 17. (UFTM-MG) Os padrões de potabilidade da água, de acordo com a Portaria n. 36 do Ministério da Saúde, indicam que o valor máximo permissível de mercúrio é 0,001 mg/L, e o de zinco é 5 mg/L. Em dois litros dessa água potável, a quantidade máxima em mol de mercúrio e o teor máximo de zinco em p.p.m. (partes por milhão) serão, respectivamente, iguais a Dados: Densidade da água potável = 1 g/mL; 1 p.p.m. corresponde a 1 mg de soluto por 1 kg de solução; Massa molar de mercúrio = 200 g/mol. A) 1,0 . 10–6 e 0,5. B) 5,0 . 10–7 e 5. C) 5,0 . 10–7 e 10. D) 1,0 . 10–8 e 0,5. E) 1,0 . 10–8 e 5. SEÇÃO ENEM 01. (Enem–2017) A toxicidade de algumas substâncias é normalmente representada por um índice conhecido como DL50 (dose letal mediana). Ele representa a dosagem aplicada a uma população de seres vivos que mata 50% desses indivíduos e é normalmente medido utilizando-se ratos como cobaias. Esse índice é muito importante para os seres humanos, pois, ao extrapolar os dados obtidos com o uso de cobaias, pode-se determinar o nível tolerável de contaminação de alimentos, para que possam ser consumidos de forma segura pelas pessoas. O quadro apresenta três pesticidas e suas toxicidades. A unidade mg/kg indica a massa da substância ingerida pela massa da cobaia. Pesticidas DL50 (mg/kg) Diazinon 70 Malation 1 000 Atrazina 3 100 Sessenta ratos, com massa de 200 g cada, foram divididos em três grupos de vinte. Três amostras de ração, contaminadas, cada uma delas com um dos pesticidas indicados no quadro, na concentração de 3 mg por grama de ração, foram administradas para cada grupo de cobaias. Cada rato consumiu 100 g de ração. Frente B Módulo 13 46 Coleção 6V Qual(ais) grupo(s) terá(ão) uma mortalidade mínima de 10 ratos? A) O grupo que se contaminou somente com atrazina. B) O grupo que se contaminou somente com diazinon. C) Os grupos que se contaminaram com atrazina e malation. D) Os grupos que se contaminaram com diazinon e malation. E) Nenhum dos grupos contaminados com atrazina, diazinon e malation. 02. (Enem) Diesel é uma mistura de hidrocarbonetos que também apresenta enxofre em sua composição. Esse enxofre é um componente indesejável, pois o trióxido de enxofre gerado é um dos grandes causadores da chuva ácida. Nos anos 1980, não havia regulamentação e era utilizado óleo diesel com 13 000 p.p.m. de enxofre. Em 2009, o diesel passou a ter 1 800 p.p.m. de enxofre (S1800) e, em seguida, foi inserido no mercado o diesel S500 (500 p.p.m.). Em 2012, foi difundido o diesel S50, com 50 p.p.m. de enxofre em sua composição. Atualmente, é produzido um diesel com teores de enxofre ainda menores. Os impactos da má qualidade do óleo diesel brasileiro. Disponível em: . Acesso em: 20 dez. 2012 (Adaptação). A substituição do diesel usado nos anos 1980 por aquele difundido em 2012 permitiu uma redução percentual de emissão de SO3 de A) 86,2%. B) 96,2%. C) 97,2%. D) 99,6%. E) 99,9%. 03. (Enem) Todos os organismos necessitam de água e grande parte deles vive em rios, lagos e oceanos. Os processos b io lóg icos, como resp i ração e fotossíntese, exercem profunda influência na química das águas naturais em todo o planeta. O oxigênio é ator dominante na química e na bioquímica da hidrosfera. Devido à sua baixa solubilidade em água (9,0 mg/L a 20 °C), a disponibilidade de oxigênio nos ecossistemas aquáticos estabelece o limite entre a vida aeróbica e anaeróbica. Nesse contexto, um parâmetro chamado Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) foi definido para medir a quantidade de matéria orgânica presente em um sistema hídrico. A DBO corresponde à massade O2 em miligramas necessária para realizar a oxidação total do carbono orgânico em um litro de água. BAIRD, C. Química ambiental. Porto Alegre: Bookman, 2005 (Adaptação). Dados: Massas molares em g/mol: C = 12; H = 1; O = 16. Suponha que 10 mg de açúcar (fórmula mínima CH2O e massa molar igual a 30 g/mol) são dissolvidos em um litro de água; em quanto a DBO será aumentada? A) 0,4 mg de O2/litro B) 1,7 mg de O2/litro C) 2,7 mg de O2/litro D) 9,4 mg de O2/litro E) 10,7 mg de O2/litro 04. (Enem) Ao 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. Solvente Soluto Solução Disponível em: . 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) 2 000 Q U ÍM IC A 47Bernoulli Sistema de Ensino Concentração das Soluções 05. (Enem) Para testar o uso do algicida sulfato de cobre em tanques para criação de camarões, estudou-se, em aquário, a resistência desses organismos a diferentes concentrações de íons cobre (representados por Cu2+). Os gráficos relacionam a mortandade de camarões com a concentração de Cu2+ e com o tempo de exposição a esses íons. Gráfico I Gráfico II Tempo de exposição = 14 h Tempo de exposição (horas) % de camarões mortos 167 96 24 1,7 100 80 60 40 20 0,2 1 2 3 45 7 10 20 40 60100 0,40,7 1 2 Concentração de íons Cu2+ (mg/L) Concentração de íons Cu2+ que causa 50% de mortalidade dos camarões (mg/L) 5 10 20 40 60 Gráfico I Gráfico II Tempo de exposição = 14 h Tempo de exposição (horas) % de camarões mortos 167 96 24 1,7 100 80 60 40 20 0,2 1 2 3 45 7 10 20 40 60100 0,40,7 1 2 Concentração de íons Cu2+ (mg/L) Concentração de íons Cu2+ que causa 50% de mortalidade dos camarões (mg/L) 5 10 20 40 60 VOWLES, P. D.; CONNELL, D. W. Experiments in environmental chemistry – a laboratory manual. Oxford: Pergamon Press, 1980 (Adaptação). Se os camarões utilizados na experiência fossem introduzidos em um tanque de criação contendo 20 000 L de água tratada com sulfato de cobre, em quantidade suficiente para fornecer 50 g de íons cobre, estariam vivos, após 24 horas, cerca de A) 1/5. B) 1/4. C) 1/2. D) 2/3. E) 3/4. 06. (Enem) Pelas normas vigentes, o litro do álcool hidratado que abastece os veículos deve ser constituído de 96% de álcool puro e 4% de água (em volume). As densidades desses componentes são dadas na tabela. Substância Densidade (g/L) Água 1 000 Álcool 800 GABARITO Aprendizagem Acertei ______ Errei ______ • • 01. A • • 02. B • • 03. B • • 04. D • • 05. B • • 06. B • • 07. B • • 08. D Propostos Acertei ______ Errei ______ • • 01. C • • 02. D • • 03. D • • 04. D • • 05. B • • 06. D • • 07. E • • 08. C • • 09. B • • 10. E • • 11. B • • 12. A • • 13. C • • 14. A • • 15. B • • 16. C • • 17. E Seção Enem Acertei ______ Errei ______ • • 01. D • • 02. D • • 03. E • • 04. B • • 05. C • • 06. E Meu aproveitamento Total dos meus acertos: __________ de __________ . ______ %______ % Um técnico de um órgão de defesa do consumidor inspecionou cinco postos suspeitos de venderem álcool hidratado fora das normas. Colheu uma amostra do produto em cada posto, mediu a densidade de cada uma, obtendo: Posto Densidade do combustível (g/L) I 822 II 820 III 815 IV 808 V 805 A partir desses dados, o técnico pode concluir que estavam com o combustível adequado somente os postos A) I e II. B) I e III. C) II e IV. D) III e V. E) IV e V. Frente B Módulo 13 48 Coleção 6V DILUIÇÃO DE SOLUÇÕES Diluir uma solução consiste em diminuir a sua concentração, por retirada de soluto ou por adição de solvente puro. Experimentalmente, adicionar solvente puro é o processo mais utilizado. Assim, a concentração da solução após a diluição (solução final) será sempre menor que a concentração da solução antes da diluição (solução inicial) porque o aumento da massa de solvente leva ao aumento do volume da solução, permanecendo constante a quantidade de soluto. Solução final (mais diluída) Solvente puro Solução inicial (mais concentrada) Mistura H2SO4(aq) H2SO4(aq) H2O() Equações de diluição Em um processo de diluição por adição de solvente à solução, a quantidade de soluto (massa, quantidade de matéria, etc.) é sempre constante; logo, m1 inicial = m1 final Como Cg.L–1 = m V 1 ∴ m1 = Cg.L–1 . V portanto, Cg.L–1 i . Vi = Cg.L–1 f . Vf e, ainda, n1 inicial = n1 final Como Cmol.L–1 = n V 1 ∴ n1 = Cmol.L–1 . V portanto, Cmol.L–1 i . Vi = Cmol.L–1 f . Vf lembrando que Vf = Vi + Vadicionado Com base no raciocínio apresentado, pode-se deduzir todas as equações para a diluição, utilizando-se qualquer tipo de unidade de concentração. Diluição das soluções Esse simulador permite que você possa conhecer as vidrarias de um laboratório e entender como é o processo de preparação de uma solução pelo processo de diluição. Bons estudos! MISTURA DE SOLUÇÕES DE MESMO SOLUTO E MESMO SOLVENTE A adição pura e simples de uma solução a outra é denominada mistura de soluções. Quando se misturam duas soluções, contendo o mesmo soluto e o mesmo solvente, na solução final, a quantidade do soluto será igual à soma dessas quantidades do soluto das soluções misturadas, enquanto o volume final resulta da soma dos volumes dessas soluções. Solução A Solução B Solução final Mistura H2SO4(aq) H2SO4(aq) H2SO4(aq) Cg.L–1 f = valor entre Cg.L–1 A e Cg.L–1 B Cmol.L–1 f = valor entre Cmol.L–1 A e Cmol.L–1 B MÓDULO 14 FRENTE B 49Bernoulli Sistema de Ensino QUÍMICA Diluição e Mistura de Soluções Equações de uma mistura de soluções Ao se misturarem duas soluções, a concentração da solução final é dada por uma média ponderada das concentrações das soluções originais. Significado físico: A concentração da solução final é um valor intermediário à concentração das soluções originais. Em uma mistura de soluções, as massas e as quantidades de matéria dos solutos se somam, logo, m1 f = m1 A + m1 B Cg.L–1 = m V 1 ∴ m1 = Cg.L–1 . V Cg.L–1 f . Vf = Cg.L–1 A . VA + Cg.L–1 B . VB e, ainda, n1 f = n1 A + n1 B Cmol.L–1 = n V 1 ∴ n1 = Cmol.L–1 . V Cmol.L–1 f . Vf = Cmol.L–1 A . VA + Cmol.L–1 B . VB OBSERVAÇÃO Para essas equações, os volumes devem estar, obrigatoriamente, na mesma unidade. MISTURA DE SOLUÇÕES DE SOLUTOS DIFERENTES Quando se misturam duas soluções com solutos diferentes, duas situações podem ocorrer. Esses solutos podem ou não reagir entre si. Sem reação química Solução final Solução A 20 mL de NaC(aq) 0,1 mol.L–1 Solução B 20 mL de BaC2(aq) 0,05 mol.L–1 [Na+] = 0,05 mol.L–1 [Ba2+] = 0,025 mol.L–1 [C–] = 0,1 mol.L–1 Mistura Com reação química Solução final [Na2SO4] = 0,025 mol.L–1 (formou) [H2SO4] = 0,025 mol.L–1 (excesso) 20 mL de NaOH(aq) 0,1 mol.L–1 Solução A 20 mL de H2SO4(aq) 0,1 mol.L–1 Solução B Mistura TITULAÇÃO A titulação é um procedimento que visa determinar a concentração de uma solução, fazendo-a reagir com outra solução de concentração conhecida. Dessa forma, a titulação é uma aplicação importante de misturas de soluções cujos solutos reagem entre si. Classificação das titulações As titulações ácido-base dividem-se em: A. Acidimetria: Determinação da concentração de uma solução ácida. B. Alcalimetria: Determinação da concentração de uma solução básica. Quando se deseja descobrir a porcentagem de pureza de uma substância em uma mistura, também se realizam titulações.Realização de uma titulação A solução ácida ou básica, cuja concentração deve ser definida, é denominada solução-problema ou titulada. Ela é colocada em um erlenmeyer, no qual é adicionada uma substância indicadora1, fenolftaleína, por exemplo. Em uma bureta, é colocada a solução de concentração conhecida, solução-padrão ou titulante. 1 Substância indicadora: Substância química que possui cores específicas em função da constituição do meio. Os indicadores ácido-base possuem coloração diferente para os meios ácido, básico e, algumas vezes, neutro. Frente B Módulo 14 50 Coleção 6V Bureta com solução titulante Torneira Deixa-se escorrer, cuidadosamente, a solução-padrão, observando-se o término da titulação pela mudança de coloração da solução-problema. O ponto em que há essa mudança de coloração é denominado ponto de viragem. Quando se utiliza fenolftaleína como indicador, e a solução-problema é básica, esse ponto é, exatamente, o ponto em que a neutralização foi completada (o meio se encontra neutro). Entretanto, se a solução-problema for ácida, para se verificar a viragem, é necessário acrescentar uma gota adicional de base, pois a fenolftaleína é incolor em meio ácido e neutro. Na prática, esse excesso é desprezado, pois o volume de uma gota é 0,05 mL. Titulação Esse vídeo permitirá que você compreenda como é um processo de titulação ácido-base e o que ocorre microscopicamente durante a reação de neutralização. Boa atividade! Princípio da equivalência Toda titulação segue o princípio da equivalência: a neutralização só se completa quando o número de hidrogênios ionizáveis é igual ao número de hidroxilas dissociáveis. Quantidade em mol de H+ = Quantidade em mol de OH– Como Cmol.L–1 = n V ∴ n = Cmol.L–1 . V Quando o número de íons H+ (ionizáveis) e OH– (dissociáveis), por fórmula, são iguais, tem-se: nácido = nbase Cmol.L–1 ácido . Vácido = Cmol.L–1 base . Vbase Quando o número de íons H+ e OH–, por fórmula, são diferentes, tem-se, genericamente, x . Cmol.L–1 ácido . Vácido = y . Cmol.L–1 base . Vbase em que • x = número de hidrogênios ionizáveis por fórmula. • y = número de hidroxilas dissociáveis por fórmula. Análise microscópica da titulação O esquema a seguir mostra a titulação alcalimétrica, em que a solução de ácido clorídrico é a solução-padrão, ao passo que a solução de hidróxido de sódio é a solução-problema. O ponto de viragem da fenolftaleína está na faixa de pH entre 8,3 e 10,0, e é verificado, nesse caso, quando a solução-problema torna-se incolor. Na+ OH– H+ C– Fenolftaleína + NaOH(aq) (vermelho) No início, só há OH– da base No ponto de viragem do indicador, todos os íons OH– foram neutralizados por íons H+ H+ (aq)+ OH– (aq) → H2O() (Incolor)Fenolftaleína + NaOH(aq) (vermelho) Os íons OH– vão sendo neutralizados por íons H+ H+ (aq) + OH– (aq) → H2O() H2O H+ C– C– Na+OH– Na+ H2O H+ C– C–Na+ Q U ÍM IC A 51Bernoulli Sistema de Ensino Diluição e Mistura de Soluções EXERCÍCIOS RESOLVIDOS 01. Foram gastos 40 mL de solução 0,1 mol.L–1 de NaOH para neutralizar 20 mL de solução de ácido clorídrico. Calcular a concentração da solução de HCl, em mol.L–1. Resolução: HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H2O(l) 1 mol de ácido reage com 1 mol de base nácido = nbase Cmol.L–1 ácido . Vácido = Cmol.L–1 base . Vbase Cmol.L–1 ácido . 20 = 0,1 . 40 Cmol.L–1 ácido = 0,2 mol.L–1 02. Um supermercado estava vendendo soda cáustica – NaOH impuro – fora dos padrões estabelecidos no rótulo do produto. Em um teste no Inmetro, foram gastos 10 mL de solução 0,2 mol.L–1 de H2SO4 para neutralizar 20 mL de solução aquosa da base. Determinar a massa de NaOH contida nessa amostra. Dado: M(NaOH) = 40 g.mol–1. Resolução: H2SO4(aq) + 2NaOH(aq) → Na2SO4(aq) + 2H2O(l) 1 mol de ácido reage com 2 mol de base 2 . nácido = nbase 2 . Cmol.L–1 ácido . Vácido = Cmol.L–1 base . Vbase 2 . 0,2 . 10 = Cmol.L–1 base . 20 Cmol.L–1 ácido = 0,2 mol.L–1 Como Cmol.L–1 base = m M V base base base. mbase = 0,2 mol.L–1 . 0,02 L . 40 g.mol–1 mbase = 0,16 g de NaOH EXERCÍCIOS DE APRENDIZAGEM 01. (Vunesp) O soro fisiológico é uma das soluções mais utilizadas na área de saúde. Consiste em uma solução aquosa de cloreto de sódio NaCl 0,9% em massa por volume, que equivale à concentração 0,15 mol.L–1. Dispondo de uma solução estoque de NaCl 0,50 mol.L–1, o volume necessário dessa solução, em mL, para preparar 250 mL de soro fisiológico será igual a A) 15. B) 100. C) 25. D) 75. E) 50. 02. (UFRGS-RS) O volume, em mililitros, de uma solução 0,5 mol.L–1 de AgNO3 necessário para preparar 200 mililitros de uma solução 0,1 mol.L–1 desse sal é igual a A) 10. B) 20. C) 25. D) 40. E) 50. 03. (UEL-PR) Misturam-se 200 mL de solução de hidróxido de potássio de concentração 5,0 g/L com 300 mL de solução de mesma base com concentração 4,0 g/L. A concentração final em g/L é A) 0,5. B) 1,1. C) 2,2. D) 3,3. E) 4,4. 04. (UEL-PR–2017) Cada um dos béqueres representados a seguir contém soluções aquosas com partículas de um determinado soluto. O soluto é o mesmo em todos os béqueres. 500 ml 500 ml 250 ml 250 ml 500 ml 250 ml A D B E C F Com base nos conhecimentos sobre concentração de soluções, responda aos itens a seguir. A) Quais soluções são as mais concentradas? Explique. B) Quando as soluções B e E são combinadas, a solução resultante terá a mesma concentração da solução contida no béquer A? Explique. Frente B Módulo 14 52 Coleção 6V 05. (UFRN) Misturando-se 100 mL de uma solução aquosa 0,10 mol/L de NaCl com 100 mL de uma solução aquosa 0,1 molar de KCl, a solução resultante deverá apresentar concentrações molares de Na+, K+ e Cl ‒ respectivamente iguais a: A) 0,05; 0,05; 0,10 B) 0,10; 0,10; 0,10 C) 0,10; 0,10; 0,20 D) 0,10; 0,20; 0,10 E) 0,20; 0,20; 0,10 06. (UERJ) Para estudar os processos de diluição e mistura, foram utilizados, inicialmente, três frascos contendo diferentes líquidos. A caracterização desses líquidos é apresentada na ilustração a seguir. 100 mL 0,2 mol.L–1 HC�(aq) 150 mL H2O(�) 250 mL 0,4 mol.L–1 HI(aq) A seguir, todo o conteúdo de cada um dos frascos foi transferido para um único recipiente. Considerando a aditividade de volumes e a ionização total dos ácidos, a mistura final apresentou uma concentração de íons H+, em mol.L–1, igual a A) 0,60. B) 0,36. C) 0,24. D) 0,12. 07. (CEFET-MG) Considere o seguinte experimento. A B C H2O 20 mL Ca(OH)2 20 mL 0,05 mol.L–1 HC 10 mL 0,2 mol.L–1 A concentração dos íons Ca2+ no béquer C, ao fim desse procedimento, é, em mol.L–1, igual a A) 0,02. B) 0,08. C) 0,10. D) 0,13. E) 0,20. 08. (FUVEST-SP) Na titulação de 100 mL de HCl 0,01 mol.L–1 com NaOH 0,1 mol.L–1, usando-se como indicador 10 gotas de uma solução de fenolftaleína, é obtido o seguinte gráfico: In te ns id ad e de c ol or aç ão Volume em mL de NaOH, 5 10 a 0,1 mol.L–1, adicionado Indique o gráfico correspondente que se espera obter quando se utiliza NaOH 0,2 mol.L–1 como titulante. EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. (UFJF-MG) Ácido muriático é o nome comercial do ácido clorídrico. Ele pode ser utilizado para limpeza de calçamentos em geral. A pessoa encarregada da limpeza recebeu 1,0 L de uma solução desse ácido, na concentração de 2,0 mol.L–1, e a orientação para diluí-la na proporção 1 : 100. Qual será a concentração da solução preparada para limpeza em g.L–1? A) 0,02 B) 2,0 C) 3,65 D) 0,365 E) 0,73 02. (UFU-MG) A mistura de 100,0 mL de solução aquosa 0,10 mol.L–1 de CaCl2 com 100,0 mL de água resulta em uma solução aquosa com A) 0,20 mol.L–1 de íons Cl –. B) 0,02 mol de íons Cl –. C) 0,05 mol de CaCl2. D) 0,05 mol de íons Ca2+. 03. (UFLA-MG) As soluções de hipoclorito de sódio (NaClO) têm sido utilizadas por sua ampla ação desinfetante. A) Quantos gramas de hipoclorito de sódio são necessários para se preparar 10 L de solução desse sal a 0,05 mol.L–1? B) A que volumeTubos em repouso Centrifugador manual parado. Tubos em rotação Fase líquida Fase sólida Fase líquida Fase sólida Centrifugador manual em rotação. Análise imediata – processos mecânicos Assista a esse vídeo, observando atentamente cada método de análise. Atenção para os exemplos de misturas que podem ser separadas por processos mecânicos. Bons estudos! SEPARAÇÃO DOS COMPONENTES DAS MISTURAS HOMOGÊNEAS Gás + gás O processo mais utilizado para realizar a separação dos componentes desse sistema é a liquefação fracionada, realizada a altas pressões e lento resfriamento de uma mistura gasosa. O gás que possuir maior temperatura de ebulição será retirado primeiro. É dessa forma que separamos o oxigênio e o nitrogênio encontrados no ar. No caso particular da separação dos componentes do ar, é mais conveniente liquefazer a mistura (o ar) e depois separar os seus componentes por destilação fracionada. Nas máscaras contra gases venenosos, estes são separados do ar, que é respirado por um processo de adsorção. Existem sólidos, como o carvão ativado, que adsorvem os gases venenosos e deixam passar apenas o ar. Nos filtros de cigarros, também há separação por adsorção. Gás + líquido Por aquecimento da mistura, o gás é expulso do líquido, pois, geralmente, a solubilidade de um gás em um líquido diminui com a elevação da temperatura. Assim, com a elevação da temperatura, uma água gaseificada ou um refrigerante, por exemplo, perdem o gás, isto é, o CO2 dissolvido é liberado. Outras maneiras de se expulsar o gás dissolvido em um líquido: A) Agitar a solução. Assim, agitando-se um refrigerante, há formação de muita espuma devido à liberação do gás. B) Diminuir a pressão. Assim, quando uma garrafa de refrigerante é aberta, a pressão interna diminui e há liberação do gás dissolvido. Gás + sólido Por simples aquecimento, o gás é expulso do sólido. Esse processo é inadequadamente chamado de destilação seca. Exemplo: Aquecimento da madeira, em que há liberação de metanol (CH3OH). Sólido + líquido O processo utilizado nesse caso é o da destilação, que separa tanto misturas homogêneas como heterogêneas a partir de um aquecimento contínuo. A substância mais volátil possui menor temperatura de ebulição e vaporiza primeiro. No estado de vapor, essa substância é resfriada no condensador, transformando-se novamente em líquido e recolhida em um novo frasco. Água de resfriamento Condensador Frasco de recolhimento Balão de destilação Substância purificada Mistura a separar Tubo para escapamento de vapores nocivos ou inflamáveis (se for o caso), para a pia Água de resfriamento Destilação simples em laboratório. Frente A Módulo 13 6 Coleção 6V Líquido + líquido O método usado é o da destilação fracionada. Os líquidos se destilam, separadamente, à medida que os seus pontos de ebulição vão sendo atingidos. Para efetuar a destilação fracionada, usa-se uma coluna de fracionamento. Um dos tipos de coluna de fracionamento consiste em um tubo de vidro relativamente longo, cheio de bolinhas de vidro, em cuja superfície ocorre a condensação do vapor. O vapor sobe pela coluna, sofre sucessivas condensações seguidas de vaporizações, se enriquece do componente mais volátil e, ao sair da coluna de fracionamento, é constituído, praticamente, de 100% do componente mais volátil. Assim, na parte superior da coluna de fracionamento, o vapor é mais rico em componente mais volátil e, na parte inferior, é mais rico em componente menos volátil. A destilação fracionada será tanto mais eficaz quanto maior for a diferença de pontos de ebulição entre os líquidos e maior for o tamanho da coluna de fracionamento, ou seja, maior for a superfície para ocorrer a condensação dos vapores. Termômetro Bolinhas de vidro Isolante Água de resfriamento Condensador Substância purificada Mistura a separar Água de resfriamento Balão de destilação Balão de recolhimento Destilação fracionada em laboratório. Exemplos: Fabricação de cachaça, refino do petróleo (para obtenção de gasolina e óleo diesel), etc. Análise imediata – processos físicos Assista a esse vídeo, observando atentamente cada método de análise. Atenção para os exemplos de misturas que podem ser separadas por processos físicos. Bons estudos! Na indústria petroquímica, utiliza-se a destilação fracionada para separar as diferentes frações do petróleo. Nesse caso, é utilizada uma coluna de fracionamento constituída de “pratos e bandejas”. Óleo combustível Gasolina de aviação Gasolina comum Querosene Óleo diesel Óleos lubrificantes Parafina Asfalto Gás combustível Petróleo cru Forno de vaporização do petróleo A um en to d a vo la til id ad e e di m in ui çã o da in te ns id ad e da s in te ra çõ es c oe si va s en tr e as p ar tíc ul as Destilação fracionada do petróleo. Cada uma das frações do petróleo corresponde a uma mistura de substâncias com pontos de ebulição bastante próximos e, por esse motivo, destilam-se em uma determinada faixa de temperatura. Quanto menos intensas são as interações coesivas entre as partículas que formam os componentes de uma fração, menor será a faixa de temperatura na qual essa fração será separada das demais. MÉTODOS QUÍMICOS Obtenção de álcool etílico anidro (100 °GL) a partir de álcool etílico hidratado 96 °GL Nesse caso, é adicionada cal virgem, CaO, ao álcool hidratado. O óxido reage com a umidade formando cal hidratada, Ca(OH)2, que pode facilmente ser removida da mistura por filtração, pois é insolúvel em etanol. Separação de substâncias explorando as mudanças de solubilidade em diferentes valores de pH Na separação do ácido benzoico (C6H5COOH) do benzeno (C6H6), pode-se utilizar solução aquosa de NaOH, o que leva à formação de benzoato de sódio (C6H5COO–Na+). Este último passa para a fração aquosa (mais densa) que pode ser separada do benzeno (menos denso) por decantação em funil. O ácido benzoico pode ser recuperado tratando-se a solução aquosa com solução de ácido forte. Q U ÍM IC A 7Bernoulli Sistema de Ensino Análise Imediata EXERCÍCIOS DE APRENDIZAGEM 01. (UEG-GO–2017) A natureza dos constituintes de uma mistura heterogênea determina o processo adequado para a separação. São apresentados, a seguir, exemplos desses sistemas. I. Feijão e casca II. Areia e limalha de ferro III. Serragem e cascalho Os processos adequados para a separação dessas misturas são, respectivamente, A) ventilação, separação magnética e destilação. B) levigação, imantização e centrifugação. C) ventilação, separação magnética e peneiração. D) levigação, imantização e catação. E) destilação, decantação e peneiração. 02. (FMTM-MG) Observe o processo de separação de uma mistura constituída de areia e enxofre. Enxofre e areia Enxofre líquido (fundido) Aquecimento Enxofre Areia sólida O processo empregado é A) decantação. B) flotação. C) fusão fracionada. D) dissolução fracionada. E) cristalização fracionada. 03. (Mackenzie-SP) O processo inadequado para separar uma mistura heterogênea sólido-líquido é A) filtração. B) decantação. C) centrifugação. D) destilação. E) sifonação. 04. (Vunesp) Na preparação do café, a água quente entra em contato com o pó e é separada no coador. As operações envolvidas nessa separação são, respectivamente, A) destilação e decantação. B) filtração e destilação. C) destilação e coação. D) extração e filtração. E) extração e decantação. 05. (Mackenzie-SP) Para se separar os componentes de uma mistura heterogênea formada por um líquido e um sólido, deve-se fazer uma A) destilação simples. B) titulação. C) condensação. D) destilação fracionada. E) filtração simples. 06. (FMP-RJ–2016) [...] A água é levada do manancial para a Estação de Tratamento de Água (ETA). Já o tratamento de esgoto é feito a partir de esgotos residenciais ou industriais para, após o tratamento, a água poder ser reintroduzida no rio, minimizando seu(Vfinal) deve-se diluir 500 mL de solução de NaClO a 0,05 mol.L–1 para se obter solução 5 . 10–3 mol.L–1 desse sal? C) Qual a concentração em g.L–1 da solução de NaClO 0,1 mol.L–1? Dados: Na = 23 u; Cl = 35,5 u; O = 16 u. Q U ÍM IC A 53Bernoulli Sistema de Ensino Diluição e Mistura de Soluções 04. (PUCPR) Tem-se 60 mL de solução 2 mol.L–1 de CaCl2. Acrescentam-se 540 mL de água a essa solução. Qual a nova concentração em mol.L–1 de íons cloreto? A) 0,6 mol.L–1 B) 0,2 mol.L–1 C) 0,4 mol.L–1 D) 0,5 mol.L–1 E) 1 mol.L–1 05. (Unimontes-MG) Um frasco de 5 mL de uma solução injetável de antibiótico contém 5% (m/V) do fármaco. Para se preparar uma injeção com concentração de 5 mg de antibiótico por mililitro, deve-se acrescentar aos 5 mL de solução injetável um volume de diluente equivalente a A) 10,00 mL. B) 45,00 mL. C) 49,95 mL. D) 50,00 mL. 06. (CMMG) Considere o experimento em que são misturados em um único frasco • 100 mL de solução aquosa de NaCl, de concentração 0,200 mol/L; • 100 mL de solução aquosa de CaCl2 , de concentração 0,050 mol/L; • 100 mL de água. Tendo em vista o exposto, pode-se concluir que a concentração de íons cloreto na solução resultante, em mol/L, é igual a A) 0,150. B) 0,100. C) 0,0833. D) 0,0300. 07. (UERJ) Uma suspensão de células animais em um meio isotônico adequado apresenta volume igual a 1 L e concentração total de íons sódio igual a 3,68 g.L–1. A esse sistema, foram acrescentados 3 L de água destilada. Após o processo de diluição, a concentração total de íons sódio em milimol.L–1 é de A) 13. B) 16. C) 23. D) 40. 08. (UERJ) Um medicamento, para ser administrado a um paciente, deve ser preparado como uma solução aquosa de concentração igual a 5%, em massa, de soluto. Dispondo-se do mesmo medicamento em uma solução duas vezes mais concentrada, esta deve ser diluída com água até atingir o percentual desejado. As massas de água na solução mais concentrada e naquela obtida após a diluição apresentam a seguinte razão: A) 5 7 B) 5 9 C) 9 19 D) 7 15 09. 100 mL de Al2(SO4)3(aq) de concentração 1 mol.L–1 são adicionados a 900 mL de BaCl2(aq) de concentração 1/3 mol.L–1. Sabendo que a massa molar do BaSO4 = 233 g.mol–1, calcule A) a massa do precipitado (BaSO4) formado. B) a concentração em mol.L–1 do cloreto formado na solução. C) a concentração em mol.L–1 do reagente em excesso, se houver. 10. (PUC Rio) Um técnico de laboratório recebeu um frasco com 300 cm3 de ácido clorídrico de molaridade desconhecida a fim de determiná-la. Para isso, retirou uma alíquota de 10 mL do frasco original e transferiu para um balão volumétrico de 50 mL, o qual foi completado com água destilada. Após homogeneização, ele retirou 10 mL dessa solução e transferiu para um frasco erlenmeyer. Essa solução foi, em seguida, titulada com uma solução aquosa padrão de hidróxido de sódio de molaridade exata igual a 0,500 mol.L–1. Sabendo-se que, nessa titulação, foram consumidos 12 mL da solução-padrão de hidróxido de sódio, A) Escreva a reação química que ocorre no processo de titulação do ácido clorídrico pelo hidróxido de sódio. B) Calcule a quantidade de hidróxido de sódio (em mol) contida nos 12 mL de solução usada para a titulação do ácido. C) Calcule a molaridade da solução de ácido clorídrico do frasco original. Frente B Módulo 14 54 Coleção 6V 11. (UFMG) Para se determinar a quantidade de íons carbonato, CO3 2–, e de íons bicarbonato, HCO3 –, em uma amostra de água, adiciona-se a esta uma solução de certo ácido. As duas reações que, então, ocorrem estão representadas nestas equações: I. CO3 2– (aq) + H+ (aq) → HCO3 – (aq) II. HCO3 – (aq) + H+ (aq) → H2CO3(aq) Para se converterem os íons carbonato e bicarbonato dessa amostra em ácido carbônico, H2CO3, foram consumidos 20 mL da solução ácida. Pelo uso de indicadores apropriados, é possível constatar-se que, na reação I, foram consumidos 5 mL dessa solução ácida e, na reação II, os 15 mL restantes. Considerando-se essas informações, é correto afirmar que, na amostra de água analisada, a proporção inicial entre a concentração de íons carbonato e a de íons bicarbonato era de A) 1 : 1. B) 1 : 2. C) 1 : 3. D) 1 : 4. SEÇÃO ENEM 01. (Enem–2019) Um dos parâmetros de controle de qualidade de polpas de frutas destinadas ao consumo como bebida é a acidez total expressa em ácido cítrico, que corresponde à massa dessa substância em 100 gramas de polpa de fruta. O ácido cítrico é uma molécula orgânica que apresenta três hidrogênios ionizáveis (ácido triprótico) e massa molar 192 g.mol–1. O quadro indica o valor mínimo desse parâmetro de qualidade para polpas comerciais de algumas frutas. Polpa de fruta Valor mínimo da acidez total expressa em ácido cítrico (g/100 g) Acerola 0,8 Caju 0,3 Cupuaçu 1,5 Graviola 0,6 Maracujá 2,5 A acidez total expressa em ácido cítrico de uma amostra comercial de polpa de fruta foi determinada. No procedimento, adicionou-se água destilada a 2,2 g da amostra e, após a solubilização do ácido cítrico, o sólido remanescente foi filtrado. A solução obtida foi titulada com solução de hidróxido de sódio 0,01 mol.L–1, em que se consumiram 24 mL da solução básica (titulante). BRASIL. Ministério da Agricultura e do Abastecimento. Instrução normativa n. 1, de 7 de janeiro de 2000. Disponível em: . Acesso em: 09 maio 2019 (Adaptação). Entre as listadas, a amostra analisada pode ser de qual polpa de fruta? A) Apenas caju. B) Apenas maracujá. C) Caju ou graviola. D) Acerola ou cupuaçu. E) Cupuaçu ou graviola. 02. (Enem) A hidroponia pode ser definida como uma técnica de produção de vegetais sem necessariamente a presença de solo. Uma das formas de implementação é manter as plantas com suas raízes suspensas em meio líquido, de onde retiram os nutrientes essenciais. Suponha que um produtor de rúcula hidropônica precise ajustar a concentração do íon nitrato (NO3 –) para 0,009 mol/L em um tanque de 5 000 litros e, para tanto, tem em mãos uma solução comercial nutritiva de nitrato de cálcio 90 g/L. As massas molares dos elementos N, O e Ca são iguais a 14 g/mol, 16 g/mol e 40 g/mol, respectivamente. Qual o valor mais próximo do volume da solução nutritiva, em litros, que o produtor deve adicionar ao tanque? A) 26 B) 41 C) 45 D) 51 E) 82 03. (Enem) O peróxido de hidrogênio é comumente utilizado como antisséptico e alvejante. Também pode ser empregado em trabalhos de restauração de quadros enegrecidos e no clareamento de dentes. Na presença de soluções ácidas de oxidantes, como o permanganato de potássio, esse óxido se decompõe, conforme a equação a seguir: 5H2O2(aq) + 2KMnO4(aq) + 3H2SO4(aq) → 5O2(g) + 2MnSO4(aq) + K2SO4(aq) + 8H2O(l) ROCHA-FILHO, R. C. R.; SILVA, R. R. Introdução aos cálculos da Química. São Paulo: McGraw-Hill, 1992. De acordo com a estequiometria da reação descrita, a quantidade de permanganato de potássio necessária para reagir completamente com 20,0 mL de uma solução 0,1 mol/L de peróxido de hidrogênio é igual a A) 2,0 . 100 mol. B) 2,0 . 10–3 mol. C) 8,0 . 10–1 mol. D) 8,0 . 10–4 mol. E) 5,0 . 10–3 mol. Q U ÍM IC A 55Bernoulli Sistema de Ensino Diluição e Mistura de Soluções GABARITO Aprendizagem Acertei ______ Errei ______ • • 01. D • • 02. D • • 03. E 04. • • A) As soluções A e E são mais concentradas, pois apresentam maior razão de soluto / volume de solução. • • B) Não, pois a razão soluto / volume de solução após a mistura de B e E é menor do que a encontrada no béquer A. • • 05. A • • 06. C • • 07. A • • 08. O ponto de equivalência seria atingido em 5 mL de NaOH 0,2 mol.L–1. 5 Volume em mL de NaOH 0,2 mol.L–1 adicionado In te n si d ad e d e co lo ra çã o Propostos Acertei ______ Errei ______ • • 01. E • • 02. B 03. • • A) M(NaClO(s)) = 37,25 g • • B) Vfinal = 5 L • •C) C(NaClO) = 7,45 g.L–1 • • 04. C • • 05. B • • 06. B • • 07. D • • 08. C 09. • • A) m(BaSO4(s)) = 69,9 g • • B) C(AlCl3) = 0,2 mol.L–1 • • C) Não houve excesso. 10. • • A) HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H2O(l) • • B) n(NaOH) = 0,006 mol • • C) Cmol.L–1 = 3,00 mol.L –1 de HCl (no frasco original) 11. B Seção Enem Acertei ______ Errei ______ • • 01. C • • 02. B • • 03. D • • 04. D • • 05. A Meu aproveitamento Total dos meus acertos: __________ de __________ . ______ %______ % 04. Os alvejantes são produtos muito utilizados para o branqueamento de tecidos e limpeza de pisos, paredes e sanitários. São popularmente conhecidos como água sanitária. O quadro a seguir apresenta algumas informações retiradas do rótulo de um desses produtos. INSTRUÇÕES DE USO LAVAGEM DE ROUPAS: Para alvejar, adicione 1 copo (200 mL) de alvejante para cada 20 litros de água, deixando de molho por 1 hora. Para a remoção de manchas difíceis, adicione 1 copo (200 mL) de alvejante para cada 5 litros de água e deixe de molho por 15 minutos. COMPOSIÇÃO: Hipoclorito de sódio, hidróxido de sódio, cloreto de sódio, água e perfume. TEOR DE CLORO ATIVO: Entre 2,0% e 2,5%. Uma dona de casa preparou, seguindo as instruções do rótulo, uma solução para a remoção de manchas difíceis. Nesse preparo, a solução original foi diluída A) 5 vezes. B) 20 vezes. C) 25 vezes. D) 26 vezes. E) 101 vezes. 05. Um dos problemas correntes do vinagre brasileiro é a designação de vinagre de vinho a produtos elaborados com álcool de cana-de-açúcar e pequena quantidade de vinho. Isso acontece devido ao menor preço do álcool de cana-de- -açúcar em relação ao vinho. Considera-se, ainda, que com um litro de vinho obtêm-se entre dois e dois e meio litros de vinagre, enquanto um litro de álcool produz entre 18 L e 20 L de vinagre, com 4% de ácido acético. Esse procedimento deixou de utilizar um volume considerável de vinho, com prejuízo para as regiões produtoras, para a tipicidade e a qualidade do vinagre de vinho. RIZZON, Luiz Antenor. Disponível em: . Acesso em: 13 mar. 2018. [Fragmento] Com o objetivo de determinar se um certo vinagre corresponde ao padronizado, um técnico recolheu uma amostra de 50 mL desse vinagre que, em seguida, foi titulada com 25 mL de uma solução 0,1 mol.L–1 de NaOH. Dado de massa molecular: CH3COOH (60 u). Dessa forma, pode-se dizer que o vinagre analisado, se comparado ao vinagre padronizado, apresenta um teor de ácido acético A) 10 vezes menor. B) 20 vezes menor. C) 40 vezes menor. D) 50 vezes menor. E) 100 vezes menor. Frente B Módulo 14 56 Coleção 6V Existem milhares de reações químicas conhecidas atualmente e outras milhares que ainda estão por ser descobertas. Algumas dessas reações se processam com uma rapidez espantosa, outras, porém, são muito lentas. Com a finalidade de caracterizar a rapidez ou a lentidão com que as reações químicas ocorrem, foi introduzida a grandeza velocidade de reação. A parte da Química que estuda a velocidade de reação e os fatores que nela interferem é denominada Cinética Química. VELOCIDADE MÉDIA A velocidade média de uma reação é definida como: v O tCO 2 2 8 10 50 0 2 50 � � � � � � � � [ ] A quantidade poderá ser medida em • quantidade de matéria (número de mols); • volume; • concentração molar, mol.L–1, ou [ ]. Normalmente, utilizamos v reagentes ou produtos t � � � [ ] ou v t f i� �[ ] [ ] � Tipos de velocidade média Vamos agora analisar as velocidades das reações em função da variação da concentração de reagente e / ou produtos. Tomemos como exemplo a reação de síntese da amônia: N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g) N2 e H2 são reagentes e com o decorrer da reação deverão ser consumidos. O NH3 é o produto; inicialmente, sua concentração é zero e, com o decorrer do tempo, à medida que o composto é formado, sua concentração aumentará. OBSERVAÇÃO 1, 3 e 2 são os coeficientes estequiométricos que indicam as proporções (em quantidade de matéria) em que a reação se processa. Velocidade média de consumo dos reagentes A velocidade de consumo é definida para medir a rapidez ou a lentidão com que os reagentes são consumidos. A velocidade de consumo é negativa, pois [ ]f [ ]i. Para a reação em questão, temos: Velocidade de formação do NH3: V NH tfNH3 3� � � [ ] MÓDULO 15 FRENTE B 57Bernoulli Sistema de Ensino QUÍMICA Introdução à Cinética Química Velocidade média do processo A velocidade média poderá ser definida em função da quantidade de reagentes e / ou produtos, levando-se em consideração os coeficientes estequiométricos em questão. Estamos garantindo que a velocidade da reação será calculada por mol de reagente ou produto. Para a reação em questão, temos: V N t H t NH tm � � � | | | | | |� � � � � � 2 2 3 3 2 em que 1, 3 e 2 são os coeficientes estequiométricos. A velocidade média é determinada em módulo. A partir da velocidade média, vamos fazer algumas considerações. V N t H t NH tm � � � | [ ]| . | [ ]| . | [ ]| . � � � � � � 2 2 3 1 3 2 Logo, V v v v m C C fN H NH= = = | | | | | | 2 2 3 1 3 2 ou v v e v v C C C f N H N NH 2 2 2 3 3 2 = = e ainda v v C f H NH 2 3 2 = Vamos admitir que tenhamos os seguintes dados experimentais tabelados para a reação de síntese da água: 2H2(g) + O2(g) → 2H2O(g) [H2]/ mol.L–1 [O2]/ mol.L–1 [H2O]/ mol.L–1 Tempo/ min 12,00 10,00 0,00 0,00 8,00 8,00 4,00 50,00 6,00 7,00 6,00 100,00 5,00 6,50 7,00 150,00 4,50 6,25 7,50 200,00 A velocidade de consumo de O2 no intervalo de 0 a 50 minutos é: v O tCO 2 2 8 10 50 0 2 50 � � � � � � � � [ ] mol.L–1.min–1 VELOCIDADE INSTANTÂNEA A velocidade da reação em um determinado instante t é denominada velocidade instantânea. Um instante corresponde a um intervalo de tempo (∆t) que tende a zero. Pode-se determinar a velocidade instantânea baseando-se na Lei da Ação das Massas (assunto a ser abordado em um módulo posterior) ou por meio da análise das curvas que representam as variações das quantidades de reagentes ou produtos em função do tempo da reação. Tais curvas podem ser obtidas experimentalmente. A velocidade de uma reação, em um dado instante t, é dada pelo módulo da inclinação da reta tangente à curva de variação da concentração de reagentes ou de produtos em função do tempo. O ângulo da inclinação da reta tangente a cada ponto da curva irá indicar a velocidade instantânea da reação nesse ponto. Quanto menor for o ângulo de inclinação, menor será a velocidade instantânea. Tomemos, como exemplo, a reação de decomposição da água oxigenada: 2H2O2(aq) → 2H2O(l) + O2(g) O gráfico a seguir representa a variação da concentração de H2O2(aq) em função do tempo. A linha cheia foi obtida com base em dados experimentais. Cinética de decomposição da água oxigenada catalisada por cloreto férrico Tempo/s C on ce nt ra çã o da á gu a ox ig en ad a/ m ol .L –1 0,1500 0,1000 0,0500 0,0000 500 1 5001 000 1 250750 α Vestibular UFMG, 2006 (segunda etapa). A linha tracejada no gráfico mostra a reta tangente para o tempo de 950 s. Portanto, a velocidade instantânea será igual à tangente do ângulo α, ângulo estabelecido entre a reta tracejada e o eixo do tempo. tg α = cateto oposto / cateto adjacente tg H O t aq� � | []| [ ] ( )� � 2 2 tg H O H Oaq s aq s� � � � |[ ] [ ] |( ) ( )2 2 1 450 2 2 500 1 450 500 Frente B Módulo 15 58 Coleção 6V ANÁLISE GRÁFICA DA VELOCIDADE DE UMA REAÇÃO QUÍMICA As linhas que descrevem a evolução de uma reação podem ser dos seguintes tipos: Linha Significado Reta com inclinação positiva ou com inclinação negativa Velocidade constante e diferente de zero Reta com inclinação igual a zero e paralela ao eixo do tempo Velocidade constante e igual a zero (a reação pode ter se completado ou atingido o estado de equilíbrio) Curva ou Velocidade variável e diferente de zero, diminuindo com o passar do tempo Descendente ou Velocidade de consumo dos reagentes Ascendente ou Velocidade de formação dos produtos Reações com velocidades constantes As reações químicas que apresentam velocidade constante são aquelas em que a inclinação da reta tangente, em um determinado instante (velocidade instantânea), é constante e as linhas que descrevem a evolução desse tipo de reação são sempre uma linha reta. Experiência 1 Experiência 2 C on ce nt ra çã o de p ro du to s Tempo Gráfico 1. O gráfico 1 contém informações sobre a evolução de uma mesma reação em condições experimentais diferentes. Ambas as experiências ocorrem com velocidade constante. Contudo, a velocidade de formação do produto na experiência 1 é maior, pois a inclinação da reta que descreve a sua evolução é maior do que a inclinação da reta que descreve a evolução da reação 2. Quando a reta apresenta inclinação igual a zero, ou seja, a reta é paralela ao eixo do tempo, a reação se completou ou atingiu o estado de equilíbrio. Reações com velocidades variáveis Experimento 3 Experimento 2 Experimento 1 C on ce nt ra çã o de A t1 t2 t3 Tempo Gráfico 2. O gráfico 2 contém informações sobre a evolução de três reações nas mesmas condições experimentais. As experiências ocorrem a velocidades variáveis com o tempo. Contudo, a velocidade de consumo do reagente no experimento 1 é a maior de todas, pois a inclinação da reta tangente à curva que descreve o consumo do reagente, em módulo, é maior do que a das demais. Q U ÍM IC A 59Bernoulli Sistema de Ensino Introdução à Cinética Química A velocidade de consumo do reagente no experimento 3 é a menor de todas, pois a inclinação da reta tangente à curva que descreve o consumo do reagente, em módulo, é menor do que nos demais experimentos. Reações irreversíveis As reações irreversíveis são aquelas em que há o consumo total de pelo menos um dos reagentes, ou seja, não há conversão de produto novamente em reagente. No gráfico 2, temos certeza de que a única reação que é irreversível é a reação que ocorreu no experimento 1, pois, a partir do tempo t1, a quantidade de reagente é igual a zero. A tabela 1 descreve a evolução de uma reação irreversível entre os reagentes A e B, originando o produto C, no experimento 1: A(g) + B(g) → C(g) Tempo [A]/mol.L–1 [B]/mol.L–1 [C]/mol.L–1 t0 10 10 0 t1 5 5 5 t2 2 2 8 t3 1 1 9 t4 0 0 10 t5 0 0 10 Tabela 1. Observe que, a partir do tempo t4, a concentração de reagentes e produtos não mais se altera e os reagentes foram totalmente consumidos, ou seja, a reação não apresenta reagentes em excesso. A tabela 2 descreve a evolução de uma reação irreversível entre os reagentes D e E, originando o produto F no experimento 2, e possui um reagente em excesso: D(g) + E(g) → F(g) Tempo [D]/mol.L–1 [E]/mol.L–1 [F]/mol.L–1 t0 10 12 0 t1 5 7 5 t2 2 4 8 t3 1 3 9 t4 0 2 10 t5 0 2 10 Tabela 2. Observe que, a partir do tempo t4, a concentração de reagentes e produtos não mais se altera e o reagente D foi totalmente consumido, mas o reagente E ainda apresenta concentração diferente de zero, ou seja, a reação apresenta reagente E em excesso. Reações reversíveis As reações reversíveis são reações em que não há o consumo total dos reagentes, ou seja, há conversão de parte do produto novamente em reagente. O sentido da reação em que os reagentes se convertem em produtos é denominado sentido direto. O sentido da reação em que os produtos se convertem em reagentes é denominado sentido inverso. Uma reação reversível é representada por duas setas de sentido contrário. A(g) + 2B(g) Sentido direto Sentido inverso 3C(g) Toda reação reversível atinge o estado de equilíbrio. O estado de equilíbrio é obtido quando a velocidade com a qual o reagente se converte em produto é igual à velocidade com a qual o produto se converte em reagente. A(g) + 2B(g) 3C(g) Tempo [A]/mol.L–1 [B]/mol.L–1 [C]/mol.L–1 t0 10 14 0 t1 8 10 6 t2 6 6 12 t3 4 2 18 t4 4 2 18 t5 4 2 18 Tabela 3. Observe que nenhum dos reagentes é completamente consumido, mas, a partir do tempo t3, a variação da concentração dos reagentes e produtos é igual a zero. Isso ocorre porque as velocidades instantâneas de consumo dos reagentes é igual à velocidade instantânea de formação desses reagentes. A velocidade média da reação, porém, é igual a zero, pois a variação da concentração da espécie química monitorada também é igual a zero. Análise gráfica de reações irreversíveis e reversíveis No gráfico 2, temos a certeza de que a única experiência cuja reação é irreversível é a reação que ocorre no experimento 1, pois, a partir do tempo t1, a quantidade de reagente é igual a zero. As reações que ocorrem nos experimentos 2 e 3 se completaram, com o reagente A em excesso (o reagente não foi totalmente consumido), ou atingiram o estado de equilíbrio, a partir dos tempos t2 e t3, respectivamente. Frente B Módulo 15 60 Coleção 6V EXERCÍCIOS DE APRENDIZAGEM 01. (UERJ) A irradiação de micro-ondas vem sendo utilizada como fonte de energia para determinadas reações químicas em substituição à chama de gás convencional. Em um laboratório, foram realizados dois experimentos envolvendo a reação de oxidação do metilbenzeno com KMnO4 em excesso. A fonte de energia de cada um, no entanto, era distinta: irradiação de micro-ondas e chama de gás convencional. Observe, no gráfico a seguir, a variação da concentração de metilbenzeno ao longo do tempo para os experimentos: Micro-ondas Convencional C on ce nt ra çã o (m ol .L –1 ) Tempo (min) 4 0,4 0,8 1,2 1,6 2 0 8 12 16 20 24 Observe, agora, a equação química que representa esses experimentos: O OHKMnO4 Para o experimento que proporcionou a maior taxa de reação química, determine a velocidade média de formação de produto, nos quatro minutos iniciais, em g.L–1.min–1. Em seguida, calcule o rendimento da reação. 02. (FMU-SP) O gráfico a seguir mostra a variação da quantidade de matéria de reagente em função do tempo, numa reação química. mol t / s 6 4 4 2 2 A rapidez média dessa reação é A) –1 mol.s–1. B) 1 mol.s–1. C) 2 mol.s–1. D) 4 mol.s–1. E) –4 mol.s–1. 03. (UNISC-RS–2016) Considere que em uma reação hipotética A → B + C observou-se a seguinte variação na concentração de A em função do tempo: A (molL-1) 0,240 0,200 0,180 0,162 0,153 Tempo (s) 0 180 300 540 840 A velocidade média (Vm) da reação no intervalo de 180 a 300 segundos é A) 1,66 . 10-4 mol.L-1.s-1 B) 3,32 . 10-4 mol.L-1.s-1 C) 1,66 . 10-2 mol.L-1.s-1 D) 0,83 . 10-2 mol.L-1.s-1 E) 0,83 . 10-4 mol.L-1.s-1 04. (UFES) A hidrazina (N2H4) é líquida e recentemente chamou a atenção como possível combustível para foguetes por causa de suas fortes propriedades redutoras. Uma reação típica da hidrazina é: N2H4 + 2I2 → 4HI + N2 Supondo as velocidades expressas em mol/L, V1 = velocidade de consumo de N2H4 V2 = velocidade de consumo de I2 V3 = velocidade de formação de HI V4 = velocidade de formação de N2 Podemos afirmar que: A) V1 = V2 = V3 = V4 B) V1 = V2/2 = V3/4 = V4 C) V1 = 2V2 = 4V3 = V4 D) V1 = V2/4 = V3/4 = V4/2 E) V1 = 4V2 = 4V3 = 2V4 05. (ACAFE-SC) Considere a reação de decomposição do pentóxido de dinitrogênio: 2N2O5(g) → 4NO2(g)+ O2(g) Considerando que a velocidade de desaparecimento do pentóxido de dinitrogênio seja de 6 . 10–3 mol.L–1.s–1, assinale a alternativa que apresenta o valor correto para a velocidade de aparecimento do NO2 expressa em mol.L–1.s–1. A) 18 . 10–3 B) 24 . 10–3 C) 6 . 10–3 D) 12 . 10–3 Q U ÍM IC A 61Bernoulli Sistema de Ensino Introdução à Cinética Química 06. (UERJ–2017) Em um exame clínico, monitorou-se a concentração de um hormônio no sangue de um paciente, das 14 h de um dia às 10 h do dia seguinte. Os resultados do monitoramento, organizados em períodos de quatro horas, estão apresentados no gráfico a seguir. I II III IV V Período0 0,47 . 10–9 1,1 . 10–9 2,7 . 10–9 3,1 . 10–9 C on ce nt ra çã o (m ol .m L– 9 ) Períodos: I. 14 a 18 h II. 18 a 22 h III. 22 a 02 h IV. 02 a 06 h V. 06 a 10 h A maior taxa de produção do hormônio, em mol.mL–1.h–1, verificada em um dos cinco períodos do exame, corresponde a: A) 1,0 . 10–10 B) 2,0 . 10–10 C) 4,0 . 10–10 D) 5 0 10 10, . − 07. (UEPG-PR–2017) A partir da análise da curva que representa uma reação química apresentada a seguir, assinale o que for correto. A B Tempo C on ce nt ra çã o C 01. A concentração de todos os componentes aumenta ao longo do tempo. 02. Os componentes A e B correspondem aos produtos da reação. 04. O componente C corresponde ao reagente da reação. 08. Esta curva pode representar a reação: 2NH3(g) → 1N2(g) + 3H2(g). 16. Esta curva pode representar a reação: C(s) + O2(g) → CO2(g). 08. (CMMG–2016) A equação química que melhor poderia representar esse fenômeno seria: 0 9 2 12 I I [C] [C] 0 2 Tempo (min) 0 0 2 Tempo (min) A) S + O2 →SO2. B) H2 + Cl2 → 2HCl. C) N2 + 3H2 → 2NH3. D) 2NaN3 → 2Na + 3N2. EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. Um químico realizou a reação de decomposição do H2CO3: H2CO3 → H2O + CO2 Mediu a concentração molar do CO2 nos tempos 10 s e 20 s e obteve: 10 s → [CO2] = 0,2 mol.L–1 20 s → [CO2] = 0,8 mol.L–1 Qual é a velocidade média dessa reação no intervalo de 10 s a 20 s? 02. (UFRGS-RS–2019) Sob determinadas condições, verificou-se que a taxa de produção de oxigênio na reação a seguir é de 8,5 . 10–5 mol.L–1.s–1. N2O5(g) → N2O4(g) + ½ O2(g) Se a velocidade permanecer constante, ao longo de 5 minutos, a diminuição da concentração de N2O5 será de A) 8,5 mmol.L–1. B) 51 mmol.L–1. C) 85 mmol.L–1. D) 17 mol.L–1. E) 51 mol.L–1. 03. (Cesgranrio) O gráfico representa a variação das concentrações das substâncias X, Y e Z durante a reação em que elas tomam parte: C o n ce n tr aç ão Tempo X Y Z A equação que representa a reação é A) X + Z → Y. B) X + Y → Z. C) X → Y + Z. D) Y → X + Z. E) Z → X + Y. Frente B Módulo 15 62 Coleção 6V 04. (UFRN) O Haber é um importante processo industrial para produzir amônia conforme a reação: 1N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g) Colocados, em um reator, nitrogênio e hidrogênio, obtiveram-se os seguintes dados em minutos e mol.L–1: ∆∆t / min [N2] [H2] [NH3] 0 0,50 1,50 – 10 0,45 1,35 0,10 A velocidade média em função de NH3, N2, H2 e a velocidade média da reação são, respectivamente, A) 0,01; –0,005; –0,015 e 0,005 mol.L–1.min–1. B) 0,01; 0,135; 0,045 e 0,005 mol.L–1.min–1. C) 0,01; 0,005; 0,015 e 0,005 mol.L–1.min–1. D) 0,01; –0,130; –0,045 e 0,005 mol.L–1.min–1. E) 0,10; 1,350; 0,450 e 0,005 mol.L–1.min–1. 05. Em determinada experiência, a reação de formação de água está ocorrendo com o consumo de quatro mol de oxigênio por minuto. Consequentemente, a velocidade de consumo de hidrogênio é de A) 2 mol.min–1. B) 4 mol.min–1. C) 8 mol.min–1. D) 12 mol.min–1. E) 16 mol.min–1. 06. (UEPG-PR–2016) O peróxido de hidrogênio, quando não armazenado de maneira adequada, decompõe-se facilmente com o tempo produzindo H2O e O2. A tabela a seguir mostra os dados de variação de massa de H2O2 coletados com o tempo. Sobre a cinética da reação de decomposição do H2O2 assinale o que for correto. Dados: H = 1,00 g/mol; O = 16,0 g/mol. Tempo (min) Massa de H2O2 (g) 0 400 2 300 4 220 6 160 01. A velocidade média de decomposição de H2O2, no intervalo de 0 a 2 min, expressa em g de H2O2 por minuto, é de 50 g.min-1. 02. O número de mols de H2O2 presentes na solução no tempo de 4 min é de 6,47 mol. 04. A velocidade média de decomposição de H2O2, no intervalo de 0 a 6 min, expressa em mol de H2O2 por minuto, é de 1,17 mol.min-1. 08. A reação balanceada de decomposição do peróxido de hidrogênio é a seguinte: H2O2(l) → H2O(l) + O2(g). 16. A velocidade média de formação de O2 na reação, expressa em mol de O2 por min, no intervalo de 0 a 6 min, é de 0,588 mol.min-1. 07. (PUC Minas) Durante a decomposição da água oxigenada, ocorre a formação de água e oxigênio de acordo com a equação: 2H2O2(aq) → 2H2O(l) + O2(g) Se a velocidade de liberação de oxigênio é 1 . 10–4 mol.s–1, a velocidade de consumo da água oxigenada em mol.s–1 é A) 0,5 . 10–4. B) 1 . 10–4. C) 2 . 10–4. D) 3 . 10–4. 08. (PUC-Campinas-SP) A combustão do butano corresponde à equação C4H10(g) + 6,5O2(g) → 4CO2(g) + 5H2O(l) Se a velocidade da reação for 0,05 mol de butano por minuto, determine a massa de CO2 produzida em meia hora. 09. (UFMG) A água oxigenada, H2O2, decompõe-se para formar água e oxigênio de acordo com a equação H2O2(l) → H2O(l) + 12 O2(g) A rapidez dessa reação pode ser determinada recolhendo-se o gás em um sistema fechado, de volume constante, e medindo-se a pressão do oxigênio formado em função do tempo de reação. Pr es sã o d e o xi g ên io / a tm Tempo de reação / minutos 3,00 0 25 50 75 100 125 150 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 Em uma determinada experiência, realizada a 25 °C, foram encontrados os resultados mostrados no gráfico. Considerando-se o gráfico, pode-se afirmar que a rapidez de decomposição da água oxigenada A) aumenta durante o processo de decomposição. B) tende para zero no fim do processo de decomposição. C) é constante durante todo o processo de decomposição. D) é igual a zero no início do processo de decomposição. Q U ÍM IC A 63Bernoulli Sistema de Ensino Introdução à Cinética Química 10. O air bag, dispositivo de segurança utilizado em alguns veículos, é inflado, em caso de acidente, com gás N2 produzido pela reação: 2NaN3(s) → 2Na(s) + 3N2(g) O tempo necessário para que um air bag seja completamente inflado, atingindo um volume de 54 L, é de 1/20 s. Calcule a velocidade de formação do N2 em litros por segundo e a velocidade de consumo do NaN3 em mol por segundo. Dado: Volume molar na temperatura ambiente: 27 L. 11. (PUC Minas) A poluição pelo NO2(g) é uma das causas da destruição da camada de ozônio. Uma das reações que pode ocorrer no ar poluído é a reação do dióxido de nitrogênio com o ozônio: 2NO2(g) + O3(g) → N2O5(g) + O2(g) Admita que a formação do O2(g) tem uma rapidez média constante igual a 0,05 mol.L–1.s–1. A massa de O3(g) consumida em 1 min é, em gramas, A) 2,40. B) 144,00. C) 1,60. D) 96,00. E) 48,00. 12. (UFSCar-SP) Com relação à reação: 2A + 3B → 2C + D Podemos afirmar que A) os reagentes (A e B) são consumidos com a mesma velocidade. B) a velocidade de desaparecimento de A é igual à velocidade de aparecimento de C. C) os produtos (C e D) são formados com a mesma velocidade. D) a velocidade de aparecimento de D é três (3) vezes maior que a velocidade de desaparecimento de B. E) a velocidade de desaparecimento de A é a metade da velocidade de aparecimento de D. 13. (UFSC) Para a reação A + 2B → C, com as concentrações iniciais de A e B iguais a 8,5 mol.L–1 e 15 mol.L–1, respectivamente, colheram-se os seguintes dados em laboratório: Tempo (h) [C] 0,0 0,0 1,0 3,0 2,0 4,5 3,0 5,0 4,0 5,5 [C] é a concentração molar de C. Com os dados fornecidos, calcule A) a velocidade média da reação no intervalo de 1h a 3h. B) a concentração de A no tempo de 4h. 14. (CMMG) Na reação de zinco metálico com excesso de ácido clorídrico, são formadosum sal e hidrogênio molecular. O gráfico que melhor representa a variação do volume do gás obtido com o tempo, desde o início da reação (tempo zero) até o seu fim, é: Vo lu m e Tempo Vo lu m e Tempo Vo lu m e Tempo Vo lu m e Tempo A) B) C) D) 15. (FUVEST-SP) O 2-bromobutano (líquido) reage com o hidróxido de potássio (em solução de água e álcool) formando o 2-buteno (gasoso) e, em menor proporção, o 1-buteno (gasoso). C4H9Br(l) + KOH(aq) → C4H8(g) + KBr(aq) + H2O(l) Em uma experiência, 1,37 g de 2-bromobutano e excesso de KOH foram aquecidos a 80 °C. A cada 50 segundos, o volume da mistura de butenos foi determinado, nas condições ambientais, obtendo-se o gráfico a seguir: Frente B Módulo 15 64 Coleção 6V 120 110 100 100 150 200 250 300 350 400 450 Tempo / s V o lu m e d a m is tu ra d e b u te n o s / m L 90 80 70 60 50 50 40 30 20 10 A) Com esses dados, verifica-se que a conversão do 2-bromobutano na mistura 2-buteno e 1-buteno não foi de 100%. Mostre isso com cálculos. B) Observando o gráfico, o que se pode afirmar sobre a velocidade da reação quando se comparam seus valores médios ao redor de 100, 250 e 400 segundos? Justifique sua resposta utilizando o gráfico. Dados: volume molar de gás nas condições ambientais = 25 L.mol–1. Massa molar do 2-bromobutano = 137 g.mol–1. 16. (UNIFESP) Para neutralizar 10,0 mL de uma solução de ácido clorídrico, foram gastos 14,5 mL de solução de hidróxido de sódio 0,120 mol.L–1. Nessa titulação ácido- base, foi utilizada fenolftaleína como indicador do ponto final da reação. A fenolftaleína é incolor no meio ácido, mas torna-se rosa na presença de base em excesso. Após o fim da reação, percebe-se que a solução gradativamente fica incolor à medida que a fenolftaleína reage com excesso de NaOH. Nesse experimento, foi construído um gráfico que representa a concentração de fenolftaleína em função do tempo. 5 . 10–3 4 . 10–3 3 . 10–3 2 . 10–3 C on ce nt ra çã o de f en ol ft al eí na / m ol .L –1 1 . 10–3 400300 Tempo / s 2001000 A) Escreva a equação da reação de neutralização e calcule a concentração, em mol.L–1, da solução de HCl. B) Calcule a velocidade média de reação de decomposição da fenolftaleína durante o intervalo de tempo de 50 segundos iniciais de reação. Explique por que a velocidade de reação não é a mesma durante os diferentes intervalos de tempo. SEÇÃO ENEM 01. (Enem) A duração do efeito de alguns fármacos está relacionada a sua meia-vida, tempo necessário para que a quantidade original do fármaco no organismo se reduza à metade. A cada intervalo de tempo correspondente a uma meia-vida, a quantidade de fármaco existente no organismo no final do intervalo é igual a 50% da quantidade no início desse intervalo. 0 2 Número de meias-vidas 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 % d e fá rm ac o no o rg an is m o 1 3 4 5 6 7 FUCHS, F. D.; WANNMA, Cher l. Farmacologia clínica. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 1992. p. 40. O gráfico anterior representa, de forma genérica, o que acontece com a quantidade de fármaco no organismo humano ao longo do tempo. A meia-vida do antibiótico amoxicilina é de 1 hora. Assim, se uma dose for injetada às 12 h em um paciente, o percentual dessa dose que restará em seu organismo às 13 h e 30 min será, aproximadamente, de A) 10%. B) 15%. C) 25%. D) 35%. E) 50%. Q U ÍM IC A 65Bernoulli Sistema de Ensino Introdução à Cinética Química GABARITO Aprendizagem Acertei ______ Errei ______ • • 01. vm = 24,4 g.L–1.min–1 Rendimento = 40% • • 02. A • • 03. A • • 04. B • • 05. D • • 06. D • • 07. Soma = 14 • • 08. C Meu aproveitamento Propostos Acertei ______ Errei ______ • • 01. Vm = 0,06 mol . L–1 . s–1 • • 02. B • • 03. E • • 04. A • • 05. C • • 06. Soma = 23 • • 07. C • • 08. 264 g de CO2(g) em 30 min. • • 09. B • • 10. Vf(N2(g)) = 1 080 L. s-1 Vc(NaN3(s)) = 26,67 mol. s-1 • • 11. B • • 12. B 13. • • A) Vm = 1 mol.L-1.h-1 • • B) [A] = 3 mol.L-1 • • 14. A 15. • • A) 100% = 250 mL; 105 mL = 42% de rendimento. • • B) Quanto menor a inclinação da reta tangente a cada ponto, menor a velocidade, portanto, v100 > v250 > v400. 16. • • A) HCl + NaOH → NaCl + H2O [HCl] = 0,174 mol.L–1 • • B) vreação = 4,0 . 10–5 mol.L–1.s–1 A velocidade de reação depende da concentração de fenolftaleína. Com a diminuição da concentração de fenolftaleína (vide gráfico), ocorre a diminuição da velocidade de reação. Seção Enem Acertei ______ Errei ______ • • 01. D • • 02. C Total dos meus acertos: __________ de __________ . ______ %______ % 02. (Enem) A obsidiana é uma pedra de origem vulcânica que, em contato com a umidade do ar, fixa água em sua superfície, formando uma camada hidratada. A espessura da camada hidratada aumenta de acordo com o tempo de permanência no ar, propriedade que pode ser utilizada para medir sua idade. O gráfico a seguir mostra como varia a espessura da camada hidratada, em mícrons (1 mícron = 1 milésimo de milímetro) em função da idade da obsidiana. E sp es su ra h id ra ta d a (e m m íc ro n s) 15 10 5 0 20 000 40 000 60 000 80 000 100 000 120 000 140 000 Idade (em anos) Com base no gráfico, pode-se concluir que a espessura da camada hidratada de uma obsidiana A) é diretamente proporcional à sua idade. B) dobra a cada 10 000 anos. C) aumenta mais rapidamente quando a pedra é mais jovem. D) aumenta mais rapidamente quando a pedra é mais velha. E) a partir de 100 000 anos não aumenta mais. Frente B Módulo 15 66 Coleção 6V ETAPAS DE UMA REAÇÃO Reação química é o processo em que substâncias iniciais (reagentes) entram em contato. Devido à afinidade química entre elas, há a formação dos produtos (substâncias finais). Podemos dividir uma reação química em 3 etapas: 1ª) Quebra de ligações devido ao contato entre as partículas reagentes; 2ª) Rearranjo atômico (mudança dos átomos de lugar); 3ª) Formação de novas ligações. Exemplo: NO2(g) + CO(g) → NO(g) + CO2(g) Choque efetivo entre os reagentes Complexo ativado Produtos TEORIA DAS COLISÕES A Teoria das Colisões é aplicável aos gases e faz uso do modelo de esfera rígida para as partículas reagentes. Ela não prevê a existência de interações atrativas e repulsivas entre as partículas que colidem e considera apenas o movimento de translação dessas partículas. Segundo essa teoria, para que duas partículas reajam, é necessário que ocorra uma colisão inelástica entre elas. Somente aquelas colisões frontais em que a energia cinética relativa das partículas é superior a um determinado valor crítico, denominado energia de ativação, resultam em reação química. Colisões efetivas na Teoria das Colisões As colisões que resultam em reação química são denominadas colisões efetivas e apresentam as seguintes características: • A energia cinética das partículas que colidem deve ser maior ou igual à energia de ativação. • Apresentam orientação favorável. Existem determinadas direções que favorecem a quebra e a formação de ligações químicas. Essa orientação depende do tamanho e da geometria das partículas reagentes. Tomemos como exemplo a reação hipotética: A(g) + ABC(g) → A2(g) + BC(g) As colisões entre as partículas reagentes A(g) + ABC(g) podem ocorrer de forma efetiva (eficaz) ou não efetiva (não eficaz): C Aproximação das partículas reagentes com orientação desfavorável à formação do produto A2(g) Colisão não efetiva Afastamento das partículas reagentes após a colisão A AC A A AB C A BB Toda reação ocorre a partir de colisões entre as partículas reagentes, mas nem toda colisão resultará em uma reação química. MÓDULO 16 FRENTE B 67Bernoulli Sistema de Ensino QUÍMICA Teoria das Colisões e do Complexo Ativado A colisão anterior não foi efetiva para a formação • do produto A2(g), pois a orientação ou a geometria da colisão não foi favorável; • dosprodutos AC(g) e AB(g), pois não apresentava energia cinética maior ou igual à energia de ativação, ou seja, a colisão não foi suficientemente intensa para quebrar a ligação C—B e formar a ligação A—C. A orientação favorável para originar o produto A2(g) corresponde à direção da linha que une os centros das esferas A. Aproximação das partículas reagentes com orientação favorável à formação do produto A2(g) Colisão efetiva Afastamento das partículas produtos após colisão A A A A AAB B B C C C O COMPLEXO ATIVADO (CA) Quando duas partículas reagentes se aproximam, ocorre um aumento da repulsão existente entre elas. Caso essas partículas possuam uma energia cinética suficientemente grande, elas serão desaceleradas, mas não o suficiente para evitar uma colisão. Essa colisão promove a fusão das nuvens eletrônicas das partículas reagentes, originando uma espécie química denominada complexo ativado. A energia cinética mínima necessária para permitir a colisão entre as partículas reagentes, originando o complexo ativado, é denominada energia de ativação. O complexo ativado é uma espécie química instável e transitória (intermediária), na qual todos os átomos que formam os reagentes se encontram em uma mesma nuvem eletrônica. Nesse momento, algumas de suas ligações começam a ser rompidas e as ligações que originarão os produtos começam a ser formadas. A reação de síntese do HF(g) pode ser representada pelas seguintes equações: H2(g) + F2(g) H2F2(g) 2HF(g) H—H F—F + H—F H—F + F H Reagentes ProdutosComplexo ativado F H A energia potencial do complexo ativado é superior às energias potenciais dos reagentes e dos produtos. Portanto, ele é mais instável do que os reagentes e os produtos. Sua instabilidade é tão alta que seu tempo médio de vida é da ordem de 10−6 segundos. No complexo ativado, as partículas reagentes atingiram um ponto de aproximação e de deformação tão grande que uma pequena deformação extra origina os produtos. Contudo, existe também a probabilidade de o complexo ativado retornar à condição inicial de reagentes. Colisões efetivas na Teoria do Complexo Ativado Na Teoria do Complexo Ativado, as colisões são efetivas quando, a partir da decomposição do complexo ativado, há a formação de produtos. As colisões com orientação favorável podem ser efetivas ou não efetivas. Tomemos, como exemplo, a reação de decomposição do HI(g). Colisão com orientação favorável 2HI(g) 2H2I2(g) 2H2(g) + I2(g) 1 2I I I I I I 1 Reagentes Complexo ativado Produtos No sentido , os reagentes formam o complexo ativado, que sofre decomposição e origina os produtos. Dessa forma, a colisão entre os reagentes é uma colisão efetiva. No sentido , os reagentes formam o complexo ativado, que sofre decomposição e volta a originar os reagentes. Dessa forma, a colisão entre os reagentes é uma colisão não efetiva. As colisões com orientação desfavorável não são efetivas. Frente B Módulo 16 68 Coleção 6V Colisões com orientações desfavoráveis I I I I H H H H H H I I FATORES QUE INFLUENCIAM A VELOCIDADE DE REAÇÃO Tanto na Teoria das Colisões quanto na Teoria do Complexo Ativado, a velocidade de uma reação química será tanto maior quanto maior for a frequência das colisões efetivas, ou seja, quanto maior for o número de colisões efetivas por unidade de tempo. Assim, os fatores que aumentam a velocidade de uma reação química são aqueles que aumentam a frequência das colisões efetivas. Concentração dos reagentes Quanto maior a quantidade de reagentes, maior é o número de espécies químicas que podem realizar os choques efetivos e, consequentemente, maior será a velocidade de reação. Pressão Para sistemas gasosos, quanto maior for a pressão, menor será o volume do sistema (à temperatura constante), o que aumentará a probabilidade da existência de um choque efetivo devido à diminuição da distância média entre as espécies reagentes. O aumento da pressão em um sistema gasoso pela adição de um gás inerte aos reagentes (hélio, por exemplo) aumenta a frequência de colisões no sistema, mas não aumenta a frequência de colisões efetivas e, portanto, não altera a velocidade da reação química. A velocidade de uma reação química só é aumentada quando ocorre um aumento da pressão parcial dos reagentes gasosos, pois esse é o único aumento de pressão que eleva a frequência de colisões efetivas. A adição de gás inerte a um sistema reacional aumenta a pressão total do sistema, mas não altera a pressão parcial dos gases reagentes. Por exemplo, o sistema reacional a seguir, formado pela mistura de hidrogênio e oxigênio com pressões parciais iguais a 0,8 atm e 0,4 atm, respectivamente, em um balão conectado a uma seringa com gás inerte. 2H2(g) + O2(g) → 2H2O(g) H2(g) + O2(g) He(g) Pressão total antes da adição de gás hélio inerte: ptotal antes da adição de gás inerte = pH2 + pO2 ptotal antes da adição de gás inerte = 0,8 atm + 0,4 atm ptotal antes da adição de gás inerte = 1,2 atm Pressão total após a adição de gás hélio inerte com 0,2 atm de pressão parcial: ptotal após a adição de gás inerte = pH2 + pO2 + pHe ptotal após a adição de gás inerte = 0,8 atm + 0,4 atm + 0,2 atm ptotal após a adição de gás inerte = 1,4 atm Portanto, a adição de gás He aumentou a pressão total do sistema, mas não aumentou as pressões parciais dos reagentes. Sendo assim, a frequência de colisões efetivas continua a mesma. Temperatura Quando aumentamos a temperatura, estamos aumentando o número de moléculas com energia mínima necessária para atingir o estado de complexo ativado (Eat). Em uma amostra de reagentes, nem todas as espécies apresentam a mesma energia em um dado instante. A distribuição de energia entre as espécies reagentes é dada pela curva que se segue. Q U ÍM IC A 69Bernoulli Sistema de Ensino Teoria das Colisões e do Complexo Ativado N úm er o de m ol éc ul as q ue p os su em um a de te rm in ad a en er gi a ci né tic a Energia cinética das moléculasEm Eat 22 1 3 Em: Energia média Eat: Energia de ativação Região 1: Uma pequena parte das espécies da amostra possui baixa energia. Região 2: A maioria das espécies da amostra possui energia mediana. Região 3: Uma pequena parte das espécies da amostra possui energia superior à energia de ativação. Com o aumento da temperatura, há uma nova distribuição de energia entre as espécies reagentes. Eat Energia cinética das moléculas T1 T2 N úm er o de m ol éc ul as q ue po ss ue m u m a de te rm in ad a en er gi a ci né tic a Note que o aumento da temperatura (T1a velocidade da reação, trituramos o sólido, ou seja, o pulverizamos, transformando-o em pó. vgrãos 0 Produtos Reagentes Complexo ativado DH > 0, pois a reação é endotérmica (absorve calor) e Hp > Hr . Reações não elementares Uma reação que ocorre em etapas deverá possuir o número de complexos ativados igual ao número de etapas existentes. Caminho da reação En ta lp ia H Reagentes Produtos 1ª etapa 2ª etapa 3ª etapa 4ª etapa 5ª etapa Quanto menor a energia de ativação, mais rápida será a reação. Para que isso seja verdade, as reações em análise devem estar nas mesmas condições de temperatura, de pressão e de concentração molar. Sendo assim, no gráfico anterior, a etapa mais rápida é a 4ª e a mais lenta é a 3ª. Ação de um catalisador Sob a ação de um catalisador, a reação ocorre por um outro caminho com menor energia de ativação. En ta lp ia H Caminho da reação ProdutosReagentes Energia de ativação sem catalisador Energia de ativação com catalisador Observe que o catalisador não altera Hp, Hr e DH. A reação catalisada pode ocorrer por um caminho com várias etapas, em que cada uma delas possui uma energia de ativação menor que na reação não catalisada. Reagentes ProdutosEn ta lp ia H Caminho da reação Reação catalisada processando-se em duas etapas. Introdução à cinética química Sabe-se que, para reações não elementares, determina-se a velocidade do processo por meio da etapa lenta. Com essa animação, você entenderá por que essa etapa é a determinante da velocidade da reação. Bons estudos! Q U ÍM IC A 71Bernoulli Sistema de Ensino Teoria das Colisões e do Complexo Ativado EXERCÍCIOS DE APRENDIZAGEM 01. (UFJF–2019) O fosgênio, COCl2, é um composto organoclorado tóxico e corrosivo, porém, importante na indústria de polímeros, corantes e produtos farmacêuticos. O estudo da reação reversível de produção do fosgênio determinou a entalpia de formação (reação direta) como sendo –57 kJ/mol. Considere a decomposição do COCl2 (reação inversa) ocorrendo sob duas condições: no primeiro caso (Condição A) a energia de ativação da reação de decomposição do COCl2 foi de +70 kJ/mol, enquanto no segundo caso (Condição B) a energia de ativação dessa reação passa a ser +60 kJ/mol. Ambas as condições estão descritas graficamente nas figuras a seguir: Condição A Andamento da reação de formação do fosgênio CO(g) + C2(g) COC2(g) 70 kJ/mol En er gi a po te nc ia l 57 kJ/mol Condição B Andamento da reação de formação do fosgênio CO(g) + C2(g) COC2(g) 60 kJ/mol En er gi a po te nc ia l 57 kJ/mol A respeito desses processos, assinale a alternativa correta. A) Sob a Condição A, a entalpia da reação inversa é +13 kJ/mol, e a Condição B inclui o uso de catalisador, fazendo com que a entalpia da reação inversa passe a ser +3 kJ/mol. B) Sob a Condição A, a entalpia da reação inversa é +57 kJ/mol, e a Condição B inclui o uso de altas temperaturas, fazendo com que a energia de ativação da reação direta passe a ser –10 kJ/mol. C) Sob a Condição A, a energia de ativação da reação direta é +70 kJ/mol, e a Condição B inclui o uso de catalisador, fazendo com que a energia de ativação da reação direta passe a ser +60 kJ/mol. D) Sob a Condição A, a energia de ativação da reação direta é +13 kJ/mol, e a Condição B inclui o uso de catalisador, fazendo com que a energia de ativação da reação direta passe a ser +3 kJ/mol. E) Sob a Condição A, a energia de ativação da reação direta é +13 kJ/mol, e a Condição B inclui o uso de altas temperaturas, fazendo com que a energia de ativação da reação direta passe a ser +3 kJ/mol. 02. (UFSM-RS) Para que ocorra uma reação química, é necessário que os reagentes entrem em contato através de colisões, o que se chama de Teoria das Colisões. Essa teoria baseia-se em: I. Todas as colisões entre os reagentes são efetivas (ou favoráveis). II. A velocidade da reação é diretamente proporcional ao número de colisões efetivas (ou favoráveis). III. Existem colisões que não são favoráveis à formação do produto. IV. Maior será a velocidade de reação quanto maior for a energia de ativação. Estão corretas A) apenas I, II e III. B) apenas II e III. C) apenas I e IV. D) apenas I, II e IV. E) apenas III e IV. 03. (CMMG) A tabela a seguir mostra resultados de massas iguais de comprimidos antiácidos efervescentes que foram dissolvidos em volumes iguais de água. Experiência Forma do comprimido Temperatura da água (°C) Tempo gasto na dissolução (min) I Em pó 25 0,8 II Em pó 50 0,2 III Inteiro 25 1,2 IV Inteiro 50 0,5 Considerando os resultados da tabela, observamos que a experiência número II ocorreu mais rapida- mente. De acordo com a Teoria das Colisões, esse fato ocorreu porque A) aumentou a frequência dos choques efetivos entre as substâncias reagentes. B) diminui a concentração das substâncias reagentes, facilitando os choques efetivos entre elas. C) aumentou a energia de ativação das substâncias reagentes. D) diminuiu a superfície de contato entre as substâncias reagentes, facilitando os choques efetivos entre elas. Frente B Módulo 16 72 Coleção 6V 04. (PUC-SP–2017) Para mostrar a diferença da rapidez da reação entre ferro e ácido clorídrico, foi utilizado o ferro em limalha e em barra. Pingando dez gotas de ácido clorídrico 1,0 mol.L-1 em cada material de ferro, espera-se que a reação seja A) mais rápida no ferro em barra porque a superfície de contato é menor. B) mais rápida no ferro em limalha porque a superfície de contato é maior. C) igual, pois a concentração e a quantidade do ácido é maior. D) mais lenta no ferro em limalha porque a superfície de contato é menor. E) mais lenta no ferro em barra porque a superfície de contato é maior. 05. (FASEH-MG) Considere as equações químicas que representam a decomposição do peróxido de hidrogênio em água e oxigênio: H2O2(aq) + KI(s) → H2O(l) + KOI(s) → H2O(l) + KI(s) + 12O2(g) Com relação à decomposição do peróxido de hidrogênio, é correto afirmar que A) a diminuição da concentração de iodeto de potássio (KI) reduz a produção de água. B) o aumento da concentração de iodeto de potássio (KI) eleva a produção de água. C) o iodeto de potássio (KI) necessariamente influencia a formação de água e oxigênio. D) o iodeto de potássio (KI) influencia a velocidade da reaçãode decomposição. 06. (Fatec-SP) A respeito da velocidade das reações químicas, podemos afirmar que A) o catalisador aumenta a velocidade da reação porque provoca um aumento na energia de ativação. B) um aumento de 10 °C na temperatura da reação, geralmente, diminui a velocidade à metade. C) a reação de decomposição da água oxigenada é acelerada pela presença da luz. D) a reação entre zinco e ácido clorídrico será mais rápida trabalhando-se com zinco em pedra do que com zinco em pó. E) a velocidade da reação é independente da concentração molar dos reagentes. 07. (EFOA-MG) Um procedimento muito utilizado para descolorir os cabelos é molhá-los com solução aquosa de peróxido de hidrogênio (H2O2). O clareamento é devido a reações químicas que ocorrem entre componentes do cabelo e moléculas de oxigênio produzidas pela decomposição do peróxido de hidrogênio. A reação de decomposição pode ser acelerada por exposição ao sol ou com a adição de pequena quantidade de MnO2 conforme representado no esquema a seguir: 2H2O2(aq) Luz ou MnO2 2H2O(l) + O2(g) Sobre a decomposição do peróxido de hidrogênio, é correto afirmar que A) essa reação tem maior energia de ativação na presença de MnO2 do que na sua ausência. B) o aumento da temperatura não influencia a velocidade dessa reação. C) a luz é um catalisador da reação. D) se aumentarmos a concentração de H2O2, a velocidade de decomposição aumentará. E) a decomposição com MnO2 presente produz mais oxigênio do que com a presença da luz. 08. (UERJ) O gráfico a seguir se refere às curvas de distribuição de energia cinética entre um mesmo número de partículas para quatro valores diferentes de temperatura T1, T2, T3 e T4, sendo T1e IV. 08. (FUVEST-SP) Explique por que A) os alimentos cozinham mais rapidamente nas “panelas de pressão”; B) um cigarro aceso é consumido mais rapidamente no momento em que se dá a “tragada”. 09. (UFMG) Define-se o prazo de validade de um medicamento como o tempo transcorrido para decomposição de 10% do princípio ativo presente em sua formulação. Neste gráfico, está representada a variação de concentração do princípio ativo de um medicamento, em função do tempo, nas temperaturas I e II: Temperatura I Temperatura II 0 0 1 2 3 4 5 6 4 8 12 Tempo / ano C o n ce n tr aç ão / g /L 16 20 24 Considerando-se essas informações, é correto afirmar que A) a concentração do princípio ativo, na temperatura I, após 5 anos, é de 3 g/L. B) a temperatura II é menor que a temperatura I. C) o prazo de validade, na temperatura I, é maior. D) o prazo de validade, na temperatura II, é de 22 anos. SEÇÃO ENEM 01. (Enem–2018) O sulfeto de mercúrio (II) foi usado como pigmento vermelho para pinturas de quadros e murais. Esse pigmento, conhecido como vermilion, escurece com o passar dos anos, fenômeno cuja origem é alvo de pesquisas. Aventou-se a hipótese de que o vermilion seja decomposto sob a ação da luz, produzindo uma fina camada de mercúrio metálico na superfície. Essa reação seria catalisada por íon cloreto presente na umidade do ar. WOGAN, T. Mercury’s Dark Influence on Art. Disponível em: . Acesso em: 26 abr. 2018 (Adaptação). Segundo a hipótese proposta, o íon cloreto atua na decomposição fotoquímica do vermilion A) reagindo como agente oxidante. B) deslocando o equilíbrio químico. C) diminuindo a energia de ativação. D) precipitando cloreto de mercúrio. E) absorvendo a energia da luz visível. Q U ÍM IC A 75Bernoulli Sistema de Ensino Teoria das Colisões e do Complexo Ativado 02. (Enem) Alguns fatores podem alterar a rapidez das reações químicas. A seguir, destacam-se três exemplos no contexto 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. 03. A deterioração de um alimento é resultado de transformações químicas que decorrem, na maioria dos casos, da interação do alimento com micro-organismos ou, ainda, da interação com o oxigênio do ar, como é o caso da rancificação de gorduras. Para conservar por mais tempo um alimento, deve-se, portanto, procurar impedir ou retardar ao máximo a ocorrência dessas transformações. Os processos comumente utilizados para conservar alimentos levam em conta os seguintes fatores: I. Micro-organismos dependem da água líquida para sua sobrevivência. II. Micro-organismos necessitam de temperaturas adequadas para crescerem e se multiplicarem. A multiplicação de micro-organismos, em geral, é mais rápida entre 25 °C e 45 °C, aproximadamente. III. Transformações químicas têm maior rapidez quanto maiores forem a temperatura e a superfície de contato das substâncias que interagem. IV. Há substâncias que, acrescentadas ao alimento, dificultam a sobrevivência ou a multiplicação de micro- organismos. V. No ar, há micro-organismos que, encontrando alimento, água líquida e temperaturas adequadas, crescem e se multiplicam. Em uma embalagem de leite “longa vida”, lê-se: “Após aberto, é preciso guardá-lo em geladeira” Caso uma pessoa não siga tal instrução, principalmente no verão tropical, o leite se deteriorará rapidamente, devido a razões relacionadas com A) o fator I, apenas. B) o fator II, apenas. C) os fatores II, III e V, apenas. D) os fatores I, II e III, apenas. E) os fatores I, II, III, IV e V. 04. Para que ocorra uma reação química, as colisões entre as espécies reagentes devem ser efetivas, ou seja, tais colisões devem ocorrer com uma frequência mínima, com energia suficiente, e as espécies reagentes devem estar devidamente orientadas. Considere a reação entre os gases NO2 e CO: NO2(g) + CO(g) → NO(g) + CO2(g) Admita-se que as moléculas de NO2 e CO são representadas da seguinte maneira: NO2 CO A alternativa que representa uma colisão efetiva entre os gases NO2 e CO é: A) B) C) D) E) 05. Para que ocorra uma reação química, as moléculas reagentes devem sofrer colisões bem orientadas e com energia mínima para formar o complexo ativado, sendo essa energia denominada energia de ativação (Eat). O gráfico a seguir representa a distribuição de moléculas reagentes em função da energia cinética, submetidas a uma temperatura em que a maioria das moléculas apresenta uma energia cinética média (E c ). Energia cinética Eat Fração de moléculas Ec Frente B Módulo 16 76 Coleção 6V As moléculas reagentes que podem formar o complexo ativado correspondem à área abaixo da curva em destaque, ou seja, as moléculas com energia cinética maior ou igual à energia de ativação. Dessa forma, a adição de um catalisador ao sistema reacional aumenta a velocidade da reação, pois A) aumenta a energia cinética média das moléculas dos reagentes, o que eleva o número de moléculas com energia cinética maior ou igual à energia de ativação. B) diminui a energia de ativação da reação, o que aumenta o número de moléculas reagentes com energia cinética maior ou igual à energia de ativação. C) aumenta a energia de ativação da reação, o que aumenta o número de colisões bem orientadas entre as moléculas reagentes. D) diminui tanto a energia cinética das moléculas reagentes quanto a energia de ativação da reação, o que aumenta o número de colisões entre as moléculas desses reagentes. E) aumenta tanto a energia de ativação da reação quanto a energia cinética das moléculas reagentes, o que eleva o número de colisões efetivas no sistema. 06. O pavio de uma vela tem várias funções. Como ele é constituído por fios de algodão enrolados em cera (geralmente parafina), sendo assim combustível, ele pega fogo ao ser acendido com uma chama. A energia absorvida pela cera, vinda da chama por radiação, provoca seu derretimento, possibilitando que o líquido suba pelo pavio por capilaridade. Ao se aproximar da chama, a temperatura sobe ainda mais e há a vaporização da cera, formando o vapor / gás que é de fato o combustível para a chama. O vapor possui partículas de carbono que, nas altas temperaturas alcançadas (entre 1 000 e 1 400 °C), brilham e fornecem a luz que conhecemos. À medida que o cilindro de cera vai derretendo, o líquido não mais consegue chegar ao topo do pavio, que seca e é queimado na ponta, reduzindo seu tamanho. À medida que isso vai acontecendo (o cilindro de cera derretendo e o topo do pavio sendo queimado), a vela vai sendo consumida, diminuindo de tamanho. O gráfico que melhor representa a queima de uma vela é: A) Energia complexo ativado parafina + barbante + ar fuligem + CO2 + CO B) Energia complexo ativado parafina + barbante + ar fuligem + CO2 + CO C) Energia complexo ativado parafina + barbante + ar fuligem + CO2 + CO D) Energia complexo ativado parafina + barbante + ar fuligem + CO2 + CO E) Energia complexo ativado parafina + barbante+ ar fuligem + CO2 + CO 07. Um determinado composto orgânico pode sofrer hidrólise por meio de dois caminhos, um catalisado pela ação de enzimas (não elementar) e outro não catalisado (elementar). A reação de hidrólise enzimática é um processo exotérmico e pode ser representada pelo seguinte esquema: Reagente orgânico original Enzima 1ª etapa 2ª etapa Produtos + H2O OH H O seguinte gráfico representa a evolução das duas etapas da reação sob as mesmas condições reacionais: Tempo 2ª etapa 1ª etapa C on ce nt ra çã o do s re ag en te s t2t1 Q U ÍM IC A 77Bernoulli Sistema de Ensino Teoria das Colisões e do Complexo Ativado • • 06. C • • 07. D • • 08. D Propostos Acertei ______ Errei ______ • • 01. A • • 02. D • • 03. A • • 04. B • • 05. D • • 06. E • • 07. C 08. • • A) Porque a temperatura de ebulição da água na “panela de pressão” é maior do que em uma panela comum. • • B) No momento da “tragada”, há um aumento da quantidade de oxigênio disponível para combustão, o que acelera a queima do cigarro. • • 09. C Seção Enem Acertei ______ Errei ______ • • 01. C • • 02. C • • 03. C • • 04. D • • 05. B • • 06. A • • 07. B Total dos meus acertos: __________ de __________ . ______ %______ % Sob as mesmas condições reacionais, a etapa mais rápida da reação é a que apresenta menor energia de ativação. O gráfico termocinético que representa corretamente as reações catalisada e não catalisada está representado em: A) Reação não catalisada Reação catalisada Evolução da reação E p ot en ci al B) Reação não catalisada Reação catalisada Evolução da reação E p ot en ci al C) Reação não catalisada Reação catalisada Evolução da reação E p ot en ci al D) Evolução da reação Reação não catalisada Reação catalisada E p ot en ci al E) Evolução da reação Reação não catalisada Reação catalisada E p ot en ci al GABARITO Aprendizagem Acertei ______ Errei ______ • • 01. D • • 02. B • • 03. A • • 04. B • • 05. D Meu aproveitamento Frente B Módulo 16 78 Coleção 6V As manchas de graxa não são removidas com água, mas são com querosene; o álcool e o éter em contato com a pele se vaporizam rapidamente; nada gruda no teflon, mas ele se encontra grudado na panela; o kevlar reveste os coletes e os vidros à prova de balas, absorvendo o impacto de projéteis; os perfumes, devido ao aroma agradável, “conquistam corações”; as fibras de carbono se apresentam muito leves, porém bastante resistentes; os sabões e os detergentes retiram a gordura de pratos, copos e corpos; as ceras se aderem às superfícies e tonificam o brilho de assoalhos e de rochas. Todos esses fenômenos e muitos outros se relacionam com propriedades físicas dos compostos orgânicos. As substâncias orgânicas, em sua maioria, são formadas por moléculas. Estas interagem entre si por interações intermoleculares, principalmente as dos tipos dipolo instantâneo-dipolo induzido, dipolo permanente-dipolo permanente e ligações de hidrogênio. Alguns compostos, tais como os sabões, também apresentam íons e, entre estes, existem também atrações eletrostáticas. A estrutura espacial, o tamanho, a polaridade e a polarizabilidade (capacidade de sofrer polarização instantânea) de uma molécula são fatores que determinam a intensidade das interações intermoleculares e, portanto, as propriedades físicas desses compostos. Estas permitem identificar e isolar um composto orgânico. As principais propriedades físicas dos compostos orgânicos são temperaturas de fusão e de ebulição, volatilidade e solubilidade. Estudá-las será nosso objetivo a partir de agora. ESTADOS FÍSICOS E TEMPERATURAS DE FUSÃO E DE EBULIÇÃO A teoria cinética molecular dos gases admite que as moléculas se encontram em movimento constante e aleatório. As distâncias entre elas são tão grandes que, sob as temperaturas e pressões usuais, não há interações apreciáveis, o que faz com que o percentual de espaços vazios seja muito grande. Já em um líquido, as moléculas estão tão próximas umas das outras que há poucos espaços vazios, e elas interagem por meio de um ou mais tipos de forças atrativas. No estado sólido, as moléculas, átomos ou íons constituintes se encontram em posições mais ou menos rígidas, apresentando, portanto, baixo grau de liberdade, de forma que as interações existentes são ainda mais intensas. Quando aquecemos uma substância, inicialmente no estado sólido, aumentamos sua energia cinética média até que a tensão reticular seja alta o suficiente para impedir a estabilidade da fase sólida. Dizemos, então, que o material atingiu a temperatura de fusão, e a energia adicional fornecida foi usada para enfraquecer as interações existentes entre as unidades estruturais, ou seja, aumentar a energia potencial dos constituintes da substância em questão. Após a fusão, o material se encontra completamente no estado líquido, e o fornecimento adicional de energia, novamente, aumenta a energia cinética média até que o sistema atinja a temperatura de ebulição. Nessas condições, mais uma vez, ocorre a mudança de fase, e a energia fornecida ao sistema é usada para romper interações, ou seja, aumentar a energia potencial. Em outras palavras, dizemos que a mudança de fase (sólido → líquido ou líquido → gás) aumenta a desordem do sistema, pois há afastamento dessas unidades estruturais, o que diminui as interações coesivas entre elas, destruindo o retículo cristalino, no caso de um sólido cristalino. As temperaturas de fusão e de ebulição podem ser medidas em qualquer parte do sistema, e são propriedades físicas intensivas (independem da quantidade de amostra) específicas para cada substância, determinadas a uma pressão característica, sendo que, geralmente, utilizamos a pressão atmosférica ao nível do mar. Quanto mais intensas forem as interações intermoleculares, maiores deverão ser as energias necessárias para promover as transições de fase e, portanto, mais elevadas serão as temperaturas de fusão e de ebulição. Como os compostos orgânicos, em sua maioria, são moleculares, nossas atenções estarão voltadas para as interações intermoleculares. Ainda assim, é importante lembrar que compostos iônicos, em geral, apresentam temperaturas de fusão e de ebulição mais elevadas, pois a atração eletrostática existente entre os íons que os constituem costuma ser mais intensa que as interações intermoleculares presentes nas substâncias moleculares. A tabela a seguir relaciona alguns compostos orgânicos e inorgânicos, bem como suas temperaturas de fusão e de ebulição. MÓDULO 13 FRENTE C 79Bernoulli Sistema de Ensino QUÍMICA Propriedades Físicas dos Compostos Orgânicos Substância Polaridade Tipo de interação predominante Massa molar/g.mol–1 T.F./°C T.E./°C CH4 Apolar Dipolo instantâneo-dipolo induzido 16,0 –183 –162 H2O Polar Ligação de hidrogênio 18,0 0 100 NaCl Polar Atração eletrostática 58,5 801 1 413 HCOOCH3 Polar Dipolo permanente-dipolo permanente 60,0 –100 34 CH3COOH Polar Ligação de hidrogênio 60,0 17 118 CH3COONa Polar Atração eletrostática 82,0 324 –– CH3(CH2)6CH3 Apolar Dipolo instantâneo-dipolo induzido 114,0 –57 126 Embora a massa molar não seja o fator analisado, ela auxilia na determinação do volume da molécula, e isso, aliado à polaridade, nos permite comparar a intensidade das interações intermoleculares presentes em algumas substâncias. Hidrocarbonetos Os hidrocarbonetos apresentam polaridade muito baixa, podendo, para fins práticos, serem considerados apolares. Moléculas apolares, ou seja, que têm momento de dipolo resultante nulo, apresentam distribuição média de carga uniforme. Porém, em virtude do movimento dos elétrons e, portanto, da carga, é possível que os elétrons se concentrem, momentaneamente, em uma parte da molécula, o que causa a formação de um dipolo momentâneo. Este pode induzir, em uma molécula vizinha, um dipolo oposto, de forma que surjamimpacto ao ambiente. Podemos dividir o tratamento de água em duas etapas, as quais chamamos de tratamento inicial e tratamento final. Disponível em: . Acesso em: 16 abr. 2015. [Fragmento] No tratamento final, as partículas sólidas se aglomeram em flocos que se vão depositando no fundo do tanque; a água da parte superior do tanque de sedimentação passa por várias camadas de cascalho e areia, retirando, assim, as impurezas menores. Por fim, é adicionado na água um composto bactericida e fungicida, como, por exemplo, o hipoclorito de sódio, conhecido apenas como “cloro”. Os processos no tratamento final da água são A) floculação, destilação e desinfecção. B) levigação, filtração e adição. C) sedimentação, destilação e centrifugação. D) decantação, destilação e cloração. E) sedimentação, filtração, desinfecção. 07. (CMMG) Destila-se uma mistura de água e etanol, como mostrado na figura. As temperaturas de ebulição do etanol e da água são, respectivamente, 78,4 °C e 100 °C, e a pressão ambiente é igual a 1 atm. Balão de destilação Erlenmeyer Condensador IV III I II Frente A Módulo 13 8 Coleção 6V Em relação a esse sistema e aos processos que nele ocorrem, a afirmativa errada é: A) O calor absorvido pela mistura I é, em parte, liberado em IV. B) A fase II, durante a destilação, é mais rica em vapor de etanol do que em vapor de água. C) A temperatura indicada pelo termômetro III, durante a destilação, estará entre 78,4 °C e 100 °C. D) A fase líquida V é constituída de etanol puro. 08. (UFMG) Pode-se obter etanol anidro – isto é, etanol isento de água – pela adição de óxido de cálcio ao etanol hidratado. Nesse caso, o óxido de cálcio, também conhecido como cal viva ou cal virgem, retira a água do sistema, ao reagir com ela, formando hidróxido de cálcio, segundo a equação: CaO(s) + H2O(dissolvida em álcool) → Ca(OH)2(s) Considerando-se esse processo de obtenção de álcool anidro, é correto afirmar que A) o álcool pode ser separado do hidróxido de cálcio por uma filtração. B) o hidróxido de cálcio reage com etanol. C) o óxido de cálcio é solúvel em etanol. D) o sistema formado por etanol e água é heterogêneo. EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. (UFLA-PAS–2018) A respeito das misturas e dos processos de separação envolvidos, é correto afirmar, exceto A) Dois líquidos miscíveis podem ser separados por centrifugação. B) A água destilada é uma substância pura, enquanto a água mineral é uma mistura. C) Uma mistura contendo água, álcool e sal de cozinha, formando corpo de fundo, constitui um sistema heterogêneo. D) Uma mistura contendo gelo, água no estado líquido, areia e limalha de ferro é heterogênea e contém três componentes. 02. Uma das etapas do funcionamento de um aspirador de pó, utilizado na limpeza doméstica, é uma A) filtração. B) decantação. C) sedimentação. D) centrifugação. E) sifonação. 03. (FEI-SP) Submetendo-se a areia aurífera a uma corrente de água, os grãos de areia, bem mais leves, são arrastados, separando-se dos grãos de ouro. Esse método de separação é denominado A) flotação. B) levigação. C) decantação. D) catação. E) tamisação. 04. (ESPM-SP) Dissolve-se um grama de açúcar e um grama de sal em um litro de água e filtra-se. Qual substância ficará retida? 05. (UFVJM-MG) Uma mistura é composta por NaC (I), água (II), gasolina (III) e areia (IV). Sabendo que a densidade da gasolina é menor que a densidade da água, e que a densidade de uma solução aquosa de NaC é próxima da densidade da água pura, analise estes quatro sistemas propostos. Sistema 1 Sistema 2 Sistema 3 Sistema 4 IV IV III I + II III II II III I + IV I + IV III I + II Sistema 1 Sistema 2 Sistema 3 Sistema 4 IV IV III I + II III II II III I + IV I + IV III I + II Sistema 1 Sistema 2 Sistema 3 Sistema 4 IV IV III I + II III II II III I + IV I + IV III I + II Sistema 1 Sistema 2 Sistema 3 Sistema 4 IV IV III I + II III II II III I + IV I + IV III I + II Com base nesses dados, assinale a alternativa que representa o sistema obtido e as técnicas que podem ser utilizadas para separar os constituintes dessa mistura, respectivamente. A) Sistema 1; filtração, destilação, decantação. B) Sistema 2; filtração, decantação, destilação. C) Sistema 3; decantação, dissolução fracionada, filtração. D) Sistema 4; decantação, filtração, dissolução fracionada. 06. (CEFET-MG) Um aluno recebeu uma mistura bifásica formada por três substâncias cujas características são descritas na tabela seguinte. Substâncias Solubilidade em água Temperatura de fusão (°C) Temperatura de ebulição (°C) A Insolúvel –98 50 B Solúvel 18 290 C Insolúvel 80 218 Na temperatura de 25 °C, a sequência correta empregada para separar os três componentes da mistura é A) centrifugação e filtração. B) sifonação e fusão fracionada. C) decantação e destilação simples. D) destilação simples e sublimação. E) filtração e destilação fracionada. Q U ÍM IC A 9Bernoulli Sistema de Ensino Análise Imediata 07. (CMMG) O esquema a seguir é relativo à separação dos componentes de uma mistura de álcool, gasolina e sal de cozinha. I II Álcool + gasolina + sal Sal Álcool + gasolina Álcool Gasolina Os processos usados em I e II são, respectivamente, A) decantação e filtração. B) destilação fracionada e filtração. C) filtração e destilação fracionada. D) dissolução fracionada e decantação. 08. (UFJF-MG) O mercúrio é um metal líquido à temperatura ambiente. Ele é utilizado no garimpo para extração de ouro, formando com este uma mistura homogênea. Para separar os dois metais, basta aquecer a mistura para que o mercúrio se evapore. Considerando-se essas informações, é incorreto afirmar que A) a separação dos dois metais pode ser realizada utilizando-se o método de destilação. B) a mistura dos metais apresenta duas fases. C) o mercúrio se evapora em uma temperatura mais baixa que a do ouro. D) o ouro se funde em uma temperatura mais alta que a do mercúrio. E) o mercúrio é mais volátil que o ouro. 09. (FUVEST-SP) Uma mistura gasosa constituída de dois gases, que não reagem entre si, foi liquefeita. Se o líquido obtido for submetido a uma destilação fracionada, à pressão constante, qual o componente que destila primeiro? 10. (UFU-MG) Quando o álcool está com “bom preço”, é comum adulterarem a gasolina com adição de álcool acima dos 20% V/V, atualmente permitidos por lei. A gasolina batizada (adulterada) cria uma série de problemas para o motor. Uma maneira de verificar a qualidade da gasolina com etanol anidro em excesso é fazer o Teste da Proveta. Esse teste consiste em adicionar 50 mL de uma solução aquosa saturada com cloreto de sódio em uma proveta de 100 mL, contendo 50 mL da gasolina. Em seguida, a proveta é agitada e deixada em repouso por alguns minutos. Assinale a alternativa que representa, no Teste da Proveta, uma gasolina adulterada. Dados: Densidade da água = 1 g.cm–3; densidade da mistura álcool / gasolinaentre essas moléculas forças atrativas, denominadas dipolo induzido-dipolo momentâneo ou dipolo instantâneo-dipolo induzido. A facilidade com que a nuvem eletrônica de uma molécula pode ser distorcida é denominada polarizabilidade, e quanto mais afastados os elétrons de valência estiverem do núcleo, mais intensa será a polaridade. Caso as moléculas sejam formadas por átomos de mesmos elementos, quanto maior for o número de átomos, maior também será o de elétrons e, assim, menor será a influência dos núcleos sobre eles, tornando a nuvem eletrônica mais polarizável. A presença de elétrons desemparelhados, tal como ocorre nos halogênios, também torna suas nuvens eletrônicas mais polarizáveis. Dessa forma, entre um conjunto de moléculas apolares, aquelas que apresentarem nuvens eletrônicas maiores apresentarão, também, dipolos induzidos mais intensos, aumentando as forças atrativas e, portanto, as temperaturas de fusão e de ebulição. Observe as moléculas de CH4 e CH3(CH2)6CH3. A cadeia carbônica do octano é maior. Isso possibilita interações mais intensas entre suas moléculas. É por isso que o principal constituinte do gás natural, o metano, CH4, encontra-se na fase gasosa nas condições ambiente, e o octano, C8H18, principal constituinte da gasolina, é líquido. CH4 – Metano ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– T.E. = –161 °C CH3CH2CH2CH3 – Butano –––––––––––––-–––––––––– T.E. = 0,5 °C CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3 – Octano –––––– T.E. = 126 °C O gráfico a seguir descreve a temperatura de ebulição em função do número de átomos de carbono para alcanos não ramificados. 300 200 –200 1 2 3 Número de átomos de carbono Te m pe ra tu ra d e eb ul iç ão ( °C ) 4 5 6 7 8 10 11 12 13 14 159 100 –100 0 Alcanos Embora o gráf ico seja para a lcanos, outros hidrocarbonetos, tais como alquenos e alquinos, apresentam comportamentos similares. Devemos lembrar, ainda, que os compostos orgânicos podem formar isômeros. Analisando-se os alcanos de fórmula C5H12, representados a seguir, nota-se que os três possuem a mesma fórmula e, consequentemente, o mesmo número de elétrons de valência. No entanto, suas temperaturas de ebulição são diferentes. CH3—CH2—CH2—CH2—CH3 Pentano T.E. = 36 °C CH3 CH2 CH3 CH CH3 H3C CH3 CH3 C CH3 2-metilbutano 2,2-dimetilpropano T.E. = 28 °C T.E. = 9,5 °C Frente C Módulo 13 80 Coleção 6V A justificativa se encontra no número de átomos de carbono da cadeia principal. À medida que o composto fica mais ramificado, ele se torna mais esférico e, assim, a superfície de interação entre suas moléculas diminui, causando também um decréscimo na intensidade das interações intermoleculares e, portanto, na temperatura de ebulição. A temperatura de fusão também é influenciada pelo empacotamento das moléculas, ou seja, a forma na qual a molécula individual é bem acomodada na rede cristalina. Quanto melhor for esse empacotamento, maior será a energia necessária para desestabilizar a estrutura cristalina e, assim, maior será a temperatura de fusão. Isso pode ser facilmente percebido em isômeros geométricos, como no exemplo a seguir: trans-but-2-eno T.F. = –106 °C cis-but-2-eno T.F. = –139 °C C H C CH3 H H3C C H C CH3 H3C H As moléculas do isômero trans são mais simétricas e suas nuvens eletrônicas são tais que possibilitam um melhor empacotamento, gerando uma estrutura cristalina mais estável, o que é refletido na sua maior temperatura de fusão. Compostos oxigenados A maioria dos compostos orgânicos oxigenados é polar. Em outras palavras, a distribuição dos elétrons na maioria das moléculas não é uniforme. Logo, as moléculas apresentam dipolos elétricos permanentes, fazendo com que as forças atrativas entre elas sejam mais intensas quando comparadas àquelas existentes entre moléculas de volumes similares, mas que apresentam apenas dipolos momentâneos. Quanto mais intensos forem os dipolos elétricos, maior será a atração entre as moléculas e, portanto, mais intensas serão as interações entre elas. Observe os dois compostos representados a seguir: Etanal T.E. = 21 °C Propano T.E. = –42 °C CH3 CH3CH2CH3 H C O Embora eles apresentem volumes moleculares e, portanto, nuvens eletrônicas de tamanhos similares, suas temperaturas de ebulição são significativamente diferentes. Entre as moléculas do etanal, existem interações do tipo dipolo instantâneo- -dipolo induzido, assim como entre as moléculas do propano. Além dessas, há, também, interações do tipo dipolo permanente- -dipolo permanente, que intensificam as interações do etanal e, assim, sua temperatura de ebulição aumenta. Caso as moléculas tenham estruturas semelhantes, mas polarizabilidades diferentes, as interações do tipo dipolo permanente-dipolo permanente terão intensidades também similares. No entanto, a substância cujas moléculas apresentarem maior cadeia carbônica apresentará interações do tipo dipolo instantâneo-dipolo induzido mais intensas e, portanto, sua temperatura de ebulição também será maior. Exemplos: Acetato de metila T.E. = 57 °C Acetato de etila T.E. = 77 °C CH3 OCH3 C O CH3 OCH2CH3 C O Considere agora o etanol e o éter metílico representados a seguir: Etanol T.E. = 78 °C Éter metílico T.E. = –24 °C CH3 CH3OCH3 CH2 OH As duas substâncias são formadas por moléculas polares, além de serem isômeros. No entanto, a temperatura de ebulição do etanol é anormalmente alta em relação ao éter metílico. Nos éteres, o oxigênio, que apresenta dois pares de elétrons não ligantes, encontra-se ligado a dois átomos de carbono, e o ângulo de ligação COC possui valor próximo a 109°. Mesmo havendo momento de dipolo resultante diferente de zero, a polaridade é muito baixa e não influencia significativamente as interações intermoleculares (são apenas um pouco mais intensas que as existentes entre as moléculas de alcanos de tamanhos similares). C C O Já nos álcoois, o oxigênio, ligado diretamente ao hidrogênio, atrai a densidade eletrônica do H de tal forma que o núcleo deste fica “desprotegido”, ou seja, forma-se um polo positivo que possibilita grande aproximação de outro átomo suficientemente pequeno e muito eletronegativo, tal como F, O ou N de outra molécula. Essas interações intermoleculares razoavelmente intensas são denominadas ligações de hidrogênio e são responsáveis pela temperatura de ebulição razoavelmente alta do álcool. Ligação de hidrogênio CH3CH2 H H C H 2C H 3 O O δ δ Cuidado: as interações do tipo ligações de hidrogênio são responsáveis por elevar a temperatura de ebulição quando as substâncias a serem comparadas apresentarem moléculas de volumes similares, mas polaridades diferentes. Note, a seguir, que a maior temperatura de ebulição do butanol em relação ao etanol se deve à maior intensidade das interações do tipo dipolo instantâneo-dipolo induzido no primeiro, pois as ligações de hidrogênio apresentam intensidades similares nos dois compostos. Q U ÍM IC A 81Bernoulli Sistema de Ensino Propriedades Físicas dos Compostos Orgânicos Etanol T.E. = 78 °C CH3 OHCH2 Butanol T.E. = 118 °C CH3 CH2CH2 OHCH2 Observe também os ácidos maleico e fumárico e suas temperaturas de ebulição: Ácido maleico T.E. = 130 °C C C OH OH O C H CO H Ácido fumárico T.E. = 286 °C C H OH OH O C C CO H Embora o momento de dipolo resultante do ácido maleico seja maior e, portanto, este seja mais polar, suas interações intermoleculares são menos intensas, pois ele apresenta menor temperatura de ebulição. A justificativa para isso se encontra nas interações intramoleculares (dentro de uma mesma molécula) estabelecidas entre os grupos assinalados. Como estas são ainda mais intensas que as intermoleculares, as primeiras são favorecidas. Logo, as moléculas de ácido maleico fazem menos ligações de hidrogênio intermoleculares que as moléculas de ácido fumárico. Concluímos que, para compostos orgânicos pertencentes à mesma função,as interações intermoleculares e, portanto, as temperaturas de fusão e de ebulição se intensificam com o aumento da cadeia carbônica. Para compostos orgânicos de cadeias similares, os formados por moléculas mais polares apresentarão interações mais intensas, o que é ainda mais pronunciado se houver grupos que estabeleçam ligações de hidrogênio. A tabela a seguir apresenta as principais funções oxigenadas e os tipos de interações que podem existir entre suas moléculas: Função oxigenada Principais interações intermoleculares Álcool e fenol Dipolo instantâneo-dipolo induzido; Dipolo permanente-dipolo permanente; Ligações de hidrogênio Éter Dipolo instantâneo-dipolo induzido; Dipolo permanente-dipolo permanente Aldeído e cetona Dipolo instantâneo-dipolo induzido; Dipolo permanente-dipolo permanente Ácido carboxílico Dipolo instantâneo-dipolo induzido; Dipolo permanente-dipolo permanente; Ligações de hidrogênio Éster Dipolo instantâneo-dipolo induzido; Dipolo permanente-dipolo permanente Compostos nitrogenados Nesse grupo, as funções orgânicas mais importantes a serem analisadas são aminas e amidas. As aminas são moderadamente polares e a intensidade de suas interações intermoleculares se encontra entre a dos álcoois e a dos alcanos de massas molares similares. As moléculas das aminas primárias e secundárias podem formar ligações de hidrogênio entre si, sendo estas mais significativas nas primeiras. Isso não ocorre com as aminas terciárias. Porém, a menor eletronegatividade do nitrogênio faz com que as ligações de hidrogênio sejam mais fracas quando comparadas aos álcoois de volumes moleculares similares. Amina primária H HR N Amina secundária HR1 R2 N Amina terciária R3 R1 R2 N Logo, de uma maneira geral, as temperaturas de fusão e de ebulição serão mais intensas nas aminas primárias, seguidas das secundárias, e menores nas terciárias, cujas interações são apenas dipolo instantâneo-dipolo induzido e dipolo permanente-dipolo permanente. Etilamina T.E. = 17 °C CH3 NH2CH2 Dimetilamina T.E. = 7 °C CH3 CH3NH Trimetilamina T.E. = 3 °C CH3 CH3 CH3N As amidas também podem estabelecer ligações de hidrogênio intermoleculares desde que o nitrogênio apresente pelo menos um átomo de hidrogênio diretamente ligado. Tais interações podem ser ainda mais intensas em virtude da maior eletronegatividade no oxigênio. HN C Ligação de hidrogênio O O HN C Compostos halogenados A ligação carbono-halogênio é polar; no entanto, para sabermos a polaridade de uma molécula, é necessário analisar o momento de dipolo resultante. De modo geral, podemos dizer que hidrocarbonetos monossubstituídos de interações do tipo dipolo instantâneo-dipolo induzido apresentam também dipolo permanente-dipolo permanente. Frente C Módulo 13 82 Coleção 6V Quando o halogênio presente for o iodo, a polarizabilidade da molécula aumentará sensivelmente, assim como a intensidade das interações intermoleculares. Clorometano T.E. = –24 °C CH3 C Bromometano T.E. = 5 °C CH3 Br Iodometano T.E. = 43 °C CH3 I A polarizabilidade também aumenta com o acréscimo no número de halogênios e isso é significativo de tal forma que, mesmo diminuindo a polaridade, as interações dipolo instantâneo-dipolo induzido se intensificam o suficiente para elevar a temperatura de ebulição. CH3Cl Clorometano T.E. = –24 °C CH2Cl2 Diclorometano T.E. = 40 °C CHCl3 Triclorometano T.E. = 61 °C CCl4 Tetraclorometano T.E. = 77 °C Finalmente, o empacotamento das moléculas também deve ser analisado, pois, algumas vezes, a sua influência é mais significativa que o acréscimo da polaridade. Mas lembre-se: o empacotamento é analisado apenas para a temperatura de fusão. Br H Br H CC H Br Br H CC Cis T.F. = –53 °C T.E. = 110 °C Momento de dipolo resultante diferente de zero – polar Momento de dipolo resultante igual a zero – apolar T.F. = –6 °C T.E. = 108 °C Trans A temperatura de fusão do isômero trans é maior, pois a maior simetria da molécula possibilita um melhor empacotamento das moléculas, formando uma rede cristalina mais estável. No entanto, a maior polaridade do isômero cis faz com que sua temperatura de ebulição (que independe de empacotamento) seja ligeiramente maior. VOLATILIDADE A volatilidade se relaciona com a tendência de as moléculas escaparem da fase líquida e entrarem na fase de vapor, numa dada temperatura. Assim, dizemos que um líquido é volátil quando ele vaporiza com grande facilidade. A ebulição, assim como a volatilidade, envolve afastamento das moléculas presentes na fase líquida. Logo, podemos relacionar diretamente essas duas propriedades. Quanto mais fracas forem as interações intermoleculares em um líquido, maior será a tendência de escape de suas moléculas (a volatilidade) e menor será a temperatura de ebulição. Hidrocarbonetos, cujas moléculas contêm pequenas cadeias carbônicas, apresentam interações intermoleculares de baixa intensidade. Logo, são muito voláteis e possuem baixas temperaturas de ebulição. À medida que a cadeia carbônica aumenta, intensificam-se as interações intermoleculares e, assim, diminui-se a volatilidade. Esta também diminui com o aumento da polaridade e será ainda menos intensa caso os grupos polares estabeleçam ligações de hidrogênio intermoleculares. Algumas vezes, percebemos a presença de determinadas substâncias pelo seu cheiro. Isso ocorre porque algumas moléculas são capazes de estimular os nervos olfativos, e existe uma estreita relação entre esse sistema e o das emoções. Assim, aquele perfume – que é formado por constituintes voláteis – nos traz tantas emoções. Ou ainda, uma comida específica, cujo aroma é provocado por ésteres, aldeídos, entre outros, relembra a nossa casa ou até a da nossa avó. SOLUBILIDADE Quando adicionarmos um soluto, sólido ou líquido, a um determinado solvente, é possível que ocorra um processo de dissolução. Nesse caso, as moléculas do solvente envolverão as unidades estruturais do soluto de forma a dispersá-las. A facilidade com que tudo isso ocorre depende das interações atrativas presentes em: I. moléculas de solvente-moléculas de solvente; II. unidades estruturais de soluto-unidades estruturais de soluto; III. moléculas de solvente-unidades estruturais de soluto. A razão é que, na realização do processo, as interações soluto-soluto e parte das solvente-solvente são substituídas por interações soluto-solvente. Para que esse fenômeno seja termodinamicamente favorável, é necessário que a energia livre do sistema diminua. A variação da energia livre, ΔG, é dada por: ΔG = ΔH – TΔS Em que • ΔH é a variação da entalpia, • T é a temperatura do sistema, em Kelvin, e • ΔS é a variação da entropia. Como a dissolução é acompanhada de dispersão das unidades estruturais do soluto, ela irá promover um aumento da entropia, de forma que “– TΔS” assumirá valor negativo, o que contribuirá para a diminuição da energia livre. No entanto, a dispersão só irá ocorrer se as interações soluto-soluto e solvente-solvente forem energeticamente compensadas por aquelas formadas entre soluto-solvente. Q U ÍM IC A 83Bernoulli Sistema de Ensino Propriedades Físicas dos Compostos Orgânicos Consideremos, como exemplo, o processo de dissolução de compostos iônicos. Como eles são mantidos por atrações eletrostáticas muito intensas, somente solventes fortemente polares serão capazes de dissolvê-los. A água, substância formada por moléculas muito pequenas e fortemente polarizadas, pode rodear eficientemente os íons individuais de forma a libertá-los da superfície do cristal. Os íons positivos são envolvidos pelo polo negativo do momento de dipolo resultante da água, enquanto os íons negativos são envolvidos pelo polo positivo. Átomo de hidrogênio Cátion ÂnionÁtomo de oxigênio A antiga generalização que diz semelhante dissolve semelhante é útil. Os compostospolares e iônicos tendem a se dissolver nos solventes polares, enquanto os compostos apolares tendem a se dissolver em compostos apolares. O metanol, o etanol e o propanol são infinitamente miscíveis em água. Nos três casos, os grupos alquilas são relativamente pequenos e apresentam um grupo hidroxila capaz de estabelecer ligações de hidrogênio com a água. Ligação de hidrogênio Ligação de hidrogênio O δ H H O δ H H CH3CH2CH2 H O δ H3C H O δ Ligação de hidrogênio O δ H H CH3CH2 H O δ Um teste bastante simples ilustra a miscibilidade do etanol e da água. Ele consiste em misturar 50,0 mL de água com 50,0 mL de álcool. Como resultado, encontramos um volume menor que 100,0 mL. Essa contração de volume evidencia que as ligações de hidrogênio estabelecidas entre água e álcool são intensas o suficiente para causar a aproximação entre as moléculas das duas substâncias. À medida que a cadeia carbônica aumenta, as interações do tipo dipolo instantâneo-dipolo induzido presentes na substância também se intensificam. Como consequência, as moléculas de água, embora ainda sejam passíveis de estabelecer ligações de hidrogênio com o álcool, não são capazes de envolver as moléculas do composto. Dessa forma, a solubilidade diminui. Solubilidade/(g/100 mL de água) CH3(CH2)2CH2OH 7,9 CH3(CH2)3CH2OH 2,3 CH3(CH2)9CH2OH Praticamente nula Ao analisarmos a solubilidade dos compostos citados anteriormente em um solvente apolar, tal como hexano ou benzeno, o efeito seria o inverso. Isso se deve ao aumento da nuvem eletrônica, que intensifica as interações do tipo dipolo instantâneo-dipolo induzido entre as moléculas de soluto-solvente. Como explicar então a ação de sabões e detergentes que dissolvem tanto em água (polar) como em gordura (apolar)? A resposta se inicia pelo conhecimento da estrutura dos sabões e dos detergentes. O ONa C O ONa S O O Estearato de sódio (exemplo de sabão) Lauril sulfato de sódio (exemplo de detergente) Note que, no sabão e no detergente, as moléculas são constituídas por uma longa cadeia carbônica (apolar) e por uma extremidade polar. Essa extremidade é um grupo iônico e, portanto, mais polar que o ácido carboxílico correspondente. Quando o sabão é posto em contato com um sistema contendo água e óleo, forma-se uma dispersão coloidal constituída por espécies denominadas micelas. Em geral, elas se assemelham a esferas, cujo interior é pouco polar e o exterior apresenta grupos iônicos. Logo, na parte interna, gordura e cadeia carbônica interagem entre si por interações do tipo dipolo instantâneo-dipolo induzido. Já na parte externa, o grupo iônico interage com a água, seja por ligações de hidrogênio, seja por interações do tipo íon-dipolo. Partícula de sabão Molécula de gordura Molécula de água LEGENDA Existem algumas peças de roupas que não podem ser lavadas com água e sabão. Utiliza-se então a lavagem a seco. Isso não quer dizer que não se usam líquidos, apenas não se usa água. O processo de limpeza ocorre com um solvente orgânico (atualmente solventes clorados) de polaridade muito baixa e, assim, capaz de estabelecer interações com a gordura. Frente C Módulo 13 84 Coleção 6V EXERCÍCIOS DE APRENDIZAGEM 01. (FASEH-MG) Considerando as interações intermolecula- res entre os compostos orgânicos, é correto afirmar que, comparativamente, a temperatura de ebulição A) da etilamina é maior que a do éter metílico. B) da propanona é maior que a do propanol. C) do etanal é maior que o do etanol. D) do n-butano é maior que a do n-pentano. 02. (ESCS-DF) As reações mais importantes no metabolismo do etanol no organismo são a oxidação a acetaldeído e, daí, a acetato, a base conjugada do ácido acético. Essas reações são catalisadas, respectivamente, pelas enzimas ADH e AcDH. CH3 CH2 OH Etanol ADH NAD+ NADH + H+ NAD+ NADH + H+ CH3 C O H Acetaldeído AcDH CH3 C O– O Acetato Com relação ao etanol, ao acetaldeído e ao ácido acético, puros e na fase líquida, verifica-se que A) os três líquidos apresentam ligações de hidrogênio entre suas moléculas. B) a ordem crescente dos pontos de ebulição é a seguinte: etanolO SO3 – Na+ 08. (UFV-MG) O principal componente de um sabão pode ser representado por R—COO–Na+. A ação da “limpeza” de um sabão sobre as gorduras se deve A) à alta polaridade do grupo carboxílico, que o torna solúvel em água, e à baixa polaridade da cadeia carbônica, que o torna solúvel nas gorduras. B) à reação entre o grupo carboxílico e a gordura, formando um éster solúvel em água. C) à insolubilidade das gorduras no sabão em razão da sua elevada massa molecular. D) à degradação das gorduras através de reação com as moléculas de sabão, formando substâncias solúveis em água. E) ao baixo ponto de fusão das gorduras, que facilita sua reação com o sabão. EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. (UFMG) A temperatura de ebulição de uma substância depende, entre outros fatores, das interações intermoleculares existentes entre suas moléculas. Analise a estrutura destes três compostos, cujas massas molares são aproximadamente iguais: I. CH3COOH Ácido acético (60 g/mol) II. CH3CH2CH2OH Propanol (60 g/mol) III. CH3CH2CHO Propanal (58 g/mol) A partir dessas informações, assinale a alternativa em que esses três compostos estão apresentados de acordo com a ordem decrescente de suas respectivas temperaturas de ebulição. A) I > II > III B) I > III > II C) II > I > III D) III > I > II 02. (UFMG) Analise este quadro, em que está apresentada a temperatura de ebulição de quatro substâncias: Substância Temperatura de ebulição / °C CH4 –164,0 CH3CH2CH2CH3 –0,5 CH3OH 64,0 CH3CH2CH2CH2OH 118,0 Considerando-se os dados desse quadro, é correto afirmar que, à medida que a cadeia carbônica aumenta, se tornam mais fortes as A) ligações covalentes. B) interações dipolo instantâneo-dipolo induzido. C) ligações de hidrogênio. D) interações dipolo permanente-dipolo permanente. 03. (UFMG) Esta tabela apresenta as temperaturas de ebulição (T.E.), em °C, de três compostos de carbono, CX4: Composto CF4 CCll4 CBr4 T.E. / °C –129 76,5 190 Frente C Módulo 13 86 Coleção 6V Considerando-se a variação das temperaturas de ebulição e as propriedades periódicas dos átomos presentes nas moléculas, é correto afirmar que a intensidade das interações intermoleculares presentes nesses compostos cresce quando aumenta A) a polaridade da ligação C—X. B) o número de elétrons de valência do átomo X. C) a eletronegatividade do átomo X ligado ao átomo de carbono. D) a distância média entre os elétrons de valência do átomo X e o núcleo deste. 04. (UFMG) As temperaturas de ebulição de tetraclorometano, CCl4, e metano, CH4, são iguais, respectivamente, a +77 °C e a –164 °C. Assinale a alternativa que explica corretamente essa diferença de valores. A) A eletronegatividade dos átomos de Cl é maior que a dos átomos de H. B) A energia necessária para quebrar ligações C—Cl é maior que aquela necessária para quebrar ligações C—H. C) As interações de dipolos induzidos são mais intensas entre as moléculas de CCl4 que entre as moléculas de CH4. D) As ligações químicas de CCl4 têm natureza iônica, enquanto as de CH4 têm natureza covalente. 05. O SF6 é signif icativamente mais voláti l que o C10H22 (normal), embora ambos sejam apolares e suas massas moleculares sejam aproximadamente iguais (146 e 142, respectivamente). Como se explica esse fato? 06. Analise o gráfico a seguir: Po nt o de e bu liç ão / ° C Massa molar / g.mol–1 Pressão = 1 atm Temperatura ambiente 200 100 0 –100 –200 20 40 60 80 100 120 140 160 C5H12 C6H14 C8H18 C9H20 C10H22 C12H26 C7H16 C4H10 C3H8 C2H6 CH4 Julgue os itens. ( ) O hexano é líquido à temperatura ambiente. ( ) Os hidrocarbonetos com números pares de átomos de carbono são gases à temperatura ambiente. ( ) Pode-se afirmar, com certeza, que o ponto de ebulição dos alcanos aumenta com o aumento de suas massas molares, mantendo-se constante a pressão. ( ) O ponto de ebulição do heptano fica em torno de 100 °C, quando a pressão é de 1 atm. ( ) O butano é um gás à temperatura ambiente, sob pressão de 1 atm. 07. (ITA-SP) Sobre a temperatura de ebulição de um líquido, são feitas as afirmações: I. Aumenta com o aumento da força da ligação química intramolecular. II. Aumenta com o aumento da força da ligação química intermolecular. III. Aumenta com o aumento da pressão exercida sobre o líquido. IV. Aumenta com o aumento da quantidade de sólido dissolvido. Estão corretas A) apenas I e II. B) apenas I e IV. C) apenas III e IV. D) apenas II, III e IV. E) todas. 08. (Unit-SE–2019) Cloreto de cetil-piridínio +N Cl– Detergentes catiônicos, como cloreto de cetilpiridínio, estão nos líquidos usados para enxaguar e higienizar a boca através da remoção de sujeiras que se acumulam nos dentes, na língua e têm relação com as placas bacterianas. Os conhecimentos da química dos detergentes permitem corretamente afirmar: A) O princípio ativo dos detergentes catiônicos se manifesta através do íons quarternário de amônio germicida. B) As micelas de detergente catiônico em suspensão no meio aquoso possuem a parte polar voltada para o exterior do agregado e em contato com a água. C) Os detergentes são mais eficazes na higiene pessoal quando comparados aos sabões porque precipitam ao reagirem com os íons Ca2+ (aq), Mg2+ (aq) e Fe2+ (aq) dissolvidos em água. D) Os detergentes catiônicos não impactam no ambiente, como os sabões, em razão de serem biodegradáveis. E) Os detergentes catiônicos se assemelham aos sabões porque são sais de ácidos carboxílicos de cadeia longa. Q U ÍM IC A 87Bernoulli Sistema de Ensino Propriedades Físicas dos Compostos Orgânicos 09. (UFAC) Em laboratório, determinações simples como a temperatura de fusão e ebulição de uma substância são parâmetros que podem ajudar muito na identificação de amostras. Quando essas informações são associadas a outras propriedades elementares, como a solubilidade ou mesmo a miscibilidade em determinados solventes, o resultado da análise se torna mais confiável. Nesse sentido, de uma maneira geral, as substâncias polares possuem mais afinidade por outras polares e, por outro lado, as apolares por apolares. Essas propriedades são muito úteis na química orgânica, principalmente para comparar substâncias da mesma função e com diferentes tamanhos de cadeia carbônica. A tabela a seguir mostra as propriedades de cinco amostras enumeradas de I a V. Amostra T.F. / °C T.E. / °C Miscibilidade em água I –95,0 69,0 Imiscível II –89,0 82,3 Miscível III –90,6 98,0 Imiscível IV –114,3 78,5 Miscível V –56,8 126,0 imiscível T.F. = temperatura de fusão e T.E. = temperatura de ebulição Considerando as substâncias: etanol, 2-propanol, n-hexano, n-heptano e n-octano, a opção que apresenta a identificação correta das amostras, na ordem de I a V, é: A) etanol, n-hexano, 2-propanol, n-heptano e n-octano. B) n-heptano, etanol, n-hexano, 2-propanol e n-octano. C) etanol, 2-propanol, n-hexano, n-heptano e n-octano. D) n-hexano, 2-propanol, n-octano, etanol e n-heptano. E) n-hexano, 2-propanol, n-heptano, etanol e n-octano. 10. (FUVEST-SP) O ácido algínico, um polímero natural extraído de algas, tem a estrutura representada a seguir. É solúvel em água, sendo utilizado para dar maior consistência a sorvetes. COOH COOH OH OH HO HOO H H H H H H H H H HO O O n A) Explique, com base em sua estrutura, por que o ácido algínico é hidrossolúvel. B) Indique um reagente que transforma o ácido algínico em um sal. Justifique sua resposta. 11. (UFVJM-MG) O b-caroteno e a vitamina C são compostos de origem natural que apresentam atividade antioxidante, ou seja, capturam radicais livres, combatendo o envelhecimento precoce. O b-caroteno é encontrado em cenouras e é o precursor da vitamina A. A vitamina C é encontrada em frutas cítricas e outros vegetais. As estruturas do b-caroteno (I) e da vitamina C (II) são apresentadas a seguir. I II OO HO OH OH OH Em relação às estruturas do b-caroteno (I) e da vitaminaC (II), é incorreto afirmar que A) o b-caroteno é insolúvel em água. B) a vitamina C tem ponto de fusão maior que o b-caroteno. C) o b-caroteno realiza ligação de hidrogênio com o etanol. D) a vitamina C realiza ligações de hidrogênio entre suas moléculas. 12. (UFU-MG) Os detergentes são produtos sintéticos, derivados principalmente da indústria petroquímica. Eles começaram a ser usados com muita frequência a partir da Segunda Guerra Mundial, quando houve carência de óleos e gorduras para a fabricação de sabão comum. A vantagem dos detergentes reside no fato de não formarem sais insolúveis com os íons da água “dura”, tais como os sais de cálcio e de magnésio. Considerando essas informações, marque a alternativa que indica uma molécula de detergente. A) CH3(CH2)16COO−Na+ B) [CH3(CH2)14COO−]2Ca2+ C) HOCH2CHOHCH2OH D) CH3(CH2)10CH2SO3 −Na+ 13. Em um recipiente contendo dois litros de água, acrescentam-se uma colher de sopa de óleo de soja e 5 (cinco) gotas de um detergente de uso caseiro. É correto afirmar que, após a agitação da mistura, A) deve resultar um sistema monofásico. B) pode se formar uma emulsão. C) obtém-se uma solução supersaturada. D) a adição do detergente catalisa a hidrólise de óleo de soja. E) o detergente reage com o óleo, formando espécies de menor massa molecular. Frente C Módulo 13 88 Coleção 6V 14. (UFOP-MG) Os detergentes possuem ação tensoativa ou emulsificante mais intensa que os sabões. Isso significa que eles diminuem com maior eficiência a imiscibilidade natural entre a gordura e a água. Um detergente importante comercialmente e que apresenta propriedades biodegradáveis é o paradodecilbenzenossulfonato de sódio, cuja estrutura é SO3 –Na+CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2 Sobre o paradodecilbenzenossulfonato de sódio, podemos afirmar que A) apresenta duas extremidades apolares: uma dissolve a gordura e a outra se dissolve na água. B) apresenta duas extremidades polares: uma dissolve a gordura e a outra se dissolve na água. C) apresenta uma extremidade apolar e outra polar, sendo que a primeira remove a gordura e a outra se dissolve na água. D) apresenta uma extremidade polar e outra apolar, sendo que a primeira remove a gordura e a outra se dissolve na água. E) não apresenta extremidades polares. SEÇÃO ENEM 01. (Enem–2019) Os hidrocarbonetos são moléculas orgânicas com uma série de aplicações industriais. Por exemplo, eles estão presentes em grande quantidade nas diversas frações de petróleo e normalmente são separados por destilação fracionada, com base em suas temperaturas de ebulição. O quadro apresenta as principais frações obtidas na destilação do petróleo em diferentes faixas de temperaturas. Fração Faixa de temperatura (°C) Exemplos de produto(s) Número de átomos de carbono (hidrocarboneto de fórmula geral CnH2n+2) 1 Até 20 Gás natural de cozinha (GLP) C1 a C4 2 30 a 180 Gasolina C6 a C12 3 170 a 290 Querosene C11 a C16 4 260 a 350 Óleo diesel C14 a C18 SANTA MARIA, L. C. et al. Petróleo: um tema para o ensino de química. Química Nova na Escola, n. 15, maio 2002 (Adaptação). Na fração 4, a separação dos compostos ocorre em temperaturas mais elevadas porque A) suas densidades são maiores. B) o número de ramificações é maior. C) sua solubilidade no petróleo é maior. D) as forças intermoleculares são mais intensas. E) a cadeia carbônica é mais fácil de ser quebrada. 02. (Enem–2017) Na Idade Média, para elaborar preparados a partir de plantas produtoras de óleos essenciais, as coletas das espécies eram realizadas ao raiar do dia. Naquela época, essa prática era fundamentada misticamente pelo efeito mágico dos raios lunares, que seria anulado pela emissão dos raios solares. Com a evolução da ciência, foi comprovado que a coleta de algumas espécies ao raiar do dia garante a obtenção de material com maiores quantidades de óleos essenciais. A explicação científica que justifica essa prática se baseia na A) volatilização das substâncias de interesse. B) polimerização dos óleos catalisada pela radiação solar. C) solubilização das substâncias de interesse pelo orvalho. D) oxidação do óleo pelo oxigênio produzido na fotossíntese. E) liberação das moléculas de óleo durante o processo de fotossíntese. Q U ÍM IC A 89Bernoulli Sistema de Ensino Propriedades Físicas dos Compostos Orgânicos 03. (Enem) 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. 04. (Enem) A capacidade de limpeza e a eficiência de um sabão dependem de sua propriedade de formar micelas estáveis, que arrastam com facilidade as moléculas impregnadas no material a ser limpo. Tais micelas têm em sua estrutura partes capazes de interagir com substâncias polares, como a água, e partes que podem interagir com substâncias apolares, como as gorduras e os óleos. SANTOS, W. L. P.; MÓL, G. S. (Coord.). Química e sociedade. São Paulo: Nova Geração, 2005 (Adaptação). A substância capaz de formar as estruturas mencionadas é A) C18H36. B) C17H33COONa. C) CH3CH2COONa. D) CH3CH2CH2COOH. E) CH3CH2CH2CH2OCH2CH2CH2CH3. 05. (Enem) O armazenamento de certas vitaminas no organismo apresenta grande dependência de sua solubilidade. Por exemplo, vitaminas hidrossolúveis devem ser incluídas na dieta diária, enquanto vitaminas lipossolúveis são armazenadas em quantidades suficientes para evitar doenças causadas pela sua carência. A seguir, são apresentadas as estruturas químicas de cinco vitaminas necessárias ao organismo. CH3 CH3 CH3 H3C CH3 OH I OHOCH CH2OH HO OH O III CH3 CH3 O O CH3 CH3 CH3 CH3 II CH3 CH3CH3 HO H2C H3C H3C IV O CH3 CH3 CH3 CH3 H3C CH3 CH3 CH3 HO V Frente C Módulo 13 90 Coleção 6V Entre as vitaminas apresentadas, aquela que necessita de maior suplementação diária é A) I. B) II. C) III. D) IV. E) V. 06. (Enem) Em uma planície, ocorreu um acidente ambiental em decorrência do derramamento de grande quantidade de um hidrocarboneto que se apresenta na forma pastosa à temperatura ambiente. Um químico ambiental utilizou uma quantidade apropriada de uma solução de paradodecilbenzenossulfonato de sódio, um agente tensoativo sintético, para diminuir os impactos desse acidente. Essa intervenção produz resultados positivos para o ambiente porque A) promove uma reação de substituição no hidrocarboneto, tornando-o menos letal ao ambiente. B) a hidrólise do paradodecilbenzenossulfonato de sódio produz energia térmica suficiente para vaporizar o hidrocarboneto. C) a mistura desses reagentes provoca a combustão do hidrocarboneto, o que diminui a quantidade dessa substância na natureza. D) a solução de paradodecilbenzenossulfonato possibilita a solubilização do hidrocarboneto. E) o reagente adicionado provoca uma solidificação do hidrocarboneto, o que facilita sua retirada do ambiente. 07. (Enem) No processo de industrialização da mamona, além do óleo que contém vários ácidos graxos, é obtida uma massa orgânica, conhecida como torta de mamona. Essa massa tem potencial para ser utilizada como fertilizante para o solo e como complemento em rações animais devido a seu elevado valor proteico. No entanto, a torta apresenta compostos tóxicos e alergênicos diferentemente do óleo da mamona. Para que a torta possa ser utilizada na alimentação animal, é necessário um processo de descontaminação. QUÍMICA NOVA NA ESCOLA. v. 32, n. 1, 2010 (Adaptação). A característica presente nas substâncias tóxicas e alergênicas, que inviabiliza sua solubilizaçãono óleo de mamona, é a A) lipofilia. B) hidrofilia. C) hipocromia. D) cromatofilia. E) hiperpolarização. 08. (Enem) As baterias de Ni-Cd, muito utilizadas no nosso cotidiano, não devem ser descartadas em lixos comuns, uma vez que uma considerável quantidade de cádmio é volatilizada e emitida para o meio ambiente quando as baterias gastas são incineradas como componente do lixo. Com o objetivo de evitar a emissão de cádmio para a atmosfera durante a combustão, é indicado que seja feita a reciclagem dos materiais dessas baterias. Uma maneira de separar o cádmio dos demais compostos presentes na bateria é realizar o processo de lixiviação ácida. Nela, tanto os metais (Cd, Ni e eventualmente Co) como os hidróxidos de íons metálicos Cd(OH)2(s), Ni(OH)2(s), Co(OH)2(s) presentes na bateria reagem com uma mistura ácida e são solubilizados. Em função da baixa seletividade (todos os íons metálicos são solubilizados), após a digestão ácida, é realizada uma etapa de extração dos metais com solventes orgânicos, de acordo com a reação: M2+ (aq) + 2HR(org) MR2(org) + 2H+ (aq) Em que: M2+ = Cd2+ , Ni2+ ou Co2+ HR = C16H34 —PO2H: identificado no gráfico por X HR = C12H12 —PO2H: identificado no gráfico por Y O gráfico mostra resultado da extração utilizando os solventes orgânicos X e Y em diferentes pH. 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 1 2 3 pH de equilíbrio X Y E xt ra çã o ( % ) 4 5 6 7 Cd Co Ni Extração de níquel, cádmio e cobalto em função do pH da solução utilizando solventes orgânicos X e Y. Disponível em: . Acesso em: 28 abr. 2010. A reação descrita no texto mostra o processo de extração dos metais por meio da reação com moléculas orgânicas X e Y. Considerando-se as estruturas de X e Y e o processo de separação descrito, pode-se afirmar que A) as moléculas X e Y atuam como extratores catiônicos, uma vez que a parte polar da molécula troca o íon H+ pelo cátion do metal. B) as moléculas X e Y atuam como extratores aniônicos, uma vez que a parte polar da molécula troca o íon H+ pelo cátion do metal. C) as moléculas X e Y atuam como extratores catiônicos, uma vez que a parte apolar da molécula troca o íon PO2 2– pelo cátion do metal. D) as moléculas X e Y atuam como extratores aniônicos, uma vez que a parte polar da molécula troca o íon PO2 2– pelo cátion do metal. E) as moléculas X e Y fazem ligações com os íons metálicos, resultando em compostos com caráter apolar, o que justifica a eficácia da extração. Q U ÍM IC A 91Bernoulli Sistema de Ensino Propriedades Físicas dos Compostos Orgânicos GABARITO Aprendizagem Acertei ______ Errei ______ • • 01. A • • 02. C • • 03. D • • 04. C • • 05. D • • 06. A • • 07. 02, 08 e 16. Soma = 26 • • 08. A Propostos Acertei ______ Errei ______ • • 01. A • • 02. B • • 03. D • • 04. C • • 05. A molécula C10H22 é mais longa que a molécula SF6, por isso as interações dipolo instantâneo-dipolo induzido são menos intensas no SF6. • • 06. V F V V V • • 07. D • • 08. B • • 09. E 10. • • A) Os grupos OH da molécula formam ligações de hidrogênio com as moléculas da água. • • B) NaOH R—COOH + NaOH → R—COO–Na+ + H2O • • 11. C • • 12. D • • 13. B • • 14. C Seção Enem Acertei ______ Errei ______ • • 01. D • • 02. A • • 03. A • • 04. B • • 05. C • • 06. D • • 07. B • • 08. A Meu aproveitamento Total dos meus acertos: __________ de __________ . ______ %______ % Frente C Módulo 13 92 Coleção 6V O uso das expressões ácido e base é antigo na Química. Remonta há séculos e traduz, no que se refere a comportamento das substâncias ácidas ou básicas, a oposição como positivo e negativo para as cargas elétricas. Entretanto, esses termos sofreram várias modificações conceituais com o passar do tempo, apresentando teorias de natureza diversa que procuram abarcar o maior número de substâncias. Desde 1680, com Robert Boyle, passando por A. Lavoisier (1787), H. Davy (1811), Gay-Lussac (1814), J. Liebig (1838), S. Arrhenius (1884), E. C. Franklin (1905), J. N. Brönsted e T. M. Lowry (1923), G. N. Lewis (1923) até M. Usanovich (1939), entre outros, apareceram teorias intrinsecamente lógicas, mas cada uma com sua peculiaridade, seu próprio campo de aplicabilidade especial. Apesar dessa variedade de teorias, ficaremos no estudo das mais familiares: a de Arrhenius, a de Brönsted-Lowry e a de Lewis. PROPRIEDADES GERAIS DE ÁCIDOS E DE BASES Veja o quadro comparativo das principais propriedades de ácidos e de bases. Ácidos Bases 1 Apresentam sabor azedo. Apresentam sabor cáustico (adstringente). 2 Sofrem ionização em solução aquosa. Sofrem dissociação iônica em solução aquosa. 3 São compostos moleculares (geralmente). São compostos iônicos (geralmente). 4 Mantêm a fenolftaleína incolor. Tornam a fenolftaleína vermelha. 5 Tornam rosa (vermelho) o papel de tornassol azul. Tornam azul o papel de tornassol rosa (vermelho). 6 Reagem com as bases, produzindo sal e água. Reagem com os ácidos, produzindo sal e água. 7 Reagem com óxidos básicos, anfóteros, peróxidos e superóxidos. Reagem com óxidos ácidos, anfóteros, produzindo sal e água. 8 Reagem com os metais menos nobres que o hidrogênio, liberando H2. Não reagem com os metais. 9 Reagem com os carbonatos, produzindo sal, água e gás carbônico (observa-se uma efervescência). Não reagem com os carbonatos. TEORIAS MODERNAS DE ÁCIDOS E DE BASES A Teoria Ácido-Base de Arrhenius não consegue explicar o comportamento de substâncias ácidas e básicas em meio não aquoso, e também está restrita a substâncias que possuem hidrogênio na sua constituição. Duas teorias, denominadas teorias modernas, foram desenvolvidas na tentativa de explicar o comportamento ácido-base das substâncias que não são contempladas pelas definições de Arrhenius. MÓDULO 14 FRENTE C 93Bernoulli Sistema de Ensino QUÍMICA Teorias Ácido-Base Modernas Teoria de Brönsted-Lowry Essa teoria também é chamada de Teoria Protônica e foi proposta, em 1923, por J. N. Brönsted e por T. M. Lowry. De acordo com tal teoria, ácido é uma substância capaz de doar prótons, e base é a substância receptora de prótons. Exemplos: A. HC + H2O H3O+ + C – Ácido Base B. NH3 + H2O NH4 + + OH– Base Ácido C. NH3 + HC NH4 + + C – Base Ácido D. HC + HNO2 H2NO2 + + C – Ácido Base Observe que, nos exemplos A e B, a água apresentou um comportamento duplo, de ácido e de base. Na verdade, a água é uma substância anfótera, e pode apresentar o seguinte equilíbrio: H2O + H2O H3O+ + OH– A Teoria de Brönsted-Lowry nos permite determinar, no caso das reações reversíveis, os pares ácido-base conjugados, analisando o ácido e a base no sentido indireto da reação. Exemplos: A. HCN + H2O CN– + H3O+ Ácido Base Base Ácido B. NH3 + H2O NH4 + + OH– Base Ácido Ácido Base C. NH3 + HCN NH4 + + CN– Base Ácido Ácido Base HCN e CN–; NH4 + e NH3; H3O+ e H2O são pares conjugados ácido-base. Eles diferem entre si por um próton. A neutralização, segundo essa teoria, não se restringe à formação de sais, mas à transferência de prótons de um ácido para uma base. Em relação à capacidade de doar ou de receber prótons, os solventes podem ser divididos em quatro tipos: os ácidos, ou protogênicos, que possuem capacidade de doar prótons (HF, H2SO4, HCN, CH3COOH, HCOOH, C6H5OH); os básicos, ou protofílicos, que são capazes de receber prótons (NH3, N2H4, NH2OH, aminas); os anfipróticos, com capacidade tanto de doar como de receber prótons (H2O, álcoois); e os apróticos, incapazes de atuar tanto como doadores quanto como fixadores de prótons (C6H6, CHC3, C2H4C2). Essa teoria é mais ampla do que a de Arrhenius, pois não depende do solvente, mas se restringe ao âmbito da transferência de prótons. Teoria de Lewis É chamada de Teoria Eletrônica dos Ácidos e Bases, tendo sido proposta em 1923 por G. N. Lewis. Segundo essa teoria, ácidos são substâncias“aceptoras” de pares eletrônicos em uma ligação coordenada, ao passo que bases são substâncias “doadoras” de pares eletrônicos em uma ligação coordenada. Exemplos: A. H2O + HC H3O+ + C – Base Ácido B. BF3 + NH3 H3NBF3 Ácido Base C. NH3 + H+ NH4 + Base Ácido As bases de Lewis são nucleófilas e podem ser moléculas desde que possuam um átomo que apresente ao menos um par de elétrons não compartilhado (NH3, H2O, PH3), ou ânions, que sempre possuem ao menos um par de elétrons não compartilhado, o que lhes permite funcionar sempre como um “doador” de pares de elétrons (C –, CN–, OH–). Os ácidos de Lewis são substâncias carentes de elétrons, eletrofílicas, que podem receber pares eletrônicos em ligações coordenativas. Eles podem ser moléculas, quando possuem um átomo com o octeto incompleto (BF3, AC3), ou cátions simples, nos quais a presença de carga iônica positiva nos leva a concluir que um cátion é uma estrutura eletrofílica (Ag+, Cu2+, Co2+). A teoria eletrônica de Lewis para ácidos e bases é mais ampla do que as anteriores. Não depende do meio, da presença de íons, da transferência de prótons ou da presença ou ausência de um solvente. No entanto, reduz a reação de neutralização a um fenômeno de coordenovalência (ligação coordenada). Arrhenius Brönsted Lewis Frente C Módulo 14 94 Coleção 6V EXERCÍCIOS DE APRENDIZAGEM 01. (Unit-AL–2019) O hidrogenocarbonato de sódio, NaHCO3, popularmente conhecido como bicarbonato de sódio, ao ser adicionado em água, aumenta a concentração de íons hidroxila. Essa substância é vendida nas farmácias na forma de comprimidos habituais (que contêm apenas o sal) ou de comprimidos efervescentes (que, além do sal, também contêm ácidos orgânicos, principalmente ácido cítrico). Quando se adiciona em água um comprimido efervescente, é observada uma efervescência que não é observada com o habitual. Essa dissolução do NaHCO3 que ocorre mais rapidamente faz com que os antiácidos estomacais efervescentes sejam mais vantajosos para a eficiência do tratamento. Considerando-se essa informação, é correto afirmar: A) O hidrogenocarbonato de sódio é classificado como um sal ácido. B) O pH das soluções formadas após dissolução em água de ambos os comprimidos é menor do que 7. C) O íon hidrogenocarbonato atua, frente à água, como um ácido de Brönsted-Lowry, em ambas as reações. D) Na reação ocorrida no comprimido efervescente, o íon carbonato é base conjugada do íon hidrogenocarbonato. E) Frente ao íon HCO3 –, o íon hidrônio, H3O+, proveniente do ácido cítrico, é ácido de Brönsted-Lowry mais forte que a água. 02. (UnirG-TO) Dadas as seguintes equações químicas e tendo em mente a teoria ácido-base de Lowry e Brönsted: HC + H2O → H3O+ + C – NH3 + H2O → NH4 + + OH– NH3 + HC → NH4 + + C – Assinale a única alternativa correta. A) NH4 + é a base conjugada de NH3. B) A molécula de H2O funciona como espécie anfiprótica. C) HC e H3O+ formam um par ácido-base conjugado de Lowry e Brönsted. D) Em um par ácido-base conjugado de Lowry e Brönsted, quanto mais forte é o ácido, mais forte é a sua base conjugada. 03. (FEI-SP) Considere os equilíbrios representados pelas equações a seguir quando HC e NH3 se dissolvem em água: HC + H2O H3O+ + C – NH3 + H2O NH4 + + OH– Assinale a alternativa correta referente aos pares conjugados ácido / base para cada uma das reações. A) HC / NH3 e H3O+ / OH– D) NH3 / OH– e NH4 + / H2O B) H2O / NH3 e NH4 + / OH– E) HC / C – e H2O / OH– C) HC / H2O e H3O+ / C – 04. (UNIRIO-RJ) Imagens de satélite do Norte da África mostram que áreas do Deserto do Saara, afetadas durante décadas pela seca, estão ficando verdes novamente. [...] A causa dessa retração deve-se provavelmente ao maior volume de chuvas que cai sobre a região. Disponível em: . A água é uma substância peculiar e sua molécula possui propriedades anfipróticas. A seguir, estão descritas três reações: NH3 + H2O NH4 + + OH– (Reação 1) HBr + H2O Br– + H3O+ (Reação 2) HNO2 + H2O NO2 – + H3O+ (Reação 3) Assinale a opção que contém o comportamento da água em cada reação. Reação 1 Reação 2 Reação 3 A) Ácido Base Ácido B) Base Base Ácido C) Ácido Ácido Base D) Base Ácido Base E) Ácido Base Base 05. (UFMG) Na equação CH3NH2 + CH3COOH CH3NH3 + + CH3COO– I II III IV A) II e IV são ácidos de Lewis. B) II e III são bases de Brönsted-Lowry. C) I e III são bases de Lewis. D) I e IV são bases de Lewis. E) I e III são ácidos de Brönsted-Lowry. Q U ÍM IC A 95Bernoulli Sistema de Ensino Teorias Ácido-Base Modernas 06. (PUC Minas) Observe as reações: A: NH3 + H2CO3 NH4 + + HCO3 – B: HC + H2O H3O+ + C – C: CH3NH2 + H2SO4 CH3NH3 + + HSO4 – Leia atentamente as afirmações a seguir. I. Nas reações representadas, amônia e metilamina são bases de Lewis. II. Na equação B, H3O+ é a base conjugada. III. Na equação A, NH4 + é o ácido conjugado. IV. Na equação C, ácido sulfúrico é um ácido de Brönsted- -Lowry. Estão corretas as afirmativas: A) I, II e IV, apenas. C) I, III e IV, apenas. B) III e IV, apenas. D) I, II, III e IV. 07. (UFPR) Considere as seguintes reações: A 3+ + 6H2O → [A(H2O)6]3+ Cu2+ + 4NH3 → [Cu(NH3)4]2+ HC + H2O → H3O+ + C – 2HC + CO3 2– → H2CO3 + 2C – Essas reações são consideradas ácido-base A) somente por Arrhenius. B) somente por Lewis. C) por Arrhenius e Brönsted-Lowry. D) por Arrhenius e Lewis. E) por Brönsted-Lowry e Lewis. 08. (PUC Minas) Muitos medicamentos são comercializados na forma de cloridrato, uma vez que cloridratos são sais estáveis e solúveis em água. Um cloridrato é formado pela reação ácido-base entre uma amina e o ácido clorídrico. Observe a formação do cloridrato de efedrina representada a seguir. N H CH3 OH CH3 + HC N H CH3 OH CH3 H C– Efedrina (uma amina) Cloridrato de efedrina + Sobre essa reação, é correto afirmar: A) A amina recebe um próton e funciona, portanto, como um ácido de Lewis. B) O ácido clorídrico doa um próton e, por isso, é considerado um ácido de Brönsted-Lowry. C) A amina doa elétrons e, portanto, é um ácido, segundo a teoria de Lewis. D) O ácido clorídrico é um aceptor de elétrons sendo, portanto, uma base de Lewis. EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. (ULBRA-RS) Na equação HCO3 – + H2O H3O+ + CO3 2–, o íon bicarbonato (HCO3 –) é classificado como A) base de Arrhenius. B) base de Brönsted-Lowry. C) base de Lewis. D) ácido de Brönsted-Lowry. E) ácido de Lewis. 02. (Cesgranrio) Na reação NH4 + + S2– NH3 + HS–, o íon sulfeto (S2–) é uma espécie de característica A) básica, segundo a teoria de Brönsted-Lowry. B) básica, segundo a teoria de Arrhenius. C) ácida, segundo a teoria de Lewis. D) ácida, segundo a teoria de Brönsted-Lowry. E) ácida, segundo a teoria de Arrhenius. 03. (UMC-SP) O enxofre reage com o sulfito de sódio em solução aquosa, a quente. +S S O O 2– O S O O 2– S O Em que conceito essa equação é uma reação ácido-base? Por quê? Que espécie atua como ácido? Por quê? 04. (UFSC) A reação Cu2+ + 4NH3 → [Cu(NH3)4]2+ corresponde a uma reação de A) neutralização, segundo a teoria de Arrhenius. B) oxidação do cobre. C) neutralização, segundo a teoria de Lewis. D) redução do cobre. E) oxidação do nitrogênio. 05. (UFSM-RS) Considere as seguintes equações químicas: I. AC3 + C – → [AC4]– II. NH3 + AC3 → [NH3 → AC3] III. O A�C�3 + CH3C [A�C�4] –CH3C O+C� → Segundo os critérios de Lewis, a substância AC3 pode ser classificada como A) ácido em I e III, base em II. B) base em I e III, ácido em II. C) ácido em I, base em II e III. D) ácido em I, II e III. E) base em I, II e III. Frente C Módulo 14 96 Coleção 6V 06. (PUC-SP) Os metais de transição têm uma grande tendência de formar íons complexos, pois apresentam a penúltima e / ou a última camada eletrônica incompleta. Assim, por exemplo, a formação do íon ferrocianetopode ser explicada pela reação Fe2+ + 6CN– → [Fe(CN)6]4– Nesse exemplo, podemos dizer, com mais correção, que o Fe2+ agiu como A) ácido de Lewis. D) redutor. B) base de Lewis. E) sal simples. C) oxidante. 07. (PUC Minas) Sejam dadas as equações a seguir: I. H2SO4 + 2NaOH Na2SO4 + 2H2O II. H2SO4 + HNO3 H2NO3 + + HSO4 – III. HNO3 + HF H2NO3 + + F– IV. AuC3 + C – AuC4 – Com relação aos conceitos ácido-base, assinale a opção incorreta. A) A equação I é uma reação ácido-base segundo Arrhenius. B) Apenas as equações I, II e III são reações ácido-base segundo Brönsted-Lowry. C) Nas equações II e III, o HNO3 age como ácido de Brönsted-Lowry. D) Na equação IV, o C – age como base de Lewis. E) Nas equações I e II, o H2SO4 age como ácido de Lewis. 08. (PUC Minas) Considere as equações químicas: I. H2SO4(aq) + 2NaOH(aq) → Na2SO4(aq) + 2H2O() II. NH3 + H2O NH4 + + OH– III. AC3 + C – → AC4 – IV. NH3 + HC → NH4 + + C – Com relação aos conceitos ácido-base, é incorreto afirmar: A) Na equação III, o C – age como um ácido de Lewis. B) A equação I é uma reação ácido-base segundo Arrhenius. C) Apenas as equações I, II e IV são reações ácido-base de Brönsted-Lowry. D) Na equação II, o H2O age como um ácido de Brönsted-Lowry. E) Todas as equações representam reações ácido-base de Lewis. 09. (UFF-RJ) Um dos principais fármacos utilizados no Brasil para a terapia da malária é a cloroquina, cuja estrutura é representada por Cloroquina C C HH3C N H CH2CH2CH2N CH2CH3 CH2CH3 N Com base na estrutura da cloroquina, pode-se afirmar que A) a cloroquina é uma base de Lewis, porque cada átomo de nitrogênio pode receber elétrons de um ácido. B) a cloroquina é um ácido de Lewis, porque cada átomo de nitrogênio pode receber um par de elétrons de um ácido. C) a cloroquina é um ácido de Arrhenius, porque em solução aquosa possui um excesso de íons H+. D) a cloroquina é um ácido de Brönsted-Lowry, porque um de seus átomos de nitrogênio pode doar próton. E) a cloroquina é uma base de Lewis, porque possui átomos de nitrogênio que podem doar elétrons para ácidos. 10. (UFMG) Entre as opções a seguir, a única que corresponde a ácido de Lewis, base de Brönsted-Lowry, ácido de Brönsted-Lowry e base de Lewis, nessa ordem, é: A) C –, CH3COOH, CH3NH2, BF3 B) C –, HC, CO3 2–, Ag+ C) Ag+, NaOH, HC, CH3COOH D) BF3, CO3 2–, CH3COOH, SO4 2– E) BF3, CO3 2–, CH3COOH, Ag+ 11. (UFMG) Qual a afirmativa errada? A) Para o sistema em equilíbrio HC + NH3 NH4 + + C –, NH4 + é o ácido conjugado e C – é a base conjugada, de acordo com a teoria de Brönsted-Lowry. B) Em solução aquosa diluída, um ácido forte terá uma constante de ionização pequena, ao passo que um ácido fraco terá uma constante de ionização elevada. C) De acordo com Lewis, toda substância que tenha um ou mais pares de elétrons não compartilhados é uma base. D) De acordo com Arrhenius, toda substância que se dissocia liberando cátion hidrogênio, em solução aquosa, é um ácido. E) De acordo com Brönsted-Lowry, um ácido é toda substância capaz de doar próton, e base, toda substância capaz de receber próton. 12. (PUC Minas) Nas bebidas gaseificadas, ocorrem os seguintes equilíbrios simultâneos: I. H2O() + CO2(g) H2CO3(aq) II. H2CO3(aq) + H2O() H3O+ (aq) + HCO3 – (aq) III. HCO3 – (aq) + H2O() H3O+ (aq) + CO3 2– (aq) Q U ÍM IC A 97Bernoulli Sistema de Ensino Teorias Ácido-Base Modernas GABARITO Aprendizagem Acertei ______ Errei ______ • • 01. E • • 02. B • • 03. E • • 04. E • • 05. D • • 06. C • • 07. E • • 08. B Propostos Acertei ______ Errei ______ • • 01. D • • 02. A • • 03. No conceito de Lewis, pois há doação / recepção de um par eletrônico. O enxofre atua como ácido, pois é este o participante que recebe o par eletrônico. • • 04. C • • 05. D • • 06. A • • 07. C • • 08. A • • 09. E • • 10. D • • 11. B • • 12. A 13. • • A) Ácido acético ou ácido etanoico H H C O H C HO • • B) Metanoano de metila H O O H H C CH Seção Enem Acertei ______ Errei ______ • • 01. B Meu aproveitamento Total dos meus acertos: __________ de __________ . ______ %______ % Assinale a afirmativa incorreta. A) O íon HCO3 – (aq) atua como base de Brönsted-Lowry tanto no processo II quanto no processo III. B) A adição de NH3(g) à mistura gasosa desloca o equilíbrio do processo I no sentido da produção de H2CO3(aq). C) O íon H3O+ atua como ácido de Brönsted-Lowry tanto no processo II quanto no processo III. D) O íon CO3 2– (aq) atua como uma base de Lewis. E) O H2O() atua como uma base de Brönsted-Lowry tanto no processo II quanto no processo III. 13. (UFRJ) Diversos compostos isômeros apresentam carbono, hidrogênio e oxigênio combinados na proporção, em massa, de 6 : 1 : 8, respectivamente. Sabe-se também que a massa molar dos isômeros é igual a 60 g.mol–1. Observando os princípios gerais de ligação química, construa a estrutura de uma molécula de cadeia carbônica aberta e saturada contendo A) um hidrogênio ionizável. B) um heteroátomo. SEÇÃO ENEM 01. Quais os fatores que podem causar uma DCV? Não há uma única causa para as Doenças Cardiovasculares, pois existem vários fatores que podem aumentar a probabilidade de sua ocorrência, chamados fatores de risco cardiovasculares. Muitos desses fatores são próprios da pessoa como, por exemplo, a herança genética e a idade. Porém, vários fatores de risco cardiovasculares estão relacionados ao estilo de vida adotado pelo indivíduo, como a alimentação rica em gorduras, a obesidade, o sedentarismo, o tabagismo e o estresse. MEN, Míriam Jardim. Disponível em: . Acesso em: 13 mar. 2018. As fórmulas estruturais das principais substâncias que contribuem para as doenças cardiovasculares estão representadas a seguir: CH3–CH2–OH Álcool –CH2–NH–CH3 Adrenalina CH3H3C CH3 H3C H3C HO Colesterol HO OH HO CH Cocaína CH3N COOCH3 OOC CH3–CH2–OH Álcool –CH2–NH–CH3 Adrenalina CH3H3C CH3 H3C H3C HO Colesterol HO OH HO CH Cocaína CH3N COOCH3 OOC Considerando as propriedades ácidas e básicas dessas substâncias, pode-se afirmar que A) a cocaína não apresenta caráter básico, pois não apresenta grupos aceptores de pares eletrônicos. B) o álcool apresenta caráter ácido, pois é uma espécie doadora de prótons e aceptora de pares eletrônicos. C) a adrenalina apresenta caráter básico devido à presença dos três grupos hidroxila e do grupo amino (NH). D) o colesterol apresenta caráter neutro, pois não apresenta grupos doadores de prótons nem de pares eletrônicos. E) todas as substâncias apresentadas em meio aquoso aceitam prótons da água, apresentando caráter básico. Frente C Módulo 14 98 Coleção 6V O caráter ácido ou básico dos compostos orgânicos (propriedades químicas), apesar de em menor grau de intensidade que o dos compostos inorgânicos, é influenciado pela estrutura do composto. CARÁTER ÁCIDO DOS COMPOSTOS ORGÂNICOS A força de um ácido é expressa em função da sua constante de acidez (Ka): quanto maior for Ka, mais forte será o ácido. De um modo geral, pode-se dizer que a ordem decrescente de acidez dos compostos orgânicos é a seguinte: Ácidos carboxílicos Fenóis Álcoois Alquinos verdadeiros Ka ≅ 10–5 Ka ≅ 10–10 Ka ≅ 10–18 Ka ≅ 10–23 Os álcoois são substâncias quase neutras, já os ácidos carboxílicos são ácidos fracos. Portanto, o caráter de um grupo —OH é influenciado pela estrutura circundante. O hidrogênio da hidroxila (—OH) poderia se ionizar, mas isso não acontece facilmente no álcool. Porém, a substituição de dois hidrogênios do carbono ligado à hidroxila por um átomo de oxigênio (formação do ácido carboxílico) provoca um deslocamento da nuvem eletrônica da hidroxila em direção à carbonila, aumentando a polarização da ligação O—H e tornando mais fácil a ionização do hidrogênio.No caso dos ácidos carboxílicos, considere o ácido A—COOH, em que A é um grupo que atrai elétrons. O deslocamento indutivo em direção a A do par de elétrons compartilhado entre esse grupo e o átomo de carbono produz um deslocamento secundário dos elétrons das ligações, facilitando a separação do hidrogênio como próton. Se for considerado um ácido B—COOH, sendo B um grupo que repele elétrons, haverá um deslocamento dos elétrons em sentido oposto, diminuindo o grau de ionização. O grupo A seria um grupo elétron-atraente, e B, um grupo elétron-repelente. Grupos Elétron-atraente (A) Elétron-repelente (B) —Cl, —F, —Br, —I, —NO2, —CN, —COOH, —COCH3, ou , etc. —CH3, —C2H5, —NH2, —OH, —OCH3, etc. Quando a cadeia carbônica apresenta grupos elétron-atraentes, ocorre um efeito indutivo negativo (I–) que facilita a ionização do hidrogênio. Se o grupo for elétron-repelente, responsável pelo efeito indutivo positivo (I+), o ácido se torna mais fraco. Exemplos: A) C O H O H Ka = 1,78 . 10–4 C O O H H3C Ka = 1,75 . 10–5 C O O H H2C C Ka = 1,36 . 10–3 O grupo —CH3 torna o ácido mais fraco, ao passo que o cloro torna-o mais forte. B) COOH C� COOH C� COOH C� Da esquerda para a direita, diminui o caráter ácido, em virtude do distanciamento do Cl (elétron-atraente) da carboxila, diminuindo o efeito I– provocado por ele. C) COOH NH2 COOH NO2 COOH Compostos em ordem decrescente de acidez. MÓDULO 15 FRENTE C 99Bernoulli Sistema de Ensino QUÍMICA Ácidos e Bases Orgânicos O fenol ou ácido fênico apresenta a hidroxila polarizada por se ligar diretamente a um grupo elétron-atraente (fenil). Tem, portanto, caráter ácido (Ka = 1,1 . 10–10). + H+� OH O– Se o hidroxibenzeno (fenol) recebe grupos elétron-atraentes, como o —NO2, sua força ácida aumenta. Veja o exemplo a seguir: Ka4 > Ka3 > Ka2 > Ka1 o-nitrofenol Ka2 NO2 OH 2,4-dinitrofenol Ka3 NO2 NO2 OH Ácido pírico Ka4 NO2O2N NO2 OH Fenol Ka1 OH Apesar de os álcoois e alquinos verdadeiros apresentarem caráter ácido, eles possuem Ka menor do que a água (Kw = 10–14), sendo, portanto, ácidos mais fracos que ela. Tal força de acidez se deve ao fato de os álcoois apresentarem grupos elétron-repelentes l igados à hidroxila, o que torna a ligação O—H menos polarizada, diminuindo, assim, o grau de ionização desses compostos. Já os alquinos verdadeiros possuem o grupo ≡C—H com a ligação C—H mais polarizada do que em alquenos e em alcanos (devido ao maior caráter s do orbital híbrido sp do carbono, o que lhe garante uma maior eletronegatividade), tornando o hidrogênio mais ionizável. Contudo, devido à polaridade dessa ligação ser menor do que a polaridade da ligação O—H, o grau de ionização dos alquinos é menor que o dos álcoois e, consequentemente, menor do que o da água. Força ácida dos ácidos carboxílicos Assita a esse vídeo, observando atentamente a influência de grupos indutivos nas estruturas de cada composto e quais as consequências nos valores de Ka. CARÁTER BÁSICO DOS COMPOSTOS ORGÂNICOS As bases orgânicas mais importantes são as aminas, tendo as aminas não aromáticas (alifáticas) um caráter básico mais acentuado do que a amônia; o contrário ocorre com as aminas aromáticas. Exemplos: CH3CH2NH2 + HCl → CH3CH2NH3 + + Cl – CH3NH2 + BF3 → CH3NH2BF3 Os grupos elétron-repelentes aumentam a força básica da amina e os grupos elétron-atraentes diminuem o seu caráter básico. Composto Kb pKb NH3 1,82 . 10–5 4,74 CH3NH2 4,36 . 10–4 3,36 CH3CH2NH2 5,62 . 10–4 3,25 CH3NHCH3 5,13 . 10–4 3,29 (CH3)3N 5,25 . 10–5 4,28 NH2 4,17 . 10–10 9,38 H3C NH2 1,23 . 10–9 8,91 O2N NH2 1,00 . 10–13 13,0 Quanto menor o pKb, maior a Kb e maior a basicidade do composto. As aminas alifáticas são bases mais fortes que a amônia, pois a afinidade do nitrogênio por próton aumenta devido ao efeito elétron-repelente dos grupos alquila. A densidade eletrônica no nitrogênio aumenta, atraindo o próton com maior intensidade. Exceção: A trimetilamina é mais fraca que a metilamina e a dimetilamina, apesar de ter 3 grupos —CH3 elétron-repelentes. Quando se introduz um grupo —CH3 na amônia (pKb = 4,74), verifica-se que ocorre um aumento da força básica na geração da metilamina (pKb = 3,36) em uma determinação feita em solução aquosa. O grupo metila é um grupo elétron-repelente, ou seja, doa densidade eletrônica para o átomo de nitrogênio, fazendo com que seus elétrons não ligantes fiquem mais afastados do núcleo. Dessa forma, os elétrons não ligantes se tornam mais disponíveis para se coordenarem a um próton, minimizando a repulsão núcleo-núcleo entre o nitrogênio e o hidrogênio coordenado, estabilizando o ácido conjugado formado. Frente C Módulo 15 100 Coleção 6V A introdução de um segundo grupo metila aumenta ainda mais a força básica da amina, porém essa segunda introdução, gerando a dimetilamina (pKb = 3,29), tem um efeito bem menos acentuado que a introdução do primeiro grupo. Já a introdução de um terceiro grupo metila, gerando a trimetilamina (pKb = 4,28), diminui a força básica da amina em água de forma inesperada. Esse comportamento pode ser explicado pelo fato de a força básica de uma amina em água não ser determinada somente pela disponibilidade do par eletrônico não ligante no átomo de nitrogênio, mas também pela extensão em que o cátion, formado pela aceitação do próton, pode sofrer solvatação e, assim, ficar mais estabilizado. O ácido conjugado de uma amina é gerado por meio da coordenação entre um próton e o átomo de nitrogênio, gerando um cátion. Quanto mais estável for esse cátion, mais básica será a amina correspondente, pois o equilíbrio ácido-base estará mais favorecido para a produção do cátion, aumentando também a concentração de OH– no meio, conforme a equação a seguir: R—NH2 + H2O R—NH3 + + OH– A estabilização do ácido conjugado por solvatação (hidratação) é feita via interação intermolecular do tipo ligação de hidrogênio e, quanto mais numerosas e mais intensas forem essas interações, mais estabilizado estará o ácido conjugado. Quanto mais hidrogênios ligados ao nitrogênio do ácido conjugado, maior será a estabilização via ligação de hidrogênio por efeito de solvatação. A basicidade aumenta na série Amônia HH N H Metilamina CH3H N H Dimetilamina CH3H N CH3 intramolecular e, por isso, existem predominantemente na forma d ipo lar conhec ida como zwitterion (do alemão zwitter = híbrido + íon), formando um sal interno, e possuem, portanto, propriedades de sais. Além disso, esses compostos apresentam caráter anfótero, ou seja, quando em solução, podem funcionar como ácidos ou como bases conforme representado na equação a seguir: R C C H NH2 O OH O R C C H NH2 R C C H NH3 + OH R C C H NH3 + O –O – +H+ –H+ –H+ OO Força básica das aminas Assita a esse vídeo, observando atentamente a influência de grupos indutivos nas estruturas de cada composto e quais as consequências nos valores de Kb. Q U ÍM IC A 101Bernoulli Sistema de Ensino Ácidos e Bases Orgânicos EXERCÍCIOS DE APRENDIZAGEM 01. (UFU-MG) O ácido tricloroacético é uma substância aquosa com grande poder cauterizante e muito utilizado no tratamento de feridas, em doenças de pele, calos, verrugas, entre outros males. Seu caráter ácido é maior que o do ácido acético. Essa diferença pode ser explicada pelo A) elevado grau de ionização do H+ no ácido acético, que disponibiliza mais esse íon para a solução. B) valor da constante ácida (Ka) do ácido acético ser maior do que a constante ácida (Ka) do ácido tricloroacético. C) efeito que os átomos de cloro exercem na estrutura do ácido tricloroacético. D) número de átomos de cloro na estrutura do tricloroacético, que fixa melhor o hidrogênio ionizável, aumentando a acidez. 02. (UFRJ) Os ácidos orgânicos têm a sua acidez alterada pela substituição de átomos de hidrogênio na cadeia carbônica por grupos funcionais. A tabela a seguir mostra as constantes de acidez de alguns ácidos carboxílicos, em água, a 25 °C. Composto N. Estrutura Ka I O OH 1,54 . 10–5 II O OH C 1,39 . 10–3 III O OH C 3,0 . 10–5 IV O OH C 8,9 . 10–5 A) Disponha os compostos em ordem crescente de força do ácido. B) Explique o papel exercido pelo átomo de cloro na diferença de acidez observada entre os compostos I e II. 03. (FASEH-MG) Analise a seguinte tabela. Fórmula Nome TF (°C) TE (°C) Ka Constante de ionização, 25 °C CH3OH Metanol –98 66 ~10–16 C2H5OH Etanol –115 78 ~10–16 HCOOH Ácido fórmico 8 100 1,8 . 10–4 CH3COOH Ácido acético 16 118 1,8 . 10–5 HOOCCOOH Ácido oxálico 189 9,5 6,0 . 10–2 Considerando as propriedades dos compostos apresentadas na tabela, assinale a afirmativa incorreta. A) O metanol e o etanol são substâncias neutras, enquanto as demais são ácidos fracos. B) O metanol e o etanol apresentam uma constante de ionização um pouco menor do que a da água. C) O ácido fórmico ioniza mais facilmente do que outros ácidos de cadeias carbônicas longas. D) ácido oxálico é comparativamente 100 vezes mais forte do que o ácido fórmico. 04. (PUC Minas) Dadas as substâncias: H C C H H OH O I C C C C C OH O II C C C C H OH O III C C H C H OH O IV C C CH3 CH3 H3C OH O V A ordem crescente de acidez das substâncias está corretamente indicada em: A) VA Z flutua no líquido C W afunda no líquido C Com base nos dados apresentados, é correto afirmar que A) X pode ser a substância 3. B) Z pode ser a substância 2. C) Y pode ser a substância 1. D) W pode ser a substância 4. 12. (Unicamp-SP) O Brasil é um país privilegiado no que diz respeito ao estoque de água doce. Estima-se em 1 400 000 km3 o volume total de água na Terra, sendo cerca de 35 000 km3 de água doce. Desses 35 000 km3, o Brasil possui 12%. Em alguns países, no entanto, a água doce tem que ser obtida pelo uso de metodologias complexas e caras. Uma proposta recente sugere a utilização de energia geotérmica (fluido geotérmico) para a obtenção de água dessalinizada a partir da água salgada. O esquema a seguir, em que as setas indicam o sentido dos fluxos, resume a metodologia a ser empregada. A B C D E Considerando-se as informações do texto e o conhecimento químico, pode-se afirmar que, nesse processo, o fluido geotérmico entra em A) C e sai em E, e a água salina entra em A, enquanto em B sai a água dessalinizada e, em D, sai uma água mais salgada. B) C e sai em D, e a água salina entra em A, enquanto em E sai a água dessalinizada e, em B, sai uma água mais salgada. C) A e sai em B, e a água salina entra em C, enquanto em E sai a água dessalinizada e, em D, sai uma água mais salgada. D) A e sai em B, e a água salina entra em C, enquanto em D sai a água dessalinizada e, em E, sai uma água mais salgada. SEÇÃO ENEM 01. (Enem–2017) A farinha de linhaça dourada é um produto natural que oferece grandes benefícios para o nosso organismo. A maior parte dos nutrientes da linhaça encontra-se no óleo dessa semente, rico em substâncias lipossolúveis com massas moleculares elevadas. A farinha também apresenta altos teores de fibras proteicas insolúveis em água, celulose, vitaminas lipossolúveis e sais minerais hidrossolúveis. Considere o esquema, que resume um processo de separação dos componentes principais da farinha de linhaça dourada. Farinha de linhaça Adição de éter etílico, seguida de agitação Filtração Filtração Destilação Resíduo 3 Destilado 2 Resíduo 4 Destilado 1 Destilação Resíduo 1 Resíduo 2 Extrato etéreo (fase orgânica) Extrato aquoso Adição de éter etílico, seguida de agitação O óleo de linhaça será obtido na fração A) Destilado 1. B) Destilado 2. C) Resíduo 2. D) Resíduo 3. E) Resíduo 4. 02. (Enem) Um grupo de pesquisadores desenvolveu um método simples, barato e eficaz de remoção de petróleo contaminante na água, que utiliza um plástico produzido a partir do líquido da castanha-de-caju (LCC). A composição química do LCC é muito parecida com a do petróleo e suas moléculas, por suas características, interagem formando agregados com o petróleo. Para retirar os agregados da água, os pesquisadores misturam ao LCC nanopartículas magnéticas. KIFFER, D. Novo método para remoção de petróleo usa óleo de mamona e castanha-de-caju. Disponível em: . Acesso em: 31 jul. 2012 (Adaptação). Essa técnica considera dois processos de separação de misturas, sendo eles, respectivamente, A) flotação e decantação. B) decomposição e centrifugação. C) floculação e separação magnética. D) destilação fracionada e peneiração. E) dissolução fracionada e magnetização. Q U ÍM IC A 11Bernoulli Sistema de Ensino Análise Imediata 03. (Enem) Para impedir a contaminação microbiana do suprimento de água, deve-se eliminar as emissões de efluentes e, quando necessário, tratá-lo com desinfetante. O ácido hipocloroso (HCO), produzido pela reação entre cloro e água, é um dos compostos mais empregados como desinfetante. Contudo, ele não atua somente como oxidante, mas também como um ativo agente de cloração. A presença de matéria orgânica dissolvida no suprimento de água clorada pode levar à formação de clorofórmio (CHC3) e outras espécies orgânicas cloradas tóxicas. SPIRO, T. G.; STIGLIANI, W. M. Química ambiental. São Paulo: Pearson, 2009 (Adaptação). Visando eliminar da água o clorofórmio e outras moléculas orgânicas, o tratamento adequado é a A) filtração, com o uso de filtros de carvão ativo. B) fluoretação, pela adição de fluoreto de sódio. C) coagulação, pela adição de sulfato de alumínio. D) correção do pH, pela adição de carbonato de sódio. E) floculação, em tanques de concreto com a água em movimento. 04. (Enem) Entre as substâncias usadas para o tratamento de água, está o sulfato de alumínio, que, em meio alcalino, forma partículas em suspensão na água, às quais as impurezas presentes no meio se aderem. O método de separação comumente usado para retirar o sulfato de alumínio com as impurezas aderidas é a A) flotação. B) levigação. C) ventilação. D) peneiração. E) centrifugação. 05. (Enem) Belém é cercada por 39 ilhas, e suas populações convivem com ameaças de doenças. O motivo, apontado por especialistas, é a poluição da água do rio, principal fonte de sobrevivência dos ribeirinhos. A diarreia é frequente nas crianças e ocorre como consequência da falta de saneamento básico, já que a população não tem acesso à água de boa qualidade. Como não há água potável, a alternativa é consumir a do rio. O LIBERAL. 08 jul. 2008. Disponível em: . O procedimento adequado para tratar a água dos rios, a fim de atenuar os problemas de saúde causados por microrganismos a essas populações ribeirinhas, é a A) filtração. B) cloração. C) coagulação. D) fluoretação. E) decantação. 06. (Enem) Em visita a uma usina sucroalcooleira, um grupo de alunos pôde observar a série de processos de beneficiamento da cana-de-açúcar, entre os quais se destacaram: 1. A cana chega cortada da lavoura por meio de caminhões e é despejada em mesas alimentadoras que a conduzem para as moendas. Antes de ser esmagada para a retirada do caldo açucarado, toda a cana é transportada por esteiras e passada por um eletroímã para a retirada de materiais metálicos. 2. Após se esmagar a cana, o bagaço segue para as caldeiras, que geram vapor e energia para toda a usina. 3. O caldo primário, resultante do esmagamento, é passado por filtros e sofre tratamento para transformar-se em açúcar refinado e etanol. Com base nos destaques da observação dos alunos, quais operações físicas de separação de materiais foram realizadas nas etapas de beneficiamento da cana-de-açúcar? A) Separação mecânica, extração, decantação. B) Separação magnética, combustão, filtração. C) Separação magnética, extração, filtração. D) Imantação, combustão, peneiração. E) Imantação, destilação, filtração. GABARITO Aprendizagem Acertei ______ Errei ______ • • 01. C • • 02. C • • 03. D • • 04. D • • 05. E • • 06. E • • 07. D • • 08. A Propostos Acertei ______ Errei ______ • • 01. A • • 02. A • • 03. B • • 04. Nenhuma. Tanto o sal quanto o açúcar estarão em solução, dissolvidos na água e, portanto, não serão retidos pelo filtro. • • 05. B • • 06. C • • 07. C • • 08. B • • 09. O componente de menor temperatura de ebulição. • • 10. C • • 11. D • • 12. D Seção Enem Acertei ______ Errei ______ • • 01. E • • 02. C • • 03. A • • 04. A • • 05. B • • 06. C Meu aproveitamento Total dos meus acertos: __________ de __________ . ______ %______ % Frente A Módulo 13 12 Coleção 6V FUNÇÕES INORGÂNICAS Atualmente, são inúmeras as substâncias conhecidas e catalogadas na Química, e estudá-las individualmente seria praticamente impossível. Agrupá-las de acordo com propriedades e características químicas semelhantes foi a solução encontrada para tal problema. A esses conjuntos de substâncias com propriedades e características semelhantes chamamos funções químicas. Uma função química pode ser caracterizada por um átomo ou grupo de átomos, neutros ou carregados, responsáveis pela semelhança no comportamento químico das diferentes substâncias que compõem a função. Estudaremos agora as funções inorgânicas,fármaco antidepressivo para uso em terapia inovadora da depressão aguda associada ao suicídio. O medicamento age no organismo logo a partir de quatro horas, enquanto os antidepressivos atuais só apresentam resultados após três a quatro semanas de uso continuado. A escetamina regula as taxas cerebrais de um dos neurotransmissores mais importantes no estímulo ao suicídio, o glutamato. O estudo de funcionamento apresentado no Congresso da Sociedade de Psiquiatria Biológica, em Atlanta, nos Estados Unidos, mostrou que 36% dos pacientes desistiram da pespectiva de suicídio quatro horas depois de inalar a substância e 49% deles experimentaram o mesmo efeito após 24 horas. A cetamina, na década de 60, era usada como anestésico para animais e no atendimento de soldados americanos na Guerra do Vietnã. NH2 NH O Ácido glutâmicoCetamina O OHHO C O A partir da análise das informações e das estruturas das substâncias químicas e de seus efeitos, é correto inferir: A) A solução aquosa de ácido glutâmico possui pH menor do que 7. B) A estrutura química do ácido glutâmico apresenta dois carbonos quirais. C) O volume de 100 mL de solução aquosa de ácido glutâmico de concentração 1,0 mol.L–1 é completamente neutralizado por 50 mL de solução aquosa de hidróxido de sódio, 2,0 mol.L–1. D) A cetamina transfere íons H3O+ (aq) para o íon hidrogenoglutamato nas sinapses entre neurônios. E) A cetamina é uma amina primária de cadeia carbônica heterogênica. 08. Qual é a base mais forte? A) Amônia B) Metilamina C) Dimetilamina D) Anilina E) Todas têm a mesma força. Frente C Módulo 15 104 Coleção 6V 09. (Cesgranrio) I C H H O H II C H H N H H IV C H O O III C H HH OH De acordo com a teoria ácido-base de Brönsted- -Lowry, “ácido é toda substância capaz de ceder prótons (H+)”. Assim, na série de compostos orgânicos anteriores, a sequência correta em ordem decrescente de acidez é: A) I > II > III > IV B) II > I > IV > III C) III > IV > I > II D) IV > III > I > II E) IV > III > II > I 10. (UFG-GO) Acidez e basicidade são propriedades importantes nas reações orgânicas. Considerando-se os efeitos eletrônicos, determine no conjunto A qual é o composto mais ácido e no conjunto B qual é o composto mais básico. Justifique a sua resposta. Conjunto A: H3C —COOH; ClCH2—COOH; Cl2CH—COOH Conjunto B: NH3; H2NCH3; (H3C)2NH 11. (UFPA) Um produto comercial utilizado para realçar o sabor dos alimentos é derivado da seguinte substância: C C C H NH2 OH H H C C H H O HO O Considerando a estrutura anterior, responda: A) Quais as funções químicas presentes? B) Qual o tipo de isomeria que nela ocorre? C) Qual o grupo funcional presente que tem maior caráter básico e qual o que tem maior caráter ácido? 12. (UFOP-MG) A ternomina (IV) é uma droga utilizada no tratamento da pressão sanguínea alta. Ela atua seletivamente no coração. Baseando-se na estrutura dada a seguir, responda aos itens. O NH2 NH O OH A) Explique o comportamento da ternomina frente à luz plano-polarizada. B) Comente sobre a possibilidade ou não da existência de ligações de hidrogênio do tipo intramolecular. C) Qual dos grupos “amino” apresenta maior basicidade? Justifique sua resposta. D) Além da função amina, quais as outras três funções presentes? SEÇÃO ENEM 01. (Enem–2017) Diversos produtos naturais podem ser obtidos de plantas por processo de extração. O lapachol é da classe das naftoquinonas. Sua estrutura apresenta uma hidroxila enólica (pKa = 6,0) que permite que este composto seja isolado da serragem dos ipês por extração com solução adequada, seguida de filtração simples. Considere que pKa = –log Ka, em que Ka é a constante ácida da reação de ionização do lapachol. O O Lapachol OH COSTA, P. R. R. et al. Ácidos e bases em química orgânica. Porto Alegre: Bookman, 2005 (Adaptação). Qual solução deve ser usada para extração do lapachol da serragem do ipê com maior eficiência? A) Solução de Na2CO3 para formar um sal de lapachol. B) Solução-tampão ácido acético / acetato de sódio (pH = 4,5). C) Solução de NaCl a fim de aumentar a força iônica do meio. D) Solução de Na2SO4 para formar um par iônico com lapachol. E) Solução de HCl a fim de extraí-lo por meio de reação ácido-base. Q U ÍM IC A 105Bernoulli Sistema de Ensino Ácidos e Bases Orgânicos GABARITO Aprendizagem Acertei ______ Errei ______ • • 01. C 02. • • A) IMódulo 15 106 Coleção 6V A quantidade de compostos orgânicos conhecida é muitas vezes maior do que a de compostos inorgânicos. Assim, bem maiores também são as possibilidades de reações orgânicas. No entanto, estas seguem padrões mais ou menos bem definidos, sendo possível agrupá-las, o que torna o seu estudo uma tarefa menos árdua. As reações orgânicas se dividem principalmente em: 1. Reações de adição: As mais comuns envolvem ruptura de ligação p. C H H H H C H H C+ H2 H H H C H Algumas reações, especialmente as de ácido-base de Lewis, envolvem apenas a formação de ligações coordenadas e também são classificadas como reações de adição. Exemplo: O + Fe3+N –O O O N O– O O– O– Fe O O O N N O C O C O C C O O – Observe que nenhuma ligação foi rompida, apenas se formaram ligações coordenadas entre o íon ferro e os pares de elétrons não ligantes do oxigênio e do nitrogênio. 2. Reações de eliminação: Envolvem eliminação de moléculas menores. C H H H H C + H2OHCH H C OH H H 3. Reações de oxidação: Envolvem aumento no estado de oxidação de pelo menos um átomo da molécula orgânica reagente. H2SO4 K2Cr2O7 O H CHCH H C OH H H CH H H –3 –3–1 +1 4. Reações de substituição: Envolvem substituição de um átomo ou grupo de átomos. CCH3 CH3 CH3 Br C OH CH3 OH– –Br – CH3 CH3 5. Reações de polimerização: Envolvem a formação de polímeros. C H H H H n n CC H H H H C Em quase todos os casos (exceto nas reações ácido-base de Lewis, em que há apenas formação de ligações), ocorre quebra de ligações dos reagentes e formação de ligações dos produtos. A quebra pode ocorrer de duas formas: • Homolítica – os elétrons envolvidos na ligação se distribuem uniformemente entre os átomos durante a ruptura da ligação, levando à formação de duas espécies eletricamente neutras, denominadas radicais. C� C� hν C�2 Reações envolvendo espécies radicalares são favorecidas em fase gasosa, mas também podem ocorrer em solução com solventes de baixa polaridade. • Heterolítica – o(s) par(es) de elétrons da ligação fica(m) apenas com um dos grupos, levando à formação de espécies iônicas: CCH3 CH3 Br Br CH3 C+ H3C CH3 – + CH3 Reações envolvendo espécies iônicas são favorecidas em solução, principalmente em solventes polares. Observe que a cisão representada pela equação anterior envolveu a produção de um cátion, com carga positiva no carbono. Essas espécies são denominadas carbocátions e são razoavelmente instáveis. Devido à sua deficiência de elétrons, os carbocátions reagem rapidamente com bases de Lewis. Em outras palavras, eles buscam centros ricos em elétrons, sendo, por isso, denominados eletrófilos. MÓDULO 16 FRENTE C 107Bernoulli Sistema de Ensino QUÍMICA Reações de Adição Os eletrófilos são reagentes que, nas respectivas reações, buscam elétrons extras para formar espécies com maior estabilidade. Todos os ácidos de Lewis são exemplos de eletrófilos. Ainda no exemplo anterior, o íon brometo (Br –) é capaz de doar par de elétrons, sendo, dessa forma, uma base de Lewis. Espécies que, nas respectivas reações, buscam próton(s) ou outro(s) centro(s) positivo(s) ao(s) qual(quais) possam doar par(es) de elétrons são denominadas nucleófilos. REAÇÕES DE ADIÇÃO As reações de adição são características de compostos insaturados. Ocorrem pela quebra de ligações pi (p), sendo adicionadas duas espécies à molécula para cada ligação pi (p) quebrada. A+ B CC A B C C Essas reações são muito importantes do ponto de vista industrial, destacando-se a hidrogenação catalítica de óleos vegetais para a fabricação da margarina. Hidrogenação catalítica A reação de adição de hidrogênio a alquenos e alquinos é denominada hidrogenação. Embora seja um processo altamente exotérmico, não ocorre com velocidade apreciável na ausência de um catalisador. Os catalisadores mais comumente usados são platina, níquel, paládio, ródio e rutênio, finamente divididos. Estes adsorvem as moléculas de hidrogênio em sua superfície, enfraquecendo as ligações entre os átomos no H2 e, assim, favorecendo a reação de hidrogênio com o alqueno (ou alquino, quando for o caso). H H H H C C H H H H C C H H H H H H H H H H C C H H Mecanismo da atuação de um catalisador na hidrogenação do eteno. Os alquenos serão hidrogenados, levando à formação do alcano correspondente: CH2=CH2 + H2 Pd/�� ���� CH3—CH3 Como cada 1,0 mol de alqueno monoinsaturado apresenta 1,0 mol de ligação pi (p), haverá consumo de 1,0 mol de H2 para cada mol do alqueno em questão. Já os alquinos monoinsaturados apresentam 2,0 mol de ligações pi (p) por mol do composto, o que torna necessário o consumo de 2,0 mol de H2 para cada mol do alquino correspondente: CH≡ CH + 2H2 Pt� ��� CH3—CH3 No entanto, os alquinos também podem ser parcialmente hidrogenados, desde que se escolha um catalisador especial, levando à produção do alqueno correspondente. Nesse caso, será rompido apenas 1,0 mol de ligação pi (p) por mol de alquino monoinsaturado. CH≡CH + H2 Catalisador� ������ CH2=CH2 Embora as reações de hidrogenação sejam características de alquenos e alquinos, os cicloalcanos que apresentam anéis com 3 e 4 átomos de carbono (ciclopropano e ciclobutano) também podem ser hidrogenados. Estes não apresentam ligações pi (p), mas seus anéis são muito tensionados. Isso gera instabilidade nos compostos, o que favorece a ruptura dos anéis e sua hidrogenação. + H2 Pd / ∆ Pd / ∆+ H2 + H2 não reage Pd / ∆ Cicloalcanos maiores, tais como ciclopentano ou cicloexano, apresentam conformações que lhes garantem maior estabilidade; logo, eles não são facilmente hidrogenados. Halogenação Os alquenos, assim como os alquinos, podem ser convertidos em haletos orgânicos por adição de halogênio (X2) à ligação dupla ou tripla. Nesse processo, a ligação pi (p) entre os átomos de carbono é rompida, e cada um dos átomos da molécula de X2 se liga a um carbono que continha a ligação pi (p). Frente C Módulo 16 108 Coleção 6V C C X X X—X C C C C X X X X C CC C X X X—X X—X Entre os halogênios, os mais utilizados nesse processo são Cl2 e Br2. A reação ocorre rapidamente na ausência de luz e misturando-se os reagentes em um solvente inerte, tal como o tetracloreto de carbono (CCl4). A adição de bromo, na qual se utiliza bromo dissolvido em CCl4, constitui um teste extremamente útil e simples para identificar ligações múltiplas carbono-carbono. Isso porque a solução de bromo, que inicialmente é marrom-avermelhada, se descolore, pois o di-haleto formado é incolor. Solução marrom-avermelhada Di-haleto incolor + Br2 Br Br C CC C CC4 Adição de haletos de hidrogênio Os haletos de hidrogênio apresentam ligações H—X (sendo X, principalmente, Cl, Br e I) muito polarizadas e podem reagir facilmente com compostos que apresentam ligações múltiplas carbono-carbono. A adição de H—X a um alqueno pode levar à formação de dois produtos. No entanto, um predomina sobre o outro. HBr Produto principal Produto produzido em pequena proporção + Br Br A análise de muitos outros exemplos semelhantes levou o químico Vladimir Vasilyevich Markovnikov, por volta de 1870, a propor a regra conhecida como Regra de Markovnikov, cujo princípio é: Na adição de H—X a um alqueno, o átomo de hidrogênio se liga ao átomo de carbono da dupla-ligação que tem o maior número de átomos de hidrogênio. Átomo de carbono com o maior número de átomos de hidrogênio H2C CH3 CH H Br = Observe que a Regra de Markovnikov não explica o porquê de o 2-bromopropano ser o produto principal. Tal explicação é possível ao se analisar o mecanismo a seguir: H H 1ª etapa 2ª etapa C C+ + H C C X + H C C + XC C + X – X – Na primeira etapa do mecanismo, há formação de um cátion com carga positiva no carbono (carbocátion). A formação do produto principal será tanto mais favorecida quanto maior for a estabilidade relativa dessecarbocátion. Esta, por sua vez, será tanto maior quanto maior for a sua capacidade de acomodar a carga positiva. Assim, grupos que doam densidade eletrônica ao carbono (como fazem os grupos alquilas) dispersam sua carga, estabilizando o carbocátion. Logo, quanto maior for o número de grupos alquilas diretamente ligados ao carbono que contém a carga positiva, maior será sua estabilidade relativa e, portanto, mais favorável será a formação do produto principal. Dessa forma: C+ R R > C+ H R RR > C+ H R R = grupo alquila Estabilidade relativa dos carbocátions H > C+ H H H Entendido então o mecanismo de adição de haletos de hidrogênio, a Regra de Markovnikov pode ser, enunciada da seguinte maneira: Na adição de um reagente assimétrico a uma dupla-ligação, a parte positiva do reagente adicionado se liga ao átomo de carbono da dupla-ligação, de modo a formar, como intermediário, o carbocátion mais estável. No exemplo seguinte, como esperado, ocorre a formação do 2-bromo-2-metilbutano. Br CCH3CH3 + HBrCH3 CH CH3 CH3 CH2C CH3 Mas cuidado: Se a adição de HBr ocorrer na presença de peróxidos (seja ele inorgânico tal como H2O2 ou orgânico tal como CH3CH2—O—O—CH2CH3), ela será anti-Markovnikov, ou seja, o hidrogênio se liga ao carbono menos hidrogenado. Q U ÍM IC A 109Bernoulli Sistema de Ensino Reações de Adição De acordo com Kharasch e Mayo, a reação ocorre segundo o mecanismo a seguir: CH3 CH3C CH3CH C CH3 CH3 R O O R 2Rcalor O H + CH3 CH R BrO + H Br Br R H + O Br Br CH3 CH3CH CH CH3 Br CH3 CH3CH C CH3 Br Br + Observe que não há formação de carbocátion, e sim de um radical com um elétron desemparelhado no carbono. A estabilidade relativa deste segue a mesma ordem dos carbocátions. Sem peróxidos, é o hidrogênio a primeira espécie a ser adicionada, e, com peróxidos, é o bromo. Adição de água – hidratação A adição de água, catalisada por ácidos (usualmente ácido sulfúrico ou fosfórico diluído), à dupla-ligação de um alqueno constitui um importante método industrial para preparação de álcoois de baixa massa molar. A reação segue a Regra de Markovnikov, logo, não possibilita a obtenção de álcoois primários. H3O+ 25 °C OH CCH3CH3 + HOHCH3 CH CH3 CH3 CH2C CH3 Para alquinos, é possível adicionar apenas uma molécula de água por ligação tripla. A reação é catalisada por sais de mercúrio e se deve ao equilíbrio cetoenólico ou aldoenólico. Como a presença da carbonila, seja da cetona, seja do aldeído, permite ao composto maior estabilidade em relação ao enol equivalente, o enol se converte. + HOH H2SO4 HgSO4 H CHCH3 Equilíbrio cetoenólico CH3 C CCH OH H H CCH3 C H O REAÇÕES ENVOLVENDO A CARBONILA Aldeídos e cetonas podem ser convertidos em uma grande variedade de classes de compostos. A reação mais característica é a adição à dupla-ligação carbono-oxigênio. No entanto, algumas reações que envolvem a redução do carbono da carbonila também são de grande importância. Redução de Wolff-Kishner e Clemmensen O grupo carbonila pode ser completamente convertido em CH2. De forma simplificada, os métodos consistem em tratar o composto com zinco em mercúrio (método de Clemmensen) ou com hidrazina em meio básico (método de Wolff-Kishner). CCH2CH3 Zn / Hg NaOH / 200 °C HC O CH2CH2CH3 CCH2CH3 N2H4 CH2CH2CH3 O Preparação de álcoois por adição de reagentes de Grignard O reagente (R—MgX) é preparado tratando-se um haleto de alquila (R—X) com magnésio em solvente anidro. Os solventes mais usuais são éter dietílico e tetraidrofurano (THF). O radical alquila do reagente de Grignard que apresenta carga parcialmente negativa – pois está ligado ao magnésio, que é mais eletropositivo – se liga ao carbono da carbonila: C O + R’ R’ H MgX OMgXR C R’ H OHR C R H THF H3O + Adição de cianeto de hidrogênio A adição de cianeto de hidrogênio possibilita a introdução de um átomo de carbono à molécula orgânica. O produto formado pode reagir em etapas posteriores, formando compostos de grande interesse químico. No entanto, essas etapas subsequentes fogem do objetivo desse estudo. OH CN CH2CH3CC O CH3 CH2CH3 + HCN CH3 Frente C Módulo 16 110 Coleção 6V EXERCÍCIOS DE APRENDIZAGEM 01. (FUVEST-SP) Dois hidrocarbonetos insaturados, que são isômeros, foram submetidos, separadamente, à hidrogenação catalítica. Cada um deles reagiu com H2‚ na proporção, em mol, de 1 : 1, obtendo-se, em cada caso, um hidrocarboneto de fórmula C4H10. Os hidrocarbonetos que foram hidrogenados poderiam ser A) 1-butino e 1-buteno. B) 1,3-butadieno e ciclobutano. C) 2-buteno e 2-metilpropeno. D) 2-butino e 1-buteno. E) 2-buteno e 2-metilpropano. 02. (EBMSP–2019) Os hidrocarbonetos são compostos químicos muito utilizados como combustíveis e em processos industriais. Entretanto, os gases metano, etano e propano são hidrocarbonetos considerados asfixiantes quando estão em ambientes onde o ar contém níveis insuficientes de oxigênio. O eteno, gás incolor usado como anestésico simples em animais, e o propeno têm propriedades toxicológicas semelhantes, sendo, também, nocivos para as plantas. Considerando-se essas informações e as estruturas e propriedades dos hidrocarbonetos, é correto afirmar: A) A velocidade de difusão do propano no ar atmosférico é maior do que a do metano e a do etano. B) O gás metano é proveniente da decomposição de material orgânico por bactérias aeróbicas. C) A hidrogenação do eteno e do propeno produz hidrocarbonetos de cadeia carbônica insaturada. D) O metano, o etano e o propano são hidrocarbonetos que apresentam a fórmula molecular obtida pela relação CnH2n. E) A reação entre o eteno e o cloreto de hidrogênio forma um haleto orgânico de cadeia homogênea. 03. (UFLA-MG) O produto da hidrogenação do cicloexeno está apresentado na alternativa: A) B) C) D) E) OH 04. (UFPE) O HCl, o HBr e o HI transformam os alcenos nos correspondentes haletos de alquila. Na reação do HBr com o H3C—CH=CH2, na ausência e na presença de peróxidos, ocorrerão, respectivamente, A) a formação do 2-bromopropano e a formação do 1-bromopropano. B) a formação do 1-bromopropano e a formação do 2-bromopropano. C) a formação do 1-bromopropano e a reação não ocorre. D) a formação do 2-bromopropano e a reação não ocorre. E) a reação não ocorre e a formação do 1-bromopropano. 05. (UFF-RJ) Observe o esquema a seguir: Br CH3 C CH2 H2O2 CHCH CH3 C CH + X Y (I) (II) (III) H3C H3C Br CH3 C CH2 + HBrCHH3C = = A partir da análise desse esquema, A) especifique o reagente X. B) dê a fórmula de Y. C) informe o nome oficial dos compostos I, II e III. 06. (UFOP-MG) O eteno, em condições adequadas, pode sofrer as seguintes transformações: I. Hidratação II. Hidrogenação catalítica III. Hidrobromação Essas transformações conduzem, respectivamente, a A) etano, etanol e bromoetano. B) etano, bromoetano e etanol. C) etanol, bromoetano e etano. D) etanol, etano e bromoetano. E) bromoetano, etanol e etano. 07. (UNIFESP) Muitos álcoois podem ser obtidos pela hidratação, catalisada por ácidos, de alcenos. Nessa reação de adição, o hidrogênio da água se adiciona ao carbono que tem mais hidrogênios ligados a ele e o grupo hidroxila se liga ao carbono menos hidrogenado (Regra de Markovnikov). Sabendo-se que os álcoois formados na hidratação de dois alcenos são respectivamente 2-metil- -2-pentanol e 1-etilciclopentanol, quais os nomes dos alcenos correspondentes que lhes deram origem? A) 2-metil-2-penteno e 2-etilciclopenteno. B) 2-metil-2-penteno e 1-etilciclopenteno. C) 2-metil-3-penteno e 1-etilciclopenteno. D) 2-metil-1-penteno e 2-etilciclopenteno. E) 3-metil-2-penteno e 2-etilciclopenteno. Q U ÍM IC A 111Bernoulli Sistema de Ensino Reações de Adição 08. (Unesp) Na reação de adição de água em alcinos (reação de hidratação), apenas o etino (acetileno) produz um aldeído (etanal); os demais alcinos produzem cetona em decorrênciada regra de Markovnikov. Das reações relacionadas, a que representa a hidratação do etino produzindo etanal é: A) H3C C C H + H2O H3C C OH enol (instável) CH2 H3C C O CH3 H2SO4/HgSO4 B) H C C H + H2O H C H H HOH enol (instável) C H3C C O H3C CH2 OH H2SO4/HgSO4 C) H C C + H2O H2SO4/HgSO4 D) H3C C C H + H2O H3C CH2 H C O H2SO4/HgSO4 E) H C C H + H2O H3C COOH H2SO4/HgSO4 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. (Unesp) Um estudante precisa de uma pequena quantidade de vanilina e decidiu pesquisar métodos sintéticos de produção da substância em laboratório, obtendo informações sobre dois métodos: Método I D CH3O _ Na+CuBr Acetato de etila Br2 Metanol OH OH Br OH OH Reagente 1 Vanilina O CH3 OH OH Método II Vanilina O CH3 OH OH Enzima Solução aquosa pH 7,3 Reagente 2 O CH3 OH OH As duas reações indicadas no método 1 e a reação indicada no método 2 são classificadas, respectivamente, como reações de A) substituição, substituição e oxidação. B) redução, redução e oxidação. C) adição, adição e eliminação. D) adição, adição e redução. E) substituição, substituição e substituição. 02. (UECE–2019) Na reação representada a seguir, X pode ser substituído por CH2CH3 CH3 C CHX + HC A) but-2-ino. B) ciclobutano. C) but-1-eno. D) butano. 03. (UERJ) Na natureza, os ácidos graxos insaturados encontrados em óleos vegetais ocorrem predominantemente na forma do isômero geométrico cis. Porém, quando esses óleos são processados industrialmente, ou usados em frituras repetidas, forma-se o isômero trans, cujo consumo não é considerado saudável. Observe na tabela a seguir os nomes usuais e os oficiais de três ácidos graxos comumente presentes em óleos e gorduras. Nome usual Nome oficial Oleico octadec-9-enoico Esteárico octadecanoico Linoleico octadec-9,11-dienoico Em um laboratório, para identificar o conteúdo de três frascos, X, Y e Z, cada um contendo um desses ácidos, foram realizados vários testes. Observe alguns dos resultados obtidos: • Frasco X: não houve descoramento ao se adicionar uma solução de Br2 / CCl4; • Frasco Y: houve consumo de 2 mol de H2(g) na hidrogenação de 1 mol do ácido; • Frasco Z: o ácido apresentou estereoisômeros. Escreva a fórmula estrutural espacial em linha de ligação do isômero do ácido oleico prejudicial à saúde. Em seguida, cite os nomes usuais dos ácidos presentes nos frascos X e Y. 04. (UFMG) Uma certa massa de um hidrocarboneto consumiu 2 mol de H2 em uma reação de hidrogenação catalisada. A alternativa que apresenta a associação correta entre a massa que reagiu e uma possível estrutura desse hidrocarboneto é: A) 140 g de B) 70 g de C) 68 g de D) 68 g de Frente C Módulo 16 112 Coleção 6V 05. (UFMG) Dois compostos gasosos, o ciclopropano e o propeno, são isômeros. Todas as seguintes propriedades permitem distinguir esses gases, exceto A) a quantidade de CO2 produzida na combustão completa. B) a reatividade frente ao hidrogênio em presença de catalisador. C) a temperatura de liquefação. D) o calor de combustão. 06. (UFV-MG) Um mol de um hidrocarboneto X, de fórmula C6H10, reage com um mol de bromo, Br2, produzindo um mol de um composto Y com dois átomos de bromo em sua fórmula. A reação do hidrocarboneto X com um mol de H2 leva à formação do composto Z, de fórmula molecular C6H12. Os nomes sistemáticos dos compostos X, Y e Z são, respectivamente, A) hexa-1,3-dieno, 3,4-dibromoex-1-eno e hexano. B) cicloexeno, 1,4-dibromocicloexano e cicloexano. C) cicloexeno, 1,2-dibromocicloexano e cicloexano. D) hexa-1,3-dieno, 1,2-dibromoex-3-eno e hexano. 07. (UFMG) Dois ácidos carboxílicos têm estas representações: • Ácido I: CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH Massa molar = 282 g.mol–1 • Ácido II: CH3(CH2)4(CH=CHCH2)4(CH2)2COOH Massa molar = 304 g.mol–1 Ambos apresentam, entre outras, reações de neutralização com NaOH e adição de Br2. Considerando-se a estrutura e a reatividade dos ácidos representados, é incorreto afirmar que A) a adição de Br2 a I e a II permite distingui-los de um ácido de cadeia saturada. B) a neutralização de I e de II leva à formação de água e sabão. C) um mol de I ou um mol de II reagem com a mesma quantidade de Br2. D) um mol de I ou um mol de II reagem com a mesma quantidade de NaOH. 08. (FUVEST-SP) A adição de HBr a um alceno pode conduzir a produtos diferentes caso, nessa reação, seja empregado o alceno puro ou o alceno misturado a uma pequena quantidade de peróxido. CH 3 H C 2 C HBr H Br CH 3 H C 2 C CH 3 CH 3 CH 3 H C 2 C CH 3 HBr H C 2 Br H C CH 3 CH 3 Peróxido + + = = A) O 1-metilciclopenteno reage com HBr de forma análoga. Escreva, empregando fórmulas estruturais, as equações que representam a adição de HBr a esse composto na presença e na ausência de peróxido. B) Dê as fórmulas estruturais dos metilciclopentenos isoméricos (isômeros de posição). C) Indique o metilciclopenteno do item B que forma, ao reagir com HBr, quer na presença, quer na ausência de peróxido, uma mistura de metilciclopentanos monobromados que são isômeros de posição. Justifique sua resposta. 09. (Vunesp) Um álcool pode ser obtido pela reação entre um alceno e ácido sulfúrico, em um processo de duas etapas. A primeira etapa envolve um ataque do íon H+ à dupla-ligação do alceno, ocorrendo sua adição ao átomo de carbono mais hidrogenado (Regra de Markovnikov). A segunda etapa envolve a reação de hidrólise do composto formado na primeira etapa, obtendo-se o álcool correspondente e regenerando o ácido sulfúrico. Escreva A) as equações balanceadas das duas etapas da reação, quando o alceno utilizado é o propeno. B) o nome e a fórmula estrutural do álcool obtido no processo. 10. (UFV-MG) Em 1898, Rudolf Diesel apresentou ao mundo um motor abastecido com óleo de amendoim, bem mais eficiente que os motores a vapor usados na época. A preocupação atual com o desenvolvimento sustentável faz ressurgir o emprego de óleos vegetais nos motores movidos a óleo mineral. A estrutura a seguir representa o ácido oleico, encontrado em grande quantidade no óleo de amendoim: Ácido oleico C O OH Com relação às reações que ocorrem com o ácido oleico, assinale a afirmativa incorreta. A) A reação com etanol, em meio ácido, leva à formação de um éster. B) A reação com H2 forma um ácido saturado. C) A reação com Br2 é exemplo de uma reação de adição. D) A reação de adição de água, catalisada por H+, leva à formação de um diol. 11. (FURG-RS) Observe o esquema reacional a seguir: A B C CHCH3 CH2 HC� H2O / H+ H2 / Pt Sobre esses compostos, é correto afirmar que todas as reações são de A) adição, sendo os produtos, respectivamente: A = 1-propanol; B = 1-cloropropano e C = propano. B) substituição, sendo os produtos, respectivamente: A = 1-butanol; B = 2-cloropropano e C = propano. C) substituição, sendo os produtos, respectivamente: A = 1-hidróxi-2-propeno; B = 2-cloro-1-propeno e C = propeno. D) adição, sendo os produtos, respectivamente: A = 1,2-propanodiol; B = 1,2-dicloropropano e C = propano. E) adição, sendo os produtos, respectivamente: A = 2-propanol; B = 2-cloropropano e C = propano. Q U ÍM IC A 113Bernoulli Sistema de Ensino Reações de Adição 08. • • A) B) 1-metilciclopenteno 3-metilciclopenteno 4-metilciclopenteno A) CH3 C H2C H2C CH2 CH + HBr C H2C H2C CH2 CH + HBr C H2C H2C CH2 CH2 CH3 C H2C H2C CH2 CH CH3 C CHH3C H2C CH2 CH H Peróxido H3C Br C H2C H2C CH2 C H3C H Br H H2C H3C HC CH2 CH C H • • B) B) 1-metilciclopenteno 3-metilciclopenteno 4-metilciclopenteno A) CH3 C H2C H2C CH2 CH + HBr C H2C H2C CH2 CH + HBr C H2C H2C CH2 CH2 CH3 C H2C H2C CH2 CH CH3 C CHH3C H2C CH2 CH H Peróxido H3C Br C H2C H2C CH2 C H3C H Br H H2C H3C HC CH2 CH C H • • C) 3-metilciclopenteno C C H2C CH2 C H H H Br H H3C 1-bromo-3-metilciclopentano C H2C CH2 CH H H3C C H HBr C C H2C CH2 CH2 H Br H H3C 1-bromo-2-metilciclopentano A reaçãona presença de peróxido produzirá os mesmos isômeros de posição, porque os carbonos da dupla-ligação, onde ocorre a adição, são igualmente hidrogenados. 09. • • A) CH3—CH=CH2 + H2SO4 → CH3—CH(OSO3H)—CH3 CH3—CH(OSO3H)—CH3 + H2O → CH3—CH(OH)—CH3 + H2SO4 • • B) Propan-2-ol. H C CH3H3C OH • • 10. D • • 11. E • • 12. V F V F F Total dos meus acertos: __________ de __________ . ______ %______ % GABARITO Aprendizagem Acertei ______ Errei ______ • • 01. C • • 02. E • • 03. A • • 04. A 05. • • A) HBr • • B) CH C CH3 Br H C Br H HH3C • • C) I: 3-metilbut-1-ino II: 2-bromo-3-metilbut-1-eno III: 1,2-dibromo-3-metilbutano • • 06. D • • 07. B • • 08. B Propostos Acertei ______ Errei ______ • • 01. A • • 02. C • • 03. OH O O frasco X é o ácido esteárico e o frasco Y é o ácido linoleico. • • 04. A • • 05. A • • 06. C • • 07. C Meu aproveitamento 12. (UFPE) Uma reação típica de alquenos é a de adição à ligação dupla C=C. Em relação a essa classe de reações, podemos afirmar o que segue. ( ) O propeno sofre reação de adição de HBr, gerando 2-bromopropano. ( ) O 2-metil-2-buteno sofre reação de adição de Br2, gerando o 2,3-dibromo-2-metilpropano. ( ) O 2-pentanol pode ser obtido a partir da reação de hidratação (adição de água em meio ácido) do 1-penteno. ( ) A reação de adição de HBr ao 2-metil-2-buteno gera um composto que apresenta um carbono assimétrico. ( ) A reação de adição de Br2 ao 2-metil-2-buteno gera produtos sem carbono assimétrico (quiral). Frente C Módulo 16 114 Coleção 6Vque são os ácidos, as bases, os sais e os óxidos. NÚMERO DE OXIDAÇÃO O número associado à distribuição dos elétrons em torno de uma ligação química é denominado número de oxidação, ou simplesmente NOx. O NOx representa o número de elétrons perdidos ou recebidos quando: • um cátion ou um ânion é formado, respectivamente; • há quebra de todas as ligações, envolvendo compartilhamento de elétrons, realizadas pelo átomo, ficando os elétrons com o átomo mais eletronegativo. Alguns elementos aparecem sempre com o mesmo NOx em quaisquer substâncias que formarem e a tabela a seguir apresenta os principais NOx de cada um desses elementos. De posse desses valores, é possível calcular o NOx dos demais elementos de um composto. É importante destacar que em qualquer substância simples, NOx = 0. Tabela de NOx Elementos NOx Ocorrência Exemplos IA (1) ⇒ Metais alcalinos: Li, Na, K, Rb, Cs e Fr +1 Substâncias compostas K2Cr2O7 NaCl LiF IIA (2) ⇒ Metais alcalinoterrosos: Be, Mg, Ca, Sr, Ba e Ra +2 Substâncias compostas CaO BeCl2 BaSO4 VIA (16) ⇒ Calcogênios: S, Se e Te –2 Substâncias binárias em que o calcogênio é o elemento mais eletronegativo H2S CS2 CaSe VIIA (17) ⇒ Halogênios: F, Cl, Br e I –1 Substâncias binárias em que o halogênio é o elemento mais eletronegativo OF2 NaCl HCl Ag ⇒ Prata +1 Substâncias compostas AgNO3 AgCl AgCN Zn ⇒ Zinco +2 Substâncias compostas Zn(OH)2 ZnCl2 ZnO Al ⇒ Alumínio +3 Substâncias compostas Al2S3 AlCl3 Al2(SO4)3 H ⇒ Hidrogênio +1 Substâncias compostas em que o hidrogênio é o elemento menos eletronegativo H2O NH3 H2SO4 –1 Substâncias compostas em que o hidrogênio é o elemento mais eletronegativo SiH4 CaH2 O ⇒ Oxigênio +2 Em fluoretos OF2 +1 Em fluoretos O2F2 –1 Em peróxidos (compostos binários) H2O2 Na2O2 – 12 Em superóxidos (compostos binários) CaO4 Na2O4 –2 Em óxidos (compostos binários) H2O Na2O –2 Excetuando-se os casos anteriores K2Cr2O7 KMnO4 H2SO4 TEORIA DE ARRHENIUS Arrhenius inicialmente classificou as substâncias em eletrólitos e não eletrólitos conforme suas espécies químicas formassem ou não íons ao serem dissolvidas em água. Ele demonstrou que os não eletrólitos não conduziam corrente porque suas estruturas se mantinham inalteradas quando em solução aquosa. MÓDULO 14 FRENTE A 13Bernoulli Sistema de Ensino QUÍMICA Ácidos de Arrhenius Água + Eletrólito G Lâmpada acesa Experiência utilizada para a determinação dos eletrólitos. Arrhenius dizia que uma solução só seria eletrolítica se sofresse o processo de ionização ou dissociação para haver a liberação de íons. Dissociação É o processo que ocorre com compostos iônicos em que há a separação dos íons já existentes devido à quebra do retículo cristalino pela presença do solvente ou fusão do sólido. Dissociação ⇒ separação de íons preexistentes Exemplo: O cloreto de sódio sofre dissociação em meio aquoso conforme a seguinte equação: NaCl(s) H O2� ��� Na+ (aq) + Cl – (aq) Íons fixos Íons livres Na+ Na+ C�–C�– H2O H2O H2O H2O H2O H2OH2O O HH H2O Quando há a separação dos íons, as moléculas de água envolvem os cátions e os ânions (solvatação). H2OC�– Na+ No estado líquido, os compostos iônicos também se encontram dissociados, uma vez que o aquecimento afasta os íons, rompendo o retículo cristalino. Ionização É o processo que ocorre com compostos moleculares em que há a quebra de ligações polares com a formação de íons. Ionização ⇒ quebra de ligações com a formação de íons Exemplo: HCl(g) H O2� ��� H+ (aq) + Cl – (aq) H H+C C– Íons livres Molécula H2O H2O H2O H2OH2O H2O HH O A ionização também pode ser denominada dissociação, termo frequentemente empregado em questões de vestibulares. O raciocínio utilizado para essa denominação é o de que, antes do processo de ionização, átomos ou grupos de átomos estavam ligados (associados) e, durante o processo, houve a ruptura de ligações, originando íons. Sendo assim, esses átomos ou grupo de átomos não estão mais associados, tendo havido, portanto, uma dissociação. Grau de ionização ou dissociação (α) Para medir a extensão de uma ionização ou dissociação, utiliza-se o cálculo do percentual de estruturas que ionizam ou dissociam, α: � � n de estruturas ionizadas ou dissociadas n de estruturas dissol . . vvidas Podemos calcular o valor percentual de α: α% = α . 100 Os valores do grau de ionização ou dissociação variam: Valor mínimo Valor máximo Numérico 0 1 Percentual 0% 100% Frente A Módulo 14 14 Coleção 6V De acordo com o valor de α, podemos classificar os eletrólitos em: Fortes: α% > 50% Moderados: 5%⇒ 2 H+). H3PO2 ⇒ possui somente 1 hidrogênio ionizável (monoácido ⇒ 1 H+). Somente os hidrogênios ligados a oxigênios nos oxiácidos são ionizáveis devido à grande diferença de eletronegatividade entre os dois, o que facilita a quebra da ligação e a liberação do hidrogênio na forma iônica. H3PO3 H P O OH HO 2H+ H3PO2 H P O OH H 1H+ Ácido Grau de ionização (%) Classificação HI HBr HCl HNO3 H2SO4 95% 93,5% 92,5% 92% 61% Fortes H2SO3 H3PO4 HF 30% 27% 8,5% Moderados H2S H3BO3 HCN 0,08% 0,07% 0,008% Fracos 0% 5% 50% Fraco Moderado Forte % Para comparar a força entre oxiácidos de uma série, formados por elementos de uma mesma família e com mesmo número de oxigênios, é necessário levar em consideração a eletronegatividade desses elementos. No caso da série HClO, HBrO e HIO, o número de oxidação do halogênio é igual a +1 e a diferença entre o número de oxigênios e hidrogênios é zero em todos os compostos. No entanto, os átomos de cloro, bromo e iodo apresentam eletronegatividades diferentes, característica que vamos usar para comparar a força dos ácidos. Nesses compostos, o hidrogênio se encontra ligado ao oxigênio, que está ligado ao halogênio. A ligação O H será mais polarizada, portanto, o ácido será mais forte quanto mais eletronegativo for o halogênio. Comparando-se os elementos de uma mesma família, a eletronegatividade diminui com o aumento do número atômico. Assim, a ordem crescente de força dos ácidos é HIOqueimaduras na pele, por isso é necessário extremo cuidado ao manuseá-lo. • É um dos componentes da chuva ácida em ambientes poluídos, formado pela reação entre óxidos de enxofre e H2O(l) na atmosfera. SO2(g) + 12 O2(g) → SO3(g) SO3(g) + H2O(l) → H2SO4(aq) Ácido nítrico (HNO3) • Depois do ácido sulfúrico, é o ácido mais fabricado e mais consumido na indústria. • Seu maior consumo é na fabricação de explosivos, tais como: A. Nitroglicerina (dinamite) B. Trinitrotolueno (TNT) C. Trinitrocelulose (algodão-pólvora) D. Ácido pícrico e picrato de amônio • É usado na fabricação do salitre, que, por sua vez, é usado como fertilizante na agricultura e na fabricação da pólvora negra (salitre + carvão + enxofre). Salitre: NaNO3 e KNO3. • É encontrado na água da chuva, quando esta é acompanhada de raios, ou em ambientes poluídos. É formado pela reação entre óxidos de nitrogênio e água da atmosfera (chuva ácida). RaiosN2(g) + O2(g) 2NO(g) 2NO(g) + O2(g) 2NO2(g) 2NO2(g) + H2O() HNO3(aq) + HNO2(aq) • O ácido nítrico concentrado é um líquido muito volátil e muito corrosivo, possuindo vapores muito tóxicos. Assim como ocorre com o ácido sulfúrico, é necessário muito cuidado ao manuseá-lo. Ácido fluorídrico (HF) • Tem a característica de corroer o vidro e, por isso, não pode ser guardado em frascos desse material. Geralmente, usam-se frascos de polietileno. • É usado para gravação em vidro. Ácido cianídrico (HCN) • É extremamente tóxico. • O HCN gasoso é o gás das câmaras de gás, usado na execução da pena de morte. Ácido carbônico (H2CO3) • Está presente nas águas minerais gaseificadas e nos refrigerantes. CO2(g) + H2O(l) → H2CO3(aq) • É o ácido da chuva ácida em ambientes não poluídos e na ausência de raios e relâmpagos. Frente A Módulo 14 18 Coleção 6V EXERCÍCIOS DE APRENDIZAGEM 01. (PUC-Campinas-SP) A respeito das substâncias denominadas ácidos, um estudante anotou as seguintes características: I. Têm poder corrosivo. II. São capazes de neutralizar bases. III. São compostos por dois elementos químicos. IV. Formam soluções aquosas condutoras de corrente elétrica. Ele cometeu erros somente em A) I e II. B) I e III. C) I e IV. D) II e III. E) III e IV. 02. (Cesgranrio) O ácido clorídrico puro (HCl) é um composto que conduz muito mal a eletricidade. A água pura (H2O) é um composto que também conduz muito mal a eletricidade, no entanto, ao dissolvermos o ácido na água, formamos uma solução que conduz muito bem a eletricidade, o que se deve à A) dissociação da água em H+ e OH‒. B) ionização do HCl, formando H3O+ e Cl ‒. C) transferência de elétrons da água para o HCl. D) transferência de elétrons do HCl para a água. E) reação de neutralização do H+ da água com o Cl ‒ do HCl. 03. (Mackenzie-SP) O ácido que é classificado como oxiácido, diácido e é formado por átomos de três elementos químicos diferentes é: A) H2S B) H4P2O7 C) HCN D) H2SO3 E) HNO3 04. (FEI-SP) Os nomes dos ácidos oxigenados a seguir são, respectivamente, HNO2(aq), HClO3(aq), H2SO3(aq), H3PO4(aq) A) nitroso, clórico, sulfuroso, fosfórico. B) nítrico, clorídrico, sulfúrico, fosfórico. C) nítrico, hipocloroso, sulfuroso, fosforoso. D) nitroso, perclórico, sulfúrico, fosfórico. E) nítrico, cloroso, sulfídrico, hipofosforoso. 05. (PUC Minas) A tabela apresenta algumas características e aplicações de alguns ácidos: Nome do ácido Aplicações e características Ácido muriático Limpeza doméstica e de peças metálicas (decapagem) Ácido fosfórico Usado como acidulante em refrigerantes, balas e gomas de mascar Ácido sulfúrico Desidratante, solução de bateria Ácido nítrico Indústria de explosivos e corantes Nomes, aplicações e características de ácidos. As fórmulas dos ácidos da tabela são, respectivamente, A) HCl, H3PO4, H2SO4, HNO3. B) HClO, H3PO3, H2SO4, HNO2. C) HCl, H3PO3, H2SO4, HNO2. D) HClO2, H4P2O7, H2SO3, HNO2. E) HClO, H3PO4, H2SO3, HNO3 06. (USJT-SP) O ácido cianídrico é o gás de ação venenosa mais rápida que se conhece: uma concentração de 0,3 mg (miligrama) por litro de ar é imediatamente mortal. É o gás usado nos estados americanos do Norte, que adotam a pena de morte por câmara de gás. A primeira vítima foi seu descobridor, Carl Wilhelm Scheele, que morreu ao deixar cair um vidro contendo solução de ácido cianídrico, cuja fórmula molecular é A) HCOOH. B) HCN. C) HCNS. D) HCNO. E) H4Fe(CN)6. 07. (Unicamp-SP) Indique, na afirmação a seguir, o que é correto ou incorreto, justificando sua resposta em poucas palavras. “Uma solução aquosa de cloreto de hidrogênio apresenta o número de cátions H+ igual ao de ânions Cl –. Portanto, é eletricamente neutra e não conduz eletricidade”. 08. (UEPB) Observe o esquema a seguir: LL G A força de um ácido é medida pelo seu grau de ionização (α), ou seja, pela relação entre o número de moléculas ionizadas e o número total de moléculas dissolvidas. Em qual das soluções – de mesma concentração e à mesma temperatura – a lâmpada (L) do esquema apresenta maior brilho? A) HF B) HNO3 C) H3PO4 D) H2S E) H4SiO4 Q U ÍM IC A 19Bernoulli Sistema de Ensino Ácidos de Arrhenius EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. (Vunesp) Verifica-se, experimentalmente, que tanto a água como o ácido nítrico puros são maus condutores de eletricidade. Observa-se, também, que uma solução de ácido nítrico em água é boa condutora de eletricidade. Explique essas observações experimentais. 02. (UECE–2018) Com relação aos compostos HBr, HNO3, H3BO3 e H2CO3, são feitas as seguintes afirmações: I. De acordo com Arrhenius, todos são ácidos porque, quando em meio aquoso, originam como cátions íons H+. II. Todos sofrem ionização quando em meio aquoso, originando íons livres. III. Os compostos H3BO3 e H2CO3 formam soluções aquosas com alta condutividade elétrica. IV. Todos são compostos moleculares. V. De acordo com o grau de ionização, HBr e H3BO3 são ácidos fortes. Está correto o que se afirma somente em A) I, II, III e V. B) I, II e IV. C) I, III, IV e V. D) II, III, IV e V. 03. (ESPM-SP) Sejam os produtos: I. Água de bateria II. Água mineral com gás III. Ácido muriático Os ácidos presentes nesses produtos são, respectivamente, A) HCl, H2CO3, H2SO4. B) H3PO4, H2SO4, HCl. C) H2SO4, H3PO4, HCl. D) HCl, H2CO3, HF. E) H2SO4, H2CO3, HCl. 04. (Unimontes-MG) Os experimentos I e II são relativos ao uso de ácido sulfúrico. I II Tempo H2SO4() H2SO4(aq) H2SO4(conc.) Açúcar Carbono(s) H2O() C12H22O11(s) 12C(s) + 11H2O() Em análise aos experimentos, pode-se concluir que todas as propriedades a seguir se referem ao ácido sulfúrico, exceto A) Emulsificante. B) Higroscópico. C) Desidratante. D) Catalisador. 05. (UFPel-RS) Na troposfera, o SO2 pode formar H2SO4 e o óxido de nitrogênio, HNO3. Essas substâncias se precipitam junto da chuva (tornando seu pH até inferior a 5,0) e chegam à crosta terrestre, causando problemas ambientais, como prejuízos para a agricultura, acidificação do solo, corrosão de metais e de monumentos de mármore (carbonato de cálcio), entre outros. A chuva, naturalmente, apresenta pH de, aproximadamente, 5,5, devido à presença de gás carbônico e de ácidos orgânicos nela dissolvidos. A formação de H2SO4 e HNO3 (resultantes das emissões de SO2 e NO pela queima de combustíveis fósseis por veículos, indústrias e termoelétricas) dá-se de acordo com as seguintes equações químicas: 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) (Equação 1) SO3(g) + H2O(l) → H2SO4(aq) (Equação 2) 2NO(g) + O2(g) 2NO2(g) (Equação 3) 2NO2(g) + H2O(l) → HNO2(aq) + HNO3(aq) (Equação 4) Sobre o H2SO4 citado no texto, é correto afirmar que A) em sua estrutura existem somente ligações iônicas. B) torna vermelha uma solução alcoólica de fenolftaleína. C) ao corroer metais forma gás carbônico e sais de cálcio. D) ataca monumentos de mármore, produzindo sulfatos e hidrogênio. E) é um eletrólito forte, de nome ácido sulfúrico. 06. (FGV-SP) Na tabela,são dadas as energias de ligação (kJ/mol) a 25 °C para algumas ligações simples, para moléculas diatômicas entre H e os halogênios (X). H F Cll Br I H 432 568 431 366 298 F 158 254 250 278 Cll 243 219 210 Br 193 175 I 151 Frente A Módulo 14 20 Coleção 6V Analise as afirmações seguintes: I. Entre os compostos HX, o HF é o ácido mais fraco e a sua ligação H—X é a mais forte. II. A distância de ligação entre os átomos, nas moléculas X2, é maior no I2, já que a sua energia de ligação é a mais fraca. III. A molécula com maior momento dipolar é o HI. Está correto o contido em A) I, II e III. B) I e II, apenas. C) I e III, apenas. D) II e III, apenas. E) II, apenas. 07. (Mackenzie-SP) Na dissolução em água do cloreto de hidrogênio gasoso (ou gás clorídrico), formam-se íons H3O+ e Cl –. A respeito desse fenômeno, fazem-se as afirmações. Dados: Números atômicos: H = 1; O = 8; Cl = 17. I. As moléculas do HCl, por serem polares, são atraídas fortemente pelas moléculas de água. II. Há a quebra da ligação covalente no HCl. III. A reação é de ionização. IV. O ânion produzido tem oito elétrons na última camada. Estão corretas A) I e II, somente. B) I, III e IV, somente. C) II e III, somente. D) I, II e III, somente. E) I, II, III e IV. 08. (Mackenzie-SP) A equação a seguir representa uma reação H3PO4 + 3H2O → 3H3O+ + PO4 3– A) de dissociação iônica. B) que tem um diácido como reagente. C) de ionização total, formando o cátion hidroxônio. D) de ionização, produzindo o ânion fosfeto. E) que, na ionização total, produz um ânion monovalente. 09. (ITA-SP) Qual dos ácidos a seguir é o menos volátil? A) HCl B) HI C) H2SO3 D) H2SO4 E) CH3CH2COOH 10. (UFC-CE) A força dos ácidos varia em função de uma série de propriedades, tais como: constituintes químicos, geometria da molécula, estado de oxidação das espécies envolvidas, etc. Considerando os ácidos HClO, HBrO e HIO, é correto afirmar que A) o HClO é um ácido mais fraco do que o HIO. B) o HBrO é um ácido mais forte do que o HClO. C) a ordem crescente de acidez é HIO, HBrO, HClO. D) a ordem decrescente de acidez é HIO, HClO, HBrO. E) os estados de oxidação do Cl, Br e I são –1, –2 e –3, respectivamente. 11. (UFU-MG) Correlacione os ácidos do 1º grupo com as respectivas características e aplicações listadas no 2º grupo. 1º Grupo I. H2SO4 II. H3PO4 III. HCl IV. CH3COOH V. HCN 2º Grupo ( ) Encontrado no comércio como ácido muriático. ( ) Usado para temperar saladas. ( ) Adicionado em bebidas e refrigerantes. ( ) Adicionado em baterias de automóveis. ( ) Extremamente tóxico. Marque a alternativa que apresenta a sequência correta de cima para baixo. A) I, II, IV, V, III C) IV, II, III, V, I B) III, IV, II, I, V D) IV, II, I, III, IV 12. (PUC-SP–2017) Um grupo de alunos estava estudando para as provas de vestibular e para isso cada um deles iria explicar uma função inorgânica. O aluno responsável pela explicação sobre ácidos fez as seguintes afirmações: I. Reagem com carbonatos liberando gás carbônico. II. Formam soluções não condutoras de corrente elétrica. III. Não reagem com metais. IV. São divididos em hidrácidos e oxiácidos. Estão corretas as afirmações A) I e II. B) II e IV. C) I e IV. D) III e IV. Q U ÍM IC A 21Bernoulli Sistema de Ensino Ácidos de Arrhenius SEÇÃO ENEM 01. (Enem) As misturas efervescentes, em pó ou em comprimidos, são comuns para a administração de vitamina C ou de medicamentos para azia. Essa forma farmacêutica sólida foi desenvolvida para facilitar o transporte, aumentar a estabilidade de substâncias e, quando em solução, acelerar a absorção do fármaco pelo organismo. As matérias-primas que atuam na efervescência são, em geral, o ácido tartárico ou o ácido cítrico, que reagem com um sal de caráter básico, como o bicarbonato de sódio (NaHCO3), quando em contato com a água. A partir do contato da mistura efervescente com a água, ocorre uma série de reações químicas simultâneas: liberação de íons, formação de ácido e liberação do gás carbônico, gerando a efervescência. As equações a seguir representam as etapas da reação da mistura efervescente na água, em que foram omitidos os estados de agregação dos reagentes, e H3A representa o ácido cítrico. I. NaHCO3 → Na+ + HCO3 – II. H2CO3 H2O + CO2 III. HCO3 – + H+ H2CO3 IV. H3A 3H+ + A– A ionização, a dissociação iônica, a formação do ácido e a liberação do gás ocorrem, respectivamente, nas seguintes etapas: A) IV, I, II e III B) I, IV, III e II C) IV, III, I e II D) I, IV, II e III E) IV, I, III e II 02. (Enem) Os gases liberados pelo esterco e por alimentos em decomposição podem conter sulfeto de hidrogênio (H2S), gás com cheiro de ovo podre, que é tóxico para muitos seres vivos. Com base em tal fato, foram feitas as seguintes afirmações: I. Gases tóxicos podem ser produzidos em processos naturais. II. Deve-se evitar o uso de esterco como adubo porque polui o ar das zonas rurais. III. Esterco e alimentos em decomposição podem fazer parte do ciclo natural do enxofre (S). Está correto apenas o que se afirma em A) I. B) II. C) III. D) I e III. E) II e III. GABARITO Aprendizagem Acertei ______ Errei ______ • • 01. B • • 02. B • • 03. D • • 04. A • • 05. A • • 06. B • • 07. O número de cátions H+ é igual ao de ânions Cl –, pois são formados em igual quantidade na ionização do HCl (HCl(g) H2O H+ (aq) + Cl (aq)). A solução é eletricamente neutra, pois, nela, a quantidade de cargas elétricas positivas é igual à de cargas negativas. Contudo, é incorreto afirmar que a solução “não conduz eletricidade”, uma vez que apresenta íons livres. • • 08. B Propostos Acertei ______ Errei ______ • • 01. Tanto H2O como HNO3 são compostos moleculares, o que justifica o fato de conduzirem mal a corrente elétrica quando puros. No entanto, ao se dissolver HNO3 em água, ocorre o processo de ionização (HNO3(aq) → H+ (aq) + NO3 – (aq)). Os íons produzidos são responsáveis pela boa condutividade elétrica da solução. • • 02. B • • 03. E • • 04. A • • 05. E • • 06. B • • 07. E • • 08. C • • 09. D • • 10. C • • 11. B • • 12. C Seção Enem Acertei ______ Errei ______ • • 01. E • • 02. D Meu aproveitamento Total dos meus acertos: __________ de __________ . ______ %______ % Frente A Módulo 14 22 Coleção 6V Segundo Arrhenius, bases ou hidróxidos são todos os compostos que, por dissociação, em solução aquosa, originam como único ânion o OH–, hidroxila ou oxidrila. A maioria das bases é metálica. A base não metálica mais importante é o NH4OH. Vejamos, a seguir, as equações de dissociação de algumas bases: NaOH(s) → Na+ (aq) + OH– (aq) Ba(OH)2(s) → Ba2+ (aq) + 2OH– (aq) Mn(OH)4(s) → Mn4+ (aq) + 4OH– (aq) No processo de dissociação das bases, todas as hidroxilas são liberadas. As polibases se dissociam por etapas, liberando uma hidroxila por vez. CLASSIFICAÇÃO DAS BASES Quanto ao número de hidroxilas • Monobase (possuem 1 OH–): NaOH, KOH, NH4OH. • Dibase (possuem 2 OH–): Ca(OH)2, Fe(OH)2. • Tribase (possuem 3 OH–): Al(OH)3, Fe(OH)3. • Tetrabase (possuem 4 OH–): Sn(OH)4, Mn(OH)4, Pb(OH)4. OBSERVAÇÃO Não são comuns bases que possuem mais de 4 OH–. Quanto à solubilidade em água • Solúveis: Hidróxidos da família IA (1) (NaOH, KOH etc.) e NH4OH. • Parcialmente solúveis: Hidróxidos da família IIA (2) (Ca(OH)2, Mg(OH)2 etc.). • Praticamente insolúveis: Todos os demais hidróxidos (CuOH, Fe(OH)3 etc.). Quanto ao grau de dissociação (α) • Bases fortes: Possuem α > 50%. São os hidróxidos das famílias IA (1) e IIA (2), que constituem bases de natureza iônica. Uma exceção importante é o Mg(OH)2, uma base fraca utilizada contra acidez estomacal. • Bases fracas: Possuem αQuanto maior a sua solubilidade, maior será o número de íons hidroxila e de cátions que se desprenderão da rede iônica e, consequentemente, maior será a condutividade elétrica da solução. A amônia, por exemplo, é um eletrólito fraco, pois, em solução aquosa, a maioria das partículas de amônia se encontra na forma de moléculas na maior parte do tempo. Força das bases Nesse vídeo, você será capaz de observar como as bases interagem com a água, liberando cátions e ânions. Boa atividade! FORMULAÇÃO DAS BASES Uma base é sempre formada por uma espécie positiva e pelo ânion hidroxila, OH–. A carga do radical positivo deverá determinar a quantidade de hidroxilas de uma base para que as cargas sejam neutralizadas. X y+ 1 X(OH)y Radical positivo Ânion y ≤ 4 OH 1– y Exemplo: A� 3+ 1 A�(OH)3OH 1– 3 MÓDULO 15 FRENTE A 23Bernoulli Sistema de Ensino QUÍMICA Bases de Arrhenius NOMENCLATURA DAS BASES Escreve-se a palavra hidróxido seguida da preposição “de” e do nome do cátion ligado à hidroxila. Hidróxido de ________________________________ nome do cátion ligado à hidroxila Exemplos: NaOH: Hidróxido de sódio Ca(OH)2: Hidróxido de cálcio NH4OH: Hidróxido de amônio Al(OH)3: Hidróxido de alumínio Porém, quando o cátion possui mais de um NOx, devemos escrever, após o nome do elemento e em algarismo romano, o seu NOx. Exemplos: Fe(OH)2 ⇒ Fe2+: Hidróxido de ferro (II) Fe(OH)3 ⇒ Fe3+: Hidróxido de ferro (III) Uma outra nomenclatura dá ao elemento com maior NOx o sufixo -ico, e com menor NOx o sufixo -oso. Exemplos: Fe(OH)2: Hidróxido ferroso Fe(OH)3: Hidróxido férrico CuOH ⇒ Cu+: Hidróxido de cobre (I) ou cuproso Cu(OH)2 ⇒ Cu2+: Hidróxido de cobre (II) ou cúprico CARACTERÍSTICAS DAS BASES Sabor As bases apresentam sabor cáustico ou adstringente. Esse tipo de sabor é popularmente conhecido como sabor que “amarra a boca”, como o da banana e o do caqui quando não estão maduros. Condutividade elétrica As bases solúveis são eletrólitos fortes e conduzem corrente elétrica em solução aquosa e no estado fundido. Contudo, as bases insolúveis conduzem corrente elétrica apenas no estado fundido. Ação recíproca com os ácidos As bases apresentam ação recíproca com os ácidos, ou seja, na junção de um ácido com uma base, um irá “anular” a ação química do outro; a esse processo denominamos neutralização ácido-base. Os processos de neutralização ácido-base também podem ser denominados processos de salificação, pois um dos produtos dessa reação é um sal. Interação com indicadores Os ácidos e bases ainda têm a propriedade de mudar a cor de determinadas substâncias chamadas de indicadores ácido-base. Veja os três indicadores ácido-base mais importantes e suas respectivas colorações no meio ácido e básico. Indicador Cor em meio ácido Cor em meio básico Fenolftaleína Incolor Vermelho róseo Alaranjado de metila Vermelho Amarelo Tornassol Vermelho Azul Valores na escala de pH A escala de pH é utilizada para determinarmos a acidez, a neutralidade ou a basicidade de uma solução aquosa. A escala de pH é uma escala logarítmica que, para soluções diluídas, apresenta valores compreendidos entre 0 e 14, a 25 °C. Escala de pH Sumo de limão Ácido Neutro Básico 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Suco gástrico Suco de tomate Sangue humano Água sanitária Amoníaco comercialSaliva pH A 25 °C, uma solução • é neutra quando a quantidade de íons H3O+ (aq) é igual à quantidade de íons OH− (aq). Nessa situação, o valor de pH é igual a 7; • é ácida quando a quantidade de íons H3O+ (aq) é maior do que a quantidade de íons OH− (aq). Nessa situação, o valor de pH é menor do que 7. Quanto menor for o pH de uma solução, mais ácida será a solução; • é básica quando a quantidade de íons H3O+ (aq) é menor do que a quantidade de íons OH− (aq). Nessa situação, o valor de pH é maior do que 7. Quanto maior for o pH de uma solução, mais básica será a solução. Frente A Módulo 15 24 Coleção 6V Como a escala de pH é logarítmica de base 10, cada diferença de uma unidade na escala de pH corresponde a uma diferença de concentração de íons H3O+ (aq) de 10 vezes. Exemplos: Uma solução que apresenta pH igual a 2 é 1 000 vezes mais ácida do que uma solução que apresenta pH igual a 5. Como a diferença de pH entre as duas soluções é igual a 3 unidades, a concentração de íons H3O+ (aq) na solução de pH igual a 2 é 103 vezes maior do que a concentração de íons H3O+ (aq) na solução de pH igual a 5. Uma solução que apresenta pH igual a 12 é 100 vezes mais básica do que uma solução que apresenta pH igual a 10. Como a diferença de pH entre as duas soluções é igual a 2 unidades, a concentração de íons H3O+ (aq) na solução de pH igual a 12 é 102 vezes menor do que a concentração de íons H3O+ (aq) na solução de pH igual a 10. PRINCIPAIS BASES DO COTIDIANO Hidróxido de sódio ou soda cáustica (NaOH) • É a base mais importante da indústria e do laboratório. • É fabricado e consumido em grandes quantidades. • É usado na fabricação do sabão e da glicerina: (óleos e gorduras) + NaOH → glicerina + sabão • É usado na fabricação de sais de sódio em geral. Exemplo: Salitre. HNO3(aq) + NaOH(aq) → NaNO3(aq) + H2O(l) • É usado em inúmeros processos industriais, como processos da indústria petroquímica, fabricação de papel, celulose, corantes, etc. • É usado na limpeza doméstica. É muito corrosivo e exige muito cuidado ao ser manuseado. • O NaOH não existe na natureza. É obtido por eletrólise de solução aquosa de sal de cozinha. 2NaCl(aq) + 2H2O(l) Eletrólise 2NaOH(aq) + H2(g) + Cl2(g) Na eletrólise, além do NaOH, obtém-se o H2 e o Cl2, que têm grandes aplicações industriais. Hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) • É a cal hidratada, cal extinta ou cal apagada. • É obtida pela reação da cal viva ou cal virgem com a água. É o que fazem os pedreiros ao prepararem a argamassa: CaO(s) + H2O(l) → Ca(OH)2(aq) + calor Cal extinta ou cal apagada O CaO não existe na natureza. É obtido por decomposição térmica (pirólise) do CaCO3, que existe em grande quantidade na natureza (mármore, calcita, calcáreo). CaCO3(s) Pirólise ∆ CaO(s) + CO2(g) • É relativamente pouco solúvel na água. A solução aquosa de Ca(OH)2 é chamada água de cal, e a suspensão aquosa de Ca(OH)2 é chamada leite de cal. Água de cal ⇒ solução aquosa de Ca(OH)2 Leite de cal ⇒ suspensão aquosa de Ca(OH)2 • É consumido em grandes quantidades nas pinturas a cal (caiação) e no preparo da argamassa usada em alvenaria. • É usado na agricultura para diminuir a acidez do solo. Hidróxido de magnésio (Mg(OH)2) • É pouco solúvel na água. A suspensão aquosa de Mg(OH)2 é o leite de magnésia usado como antiácido estomacal. O Mg(OH)2 neutraliza o excesso de HCl no suco gástrico. Mg(OH)2(aq) + 2HCl(aq) → MgCl2(aq) + 2H2O(l) Amônia (NH3) e hidróxido de amônio (NH4OH) • Hidróxido de amônio é a solução aquosa do gás amônia. Essa solução é também chamada de amoníaco. NH3(g) + H2O(l) NH OHaq aq4( ) ( ) � �� � ���� ���� Amoníaco • A amônia é um gás incolor de cheiro forte e muito irritante. • A amônia é fabricada em enormes quantidades na indústria. Suas principais aplicações são: 1. Fabricação de ácido nítrico. 2. Fabricação de sais de amônio, muito usados como fertilizantes na agricultura. Exemplos: NH4NO3, (NH4)2SO4, (NH4)3PO4 3. Fabricação de produtos de limpeza doméstica como AJAX®, FÚRIA®, etc. Q U ÍM IC A 25Bernoulli Sistema de Ensino Bases de Arrhenius EXERCÍCIOS DE APRENDIZAGEM 01. (F. A. Champagnat-MG) Na indústria de sabão duro, usa-se um glicerídeo que é hidrolisado por uma base forte. Assinale nas alternativas seguintes a base usada na fabricação de sabão duro. A) H2CO3 B) KMnO4 C) MnO2 D) NaOH E) CaO 02. (UFS-SE) O gás carbônico, CO2, é absorvido por soluções básicas. Para isso, pode-se utilizar uma solução aquosa de A) NH4Cl. B) C3H7OH. C) HCl. D) KOH. E) Na2SO4. 03. (Unis inos-RS) O ác